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蓄电池监控模块的设计以及其实现方案、在线检测和测量

2017年12月03日 19:14 次阅读

1 引言

在本地用通信电源监控系统中,蓄电池监控模块是一个相对独立的单元,拥有自己的处理器单元和数据采集单元。因此,它既能作为本地用通信电源监控系统的一部分使用,同时加以简单扩展就可以成为单独使用的蓄电池在线检测仪。本文详细介绍了一套具有两级集散式系统结构的本地用通信电源集中监控系统中蓄电池监控模块的设计。

2 蓄电池监控单元的整体实现方案

蓄电池监控一直是国内外研究的热点和难点问题,在本系统中,蓄电池监控单元主要完成以下几方面的功能:剩余容量的在线检测、均/浮充方式转换、单体端电压测试及落后电池检出、电池体温度测试等等。其总体实现如图1所示。

 

图1 蓄电池监控单元的整体硬件结构

 

图1 蓄电池监控单元的整体硬件结构

处理器模块是蓄电池监控单元的核心,在这里我们采用了ATMEL公司最新的RISC高性能单片机AT90S8515及大容量8KB的FLASHROM,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。

在数据采集模块中,由于蓄电池监控单元中需要处理的数据对精度均有特殊的要求,(比如对蓄电池内阻的测量通常为mΩ级,且必须有足够的位数),同时由于蓄电池内阻、电压均为缓慢变化的低时变信号,因此我们采用了16位的Σ-Δ型A/D转换器AD7715,它具有自动校零、量程自动校准的功能,从而可以保证很高的测量精度,而且具有SPI接口,可以方便的与单片机接口。

蓄电池监控单元中设有RS485的通信接口,与前端机主处理器之间以通信的形势交换数据。因此在本系统中蓄电池监控模块实际是作为一个智能设备与主监控模块联系的。下面分别对内阻检测模块、单体电压测试模块、单体温度测试模块进行详细的介绍。由于电流测试模块与主处理单元的直流数据采集与处理类似,在此不再赘述。

3 蓄电池剩余容量的在线检测

蓄电池的剩余容量是用户最为关心的一个问题,它与整个供电系统的可靠性密切相关,蓄电池剩余电量越高,则系统可靠性越高,否则反之。因此如何能够在既不消耗蓄电池能量又不影响用电设备的正常工作的情况下,实时的在线监测蓄电池的剩余电量,将有重要的实际意义。

蓄电池是个复杂的电化学系统,它在不同负载条件下运行时,蓄电池实际可供释放的电量也不同。随着蓄电池使用时间的增加,其实际可释放的电量也将下降。过去,常依据蓄电池的端电压来判断蓄电池的好坏和其剩余电量的多少,但该方法有很大的局限性。随着电池老化,其端电压变化不明显。因此,利用端电压的变化来推算其剩余电量有一定困难,误差较大。

3.1 几种常用的剩余电量预测方法

目前预测蓄电池剩余电量的方案最有代表性的有如下几种:

(1)密度法:蓄电池剩余电量和其内部电解液密度密切相关,电解液密度由硫酸铅、氧化铅和铅三者决定。通过测量电解液的密度值,即可间接推算其剩余电量。但在电池使用后期,随着正负极板的腐蚀、断筋,上述三种物质的比例跟电池制造时的配制比例发生较大差异,从而导致用密度值推算剩余电量不再准确。同时由于目前的通信电源系统中大多采用的是阀控式铅酸蓄电池,这一方法难以应用。

(2)开路电压法:上面已提到,蓄电池的荷电程度跟蓄电池电解液密度密切相关,而N.RST方程描述了电解液与电池电动势的关系。因此,通过测量蓄电池的开路电压,就可以推算出蓄电池的剩余电量。其缺点在于随着电池老化、剩余电量下降时,开路电压变化不明显,因此也就无法准确预测剩余电量。另外开路电压是电池无载时的稳态电压,因此只能在电池静置时方可测量,不适合实时在线测量。

(3)定时放电法:通过对蓄电池施加一负载,计算单位时间内的电池端电压变化率,根据变化率的大小推算剩余电量,变化量小意味着剩余电量大,否则反之。为了实现在线测量,缩短测量时间,需要对蓄电池大电流放电,而大电流放电对蓄电池将会产生严重损伤,严重影响电池的使用寿命。

(4)内阻法:研究表明,电池的内阻与荷电程度之间有较高的相关性,美国GNB公司曾对容量由200~1000安。时,电池组电压由18~360V的近五百个VRLA电池进行了测试,实验结果表明,内阻与电池容量的相关性非常好,相关系数可以达到88%.因此,通过测量电池内阻可较准确地预测其剩余电量。蓄电池完全充电(充满)和完全放电(放完)时,其内阻相差2~4倍左右。随着电池充电过程的进行,内阻逐步减小;随着放电过程的进行,内阻逐步增大。另外,随着电池老化,其内阻也逐渐增大,其剩余电量也随之下降。蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线如图2所示。

 蓄电池监控模块的设计以及其实现方案、在线检测和测量

图2 蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线

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史上,通信行业设备一直使用-48V直流供电。-48V也就是正极接地。如果百度搜索这个话题,总会出现“...

发表于 2015-08-12 10:34 1669次阅读
通信电源为什么使用直流-48V供电?

