蓄电池在线监测

蓄电池在线监测（精选7篇）

蓄电池在线监测 篇1

1 引言

阀控式密封蓄电池作为后备电源和直流电源系统的储能设备, 其安全可靠地运行直接决定了电力系统中二次侧直流负载的正常运行以及电力系统发生故障时后备电源的可靠供电, 进而影响整个电力系统供电的可靠性和稳定性。因此, 阀控式密封蓄电池的性能对整个电力系统的安全可靠运行具有十分重要的意义, 蓄电池的安全可靠运行已经成为电力系统稳定性研究的新课题。

目前国内外对蓄电池行性能的检测常用的方法主要有密度法、开路电压法、直流放电法以及交流法。其中交流注入法通过对蓄电池注入一个恒定的交流电流源信号, 测量蓄电池两端的电压相应信号以及二者的相位差, 由阻抗公式计算确定蓄电池的内阻。能实现蓄电池性能的在线检测, 且不影响蓄电池组正常工作, 但精度较难控制。

本文采用在蓄电池性能检测中针对蓄电池内阻和容量进行检测, 引入Duffing混沌振子, 利用Duffing混沌振子对微弱信号的敏感特性以及对噪声信号固有的抑制特点, 从而提高对蓄电池参数检测的精度, 并结合蓄电池的其它性能参数, 对蓄电池的性能进行在线检测。之后与数据通信相结合, 在Lab VIEW中进行与MATLAB的混合编程, 最终实现对阀控式铅酸蓄电池的在线监测和报警。

2 Duffing振子检测信号的原理

Duffing振子模型的搭建主要依据是Holmes二阶微分方程:

其中 γcos (ωt) 为周期策动力;k为阻尼比; x x3是非线性回复力。

可据此在Simulink环境下搭建Duffing系统的仿真模型。

本文将Duffing系统检测微弱信号的原理应用到阀控式铅酸蓄电池内阻检测过程中蓄电池两端电压响应信号的提取工作。

3 Lab VIEW与Matlab进行混合编程, 对检测系统进行建模仿真

在本文采用了Lab VIEW与Matlab混合编程的方法, 同时还兼顾了在S i m u l i n k下搭建的仿真模型来实现D u ffi n g系统。在Lab VIEW中, 分为四大模块:信号的叠加注入模块、对注入信号进行初始滤波模块、导入Matlab脚本中运行Duffing系统模块以及计算结果的输出存储模块。

设定程序各个参数的初始值, 并预设内阻值, 恒流源设定幅值为0.1A, 频率为1000Hz, 将噪声信号和恒流源信号叠加之后, 经过设定的内阻值得到电压信号, 经过巴特沃斯带通滤波器进行初始滤波, 再通过信号导入单元将此时的待测信号导入到Matlab脚本中, 经过Duffing振子和对应的程序运算之后测得微弱的待测电压信号幅值, 然后输出显示并与恒流源的幅值进行运算, 得到的内阻值在前面板显示出来, 连接的写入测量文件模块可以将内阻值写入Excel表格中供后续使用。不断更改系统设定的待测内阻的阻值, 进行一系列仿真实验, 得到的数据如表1所示:

从仿真结果可以看出, 检测系统在有噪声干扰的情况下, 依然能够较准确的检测出蓄电池内阻, 从而为准确判断蓄电池性能提供数据支持。

4 结语

通过对检测原理的分析研究, 以及对系统的建模仿真, 可以看出所选取的检测方法和研究方案具有一定的意义, 利用混沌系统对微小信号的检测和对噪声的抑制发挥着关键作用。仿真结果也说明理论的可行性, 真正做到理论与实际相结合。

摘要：随着我国经济的快速发展, 电力、交通、医疗、军事通信等重要领域对供电稳定性和可靠性的要求不断提高。阀控式密封蓄电池作为后备电源和直流电源系统的储能设备需定期检测, 及时发现并更换老化电池对提高后备电源可靠性有非常重要的意义, 保障电力系统供电的可靠性。本文运用相图检测法并通过自动判别方法实现了对蓄电池性能检测, 结合Lab VIEW混合编程实现了仿真系统对蓄电池性能的监测。最后, 通过仿真实验验证了该方法的可行性。

关键词：Duffing振子,蓄电池性能,信号检测

参考文献

[1]方小斌.动力电池荷电状态估算方法的研究.通信电源技术, 2014, Vol.31 (6) :13-15

[2]张河宜, 夏业波, 刘刚, 等.变电站阀控铅酸蓄电池在线监测[J].电源世界, 2014 (9) :38-41.

[3]杜爱宾, 刘延泉.关于蓄电池在线监测系统的研究[J].电子测量技术, 2009, 32 (10) :95-99.

VRLA电池在线监测 篇2

VRLA即阀控式密封铅酸蓄电池, 是目前微波机房大量使用的电池, 通常称为免维护电池。在实际工作中, 它常常被误认为是不需要维护的电池。其实这是一种误解, VRLA只是相对于开放型富液式蓄电池少维护而已。要发挥电池作为后备电源的作用, 必须在日常工作中注重阀控密封铅酸电池的维护方法, 从环境温度、放电电流、放电时间和浮充、均充电压等综合因素考虑电池的使用, 才能保证电池的安全运行。为保证直流操作电源供电的可靠性, 必须对蓄电池组运行参数进行全面的在线检测。

目前, 广播电视系统中对蓄电池的一般维护方法及原则是:

1、浮充运行是最佳运行条件, 运行时电池一直处于满电荷状态, 在此条件下将达到最长使用寿命。

2、特殊情况运行均衡充电: (1) 单体电池浮充电压电压低于2.18V时。 (2) 新电池安装结束后需进行补充充电时。 (3) 电池放电超过20%的额定容量时。 (4) 搁置不用时间超过三个月。 (5) 全浮充运行1h以上。

