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新型蓄电池巡检仪的设计

来源:机房360 作者:宏志 更新时间:2011-8-5 9:58:54

摘要:目前在消防应急电源系统中,蓄电池作为系统的能量来源,它的质量对系统的高效安全存在至关重要的影响,所以对蓄电池在线监测的产品也应运而生。根据传统在线监测系统的方法和不足,本文介绍的巡检仪采用单片机作为整个系统的核心,通过光耦对电池组和系统进行隔离,并对每节电池进行快速采样,通过软件算法缩小采样值与实际值的误差,以达到要求精度,本系统还提供了与上位机的通信接口。

  在电力、交通、教育等行业中,停电将会带来巨大的损失和灾难,为此各种消防应急电源EPS得到迅猛发展,而作为EPS能量来源的蓄电池,其重要性则不言而喻了。但在实际运行中蓄电池的故障率却很高,由于蓄电池组都是串联使用,所以其中只要有一节蓄电池损坏,整个蓄电池组就失去作用,只要有一节蓄电池性能下降,它将决定整个蓄电池组的供电能力,所以对蓄电池组中每节电池进行监测及故障诊断是非常重要的,只有这样才能保证EPS系统的高效安全。因此,蓄电池的检测已逐渐成为一个热点问题,各大生产厂商都在积极开发相关产品。但是由于这些监测设备价格高,同时在采样环节增加了安全隐患,再加上人们对其重要性的认识不够,所以监测设备并没有在大范围内实现普及。
  
  当前市场上的蓄电池在线监测方法主要有整组监测、单电池电压监测,以及电池内阻在线监测。其中整组监测是指对整个电池组进行检测,从而无法筛选出已老化的电池;单电池电压监测是对整组监测的提高,它同时也对每节电池进行监测,这样可以判断出个别电池是否损坏,但是它只能发现损害较为严重的个别电池;电池内阻在线监测,是对电池进行内阻测量,它可以有效地发现性能下降的落后电池,但是该方法价格高,采样引线处理难,并且存在更大的安全隐患,而且技术含量高,精密度要求高,所以对大部分普通用户来说难于承受!
  
  本文介绍的蓄电池巡检仪就是采用比较适用的单电池电压监测,并根据传统电池电压采样的方法和不足,设计一种相对简单,但精度较高,速度更快而且较为便宜的系统。本系统采用Microchip公司的单片机作为系统的核心,通过光耦对电池组和系统进行隔离和模拟信号的传输,再通过软件算法减少因光耦非线性传输引起的误差,有效实现精度的提升,当出现故障电池时进行声光报警,本系统还提供了与上位机的通信接口。
  
  1、系统组成模块及主要功能
  
  本蓄电池电压巡检仪采用模块化设计,其包括4个模块:巡检采样模块、按键输入模块、显示报警模块、通信模块。
  
  巡检采样模块:通过光耦隔离和信号传输,对每节电池进行电压采样。
  
  按键输入模块:通过按键设置各种参数。
  
  显示报警模块:通过LED数码管将参数和采样量输出,当故障时进行声光报警
  
  通信模块:通过RS-232协议与上位机进行通讯,将各种参数和采样量输出至上位机,以供上位机进行各种操作。
  
  其模块框图如图1所示:


图1 系统模块框图

  2.巡检采样模块工作原理及方案设计
  
  该模块在系统中是非常重要的,因为它决定了所有判断和显示是否和实际情况符合。目前就单电池电压监测方法也有很多种具体的实现方案,如传统的方法采用继电器实现,但是由于继电器的使用寿命有限,且使系统体积较大,而且采样每节电池的时间过长,所以对于数量较大的电池组,这种采样方法不仅使采样不具备实时性,而且系统体积较大,使用寿命也较短,而且当继电器出现故障时,还有可能出现电池短路现象,所以存在很大的安全隐患,所以本系统鉴于上述问题,也就采用光耦隔离和采样,这样很容易解决了继电器带来的寿命短,体积大,同时采样时间也变得非常短。但是光耦也同样存在一些缺点,如果采用线性度高的光耦则价格很高,而且存在温漂问题。本系统根据这些情况采用普通光耦一降低价格,并且通过NTC热敏电阻对温度进行采样,再加上软件算法进行实际值转换和温度补偿,从而使系统的精密度达到规定要求。
  
  其工作原理如图2所示


图2 单节电池电压采样原理图

  首先由MCU控制O2的发光二极管发光,并且让它处在饱和状态,从而使O2的光敏三极管也处在饱和状态,这样流过O1的发光二极管If1:
  If1=(Vb-Vceo-Vd)/R1
  其中:If1为流过O1发光二极管的电流
  Vb为单节电池电压
  Vceo为O2光敏三极管在饱和状态下的管压降
  Vd为O1发光二极管的管压降
  R1为调解O1发光二极管电流的可调电位器
  已知If1后,通过光耦的CTR可以求出Ic:
  Ic=CTR*If1
  

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