蓄电池在线监测系统解决方案

蓄电池在线监测系统V1.0
福建省力禾电子工程有限公司
2011年9月
目录
1. 引言 (3)
2. 系统简介 (3)
3. 系统特点 (4)
3.1. 安全性 (4)
3.2. 精度高 (4)
3.3. 模块化 (5)
3.4. 多样数据分析 (5)
3.5. 便于维护 (5)
4. 系统功能 (5)
4.1. 系统结构图 (6)
4.2. 容量预测 (6)
4.3. 电压巡检 (7)
4.4. 均衡电压 (7)
4.5. 单体电池内阻 (7)
4.6. 充放电电流 (7)
4.7. 核对性放电试验 (7)
4.7.1. 试验周期 (8)
4.7.2. 试验准备 (8)
4.7.3. 试验过程 (8)
4.7.4. 放电时定时测量 (9)
4.8. 智能活化 (9)
4.9. 环境温度 (9)
4.10. 浮充电流 (9)
4.11. 自检报警 (9)
4.12. 通讯功能 (10)
4.13. 参数设置 (10)
4.14. LCD现场显示功能 (10)
4.15. 管理平台系统 (10)
4.15.1. 远程在线集中监控功能 (10)
4.15.2. 三级报表生成导入功能 (10)
4.15.3. 各种报表导出打印功能 (10)
4.15.4. 历史数据查询功能 (11)
4.15.5. 更直观的显示界面 (11)
4.15.6. 远程参数修改功能 (11)
4.15.7. 自动分析功能 (11)
5. 技术指标 (11)
6. 系统配置 (12)
7. 投资效益 (13)
1.引言
蓄电池是通信电源系统中直流供电系统的重要组成部分，作为直流供电备用电源，主要担负着为设备提供安全、稳定、可靠的电力保障的最后一道防线，确保设备的正常安全运行。

蓄电池组发生故障后，如果人工维护，鉴于蓄电池数量多、情况各异，维护工作量大，许多因素无法判断，将直接影响故障处理的准确性和及时性；因此，平时对蓄电池组运行的自动监测、故障早期发现就显得十分必要。

如能实时提供蓄电池组的各种数据，就能提前预估蓄电池容量等各种基本参数，避免故障；当发生故障时也能及时报警，避免事故的进一步发展。

随着蓄电池维护及研究技术的发展，蓄电池内阻这一电池内在的参数在分析判定电池性能变化趋势方面的作用受到人们越来越高度的重视。

从大量的试验数据表明，蓄电池的内阻值和其性能有密切的关联度，剩余容量和电池内阻有一定的固定关系，特别是在剩余容量低于80%时，内阻开始出现拐点，之后随容量的下降内阻会迅速增大，因而根据电池的内阻值来判断电池容量有较好的一致性。

内阻值的大小在很大程度上反映了电池容量的大小及输出能力，内阻值的变化趋势也在很大程度上折射出电池性能的变化趋势，因此，蓄电池内阻监测将是了解掌控蓄电池系统性能变化的一扇很好的窗口。

2.系统简介
蓄电池在线监测系统,battery online diagnosis system（以下简称B0DS），充分利用当代先进的嵌入式计算机（MCU）技术和实时以太网(IEEE1588)通信技术，实现对蓄电池单体电池电压、内阻、电池组总电压、负荷电流等重要信息的实时在线监测。

每个监控终端通过RS485总线将电压采集模块等连接到一起，将它们所有的信号收集到一起统一管理，并可以通过光纤局域网端口或光端机空余串口将采集到的所有信息传送到中心服务器，服务器软件将信息存储管理并可分发信息到每
个相关管理岗位的计算机，并使其在局域网上每个计算机均可浏览到所有运行数据及报警信息。

系统监控软件提供分级的管理口令和权限，可对任意一个站端的信息及参数进行更改。

应用蓄电池在线监测系统后，无需现场操作，节省了人力、物力，提高了工作效率，对远程待测蓄电池的实现自动控制、实时采集数据，进行全面定性、定量的测试和维护，符合了目前电力系统无人值守变电站数量增多的发展趋势。

系统主要应用于电力、通讯及UPS电源蓄电池状态监测。

3.系统特点
3.1. 安全性
⏹采用分段式小电流放电法测试系统内阻，不对系统注入任何信号，保
证安全检测，避免系统污染。

⏹所有内部开关采用固态开关而非继电器，无拉弧现象、无明火、无寿
命问题。

⏹充分考虑各项EMC指标、连接线短路保护、多层隔离等可靠性设计。

⏹克服蓄电池本身电容、环境波纹、噪声源的干扰，具备很好的抗干扰
能力。

3.2. 精度高
⏹测试时间短，无需更改直流主回路，对系统电压影响极低，配合高精
度电压检测可在线完成精确内阻测试。

⏹读数稳定、精确，运行稳定，防止误报。

⏹每个采集模块可精确巡检测试12只电池电压，电压分辨率可高达
0.0001V。

⏹所有接线采用双线制接线，有效避免连接线导致测量误差。

3.3. 模块化
模块化解决方案具备配置的灵活性，可以为任何系统量身定制。

3.4. 多样数据分析
可实现对单体电压、单体内阻、组压、电流等监测，监控软件自动对各个采集的蓄电池参数进行分析，形成各变电站相对应的动态直流系统模拟图，实时显示交流状态、充电机运行状态、单体电池电压、内阻、历史数据曲线报表等，可以根据客户的实际需求定制功能。