均衡充电的方法:

1、限流限压充电法:

先限定电流将充电电流限制在0.25C10以下 (一般用0.1~0.2C10充电) , 待电池单体电压上升到2.3V~2.4V时, 立即以2.3V~2.4V电压恒压连续充电, 在充电电流下降到0.001C以下2~3h不变, 就认为电池已充足电。

2、恒压限流充电法:

以单体2.30V~2.40V电压充电, 同时电流不超过0.25C10直到充电电流降到0.001C10以下2~3h不变。

应该注意的是, 蓄电池无论在浮充充电, 或均充充电状态, 其电压均应随环境温度作适当调整, 温度越高, 则充电电压应越低, 不同厂家具体规定略有差异, 要根据具体规定去操作。

选择特定的浮充电压的主要目的是为了达到电池的设计使用寿命, 若浮充电压过高, 蓄电池浮充电流随着增大, 会引起板删腐蚀速度加快, 这样将造成电池的使用寿命缩短。若浮充电压过低, 则电池不能维持在满充状态, 会引起硫酸铅结晶, 容量减小, 也会降低电池的使用寿命。对阀控式密封铅酸蓄电池, 平时不建议均充, 因频繁均充可能造成电池失水, 出现早期失效。

常用检测方法存在的弊端及改进:

在微波传输系统中, VRLA蓄电池常用的检测方法, 就是平时测量单体电池的端电压, 以及每季度进行的容量核对性放电。但平时浮充状态下的蓄电池端电压测量本身并不能真实反映电池的性能状况, 即使性能变差的蓄电池在浮充时也能测得合格的端电压, 而一旦供电系统停电, 蓄电池放电时, 就可能无法保证事故状态下的放电要求, 从而扩大事故范围。

由于蓄电池的容量与蓄电池内阻存在很强的相对性, 一般而言, 电池的容量越大, 内阻就越小, 因此可以通过对蓄电池内阻的测量, 对电池的容量进行在线评估。蓄电池的在线监测, 就是通过实时测量蓄电池组的单体电池电压、单体电池温度、单体电池内阻及充、放电电流, 实现对蓄电池组运行参数的实时监测。

要想完全了解一个蓄电池系统是否能发挥作用, 只有采用以下几种方法对它进行测试:

1、容量测试:

基于正规的理论所进行的测试, 能够确定蓄电池在寿命周期中所处的位置, 所以这是最理想的方法。

2、掉电测试:

用实际负载来测试蓄电池系统, 通过测试的结果可以计算出一个客观准确的蓄电池容量。建议在测试时, 尽可能地接近或满足时间要求, 如果一个使用VRLA电池的系统在加载后无法保持原有电压, 应考虑对它做全面的测试。VRLA电池加入负载后, 出现“干涸”属于正常现象, 但如果端子上的电压出现迅速下降, 则说明蓄电池已无法支持系统工作。

3、测量内部电阻:

内阻是反映蓄电池功能状态的最佳标志, 这种测量虽没有负载测试那样绝对, 但实践表明, 最少能检测出80%~90%有问题的蓄电池。

对蓄电池的容量与内阻关系的研究表明:蓄电池的内阻由金属电阻和化学电阻组成, 其内阻的增加导致了铅酸蓄电池性能的退化。内阻的增加反映了蓄电池容量的下降程度。在实际工作中, 我们应该建立可靠永久的监控方案, 以此来确保蓄电池作为备用电源取得最大程度的可靠性。

单体电池的测量

1、电压测量

不少单位、部门虽已安装了蓄电池的检测管理系统, 但往往只是采集一些蓄电池的电压、温度数据, 而没有给出任何分析和建议, 用户无法判断VRLA蓄电池质量状况, 而VRLA电池又往往可能在没有任何迹象的情况下, 短时间内失效, 因此必须进行测试。

在直流操作电源系统中, 蓄电池一般采用多节电压为2V的单体电池串联而成, 单体电池两端存在较高的共模电压, 接在直流母线正端的蓄电池两端对母线负端的共模电压较大, 超过一般电子模拟开关如CD4051、MAX358等的共模电压输入范围。为消除共模电压的影响, 一般采用电磁继电器进行轮流切换, 来实现单体电池的测量。

2、温度测量

除了电化学反应的吸热和放热外, 在蓄电池充电或放电过程中, 由于电池内阻的存在, 蓄电池内部产生的热量也会引起电池的温度发生变化;在同样电流的条件下, 蓄电池内阻不同, 电池内部产生的热量不同, 电池的温度就不同。蓄电池温度的测量是在电池负极柱根部安置温度传感器, 通过测量在线电池的温度, 找出温度异常的电池。这实际上是将电池的内阻阻值通过温度间接地反应出来。实际研究表明:无论是恒流放电、限压恒流充电还是浮充状态, 荷电量最小的电池温度最高。

3、内阻测量

内阻测量是一个比较复杂的过程, 目前常见的方法主要有密度法、开路电压法和直流放电法。密度法主要是通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻, 显然不适合密封铅酸蓄电池的内阻测量。开路电压法通过测量蓄电池的端电压来估算蓄电池的内阻。精度较差, 甚至会得到错误的结论。而直流放电法就是通过对电池进行瞬间大电流 (一般为几十到上百安培) 放电, 测量电池上的瞬间电压降。通过欧姆定律计算出电池内阻。此方法在实践中得到了广泛应用。但直流放电法存在如下缺点: (1) 由于必须在静态或脱机状态下才能实现直流法的测量, 即无法真正实现在线测量, 这样就不可避免地带来设备运行安全性的隐患;如果在静态, 如此大的电流会对直流系统产生不利影响;如果在脱机状态下测量时间较长, 造成蓄电池的脱机时间较长, 则安全性隐患就会更大。 (2) 由于是大电流放电, 有的甚至达到100A以上, 会对蓄电池造成较大损害, 如果为检测蓄电池而频繁地进行测量, 对蓄电池的损害将会积累, 从而影响蓄电池的容量和寿命。 (3) 由于多出一个体积较大的负载, 即会造成现场安装复杂, 又会增加设备维护的工作量, 影响日常维护的便捷性。

