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蓄电池智能巡检系统开发
<P>蓄电池智能巡检系统开发</P>
<P> 关键词:蓄电池;巡检;数据采集<BR>摘要:蓄电池智能巡检系统能实现对蓄电池在浮充状态、充放电动态过程中的状态检测,对蓄电池内部开路、短路、过压、欠压及过度放电等异常状态及时报警,提高了对蓄电池监测的准确性、自动化和智能化程度。</P>
<P><BR> <BR> 一、研究背景<BR> <BR> 目前蓄电池的状态监测仪器大多是在浮充状态下实现对蓄电池的端电压测量的,而能准确反映蓄电池容量信息的蓄电池电导测试仪只能做定期测量,不能实时在线监测,无法及时发现存在故障的失效电池。国外的蓄电池智能巡检产品多采用专用芯片进行设计,功能齐全,但价格昂贵。考虑本地区经济情况,开发一套功能较全、价格较低、符合区域特点的产品。<BR> 二、研究内容<
BR> 蓄电池作为应急及备用电源,应用于许多领域,如消防的应急照明系统、电信与金融系统的备用电源等。其主要作为紧急情况下的一种替代供电装置,而在平时不作为供电设备,很难发现并定位局部个体工作状态是否正常。失效的个别蓄电池在后备电池投入使用时,会严重影响整个电池组的放电容量,甚至会导致整个供电系统的崩溃。<BR> 本项目研究内容为对蓄电池主要参数指标及工作状态进行在线监测,从而达到及时发现故障及单节失效蓄电池的情况,并能根据统计数据进行智能的统一维护与管理。蓄电池智能巡检主要是对直流电源蓄电池组中每一只蓄电池的端电压进行巡检。<BR> <BR> 三、蓄电池工作原理<BR> <BR> 蓄电池的充放电过程是一个复杂的电化学过程,其状态检测和失效预期诊断一直是蓄电池维护中的难题。由于电化学反应的复杂性以及蓄电池使用环境的差异,至今还没有一种简单实用的方法对蓄电池的当前运行状态快速准确判定。但大量的实验已得出以下结论: <BR> (一)蓄电池充、放电过程中,在相同的时间间隔内,端电压变化明显比其它电池快的单节一定是有故障的落后电池。蓄电池充、放电都有一个截止电压,过度放电和过度充电都会加速电池失效,减少电池的使用寿命。从蓄电池放电时的电压变化曲线图中可以明显看出个别电池端电压突然变化加大,表明该电池已经损坏。<BR> (二)蓄电池在交流电正常时一直保持浮充状态,并要保持一个适当的浮充电压。浮充电压过高会造成电池发热量过大,出现热失控现象,还容易因电解水反应剧烈使电池失水过多;浮充电压过高还会恶化电池组的均匀性,加大电池之间的差异。浮充电压过低又会使电池因自放电损失的电量无法及时补充,加速电池老化。<BR> (三)串联在一起的蓄电池各单节电池在充足电或放完电后,端电压应该是均匀的,不应有大的差异。如果电池组不均匀,在充电时一部分电池充电不足,另一部分电池过充电;在放电时一部分电池尚未达到终止电压,但另一部分电池又会过放电,甚至出现
“反极”现象。长此下去就会引起恶性循环,加速电池失效。<BR> (四)环境温度的变化也会影响蓄电池的浮充电压,温度过高就会加速蓄电池的老化速度。<BR> (五)在大量实验过程中,利用数理统计方法分析蓄电池组的端电压的分布规律,结果表明它们的平均值和标准差符合正态分布,平均值表明了全组端电压的宏观性能,标准差则表征了各单节电池端电压的离散程度。因而可以利用这一规律判断电池组的均匀性,并可以找出差异相对较大的电池,也就是可能已经失效的电池。<BR> <BR> 四、系统总体结构设计<BR> <BR> 整个系统由数据采集模块、智能管理系统及专家系统等组成,如图1所示: <BR> <BR> 图1 系统总体结构框图<BR> 其结构如框图所示。其中数据采集模块24位A/D和89C52单片机为核心,数据采集电路不断循环采集各个单体电池电压、总电压及环境温度,经差分放大、模拟开关等,由模数转换器进行A/D转换,然后通过蓄电池智能管系统进行简单分析处理,测量数据能够实时显示,个别电池出现异常时能够及时报警。系统自带32MB电子盘存储数据,能记录采样值及蓄电池运行状态,且能通过RS232/RS422通讯接口把数据上传。该系统具有以下几个功能特点: <BR> (1)对蓄电池组的浮充状态和充、放电动态过程实施实时在线监测和故障诊断; <BR> (2)数据采集电路采用模块化设计,可根据蓄电池个数确定模块数量,每个模块可测量一组16节电池,最多可测量128路单体电池电压; <BR> (3)可兼容2V、6V和12V电池,具有良好的可扩展性能; <BR> (4)采用大屏幕液晶显示器,能直观的了解足够的电池信息; <BR> (5)配有大容量非易失性数据存储器,并内置实时时钟; <BR> (6)有RS232/RS422通讯接口,可以与上位机或其它监控设备通讯[1]。<BR> <BR> 五、创新之处<BR> <BR> 影响蓄电池循环寿命的因素