摘要：在后備直流電源的使用中，閥控鉛酸蓄電池被廣泛的應(yīng)用。但在具體使用中由于缺乏必要的監(jiān)測手段，同時(shí)日常監(jiān)測又不具備準(zhǔn)確的監(jiān)測方法，所以直流電源中常由于電池問題引發(fā)事故。設(shè)計(jì)一種有效的蓄電池在線監(jiān)測方案，通過力控組態(tài)軟件準(zhǔn)確掌握蓄電池電壓、內(nèi)阻和剩余電量等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了鉛酸蓄電池組監(jiān)測和性能預(yù)測的自動(dòng)化。

0引言

目前，電能存儲(chǔ)和使用主要靠蓄電池完成，而閥控鉛酸蓄電池（VRLAB）因其密封性好、對(duì)環(huán)境無污染、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。但是由于各種原因時(shí)常會(huì)出現(xiàn)蓄電池使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定時(shí)間的情況，甚至出現(xiàn)直流電源事故。

為了給VRLA蓄電池組的檢測提供一個(gè)安全可靠的監(jiān)測平臺(tái)，將傳統(tǒng)的分離式檢測過程有機(jī)地結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)便捷、智能型自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)對(duì)VRLA蓄電池組及其單節(jié)電池電壓和內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并能有效判斷蓄電池組容量和性能?，F(xiàn)擬采用電壓采集模塊、內(nèi)阻采集模塊和組態(tài)軟件組成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)VRLA蓄電池組的使用進(jìn)行監(jiān)控，確保電池組的長時(shí)間有效工作。

1系統(tǒng)功能

VRLA分布式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)是為閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）的運(yùn)行管理設(shè)計(jì)的，用于在線監(jiān)測蓄電池組的運(yùn)行狀況，報(bào)告電池組總電壓、充放電電流、電池容量、單電池電壓和內(nèi)阻，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控管理。

2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測機(jī)組和數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器構(gòu)成。

現(xiàn)場監(jiān)測機(jī)組可由多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式采集網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)不同蓄電池組的監(jiān)測管理，采集電池組的電壓、電流，計(jì)算電池容量。通過計(jì)算機(jī)的RS232串口，將采集的單電池電壓和內(nèi)阻傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，實(shí)時(shí)顯示電池?cái)?shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，查詢數(shù)據(jù)，并智能分析數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理服務(wù)器通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)各現(xiàn)場監(jiān)控機(jī)的數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、管理和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

各類結(jié)構(gòu)（C/S或B/S結(jié)構(gòu)）終端客戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問和查詢數(shù)據(jù)。

3軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與控制的專用軟件，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的關(guān)鍵模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持硬件廠家生產(chǎn)的各種計(jì)算機(jī)和硬件設(shè)備與高可靠性的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合?？上蛘麄€(gè)監(jiān)控系統(tǒng)提供軟硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。

力控軟件是運(yùn)行在Windows98/NT/2000/Xp操作系統(tǒng)上的監(jiān)控組態(tài)軟件，主要包括工程管理器、人機(jī)界面VIEW、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫DB、I/O驅(qū)動(dòng)程序以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件等。

3.1軟件組成及功能

VRLA在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件的主要功能如下：

（1）實(shí)時(shí)顯示電池組總電壓、充放電流、電池剩余容量；

（2）自動(dòng)控制單電池電壓、內(nèi)阻巡檢，并實(shí)時(shí)顯示數(shù)值；

（3）顯示電池組總電壓和充放電流的實(shí)時(shí)趨勢曲線；

（4）可查詢單片機(jī)電壓和內(nèi)阻歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表；

（5）可設(shè)置電池組容量值和內(nèi)阻巡檢周期值；

（6）可手動(dòng)啟動(dòng)內(nèi)阻巡檢。

3.2軟件實(shí)現(xiàn)

主控界面如圖1所示，分別顯示電池組總電壓、采樣電流、剩余電量和累積電量，也可以設(shè)置當(dāng)前電池組的電池額定容量，并預(yù)測剩余電量。實(shí)時(shí)趨勢曲線體現(xiàn)充放電過程中總電壓與充放電流之間的相互關(guān)系。