在线检测最先进的方法是采用交流法进行在线测量蓄电池的内阻, 即对电池注入一个低频交流电流信号, 测出蓄电池两端的低频电压U0和流过的低频电流IS以及两者的相位差α根据公式Z=U 0/Is, R=ZCOSα, 计算出电池的内阻。

采用交流法无需放电, 不用使蓄电池组处于静态或脱机状态, 可以实现完全的在线检测管理, 避免了对设备运行安全性的影响, 同时由于施加的低频信号频率较低, 施加的交流电流也很小, 故不会对直流系统的性能造成影响, 并且不需要负载箱。

从以上的比较可以发现, 交流内阻测量具有很多显著的优点, 如体积小、对蓄电池无损害、适合在线快速测量、性能价格比高等等。

4、蓄电池充、放电电流的测量

蓄电池充、放电电流的测量相对比较简单, 多采用霍尔电流传感器, 它将电池充、放电电流转换成-40~+4v的直流电压, 直接经A/D转换即可。

蓄电池在线监测 篇3

1)误认为主要应关注UPS主机和电池组直流逆变器的可靠性。UPS和直流逆变器的平均无故障时间(MTBF)均已高达250 000 h以上。实际上,相对讲UPS和直流逆变器的动力来源(电池组)却是最脆弱的部分。根据有关统计数据,电网供电中断后,UPS和直流逆变器支持负载的断电故障85%以上是由电池组引起的。

2)误认为全封闭阀控式铅酸蓄电池免维护。全封闭阀控式铅酸电池,相对于开口式铅酸电池的维护是不用加水、加酸,故有的生产厂家将其定义为“免维护”电池。事实上,不能缺少维护,必须要定期充、放电和监测,检查电池内阻和容量,及时发现问题,给予调整、更换、激活,使电池组处于最佳浮充待命状态。由于“免维护”的定义误导了许多用户,导致电池组多数处于“免维护”浮充状态,这种状态如存续时间较长,容易使电池组老化、容量变小、寿命缩短。

因此,高度重视对蓄电池的监测管理直接关系到提高不间断电源的可靠性。

1 蓄电池在变电站中的应用现状

1)蓄电池寿命与使用条件、维护情况、充电器质量、本身的质量有直接关系,因此,多数蓄电池的实际使用寿命比预期值要短很多,个别蓄电池失效将会导致整组蓄电池失效。

2)进行手工检测蓄电池较困难,并需要工作人员具备一定的数据分析专业知识,现场往往不易具备这些定期放电检查的条件。

3)蓄电池放电测试时的风险及日常检查费用较高。

4)蓄电池安装后,缺乏科学、准确的监测管理手段,对其使用的合理性不能及时作出准确的判断,贻误了处理的机会。

5)具有电池管理功能的直流UPS电源只能监测整组电池的电压、电流和温度,无法测定电池组内每块电池的内阻和容量,实现前瞻性管理。一旦需要电池向逆变器提供后备电源的时刻,只要电池组中的某一个单体电池内阻突变,容量变小时,会很快“拖垮”整组电池。造成严重后果。

综上所述,对变电站UPS和直流逆变器的电池组进行在线监控和管理是非常重要和必要的,是提高变电站安全可靠运行必不可少的关键环节。

2 单体蓄电池的内阻检测方法

单体蓄电池的内阻检测一般有以下两种方法。

1)直流放电法。在电池两端接入放电负载,测量电池在放电过程的电压变化。由于电池的内阻很小,放电时的电压变化幅值很小,需要较大的放电电流,故只能测量蓄电池内阻中的欧姆阻抗,对极端阻抗则无法测量,直接测量的精度一般很难提高。

2)交流法。向蓄电池注入一定频率的交流信号,然后测量其反馈的电流信号,进行信号处理,从而测得蓄电池内阻,无需放电。可测量蓄电池内阻中的欧姆阻抗和极端阻抗,对蓄电池健康度的分析更加真实、可靠。采用先进的数字信号处理技术实现微弱信号的准确测量,无需把电池从回路中断开,避免了系统安全性的隐患,不受充电机和用电负载的影响,在线测量电池的内阻,数据有效分辨率达到1μΩ,可真正实现实时在线测量,在变电站中得到了越来越广泛的应用。

3 蓄电池在线监测装置的构成及功能

蓄电池在线监控装置是基于交流法,用于在线测量每个单体电池的内阻。该装置有效去除了充电机和用电负载对内阻测量的影响,采用了DSP(数字信号处理)技术实现高精度的在线测量。

蓄电池在线监测装置主要由控制单元、检测模块、内阻模块三部分构成(见图1),各自功能分述如下。

1)控制单元:

(1)用于数据传输、数据处理及人机界面控制;

(2)实时显示电池测量数据;

(3)通过联机可实现远程管理和集中监控。

2)检测模块:

(1)用于蓄电池数据的巡检,准确测量电池的内阻、电压、电流和温度;

(2)提供与PC通信接口。

3)内阻模块:

(1)解决在线测量抗干扰问题;