3.5. 便于维护
采用下放式结构安装，可在电池室就地安装，安装方便；在线式系统管理，便于维护。

管理员可实时查看多种报警信息，系统自动分析运行记录，及时给出专家级方案提示等。

4.系统功能
本系统的核心硬件设备是我司自主研发的蓄电池检测模块，主处理器采用ARM公司最新微控制器平台Cortex-M3内核，并采用类PLC多插板扩展槽结构,通信速率1MBit，可配接多种类型扩展板，系统功能组合灵活，扩展容易。

1)作为本地监控终端，收集现场所有信息统一管理并通过LAN接口传输到
服务器，配有键盘, 5.7” TFT液晶屏，参数设置、状态查看、报警查
看、运行记录查看等操作。

2)芯片级实时以太网,10/100M自适应LAN接口，收发自动交叉，可直接连
接到光纤局域网（信息网/数据专网/自动化网等）。

4.1. 系统结构图
4.2. 容量预测
通过蓄电池检测模块或者在充放电过程中在线实时监测电池容量，随时预测电池系统的剩余容量。

1)将一组蓄电池中各个电池的内阻进行横向比较，找出那些内阻偏高的蓄
电池，这些内阻偏高的蓄电池，性能肯定下降。

2)同一只电池投运时的内阻值与当前内阻值进行比较，看看增加了多少，
如果增加30%，则该只蓄电池将达不到标称容量的80%。

3)根据放电时间、放电电流换算出蓄电池组容量，额定容量百分比=(核对
性容量/额定容量)×100%，根据规程要求，额定容量百分比小于80%，
则认定此组蓄电池不符合使用要求，应安排更换。

4.3. 电压巡检
通过电压采集模块进行电池组端电压及单体电池电压的数据采集，自动将采集到的数据汇成总电压曲线图，生成检测报告，随时打印。

巡检的间隔可设定，最短间隔为20秒。

4.4. 均衡电压
巡检主机动态计算出当前单体电池平均电压，通过通信到每个检测模块。

根据采集到的单体电池电压与平均电压比对，巡检主机给每个模块发出指令：电压低于程序计算的平均值（2mV为基准）以最高的优先进行充电，电压高于程序计算的平均值（2mV为基准）以最高的电池进行平衡放电，然后依次类推进行直至电压一致为准。

自动适应运行状态（均充、浮充），均充状态时优先对高于平均值电池进行放电，浮充状态时优先对低于平均值电池进行充电。

蓄电池处在放电状态时，均衡模块自动停止均衡工作。

4.5. 单体电池内阻
可设定电池内阻的自动定时检测，最低设定为10分钟一次。

同时也可以上服务器平台软件操作，对整组电池或单个电池的内阻进行检测。

4.6. 充放电电流
选择两个合适的电压输出型电流传感器测量双向电流（电压输出范围0~5V，量程选择等指标）。

4.7. 核对性放电试验
为避免电池单体性能下降使整个电池组性能下降，活化极板，以免长期浮充电造成极板软化，必须定期对蓄电池进行核对性放电试验。

本系统的蓄电池核对
性放电试验检查严格按照《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》（DL/T724-2000）的要求进行。

4.7.1.试验周期
根据核对性放电试验要求，应以实际负荷每年做一次核对性放电试验。

一组电池时，进行半核对性放电试验，只能用I10电流以恒流放出额定容量的50%；
两组电池时，可先对其中一组行全核对性放电；
新安装或大修后的阀控电池，必须进行全核对性放电试验；以后运行第1年、每隔2～3年进行一次核对性试验，运行了6年以后的阀控蓄电池，应每年作一次核对性放电试验。

4.7.2.试验准备
为确保通信安全供电，对欲在线做核对性放电容量试验的蓄电池组，要求重新正确设置开关电源浮充电压等有关参数。

在做核对性放电试验前，密封蓄电池组遇有下列情况之一时，应进行均充，充电电流不得大于0.2C10。

1)浮充电压有两只以上低于2.18V/只；
2)放电深度超过额定容量的20%；
3)全浮充运行达6个月；
4)搁置不用的时间超过3个月。

4.7.3.试验过程
监测系统通过网络向智能放电负载下发放电试验遥控指令，智能放电负载上传遥测数据给系统软件
开关电源无输出电流，计算出合适的放电电流及放电终止总电压，蓄电池组开始对负载放电；蓄电池组对负载放电电压达到规定电压时，蓄电池组停止放电，开关电源开始对蓄电池组和负载供电，有输出电流，记录放电时间及放电电流数
据。

