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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。 （图片）
图1蓄电池的放电曲线从电池的放电曲线，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：（图片） (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。（图片）
图2系统硬件电路结构框图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，系统运行放电检测程序，检测每节电池的放电特性，通过与设定模式的比较，对电池的好坏进行判读，并将结果输出显示，对失效电池予以提示报警。
控制模块内设有多层次的通信接口，如RS232、RS485或MODEM，以便系统向现场及远端计算机传输数据，接收指令和调整参数。系统还设有一干触点给RTU接口，触点断开时给出故障信号。
控制模块内还有设有多路A/D、D/A、PWM等I/O接口，可灵活应用于与系统相连的直流屏相关信息的数据采集和控制。
3.4显示及操作面板
显示面板采用日本HITACHI公司的大屏幕背光液晶显示屏，显示屏点阵240×320，可清晰地显示中文汉字及图形。
4系统软件设计
系统软件采用Delphi4.0开发，可在WIN95，WIN98，WIN NT操作系统下运行。
系统主要由通讯，系统设置，数据查询，报表打印五大模块组成，如图3所示。（图片）
图3系统软件模块结构框图4.1通讯模块
采用RTU，RS232，MODEM多种通讯方式实现计算机与单片机之间的点对点(拨号)数据通信。考虑到通讯稳定性，设定波特率为：9600bps。系统软件支持远端参数发送，向终端数据采集器(单片机)发送本地信息及变电所ID，放电密码，自动接收终端数据采集器上传的数据用于模式分析，从而判定蓄电池的性能及运行状况，并可随时查询某个变电所运行监测/动态放电/静态放电数据(通过不同的报文格式区分数据类型)。
4.2系统设置模块
在系统运行前须对控制台(本地信息)和各个终端(变电所信息)进行参数设置。系统数据将保存在注册表中。在本地信息中可设置系统操作员口令，设置密码后系统启动时将要求输入密码。变电所信息中可设置4位放电密码，以确保系统能够安全运行。
4.3数据查询模块
系统利用SQL语言进行数据查询工作，提供了强大的数据查询功能。当接收到数据没有变化时，不写入数据库，查询时采用数据继承的办法。在历史查询中可查询某个时间段内某个变电所运行监测/动态放电/静态放电数据，而在故障查询中，查询某个时间段内某个变电所运行监测/动态放电/静态放电数据超出上下限的情况。
4.4数据分析模块
将采集到的数据进行处理(曲线拟合)，画出放电曲线，根据系统判定模式分析电池性能，给出电池当前状态(正常/异常)及处理意见。
4.5报表打印模块
系统支持年，月，日三种报表格式作为系统日志，可统计并打印选定时间内的最大/最小电压，环境参数等等。可打印被选中电池的动态/静态放电曲线(X轴-时间，Y轴-电压)。可将系统故障生成报表输出，作为系统运行故障的书面记录。
5结束语
本系统可广泛应用于各种类型直流屏及直流供电系统，可直接用于直流屏厂家的配套改造，使普通直流屏升级为真正的微机控制的智能型直流屏。本系统现由杭州高特电子设备有限公司制造，运行可靠，具有很大的推广应用价值。
浙江省教委资助科研项目(9811873)
作者简介：
陈杰(1963-)，女，硕士学位，副教授。从事生产自动化的研究。
参考文献
1赵杰权等.阀控密封铅酸蓄电池的失效模式机理及解决途径.电子技术参考，1998，(1)：73～78.
2桂长清.通信用阀控铅蓄电池检测与维护技术.蓄电池，1998，(3)：28～33.
1/7/2007
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