(2)去除充电机和用电负载对内阻测量的影响。

4 蓄电池在线监测管理系统的结构及功能

蓄电池在线监测管理系统的结构如图2所示。

蓄电池在线监测管理系统有如下功能。

1)实时监测数据显示。实时监测蓄电池的运行状况,包括整组/单体电压,充、放电电流,温度,单体内阻,电池组剩余容量,电池组的放电曲线等。及时发现运行中的异常工况,在线监测蓄电池的性能劣化。

2)对实时监测过程中出现的报警事件进行查询。

3)对历史事件记录数据中报警事件进行查询。

4)设置电池组参数、报警参数等。

5 蓄电池人工监测与在线监测的比较

蓄电池不同监测方法的比较如表1所示。

6 蓄电池在线监测管理系统的应用优势

1)应用蓄电池在线监测管理系统可以减少维护频率,节约不必要的测试和额外维护工作费用,使维护工作变得轻松,降低维护成本;可延长蓄电池使用寿命,减少更换整组电池的频率,减少投入,对电池数量较大的用户,效果更加显著。

2)蓄电池在线监测管理系统可广泛应用于不间断电源(UPS)或电源的直流系统,依据电池的不同数量、不同规格和不同的摆放形式来灵活配置。

3)可对新电池投运前进行性能的检验,检查蓄电池组中性能一致性较差的个别电池,弥补检验手段缺乏的不足。

4)可通过蓄电池智能化的监测,提前预示电池健康状况,发现落后电池,及时处理问题电池,避免因蓄电池失效而引起生产事故的发生乃至系统瘫痪。

5)增加设备管理的科学性,为检修计划的制订提供依据,减少蓄电池更换的盲目性。

6)通过网络化管理,随时方便了解运行状况,以确保蓄电池能提供足够的后备动力。

7 结语

蓄电池在线监测管理系统的推广和应用,体现了计算机技术与丰富的运行工作经验的良好结合,得到了普遍的关注和好评。随着无人值班变电站的大量投入,系统软件的进一步改进和完善,各种前端功能的不断增多,该系统将被越来越广泛地应用。从长期看,蓄电池在线监测管理系统的应用不仅使用户节约了建设、运行和维护资金,避免了重复投资,优化了系统资源,也提高了配网自动化的技术管理水平,减轻了运行维护人员的劳动强度,有广阔的应用前景。

摘要：高度重视对蓄电池的监测管理,直接关系到不间断电源的可靠性。针对蓄电池在变电站应用中存在的问题,结合工程实例,介绍了蓄电池在线监测装置和蓄电池在线监测管理系统的构成及其功能。实践表明,蓄电池在线监测管理系统比蓄电池的人工监测有着十分明显的应用优势,该系统有着广阔的工程应用前景。

蓄电池在线监测 篇4

重点完成了如下工作:

1) 概述了电动车动力电池的技术特点及发展现状, 提出监测的必要性。

2) 系统整理了正在商用的BMS系统的特点, 并提出无线远程监控系统是各行业的监控系统的发展趋势, 未来的监测系统将是功能更全面的实时、远程监测系统。

3) 分为总体方案设计、硬件设计及软件设计三个部分, 简述了远程在线监测系统的整体框架与实现方法。

4) 简述了动力电池组的常见失效形式, 并以专家系统为例, 阐述智能诊断系统在电动车领域的应用。

1 动车动力电池概述

电机、电池、电控是电动汽车的三大核心技术。其中动力电池又是制约电动汽车发展的最关键因素之一。此节简单介绍3种主流电动汽车电池:铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池, 并进行比较分析, 简述未来发展趋势。引出对电池进行监测的必要性[1]。

1.1 三类电动汽车电池及比较

1) 铅酸蓄电池:以氧化铅为正极板, 以海绵铅为负极板, 硫酸水溶液作为电解液。是目前在汽车领域应用得最为广泛的电池, 主要作为内燃机汽车内部各种电器和电子设备的电源。2) 碱性电池:由镍基和碱性溶液电解液构成, 主要有镍镉电池、镍锌电池和镍氢电池3种, 其中镍氢电池最有应用于电动汽车的竞争力。比能量较高并对环境无污染。3) 锂离子电池:传统结构包括石墨阳极、锂离子金属氧化物构成的阴极和电解液。轻巧结实, 比能量大, 体积小, 质量轻, 循环寿命长, 自放电率低, 无记忆效应且无污染[2]。

1.2 监测的必要性

国内外越来越多的汽车厂家 (如特斯拉) 选择锂离子电池作为电动汽车的动力电池, 锂离子电池技术方面的研究也在不断地取得突破。我国的电动汽车科技发展“十二五”专项规划中指出将推动以锂离子动力电池为重点的车用动力电池产业发展, 使之具有国际竞争能力。

目前, 电动汽车的能源供应主要有两种模式:插充模式和换电池模式, 其中基于锂电池组的换电池模式备受厂家青睐。而锂电池组可能出现的故障有:反极性、活性物质脱落和自放电大等。这些故障常被称为“慢性病”[3]。因为这些故障在使用过程中所产生的“症状”不明显, 不容易被发现。用户必须正确使用电池, 并注意加强平时维护和诊断, 如发现电池故障症状, 应对其进行严格检测, 采取维护措施。因此, 通过对电池各种故障信息的积累来获得诊断方法是十分必要的。

2 电池管理系统及其不足

国外一些比较有影响力的汽车制造商和电池生产商, 开发出许多能够装在车上试用的电池管理系统。

其中较有代表性的有:德国的BATTMAN系统、美国通用汽车公司生产的用于EVI电动汽车上的电池管理系统、Smart Guard系统、Bat Opt的高性能电池管理系统。它们的主要功能有:剰余电量的确定、电池运行和数据记录、电池组热管理系统、监测电压、电流保护装置。而动力电池在线监测系统与BMS相比, 有点主要表现在:一是可以实现实时远程监测。二是能够保存大量历史数据、运算能力高。远程服务器具有充足的存储空间, 可保存电池组实时运行的大量历史数据。能够为后续评估提供丰富的数据来源。所以, 无线远程监控系统是电动车动力电池监控系统的发展趋势。

