蓄电池在线监测系统的设计与实现_瑞达电器资料网,华玉生活

摘要：蓄电池在通信系统中是一种必须的后备电源，其使用寿命和安全可靠性倍受用户关注。为避免蓄电池在长期使用过程中因个别电池出现故障而引发事故，必须对蓄电池的运行状态进行定期维护监测。本文提出了一种全新的、先进的容量测试技术——全在线放电技术。它与其他放电技术相比，利用现有真实负载，不作任何调整，无需专门进行停电，利用现场的停电间隙，完成蓄电池的数据采集，实现了对蓄电池的在线监测和及时的故障诊断，没有任何风险，不仅使电池放电维护操作简便安全，而且能够提高维护的工作效率。
关键词：蓄电池；监测系统；全在线放电技术

Design and Realization of Battery Online Monitoring System
Abstract：Battery is one kind of necessary back-up power in communication system, whose security and reliability are widely concerned by many users. In the course of a long-term use of batteries, in order to avoid the accident caused by failure of an individual battery, we must carry on the maintenance routine monitor to the running status of the batteries. This article proposed one kind brand-new and advanced capacity test technology - - entire online electric discharge technology. Compared with other electric discharge technology, it didn’t make any adjustment but use the existing real load, and it didn’t need to cut off the power supply specially but complete the data collection of batteries at the power cut gap of the scene. It can realize the real-time online monitor and fault diagnosis of the batteries, and there is no risk. It not only makes the battery discharge maintenance operation simple and safe, but also enhance the maintenance efficiency of the battery.
Keywords：Battery；Monitoring system；Entire online electric discharge technology

1、概述：
通信电源是通信网络的基础，蓄电池又是整个通信电源的最后一道安全屏障。为了确保通信电源的可靠性，必须及时了解蓄电池的容量和工作状态，因此蓄电池历来都是电源维护工作的重点与难点。据通信系统近几年来的事故分析发现，在电源设备导致的通信中断事故中，由蓄电池引发的事故占到了七成。蓄电池，特别是通信机房的蓄电池引发的事故一旦发生，就会引起巨大损失！因此，在这种现实背景下，如何在线监测蓄电池的运行状态，对其建立起一套有效的维护管理方法，具有重要的现实意义。
2、蓄电池在线监测系统的工作原理：
在中心机房蓄电池必须定期进行容量测试的需求下，国内外对蓄电池的监测普遍采用离线放电方法或者在线评估式放电方法。
离线放电方法，虽然可以达到蓄电池容量测试的目的，但是必须把电池从设备上隔离开相当长的一段时间，繁琐、费时、成本昂贵、设备笨重，需要由经过专业培训的人员进行操作。一旦蓄电池组容量意外降低或蓄电池突发故障，由于蓄电池数量较多、情况各异，操作人员很难及时找出故障电池，从而直接影响了故障处理的效率。
在线评估式放电方法虽然能提供更多蓄电池的相关信息，工作量比较小，可节省维护成本，但是系统安全性低，而且达不到蓄电池容量测试的目的，潜在的安全隐患大。
因此本文引入一种全新的、先进的容量测试技术——全在线放电技术。利用全在线放电技术，对蓄电池进行实时在线监测和及时的故障诊断，完成蓄电池的数据采集。即被测电池组通过实际负载进行充放电测试，实时采集每个单体电池的充放电数据，实时采集到的数据汇总到后台管理软件绘制出每个单体电池的实时变化曲线，从而根据变化曲线分析判定单体蓄电池的性能优劣。本技术不需要断开单体电池，只需要利用现有的单体电池数据采集设备，利用现有负载完成对整个蓄电池组
的单体电池管理分析，大大提高了效率，降低了风险，从而达到安全节能的维护效果。 3、系统的硬件设计：
蓄电池在线监测系统由单片机、在线测量电路、地址设置电路、温度测量电路、通信电路、电源电路等六部分组成。结构框图如图 1所示。

3.1 单片机
单片机是系统的核心。本系统的单片机采用的是 Cygnal公司的 C8051F020单片机。它是一款增强型 51内核单片机，指令系统与 MCS-51完全兼容，片内含 64KB的 FLASH程序存储器、 4352B的 RAM、8个 I/O端口、一个 12位 A/D转换器、5个 16位通用定时器、看门狗定时器等部分。与以前的 51系列单片机相比， C8051F020增添了许多功能，同时可靠性和速度也有了很大提高。
3.2 在线测量电路
我们所用的蓄电池是由 24节 2V电池串接而成，本文对电压的采集电路进行了特别设计。本文设计的电气隔离电路采用光藕继电器 AQW214和高精度电容构成的电路来实现。工作原理如图 2所示。RL1、RL2是一个双刀双掷继电器（光藕继电器 AQW214），在待机状态下，开关位于 Vin一侧，给电容 C1充电；当需要测量电池电压时，把开关投向 Vout一侧，测量完毕返回 Vin一侧。如果负载阻抗 R1无穷大，由于电容 C1的储能功能， Vout与切换前的 Vin相等，从而完成了测量的隔离转换。

3.3 温度测量电路
本文设计的温度测量电路由 3个美国 Dallas半导体公司的 DS18B20温度传感器组成。 DS18B20温度传感器是一种单总线温度传感器，具有体积小、精度高、适用电压范围宽等优点，在其内部使用了在板（ ON-BOARD）温度测量专利技术，支持 “一线总线 ”接口，现场温度直接以 “一线总线 ”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，在实际应用中取得了良好的测温效果。
其工作特性如下：
（1适应电压范围为 3.0 V～5.5V，寄生电源方式下可由数据线供电。
（2）测量温度范围为 -55°C～+125°C，在-10°C～+85°C范围内，精度为± 0.5°C。
（3独特的单线接口方式： DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯。以“一线总线”串行传送给 CPU，同时可传送 CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
（4）可编程的分辨率为 9～12位，可实现高精度测温。
4、系统的软件设计：
本系统软件用 Keil C51编写，为了提高程序的可读性和可移植性，程序的主要功能均采用模块化设计方法，共包括以下六个模块：系统设置与初始化程序、地址设置读取驱动程序、AD转换驱动程序、温度传感器的总线驱动程序、通信驱动程序以及应用程序（包括：地址设置的处理、单体电压、总体电压、总体电流的处理、温度的处理、通讯协议的封装和解析等）。其中系统设置与初始化程序流程图如图 3所示。

5、结论：
本文提出的全在线放电技术与其他放电技术相比，利用现有真实负载，不作任何调整，无需专门进行停电，利用现场的停电间隙，完成蓄电池的数据采集，实现了对蓄电池的在线监测和及时的故障诊断，没有任何风险，不仅使电池放电维护操作简便安全，而且能够提高维护的工作效率。
参考文献：
[1]纪爱华,周志敏,周纪海.阀控式密封铅酸蓄电池实用技术[M].北京:中国电力出版社，2004
[2]徐曼珍 .新型蓄电池原理与应用 [M].北京:人民邮电出版社， 2005
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本文作者创新点：本文采用全在线放电技术，利用现有真实负载，无需专门进行停电，完成蓄电池的数据采集，实现了对蓄电池的在线监测和及时的故障诊断。