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摘要：电池状态网络监控系统采用分级管理模式，底层监控基站采用改进的四阶充电法，动态调整各充电阶段转换点的值， 并实时上传监测数据a上层管理软件采用LABVIEW编程，具有蓄电池失效检测、充放电、温度检测、参数实时显示等功能， 可以在线分析蓄电池各种参數，实现故障实时在线报警。远程监控利用LABVIEW自带Web Publ〖shing控件实现，通过监控 基站实现蓄电池组远程的投入和切除。通过测试，系统能够在大型蓄电池供电系统中可靠工作。

 

关键词：蓄电池；LABVIEW;实时；在线；网络；监控系统

 

随着世界范围绿色、环保呼声的高涨，电动汽 车等绿色、低碳经济的用电设备的逐步增多。由于 阀控式密封铅酸电池VRLA (Valve Regulated Lead Acid Battery)具有体积小、重量轻、自放电小、寿 命长、使用方便、安全可靠等优良特点，目前己广 泛应用于电力系统⑴，目前大型电池供电设备一般 多采用VRLA蓄电池作为主要的供电来源。由于目 前对电池工作状态的监测管理系统在我国还是空 白，使得电池供电系统的可靠性难以保证。目前国 内企业所使用的管理系统，都是来自国外的产品， 存在成本高，管理、升级困难，且仅适用于低电压、

基金项目：河南省教育厅自然科学计划项目（ 2007510005 )

小电流器件，测控体系不健全，智能化程度低[2]» 故此研究基于网络对大型电池供电系统电池电压、 电流、温度、内阻等状态数据，监测的电池的工作 状态的监测系统具有现实意义。

 

1系统总体设计

 

系统由主监控室、分监控室和基站三部分组 成，主监控室负责协调和管理的作用，管理各个分 监控室和基站，具有最高权限，可是控制和访问下 面的任意一个分监控室和基站。分监控室负责监控 和管理基站，能够从基站得到信息并向主监控室提 供信息服务。主监控室、分监控室由工业控制计算 机和监控系统软件构成。基站的功能是实时釆集本 地监测数据并作一级存储，向分监控室提交监测信

 

1.1.1控制器的选择

 

处理器芯片是整个系统的核心部分。主要任务 是对蓄电池状态信号采集、处理，并输出控制信号 从而实现对蓄电池充放电的管理。系统选用 ATmegal6L,它是能够以单片方式提供Flash、 EEPROM和10位ADC的高效的8位RISC微处理 器，数据吞吐率高达lMIPS/MHz,可以减缓系统在 功耗和处理速度之间的矛盾。

 

1.1. 2无线数据传输模块的实现

 

系统选用的是挪威Nordic VLSI公司推出的单 片射频收发器nRF905,该芯片工作电压为1,93.6 V, 32引脚QFN封装（5x5 mm),工作于 433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道， 频道之间的转换时间小于650 uso适用于无线数 据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监 测、家庭自动化和玩具等诸多领域。无线数据传输 系统结构如图2所示(1)失效模块

 

在系统中，采取了以每节VRLA蓄电池出厂前 厂家给出的在额定容量下的内阻值为基准值，进行 比较、分析、评估VRLA蓄电池性能的优劣。当测 得内阻高于基准值的25%，启动活化放电子程序对 蓄电池进行核对性活化放电；当测得内阻高于基准 值的50%时，即刻发出蓄电池己失效的报警指示。

 

(2)充电监控

 

系统采用改进的四阶充电法，动态地调整各充 电阶段转换点的值。第一阶段，采用恒流充电，不 断检测蓄电池的端电压，当一定时间f内检测到的 两次端电压值变化足够小时，这时即刻转入第二充 电阶段，第二阶段采用恒压充电方式，第二阶段不 断的检测充电电流，当充电电流的变化也足够小 时，转入第三阶段恒流充电方式，同理检测充电电 压，如果变化很小，则转入第四阶段恒流充电，直 至蓄电池充满并将充电电压保持在浮充电压补充 蓄电池的自放电。