3 电池远程在线监测系统框架

搭建电池远程在线监测系统平台, 通过对动力电池组单体电压、温度等实时参数的检测, 掌握电池特性, 对其进行科学合理的评估, 以实现更安全、节约、合理、有效地使用电池能量, 确保电池组性能、延长电池组寿命, 可以达到保障安全性及提高电池使用效率的目的[3]。总体框架的各主要功能模块有:一是在线监测终端:供电模块、过充过放报警、单体电压、温度检测、总线收发。二是无线数据传输模块。三是上位机监测软件:实时显示模块、数据分析模块、系统设置模块、历史数据存储模块、评估模块。

4 电池故障诊断方法与专家系统

作为电动汽车无线远程监控系统的重要部分, 电池组故障诊断系统可以采用专家系统的开发模式。专家系统以汽车动力电池实时运行数据、历史档案数据和历史诊断结果为依据, 利用电池诊断规则, 采用模糊综合评判等方法, 对动力电池进行远程诊断。诊断结果可以电池健康状态和维护信息等形式给出[4]。

简而言之, 电池组的故障诊断系统, 可以吸收智能诊断领域的研究成果。此处不再赘述。

5 结论

综上所述, 动力电池组是纯电动汽车重要的组成部分。它性能故障与多种因素有关, 涉及到多学科门类。由于技术、工况和使用环境等方面的原因, 又使它成为电动汽车主要故障源之一。建立一套系统对其进行远程在线监测与故障诊断, 将为企业的运营和电池保养提供重要支撑。

参考文献

[1]林维奇, 陈启杰.关于新能源汽车的文献综述[J].特区经济, 2012, (11) :287-290.

[2]宋永华, 阳岳希, 胡泽春.电动汽车电池的现状及发展趋势[J].电网技术, 2011, (4) :1-7.

[3]李国洪, 田静, 刘鲁源.混合动力电动汽车电池在线监控系统的设计及应用[J].汽车工程, 2005, (2) :151-154.

蓄电池在线监测 篇5

关键词：LTC6811,电池组监控,在线实时数据

引言

目前通信电源所使用的蓄电池大多是先进的阀控式密封铅酸蓄电池, 这种电池的每节单体电压一般为2V, 以24节串联的方式组成48V电压系统, 单个蓄电池故障就会影响到整个蓄电池各项性能指标。为了保证电池组的正常工作, 需要对单体电池的健康状态进行安全管理。所以对蓄电池组的电压、温度、总电流等单体数据和总体运行历史参数进行在线实时监测及故障自动诊断与报警, 及时发现性能降低的电池, 在即将失效的电池影响同组其它蓄电池之前识别出和更换落后电池, 避免了相互影响。不断确认自身处于正常运行状态, 从而延长整体电池组系统寿命, 提高电源的可靠性和安全性。

1 系统总体设计

传统电池监测较多使用分离器件法, 通过电阻、电容、运放和ADC等实现多个参数的采集。硬件复杂, 精度低, 抗干扰能力差。分析比较现有各种蓄电池电压测量方法[1,2], 给出了在电池组在线监测仪研发方面的两项关键技术如图1所示:一是采用凌力尔特公司LTC6811组成单一种类芯片线性采样电路, 并以STM32F103微处理器为核心, 作为下位机负责采集实时测量电池组电池电压、温度、电流, 实现了对电池组运行参数的现场实时动态监测管理。二是选用RS485作为下位机与上位机工控机实现远距离通信的串行接口, 在上位机上建立完整的数据记载和分析并建立起一个相应的数据库系统。为蓄电池建立完整的病历, 通过对同一蓄电池的运行历史数据的分析和同型蓄电池的运行数据的一致性分析, 数据采集和趋势逻辑分析功能做到准确判别电池健康状态, 并将蓄电池组全部信息通过以太网远传至监控中心机房。可支持多地点电信基站和多套电池系统, 数据可存储在网内任何PC或者站点, 实现了分布式机房蓄电池组的在线检测和集中管理。

2 参数硬件采集系统的设计

LTC6811[3,4]是凌力尔特公司推出的第四代多节电池的电池组电压检测芯片, 其内置模数转换器, 可测量12个串接电池测量, 输入电压范围为0~5V。堆叠式架构可以把多个LTC6811器件串接起来。内置的频率可编程三阶噪声滤波器的16位增量累加型ADC具有优异的抗开关噪音、较强电磁兼容抗干扰性能。电压采集优于0.04%的高精度, 1.2m V最大总测量误差。工作温度范围-40°C至125°C满足汽车级芯片标准 (符合ISO26262 (ASIL) 标准) 要求。内置了一个热停机电路、一个冗余电压基准、扩展的逻辑测试电路、导线开路检测功能、一个看门狗定时器和在串行接口的数据包误差检验, 全套自测试确保无潜在故障情况。完全适用于通讯基站的复杂的工业应用的环境。

本系统运用LTC6811-1配合STM32Fl03单片机对串联电池组的单体电压进行采集, 如图2所示。两个LTC6811-1串联使用可采集24块单体2V电池串联的48V电压数据。STM32F103与LTC6811-1通过SPI通信接口进行通信。两者之间, 选用现在性能优异的数字隔离芯片Si8441进行完美隔离。相邻的LTC6811-1仅需单个变压器通过iso SPI端口之间连接。