圖1系統(tǒng)主控界面圖

圖2為單電池采樣界面，分別顯示18節(jié)電池的單電池電壓值和內(nèi)阻值。單電池電壓巡檢過程采用實(shí)時(shí)采樣方式，采樣時(shí)間間隔為50ms。因?yàn)殡姵氐膬?nèi)阻在短時(shí)間內(nèi)變化較小，尤其在充電過程中，因此，電池內(nèi)阻巡檢采用兩種方式：周期采樣方式和手動(dòng)采樣方式。通過點(diǎn)擊內(nèi)阻監(jiān)測選項(xiàng)，在內(nèi)阻參數(shù)設(shè)置中填寫采集周期時(shí)間，系統(tǒng)將按此設(shè)定值周期循環(huán)巡檢，或者點(diǎn)擊立即采樣按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)巡檢。

通過內(nèi)阻的監(jiān)測可以對(duì)電池的性能進(jìn)行可靠預(yù)測，并通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警，以免出現(xiàn)事故。

3.3部分程序設(shè)計(jì)

3.3.1單電池內(nèi)阻的定時(shí)采樣設(shè)計(jì)

內(nèi)阻是考核電池性能的一種相當(dāng)可靠的方法，通過電池內(nèi)阻可以預(yù)測其放電性能。為了能夠有效地測量內(nèi)阻值，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)周期巡檢和手動(dòng)巡檢相結(jié)合的方法，既可以實(shí)現(xiàn)巡檢的自動(dòng)化，又可以根據(jù)用戶需要實(shí)時(shí)查看。具體程序如下：

圖2單電池采樣界面圖

3.3.2剩余容量的預(yù)測計(jì)算

電池組剩余容量使監(jiān)測可以有效地實(shí)現(xiàn)電池管理，及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電操作，提高電池組的使用壽命。

剩余容量計(jì)算采用連續(xù)系統(tǒng)離散化方法，對(duì)采樣周期離散處理后得：

由上式可知F（t）為實(shí)際采樣后的累積量，近似為離散信號(hào)與采樣時(shí)間周期T的乘積。

按此公式，剩余容量的計(jì)算程序如下：

4系統(tǒng)特點(diǎn)

針對(duì)VRLA蓄電池組在EpS系統(tǒng)中的需求，監(jiān)控軟件主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

信息共享功能系統(tǒng)服務(wù)器從各遠(yuǎn)程采集站收集當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布，使各個(gè)職能部門能夠了解實(shí)時(shí)或歷史的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的共享。

強(qiáng)大的監(jiān)測功能在顯示屏上以畫面、報(bào)表、圖像的形式動(dòng)態(tài)顯示VRLA電池組的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。顯示界面上可顯示當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以顯示歷史數(shù)據(jù)，并通過顏色變化、百分比等手段增強(qiáng)畫面的可視性。

數(shù)據(jù)管理功能數(shù)據(jù)管理功能包括：數(shù)據(jù)存檔功能（系統(tǒng)對(duì)其從各個(gè)現(xiàn)場采集的各種電壓和內(nèi)阻等信息數(shù)據(jù)，按照其不同類型、名稱、屬性、時(shí)序等特征分類，建立必須的數(shù)據(jù)庫）;數(shù)據(jù)顯示功能（系統(tǒng)對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)，可按照不同形式進(jìn)行顯示，其顯示方式為數(shù)據(jù)、動(dòng)畫、表格、圖像、曲線等，并可以用顏色和符號(hào)表明數(shù)據(jù)的性質(zhì)）;數(shù)據(jù)處理功能（系統(tǒng)對(duì)存放在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可進(jìn)行最大值、最小值、平均值等的運(yùn)算處理，可根據(jù)需要生成各類報(bào)表、趨勢曲線）;報(bào)表生成和打印功能（操作人員利用系統(tǒng)提供的實(shí)用程序，通過簡單的人機(jī)對(duì)話，可完成報(bào)表的設(shè)計(jì)，并具有隨時(shí)打印的功能）。

遠(yuǎn)程控制功能為了提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，通過RS485接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制VRLA在線監(jiān)測的巡檢過程，如手動(dòng)巡檢單電池組內(nèi)阻等操作。

5結(jié)語

通過本系統(tǒng)對(duì)VRLA蓄電池組的在線監(jiān)測，克服了原來由人工檢查測量不準(zhǔn)確帶來的各種問題。本系統(tǒng)能夠有效把握VRLA蓄電池組的工作狀態(tài)，監(jiān)測蓄電池的后備使用狀況。不僅能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測電池電壓和內(nèi)阻，有效預(yù)測總電池組容量和單電池的性能，而且能夠通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交互實(shí)現(xiàn)信息共享，提高了監(jiān)測效率。本系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國家圖書館、首都機(jī)場等工程的EpS系統(tǒng)中。