池和测量蓄电池的容量，必须定期进行放电实验， 因此，•套髙性能的放电装置对蓄电池显得尤为重 要' 系统将1.80 V设置为VRLA蓄电池末期放电电 压的基准值，实时检测蓄电池的放电电流^根据放 电电流的大小动态调整VRLA蓄电池的末期放电电 压，从而达到对VRLA蓄电池的保护。同时系统也 对放电电流监控，当放电电流大于正常值较多时， 可判断VRLA蓄电池发生短路放电，应立即切断开 关> 结束放电。

 

1.2.2上位机软件的设计

 

上位机软件平台主要把对采集到的数据做处 理，实现数据的海量存储，设计友好复杂的功能和 加人性化的管理界面。考虑到通用计算机的功能要 远远大于单片机，故此上位机采用通用计算机，莉 用LabV丨EW软件开发系统的管理界i丨。主要有通 信模块、电池充放电管理模块、在线检测模块和网 络功能模块。

 

1.2.3网络功能的实现

 

系统利用Lab VIEW平台提供的Web Publishing 来实现网络功能，该工具在所有平台的所有版本都 支持Intemet/HTTP服务。可以方便地实现FTP, Telnet, SMTP, CGI,和E-mail等功能》在对蓄电 池的综合测试中，利用Internet Toollcit工具包对蓄 电池电压、电流、温度等测量值进行上传、下栽、 艸络发布，远程登陆甚至以E-md的形式发送。利 用Internet toolkit工具包所提供的V;子模块，pJ"以 编写FTP, Telnet, SMTP, E-mail等程序，再把所 有的程序以子程序的形式显示，即当点击网络按钮时 自动弹出网络选择模块，从而实现相应网络功能['

 

2系统试验与分析

 

2. 1失效检测试验与分析

 

在线运行蓄电池组绝大部分时间处于浮充状态， 也就是静态状态，少数时间处T充放电状态，也就是 动态状态，由于长时间的浮充使得蓄电池极易老化， 造成各个蓄电池性能不一致，蓄电池寿命会大大下 降。如何及早知道蓄电池的寿命，准确把握蓄电池性 能变化趋势[51。本系统是通过测量蒿电池的内阻来判 断蓄电池是否失效*实验时分别对五块12 V、7 Ah 铅酸蓄电池进行了测试，测试结果如表丨所示。

 

实验时，I号、2号、3号蓄电池能正常放电. 程序运行正常，但是测不出其内阻值，分析原因是因

为检测精度造成的.本系统的检测精度为ImV,而蓄 电池放电在lms内端电压的变化量远低于1 mV,因此 读数全部为零。4号、5号己严重损坏，无法进行放电. 未能检测。测内阻失效检测功能失败，

从实验结果可以看出：1号蓄电池放电持续431 min结束，实际放出电量4.26 Ah,用安时法计算剩 余容量应为2.74M,改进后计算剩余容量理论值应 为-0.02 Ah,而程序中设定当放出电量大于基准电 量值时剩余容量显示为0。安时法与改进安时法显 示结果差距非常大，造成这样结果的原因楚两种方 法的S准值不同，如果蓄电池的实际容量值与额定 值相同时，两种方法的显示结果应该是相同的，实 验中使用的1号蓄电池，是新的蓄电池，其容量未 能达到额定容量，实验结果恰好能够证明当蓄屯池 使用很长时间以后，由于老化蓄电池的实际寿命减 小，这时安时法显示就会出现偏差，而改进后的安 时法则能够准确显示蓄电池的剩余容量^

 

3结论

 

系统采用分级管理结构，以单片机为监控单元 的基站实现电池状态数据的采集和电池的投入和 切除，上位机采用LABVIEW编程实现与底层单片 机的通信，系统结构简单，成本低廉，通过 LABVIEW自带的Web Publishing工具实现采集的 信息发布和数据的远程传送，实现了大型供电电池 监测和控制，系统的应用变原有的故障维修机制为 状态维修机制，减少了故障几率，提高了电池供电 系统的供电可靠性。