2.1 单体电压采集

确定电池健康状态的基础是非常准确的电池电压测量。将串联的单体电池分别接入LTC6811-1两个芯片的C0到C12电压采集输入端。ADCV命令用于启动电池输入 (引脚C0至C12) 的测量。频率可编程ΔΣADC选用标准7k Hz速率的标准操作模式, 在该模式中, ADC具有高分辨率和低总测量误差, 实现超卓的噪声抑制速度与准确度的最优组合。为提高ADC读取质量, 还使用了外部滤波器。在输入通路中插入100Ω的串联电阻器, 而不会引入重大的测量误差, 这可以通过提高滤波器电容或借助软件和一种校准程序进行数学补偿予以改善。采用接地电容器滤波抑制电池电压纹波, 可在电池输入与V-之间增设0.1μF并联电容器, 可将HF噪声去耦至V-, 一个串联电阻和电容器以构成RC低通去耦滤波电路抑制30 d B电压信号中的高频噪声干扰。为了保护电压采集输入端, 防止超限电压冲击, 在输入端口并联一个稳压管, 选择大于2倍的单体电池工作电压2V的稳压管。两项保护措施提高了芯片耐浪涌的冲击能力, 有助于抑制具潜在破坏性的高能量瞬变。

2.2 总电压检测

LTC6811的ADSTAT命令是一种用于测量以下内部器件参数的命令:所有电池的总和 (SOC) 、内部芯片温度 (ITMP) 、仿真电源 (VA) 和数字电源 (VD) 。所有电池测量结果的总和是C12和C0之间的电压 (具有一个20:1的衰减) 。电池测量结果总和的16位ADC测量值 (SOC) 存储在状态寄存器组A当中。利用SOC值, 可由下式得出所有电池电压测量结果之和:

2.3 电池电流的捕获和温度采集电路

由于可以直接连接电池, 所以对收集电池电压测量值以及关联电池电压测量值与温度和电流而言, LTC6811具备独特优势。内部集成辅助ADC, 通过其通用I/O (GPIO) , 可将外部传感器测量值多路转换至电池电压采样系统。内部的特定命令自动地处理这种同步功能。ADC负责测量GPIO (n) 上的电压 (相对于V-) 并将测量结果存储于寄存器中。将温度传感器热敏电阻输出的电压量输入到ADC端口, 可以完成温度测量;将霍尔电流传感器的输入接入ADC端口, 可以完成电池组电流的测量。辅助ADC采用的ADC具有Δ∑调制器和一个位于其后的SINC3有限脉冲响应 (FIR) 数字滤波器。这极大地降低了输入滤波要求。由于测量均参考于V-, 因此GPIO引脚将始终采用一种接地电容器配置。

2.3.1 电流测量硬件电路电流测量系统

采用瑞士莱姆LEM DHAB系列传感器, 适用于测量直流、交流和脉冲电流, 主要应用于大功率、低电压的蓄电池监测, 广泛地应用于测量大的电池电流。原边电路 (大功率) 和副边电路 (电子电路) 之间采用电气隔离设计, 提供了一种非接触式的低功耗解决方案。传感器的输出能真实反映通电导体的真实波形。LEM DHAB输出是电压数据, 副边电压为2V, 输出电压通过LTC6811辅助ADC输入 (GPIO引脚) , 如图3所示。其可产生两个与所提供之VCC成比例的输出, 并产生连接至GPIO引脚。

2.3.2 温度采集电路

电池单体节点温度是组态信息中的重要参数, 温度采集电路如图4所示。设计中选取负温度系数 (NTC) 热敏电阻作为外部温度传感探头, 将温度信号转换为电压信号。LTC6811-1的VREF2引脚专为温度检测所需的电流而设计, ADC测量以VREF2引脚电压标称值3V为基准, 用于驱动多个10kΩ热敏电阻NTC, 提供偏置所需的电流, 偏置电阻器的选择依据是与NTC值相对应, 选用精度为1%的10kΩ的电阻作为偏置电阻。这样该电路将在25°C时提供1.5V电压。ADAX命令用于启动GPIO输入的测量, 选择要测量的GPIO输入及ADC模式的选项。所有的辅助测量均相对于V-引脚电压。采用一个外部0.1μF的电容器进行旁路, 滤除高频干扰, 提高采样精度。

3 软件控制系统

该系统软件设计程序流程图如图5所示, 主要完成STM32F103通过SPI口通信对LTC6811发送命令代码。 (1) 启动电压转换读电压、读电流和读温度信息等各项自动测量操作:如欲在测量模式中启动电池电压测量, 则发送一个启动A/D转换命令, MCU将接收到的数据信息显示在液晶显示屏上。 (2) 完成本机数据记录、存储功能:存储电池组总电压、电流、标志电池温度、各单体电池电压等项最近300个采样周期数据和30次过程电流安时数, 存储最近300次报警及处理恢复过程的数据 (发生时间、报警种类、超限或状态数据、上报应答、恢复时间) 。存储本机各设定值 (各被测数据报警上下限及缺省值、网络通讯地址号、通讯口参数、被测电池组节数等) 。 (3) 完成自动状态判别和报警:在MCU内部执行一些智能算法, 设定警戒门限参数, 当电池充放电电压达到过压欠压、电池表面温度异常过高、停止充放电等异常状态, 及时报警。 (4) 完成与上位机联机功能:控制一路隔离RS485串口, 与上位机进行通信, 主动向上位机发送全部数据, 接收并执行上位机的远程控制和参数设定命令。 (5) 完成自检和校验功能;执行本机自检、通讯自检、A/D测量校正功能。控制看门狗复位电路, 程序跑飞的情况下, 系统能自动复位。

4 小结

本电池组监测仪采用了单一芯片独立现场就地监测电池组内各单体电池健康状况, 利用LTC6811作为核心器件, 充分利用其ADC采集功能, 其外围电路简单, 简化了系统的结构, 有效地降低了产品成本。避免了传统的方法电路存在的采集精度差和电路结构复杂的问题。从而提高了电池组参数的抗干扰测量精度, 并使监测过程变得精确安全可靠。在通讯基站电池组管理系统实际工程应用中取得良好的效果。

参考文献

[1]谭晓军.电池管理系统深度理论研究:面向大功率电池组的应用技术[M].广州:中山大学出版社, 2014.

