蓄电池论文

贵州大学硕士研究生学位论文 蓄电池的在线智能监护系统设计

前 言

随着电子技术的迅速发展,蓄电池正广泛运用于交通运输、电力、通信等领域的各种设备中。它已经成为这些设备的最为重要的部件，其直接影响到设备的寿命和可靠性。

目前，由于蓄电池价格好、容量大、放电性能好、原材料丰富、可循环利用等优点被广泛应用各种电力机车、电动自行车、现代通讯设备、便携试电子产品、笔记本电脑、自动化设备、移动通讯基站、军队雷达基站和政府机关备用电源等。然而，蓄电池由于受到容量限制，需要经常对其进行充放电，若在蓄电池的充放电过程中管理不善，将会大大影响蓄电池的使用寿命。

传统蓄电池管理系统是针对整组蓄电池进行充放电管理，即是把单只蓄电池串联，由充电机对两端充电。由于这种管理方式没有考虑到蓄电池之间内阻，容量，化学特性的差异，易使蓄电池组中产生容量落后的电池，从而导致整组蓄电池工作效率急剧下降，影响系统的稳定运行。

本系统设计是基于单片机的蓄电池智能监测系统，该系统分为主模块和节点模块两个部分，节点模块对蓄电池组中单只蓄电池运行状态进行检测，根据预先设定的充放电参数对其管理。每次单片机只对一只蓄电池的单体内阻、单体温度和单体电压进行检测。如不在设定的参数范围内，超值时自动关闭并予以报警，在底值时自动启动均冲器进行实时监控，高值时将当前电池断开，切入下一只，一直检测完整组蓄电池，完成一个循环，主模块测量蓄电池组的电压、电流和环境温度。由于蓄电池组由多个蓄电池单体组成，所以一个主模块可以连接多个节点模块，主模块不断轮询节点模块检测到的数据存储在数据缓存器，以备上位机查询。同时主模块根据所测电流的方向判断出蓄电池组所处的充放电状态。其目的是保证蓄电池不会发生过充电及过放电，提高蓄电池组容量的使用效率和单只蓄电池的使用寿命。

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第一章 绪 论

1.1蓄电池在线测试技术研究的意义

蓄电池作为电源系统的重要组成部分，起着储备电能、应对电网异常和特殊工作情况，维持系统正常运转的关键作用，是需要高可靠保障领域的最后一道防线。因电池故障造成的事故或停机的损失往往比电池费用高的多。在电池的日常维护管理中，往往缺乏有效的检测维护手段，不能及时准确掌握电池的运行状态，无法消除电池带来的安全隐患。因此，研究对蓄电池的在线参数进行检测十分重要。通过参数检测设备可以发现电池组浮充电压问题、电池组充放电流问题，对电池组的正确使用有着非常积极的作用。

1.2 蓄电池检测技术国内外的现状

现今国内外具有多种电池检测仪器，如国外产品有日本HIOKT、美国MICROCELLTRON, BTECH公司产品，他们是通过检测电池的内阻或电导来判定蓄电池的优劣，然而实际通过研究发现单一的通过电池内阻或电导无法准确判定电池的优劣，这是因为电池的内阻和电导随电池的充放侧态、放电电流值的大小、电池环境温度变化很大，有时不在一个数量级以上，无法精确测量，故单独定量的研究内阻来判断电池的优劣有一定弊端，同时它对电池的检测是通过人工测量，不具备实时性和在线性。现国内己开发出在线式电池检测系统，如:北京齐纳公司、上海宇宏公司、西安柯蓝公司CR-AG48产品等，他们是通过VOLT检测法来完成电池的检测，而单独的VOLT检测法无法解决故障电池的累计电荷等一系列问题。目前，在电源理论界普遍认为:校验电池容量的最好办法只有通过电池的满容量放电。根据这一理论，西安柯蓝公司研发了CR-AC48容量测试仪，陕西硅谷通信设备有限公司研发了蓄电池放电监测仪，这类产品检测精度较高，可对整组电池进行放电检测，但不具备在线性，此类产品在进行电池容量测试时，必须将电池组与电源分离，消弱了电池组的后备完好性。

因此较为有效的电池在线检测设备及检测理论是当前国际电学理论界、电源企业研究的焦点问题。2000年10月，英国GUARD工AN LINK公司发明命名为CELLDATA的电池测试系统。该电池测试系统通过对电池电化学反应的检测来判断

