UPS蓄電池在線監測系統的設計

3 數據處理軟件設計

由圖1可知，上位機需要對采集到的電壓、電流數據進行存儲并顯示，同時對蓄電池的模型參數進行識別，求出蓄電池的核電狀態SOC，以便使用戶更好的掌握蓄電池的健康狀態。

3.1 模型參數識別

本文選取二階RC模型為電池模型，如圖6所示，其中Uoc為開路電壓，Ro為電池內阻，R1和R2為極化電阻，C1和C2為極化電容，I為流經內阻的電流，U是電池端電壓。

該模型在頻域下的狀態方程為：

將電流I視為系統輸入，電壓U視為系統輸出，故需要辨識的參數有Uoc、Ro、R1、R2、C1和C2。通過z變換，可將式(2)整理成差分方程的形式：

式中T為采樣時間。

可見，采用最小二乘法可以辨識出模型的全部參數。

3.2 荷電狀態(SOC)估計

蓄電池的開路電壓與SOC之間的關系如圖7所示，可知，荷電狀態在10%～90%范圍內與開路電壓之間存在一定的線性關系，文獻指出蓄電池的開路電壓與SOC之間存在如下關系：

式中Voc為開路電壓，Va為蓄電池充滿電時的開路電壓，Vb為蓄電池充分放電時的開路電壓。

因此通過測量開路電壓就可直接得到SOC，由于蓄電池的開路電壓可以通過最小二乘法估計出來，通過式(8)可得到蓄電池的荷電狀態。

4 實驗結果與分析

為了說明本系統的可行性，搭建了一套基于ARM的蓄電池在線監測系統，并對12 V、45 Ah蓄電池充電過程進行試驗。硬件檢測電路如圖8所示，上位機檢測界面如圖9所示。系統運行過程中，界面顯示每一個電池的健康狀態、工作狀態及SOC，點擊某一電池即可顯示其詳細狀態，此時蓄電池的監測狀態與實際狀態如表1所示。

由表1可知，本文設計出的系統可以準確的估計出蓄電池健康狀態。

5 結論

文中設計了一種基于ARM的蓄電池在線監測系統，該系統可在線隔離監測蓄電池的電壓和電流，同時將這些量通過CAN總線傳輸到上位機電腦顯示并存儲，利用最小二乘法識別出蓄電池模型的參數，并估計出蓄電池的荷電狀態。該系統能夠直觀的顯示蓄電池當前的各個狀態，并形象的顯示狀態的變化趨勢，以便使用戶準確判斷電池的健康狀態，從而延長電池的壽命，提高UPS系統的穩定性能。