蓄電池組在線監測維護系統研究與設計

1 引言

　　現代通訊設備及大型計算機網絡系統對電源系統的可靠性要求很高。目前大部分通訊用開關電源及計算機用UPS 電源,都采用大功率蓄電池作為市電中斷時的后備電源系統,蓄電池組作為系統設備正常運行的最后一道防線,對其進行有效的在線監測、放電和容量測試,為相關部門了解蓄電池組的性能提供準確可靠的數據,具有特殊的作用和意義。

　　本文以DS80C320 單片機為核心,設計了一種在蓄電池組使用過程中對電流、電壓、溫度等參數進行在線監測、對蓄電池組進行恒流放電和容量測試的多功能監測維護系統。

　　2 系統工作原理

　　本系統主要有三大功能模塊: 在線參數監測模塊、恒流放電控制模塊和電池剩余容量*估模塊。

　　在線參數監測模塊實時對各蓄電池的電壓、電流、溫度進行在線監測。

　　系統采用光繼電器切換的方式依次獲取每只電池的電壓,每次接通一節電池(如圖1 所示),雙刀繼電器S1、S2 起倒相作用,以確保后級電路的極性一致;整個蓄電池組的電流則通過霍爾型電流傳感器采集;對電池溫度的測量是通過在電池表面安置溫度傳感器實現的,根據在線測得的電池溫度, 找出溫度異常的電池。研究表明,無論是恒流放電、限壓恒流充電還是浮充狀態,荷電量最小的電池溫度最高。

　　恒流放電控制模塊實現對蓄電池組的恒流放電,滿足蓄電池組的日常維護需要。

　　該模塊的原理是通過單片機控制相應的負載來給蓄電池放電,難點在于如何實現電流的連續可調性。本文采用的方法是: 采用若干路固定阻值的電阻, 使得每一路(K1~Kn)能夠實現一固定的放電電流;另外再采用一路(K1’)阻值稍小的電阻,利用斬波原理,獲取一線性可調的放電電流(該路電流比其他幾路電流稍大) , 通過對該路電流與其他幾路電流進行組合,即可實現放電電流的連續可調, 如圖2 所示。

圖1 在線參數監測原理

圖2 恒流放電控制原理

　　電池剩余容量*估模塊通過測試蓄電池的內阻,*估蓄電池的剩余容量。

　　由于蓄電池的容量與電池內阻存在很強的相關性,一般而言,電池的容量越大,內阻就越小,因此可以通過對蓄電池內阻的測量,對電池的容量進行在線*估。

　　內阻測量是一個比較復雜的過程, 目前常見的方法主要有密度法、開路電壓法、交流法和直流放電法。密度法、開路電壓法、交流法分別由于測量手段不合適、測量精度低及測量值為靜態值的原因,不適合作為蓄電池內阻的測量方法,本系統采用直流放電法測量蓄電池內阻, 通過對電池進行瞬間大電流放電, 測量電池上的瞬間電壓降, 繪制出電池的放電曲線, 判斷曲線的變化率, 再結合用戶輸入的標稱電壓和容量值, 得出蓄電池的狀態。實際試驗證實: 當檢測電流達到一定值時, 電池的負載電壓與實際容量有嚴格的線性對應關系。