智能铅酸蓄电池组性能的监控系统.doc

智能铅酸蓄电池组性能的监控系统 杭州应用工程技术学院(杭州　310012) 　陈　杰 　【摘要】介绍了铅酸蓄电池组性能的在线检测系统。该系统可应用于各种蓄电池组的性能检测,综合测量判定电池性能,并对失效电池予以显示及报警,也可对电池进行有效的活化维护,可实现蓄电池检测和失效预期检测的自动化。简要介绍了该监控系统的硬件组成及软件设计。 关键词:铅酸蓄电池;微机;在线检测 1 　引　言 直流系统的可靠性直接影响发电厂、变电站的正常运行,而作为后备电源的蓄电池在直流屏中起着极其重要的作用。随着无人值守变电的推广,电力系统自动化水平的不断提高,蓄电池性能好坏的检测及判定已成为急待解决的问题。本文研制的智能蓄电池组检测系统可应用于各种蓄电池组的性能检测,在线检测每节电池的电压,动态放电测量电池内阻及负载能力,静态测量电池容量,综合测理判定电池性能,并对换效电池予以显示及报警,也可对电池进行有效的活化维护。本系统具有远端通讯功能,可实现遥测、遥信、遥控功能,提高供电系统的可靠性和自动化程度。 2 　系统的工作原理 蓄电池的检测和失效预期检测,是一个很复杂的电化学测量难题。由于蓄电池电化学反应的复杂性,各种材料、工艺、结构等不同,及使用的环境差异,迄今为止,尚没有一种简单的方法对电池进行快速判定。蓄电池具有的放电曲线,如图1 所示。 从电池的放电曲线,可以得出以下结论: (1) 相同的放电曲线反映了相同的电池性能。 (2) 用一较大电流的放电冲击,可在短时间得到一明显的下跌曲线,测得动态的电池内阻,对同厂家同规格的电池测得的内阻值将反映出池性能的差异。 (3) 对同一电池,随着循环次数和使用时间的增加,曲线也将明显发生变化,可作为电池性能及寿命的评估判据。通过对蓄电池的恒电流放电曲线进行测量计算,我们即可对直流系统中蓄电池的工作状态作出判断。就电力部门而言,平时蓄电池组处于浮充电备用状态,当交流电失电时,蓄电池必须能向事故性负荷提供能量。如各类直流油泵、事故照明、交流不停电源、事故停电过程中的断路器跳闸负荷等,这类负荷要求电流较大,达100～600A ,时间较短。同时也必须为事故停电过程中的控制、信号、自动装置、保护装置及通信等负荷提供能量,这类负荷要求电流几个安培,时间数小时。针对电力系统的用电要求,直流系统中蓄电池必须能够提供足够大的瞬时电流和长期的小电流放电,即要求有较小的内阻和较大的容量。结合对放电曲线的分析,本系统采用了多项检测方法: (1) 巡测蓄电池组每节电池电压,以检测蓄电池的充放电状态。 (2) 大电流( 100A) 冲击负载放电,在很短时间测得电池瞬间的放电曲线,并得出内阻值:内阻= 蓄电池电动势- 蓄电池电压 放电电流 (3) 静态小电流恒流放电,测得电池容量:蓄电池容量= 放电电流×时间 (4) 对以上诸参数用计算机进行综合计算判断,可得出电池性能的准确评估。在二种放电测量过程中,计算机对高速采得的数据进行分析与我们设定的失效模式进行比较得出了对每一电池性能的差别。 3 　系统硬件设计 系统功能的实现电路,如图2 所示。 系统由以下模块构成: 3. 1 　电压采集模块 电压采集模块的功能是将单节电池电压的任何变化准确快速地检测出来,并传输到控制模块,以供计算机进行计算判断。采集模块具有电池与电池、电池与系统之间完全隔离的功能,绝缘强度可达2500V ,以保证系统的安全可靠。 3. 2 　放电模块 放电模块采用了大功率的电子负载和恒流控制技术,能瞬间承受高达100A(或200A) 的冲击电流及长时间5A(可扩至40A) 恒流负载,以实现对电池负荷能力的检测,对电池容量的核对性测试及电池性能的活化。当来自控制模块的信号指示放电时,大功率MOS 管开通,电池通过负载放电,同时电压采集模块将快速采集电池电压每一变化量,在计算机中得到每节电池的特性曲线。放电模块内部设有计时器,当放电超时时,将切断放电回路,即使电子开关损坏,放电回路也将被切断,大大提高了放电模块的工作可靠性。放电模块还设有过流、超温等异常保护。放电模块的控制电源使用交流市电220V ,所以在放电时如发生交流市电失电,放电模块将自动中止放电。 3. 3 　控制模块 控制模块是电池检测系统的核心,采用了最新的16 位高性能单片机及大容量4M位FLASH ROM,不但保证了对大量数据进行高速分析处理,而且实现了对数据的保存查询。当电压采集模块将电压信号传送到控制模块后,高速电子开关将对每节电池电压进行读取。然后送到一高速12 位A/D 芯片,将电压模拟信号转换为数字信号,该数字信号再被送入CPU 进行分析处理,并送到显示面板显示。在监测状态下,系统将运行监测程序。对每节电池电压、蓄电池室温度、蓄电池充电电流进行判读,对超出电压限值的电池予以提示报警。在放电状态下,