蓄电池直流系统的异常运行现象分析及处理措施

蓄电池直流系统的异常运行现象分析及处理措施

发表于 2015-06-21 14:41 1011次阅读
蓄电池直流系统的异常运行现象分析及处理措施

快速充电技术解析及解决方案集锦

随着各种蓄电池的广泛使用,快速充电技术已经引起人们的广泛重视。传统的充电方法充电时间过长,且由于充电...

发表于 2014-10-17 10:23 6302次阅读
快速充电技术解析及解决方案集锦

实现蓄电池快速充电的技术途径

我们以前的工作已经得到,铅蓄电池若采用铜拉网负板栅,则会显著地降低板册电阻;这不仅有利于提高活性物质...

发表于 2014-10-15 15:15 693次阅读
实现蓄电池快速充电的技术途径

消防指示灯智能网关监控系统接口电路设计

SCK、MISO、MOSI 分别是SPI 接口的时钟信号、主站输入信号、主站输出信号。定义STC12...

发表于 2014-09-19 10:47 1251次阅读
消防指示灯智能网关监控系统接口电路设计

安全智能家居监控系统各模块电路图组合

PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片,它提供一个可编程时钟输出,一个中断输出和掉电检测...

发表于 2014-09-16 16:40 5047次阅读
安全智能家居监控系统各模块电路图组合

通信与医疗齐飞 雅特生深耕电源四十年磨一剑

在物联网、云计算不断发展的大背景下,电子设备不断向“轻薄短小”发展,这就对电源产品的尺寸、效率、功耗...

发表于 2014-08-22 11:21 370次阅读
通信与医疗齐飞 雅特生深耕电源四十年磨一剑

云平台的移动应用软件智能监控与支撑技术研究

本文针对当前移动智能终端上第三方应用软件存在的诸多问题,提出了构建移动应用软件智能监控系统的解决方案...

发表于 2014-08-04 16:59 923次阅读
云平台的移动应用软件智能监控与支撑技术研究

基于ARM的智能家居监控系统设计

信息技术已在人们生活的各个方面得到广泛应用。人们对家庭居住环境的要求越来越高。##系统软硬件设计

发表于 2014-06-05 10:50 1455次阅读
基于ARM的智能家居监控系统设计

基于WEB的通信电源的远程监控研究与实现

随着IT技术的发展,带动了各行各业,局域网、广域网和互连网的普遍实施,多数单位有了自己的网站,各系统...

发表于 2014-05-07 11:09 459次阅读
基于WEB的通信电源的远程监控研究与实现

锂电池有望独霸家庭储能市场

对于锂电厂商而言,家庭储能市场中蕴含着巨大的商机。有数据显示,到2020年,家庭储能市场的规模就将达...

发表于 2014-04-03 09:32 409次阅读
锂电池有望独霸家庭储能市场

UPS电源使用过程中蓄电池的维护

有资料显示,因蓄电池故障而引起UPS主机故障或工作不正常的比例大约为1/3。由此可见,加强对UPS电...

发表于 2014-04-02 11:16 529次阅读
UPS电源使用过程中蓄电池的维护

基于Android平台的防盗托管隐私保护与智能家...

针对手机被偷和家居安全两大热点问题提出了一套解决方案。设计了一套托管防盗及动态行为跟踪检测系统。手机...

发表于 2014-03-26 14:32 1150次阅读
基于Android平台的防盗托管隐私保护与智能家...

基于ZigBee的智能LED路灯监控系统的设计方...

本文介绍了一种基于ZigBee的智能LED路灯监控系统的设计方案,该方案实现了以满足智能交通低碳运行...

发表于 2014-03-17 11:33 1946次阅读
基于ZigBee的智能LED路灯监控系统的设计方...

一种高效的蓄电池性能监测系统的设计方案

本文针对采用热敏电阻测温和有线温度测量系统的不足,提出了一种高效的蓄电池性能监测系统的设计方案。方案...

发表于 2014-03-17 11:05 746次阅读
一种高效的蓄电池性能监测系统的设计方案

基于嵌入式Linux的家居监控系统设计

本文介绍基于Linux 操作系统的家居监控系统采用手机与嵌入式无线连接方式,将监控设备( 嵌入式系统...

发表于 2014-02-22 10:58 985次阅读
基于嵌入式Linux的家居监控系统设计

电子发烧友网成功举办2013电源管理技术研讨会

2013年10月19日,电子发烧友网(Elecfans)携手业界五大知名原厂与分销商,以及200多位...

发表于 2013-10-20 10:53 957次阅读
电子发烧友网成功举办2013电源管理技术研讨会

物联网应用案例:精确传感器探积水自动监控系统

去年“7·21”特大暴雨,造成京港澳高速南岗洼路段发生严重积水,双向车道无法通行。今年入汛前,首发集...

发表于 2013-06-21 11:16 646次阅读
物联网应用案例:精确传感器探积水自动监控系统

英飞凌携手华为进行战略合作,启动华为-英飞凌网络...

英飞凌科技股份公司和华为技术有限公司今天宣布,双方将在新一代通信电源和数据中心能源开发领域进行战略合...

发表于 2013-06-04 10:51 515次阅读
英飞凌携手华为进行战略合作,启动华为-英飞凌网络...

通信电源产业链发展现状与趋势分析

文章从宏观经济学产业链的角度分析了通信行业电源产业的发展现状、问题、发展趋势;提出要重视加强通信电源...

发表于 2013-05-20 10:46 1088次阅读
通信电源产业链发展现状与趋势分析