[2]谭晓军.电动汽车动力电池管理系统设计[M].广州:中山大学出版社, 2011.

[3]Linear Technology.LTC6811-1/LTC6811-2-Multi Cell Battery Monitors.[EB/OL].http://www.linear.com/product/LTC6811-1

蓄电池在线维护与管理 篇6

目前, 国内绝大部分机房/基站的蓄电池组, 只安装了在线监测系统 (即机房动环系统的一部分) , 虽然解决了对蓄电池组的集中在线监测问题, 但蓄电池本身的维护还需要用户花大量的人力和资金去解决 (人工维护) 。由于蓄电池本身的特性决定, 这种传统的人工维护技术已远远不能满足实际需要, 很多蓄电池组在线运行的容量实际已远远低于国标的要求 (国标要求在线运行的蓄电池组容量不得低于额定容量的80%) , 存在一定的安全隐患。

为了保证蓄电池组在线运行的可靠性, 延长蓄电池组在线运行周期, 提高电源系统的安全可靠性, 经相关技术人员探索、研究, 同时与相关厂家技术人员交流, 决定采用HZ-BMM系列蓄电池在线维护系统来解决上述蓄电池固有存在的问题。从而提高专业通信局现有通信电源系统的安全可靠性, 保证专用通信的安全、可靠、畅通。

二、系统组成

HZ-BMM系列由1台维护控制终端、1个或多个电流变送器和多个集成维护模块组成。其中, HZ-BDM02维护终端最多可挂接16个集成维护模块, 1个集成维护模块可监测维护12节2V单位电池。以通信基站48V蓄电池组为例, 维护2组蓄电池只需要配置1台HZ-BDM02维护控制终端, 4个集成维护模块和2个电流变送器。

HZ-BMM蓄电池组在线维护系统除了具有蓄电池在线检测功能外;还具有蓄电池在线维护功能, 解决了蓄电池组因单体电池之间的差异, 造成部分单体电池长期过充电和部分单体电池长期欠充电的现象, 达到延长蓄电池组使用寿命的目的;同时, 还具有对蓄电池性能进行判断、对蓄电池各类告警及时上报、对蓄电池放电数据进行统计分析等在线管理功能, 使得对蓄电池的维护管理更直观、更有效。

三、安装规范

3.1安装前的准备

为了确保施工时的人身和设备安全, 避免盲目施工, 施工前应先熟悉现场环境, 确定设备及工具的合理摆放位置;到施工现场, 按装箱单验清货物。施工前, 测量记录蓄电池组总电压及每节单体电池电压, 测量时, 要使用四位半 (或更高精度) 万用表进行测量, 并认真填写《现场测量记录表》, 存档。检查工具是否满足安全要求, 扳手、改锥要做好绝缘处理。

3.2设备安装

为了保证蓄电池组的供电安全和施工过程中的人身和设备安全, 施工过程必须将蓄电池与电源、负载脱离。为了最大限度的实现上述目标, 设备安全分为A、B两个阶段, A阶段无需将蓄电池组与电源脱离, B阶段则必须将蓄电池组与电源、负载脱离。

A阶段, 选择安全、方便的位置, 固定安装一条用于放置集中维护的35mm标准金属导轨。将集中维护模块固定安装在金属导轨上, 模块与主机、模块与模块之间的连接接口采用标准的DB9插座;施工人员就根据现场实际情况确定数据线的长度。然后将两边插头按序号一一对应焊接, 然后安装护壳即可。根据集中维护模块安装位置, 预测采集线的长度。由于维护模块对相应电池维护时需要进行充电, 建议采集线采用线径为1.5mm2的多股线。连接电池端需要安装5A线保险, 保险另一端焊接相应尺寸的铜鼻子。用压好的模块数据将所有的模块连接起来, 并将第一只模块与主机的1-3号模块接口任意连接。

B阶段, 在设备安装B阶段开始前, 必须将蓄电池组与电源、负载脱离。保证施工人员与设备安全。安装电池信号采集线, 安装前需要先编线号, 然后将集中维护模块的“电池接口”拔下来, 按模块标签图示接入信号线。然后将带有线保险的那端信号线按序号连接到相应蓄电池电极;核查线序无误后, 接入保险拧紧。端信号线按序号连接到相应蓄电池电极;核查线序无误后, 再接入保险拧紧。最后再将集中维护模块的‘电池接口’插头插到相应的‘电池接口’插座。如果有条件主机要安装到19寸标准机架上。

本工程采用TCP/IP模式, 按要求将主机通信接口与上位机的通信接口正确可靠连接。1000AH以下的系统均配置开口电流变送器, 注意电流变送器充电电流方向要与变送器顶部的电流标识方向一致, 尽量将母线从变送器正中心穿过, 然后固定好电流变送器。将集中维护模块与主机连接好以后, 再将主机的电源线按极性连接到供电电源上。确认连线无误后, 可打开主机电源开关时行测试。电池组维护模块由拨码开关设置地址, 实际的地址为拨码开关设置的地址加一。