4.7.4.放电时定时测量
蓄电池放电期间，应定时测量并上传单体端电压、蓄电池组放电总电流等数据。

4.8. 智能活化
具有蓄电池自动活化功能，实现监测系统智能化。

通过电池内阻检测计算出的小容量电池，设置多个循环周期作循环多次充放电，以激化电池极板失效的活性物质使电池活化，提升落后电池的容量，实现资源再生利用，延长电池的使用寿命。

在每次操作执行后即可显示曲线示意图，显示充（放）电曲线，曲线左边显示充（放）电和活化参数，包括：电压（电流）提示、电池号、电池内阻、放（充）电电流、截止电压、横坐标时间刻度、纵坐标电压（流）刻度、执行放电总时间。

4.9. 环境温度
通过装置温度传感器检测蓄电池组所处的环境温度。

4.10. 浮充电流
当蓄电池处于浮充状态时，检测浮充电流是否正常，发现异常及时处理。

4.11. 自检报警
自动检测电池功能是否正常，及时对电池有效性进行判断，若发现系统中有电池失效或是将要失效或是与其它电池不一致性增大时，则通知管理系统发出示警信号。

4.12. 通讯功能
具备RS485通信接口，方便实现远程监控功能。

4.13. 参数设置
可以设置系统运行的各种参数，如可设定蓄电池组总电压、总电流、各单体电池电压及内阻的检测时间间隔。

4.14. LCD现场显示功能
巡检主机具有LCD现场显示电压、电流、温度等信息功能，具有四个方向选择键、一个取消键及一个查询确定键，操作更为方便。

4.1
5. 管理平台系统
蓄电池在线监测系统设计了相应的上位机管理平台系统，采用VC++软件系统开发平台开发，采用MYSQL数据库系统管理系统数据，系统实时数据采用P2P模式，不完全依赖服务器。

4.1
5.1.远程在线集中监控功能
所有数据集中存储在服务器上，通过IE浏览器访问服务器即可实时查看各个站点的监测数据。

4.1
5.2.三级报表生成导入功能
可以自动生成班组级、工区级、局级蓄电池运行报表，为蓄电池维护、更换提供依据。

4.1
5.3.各种报表导出打印功能
可以生成导出各种管理报表，与现有工作接轨，实现日常管理自动化。

4.1
5.4.历史数据查询功能
至少可以查询1年内的所有电压数据、内阻数据、分析报告等，报警记录永久保存。

4.1
5.5.更直观的显示界面
可以通过数据表格、柱状图、曲线图等方式显示数据，更直观。

4.1
5.
6.远程参数修改功能
可远程修改站端设备参数。

4.1
5.7.自动分析功能
可读取实时数据，可实现数据的监控、数据转储和电池性能分析等功能。

自动分析运行记录，及时给出专家级方案提示。

5.技术指标
蓄电池检测模块
蓄电池巡检主机
6.系统配置
以2V电池104节系统为例。

1、一台巡检主机可监测至多四组蓄电池，通过以太网口可直接上传。

2、现场每个检测模块采集12节2V蓄电池，每节电池正负极接线（0.5
平方）到检测模块，每组蓄电池需要9个模块，每模块通过RS485
下放就近安装，采样精度高。

7.投资效益
●运用内阻数据维护蓄电池，智能活动等功能，对延长蓄电池的使用寿命至少
提高30%，节省投资，降低蓄电池废弃速度和废弃量，降低社会综合能耗，有助节能减排。

●根据蓄电池状态特征，有计划地淘汰落后电池，避免了相互影响，保证电力
最后一道防线的安全。

●通过在线蓄电池的连续监测，提高了供电可靠性，减少系统停机时间。

●确切掌握电池组运行真实数据，降低故障的发生可能，有效预防事故的发生。

●通过减少电源断电的几率增加客户满意度和正常运行时间，避免因断电而造
成的年收入损失。

●新工艺蓄电池的性能、寿命明显低于老的蓄电池，更需要严格监测其运行参
数，定期的核对性放电不可缺少，通过在线监测系统，减少到现场手动测量和检查，减少维护量的70%，降低维护成本的80%，从而节约费用。

●蓄电池监测系统具有远程检测、数据采集和趋势分析功能，可远程检测多套
电池系统，提高了管理效率。

●实现由“定期检修”向“状态检修”的转换，将蓄电池的管理维护水平提高
到一个新的高度。