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电池的优劣，具体做法是将一束含有复杂频谱的电信号通过蓄电池，并对该复杂的信号进行测试，根据从中得出的电化学信息，测出蓄电池的工作情况。此仪器中含有一个近9000个各种类型的蓄电池的数据库。我们认为，蓄电池的优劣主要的也是最直接的是通过电压、电流、内阻、电导等电学信号表现出来，故对蓄电池的检测应通过对电压、电流、内阻、电导等电信号的采集，对其内在规律进行分析，从而判断蓄电池的优劣。据此我提出了IR综合分析法的理论观点，通过对IR综合分析法的研究来解决电池的检测，在原理上其比VOLT检测法有较大的进步，它解决了VOLT检测法所解决不了的累计电荷、多源系统无法计算等一系列问题。

1.3 设计的主导思想

1.3.1 准确性

电池的运行参数主要受充电机的控制，尤其是电池的浮充电压，直接影响电池的浮充使用寿命。浮充电压的测量要求系统具有高准确度，电池串联后的高电压要求系统具有高抗共模性能。

在线测量每节电池的内阻是系统的核心技术之一，测量精确度直接关系到分析的准确性。在线测量需要解决充电器和用电负载干扰的问题。对于大容量电池，内阻是微欧级小信号，常规的测量方式已经不能得到有意义的数值，系统采用数字信号处理技术实现高精度测量 1.3.2 采用综合分析法

以电池正确运行条件为核心依据，对系统的电压、内阻、电流和温度数据及其变化进行综合分析。

综合分析要发现电池组运行中发生的超越电池参数极限的事件，如：充电电流过、放电电流过大、电池组浮充电压高、电池组浮充电压低、电池组过放电、单节电池浮充电压高、单节电池浮充电压低、单节电池过放电等。

除发现电池的运行条件异常外，综合分析更重要的是要及时发现并报告电池失效以及电池容量状态。 1.3.3 高可靠性

系统应用于高可靠性要求的领域，要求保证系统长期稳定地工作； 系统应对用户设备不产生任何附加干扰，保证用户设备同监测系统共同正常

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运转；

系统应具备良好的容错能力，避免误报警。 1.3.4 可扩展和网络化

系统要满足蓄电池应用的大部分场合，可根据不同行业的电池配备应用，以及电池的不同数量、不同规格和不同的放置形式灵活配置； 系统可扩展放电测试设备，自动完成放电测试；

网络化和信息化是电子设备的发展趋势，系统设备要有通信接口和多种网络连接方案。

1.4 本论文的工作

1.4.1本课题的主要目标

本系统具有以下功能：

（1）自动在线连续监测单体；

（2）自动对蓄电池组参数按时间顺序循环检测； （3）电池组/单体的监测与超常判断，报警； （6）运行事件管理，提供维护分析依据； （7）智能数据处理；

（8）中文界面，观察、操作方便； （9）模块化结构，便于安装维护； （10）网络化设计，远程管理和集中监控。

1.4.2本论文工作及重点

本论文的主要工作:

1、查阅大量国内外文献，了解蓄电池及其蓄电池管理系统和充放电机的发展动态，掌握铅酸蓄电池的特点、性能及其工作环境要求。

2、该系统采用微控制器控制主回路，循环分时采集蓄电池组状态信息,并根据设定的充电参数对蓄电池组进行管理的方案，通过单片机与后台机的通信联系，实现后台机对多台充放电机的集中控制和管理。

3、完成本智能在线监控控制系统的硬件结构和设计,制作主控制、数据采集和显示，重点完成电压、电流、温度和电阻参数的采集电路设计、数据处理和数字滤波。

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4、实现后台PC机与微控制器的通信，完成后台机对蓄电池的单体和电池组的控制系统采集数据的显示和发出管理控制信息。

本论文的重点在于:

1、蓄电池智能检测控制系统硬件设计与制作。其分为主控制电路，数据采集电路和显示电路，控制功能包括分只循环检测蓄电池组，对蓄电池的参数进行管理，对所测数据进行实时采集采集，并经过处理传输至微处理器中并进行判断，同时采用串行输入动态显示方式对电池的号数，和个检测参数的显示，当蓄电池出现异常情况时进行处理，报警，停机；串口通讯连接等。

2、参数的采集及其数据处理和数字滤波。

3、通过在线仿真平台（MPLAB ICE2000）对程序进行在线仿真与调试。 4、后台机与微控制器MCU的通信协议和数据帧定义。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k06v.html