四、工程实例

本次工程涉及六个模块点, 现以翠屏山机房为例。翠屏山现有两组蓄电池, 为24×2V-500AH的48V系统蓄电池组, 为2010年4月启用, 已用四年, 虽严格按照规范使用电池, 但电池性能参数明显下降, 最显著特点就是单体蓄电池电压不均衡, 最大值与最小值相关0.021V, 施工方案为HZ-BMM在线维护主机一台, BEM-02V-12-500AH维护模块2只, YDG-HTD-7-±100A霍尔电流变送器1只。安装本系统后各参数性能明显提高, 单体蓄电池电压不均衡, 最大值与最小值相关0.003V。预估计电池可延长寿命5年左右, 不但响应了国家节能减排的号召, 还降低了更换电池的费用成本与更换风险。

本工程采用联网安装。保证总电压和每节单体电池电压都可以正常检测, 如果显示通信故障, 请仔细检查数据线压接压接是否正确, 连接是否可靠, 然后再检查主机接地端子是否已经与机架或机房“大地”可靠连接。数据正常显示后, 可以关闭主机电源, 请相关负责人闭合蓄电池开关或熔丝。再重新打开主机电源开关, 再次确认数据检测, 显示正常。进行主机与上位机通信测试, 保证上位机可以正常接收主机监测数据, 并可以对相应参数进行设置。系统正常工作半小时后, 用万用表测量一遍蓄电池组总电压及单本电压, 同时记录主机显示相应的电压, 并仔细填写《设备开通测试记录》。

五、结束语

蓄电池在线监测 篇7

目前航空供电保障担负三个类别十几个型号的航空蓄电池的维护保障任务, 工作量大, 质量要求高, 技术性较强, 维护方法较繁琐, 电源管理登记众多, 加之技术骨干缺乏, 人员编制不足, 从而导致航空蓄电池提前报废, 电源管理混乱很难切实达到维护管理要求。

2 航空蓄电池在线信息管理系统的设计

航空蓄电池在线信息管理系统是一种对蓄电池各种信息参数实时检测控制并对这些信息进行分析、比对、存储、传输以及根据信息处理结果进行输出控制的可以在线支持的自动化控制系统。如图1所示该系统可以实时检测电池电压、电流、工作温度以及电池充、放电状态, 估算剩余电量, 避免电池因过充电、过放电而受损。系统采用高性能微处理器、液晶显示、标准R5232异步通信接口, 硬件采用模块化结构, 软件采用自动监测与显示, 手动监测与显示, 可循环监测, 也可选择监测, 并有专家诊断系统和剩余电量估算等, 还可以实现电池故障隐患早期预报并显示故障原因及位置。

2.1 组成

⑴信息采集系统:信息采集系统主要担负蓄电池的电压、电流、工作温度等数据信息的采集以及蓄电池身份录入的任务。数据信息的采集主要通过数据采集电路、采样检测控制电路完成。蓄电池身份录入通过编码技术把电池的种类型号启封日期等相关信息存入编码中, 在进入系统时, 系统可通过编码自动识别电池身份选择相应的维护及检测程序, 并把所得数据存入相应的数据库。

⑵信息处理及存储系统:信息处理及存储系统主要包括信息处理软件、数据存储单元、在线专家系统等其任务是接受采集系统输出的数据信息进行分析、比对、筛选并对有用信息加以存储。

⑶控制系统:控制系统包括时序控制、键盘操作控制、复位控制及充放电设备控制和显示控制等几部分。控制系统在接收到控制信号后控制自动充放电机给蓄电池进行充放电操作或其它相关操作。

⑷通讯显示系统:通讯显示系统主要包括通讯接口电路和显示控制电路, 其主要是对在线信息管理系统的运行状态各系统的处理结果等进行显示和向上传输, 它还可以根据需要显示调用数据库中的信息。

2.2 功能特点

通过实时监测电压、电流、温度可以了解电池充、放电状态。给每一块电池建立自己的数据档案, 采集的各种数据可自动的存入对应电池的数据库, 从而减少了填写各种登记的工作量, 为维护人员或上级业务部门调用查询提供重要的信息。通过数学模型的计算较为精确的估算剩余电量, 并实时显示。以电池电压比较分析, 找到较差或最差的电池, 给出报警维护信息, 增加电池的可靠性。根据维护使用要求设定自动维护。在分析蓄电池充、放电参数和估计剩余电量的基础上, 通过一个故障诊断专家系统, 能及时预报蓄电池的隐患和故障, 有效的增加电池的无故障工作时间。采用电池运行监控及诊断系统将有效提高电池的使用寿命, 并降低成本。采用特殊的电池单元电压的动态监测电路, 具有精巧、简单、实用和全隔离的特点及较高的灵敏度。

2.3 基本工作原理

如图2所示该系统由中央微处理器铺CPU, 数据采集模块, 数据显示模块, 控制模块, 通信接口, 软件管理模块, 数据分析模块及专家诊断模块组成。

3 应用前景

本系统大大减少了维护人员;可以通过程序控制完成对电池的自动维护, 减少了维护工作量, 提高了维护质量;为每块电池建立对应的电子档案, 进行自动化管理。可以相信本系统将大大提高电池的性能质量和管理效益, 还可以为航空供电保障的信息化进行一些有益的探索。

摘要：航空蓄电池是飞机不可缺少的重要组成部分, 性能可靠的高质量航空蓄电池能够有效的提高飞机的性能。随着航空业的发展, 飞机的保障对航空蓄电池维护质量提出了更高的要求。为了充分保证飞机各项性能的可靠性, 我们提出了航空蓄电池在线信息管理系统的应用研究, 旨在加强航空蓄电池的维护管理, 延长蓄电池的寿命。