蓄电池电压巡检仪.doc

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1、新型蓄电池巡检仪的设计汤乐化（浙江金弘科技有限公司技术开发部浙江温州325604）摘要：目前在消防应急电源系统中，蓄电池作为系统的能量来源，它的质量对系统的高效安全存在至关重要的影响，所以对蓄电池在线监测的产品也应运而生。根据传统在线监测系统的方法和不足，本文介绍的巡检仪采用单片机作为整个系统的核心，通过光耦对电池组和系统进行隔离，并对每节电池进行快速采样，通过软件算法缩小采样值与实际值的误差，以达到要求精度，本系统还提供了与上位机的通信接口。关键词：蓄电池巡检仪，PIC16F77，温度补偿0、引言在房产，电力系统，交通指挥教，学校等行业中，停电将会带来巨大的损失和灾难，为此各种消防应急电源

2、EPS得到迅猛发展，而作为EPS能量来源的蓄电池，其重要性则不言而喻了。但在实际运行中蓄电池的故障率却是很高，由于蓄电池组都是串联使用，所以其中只要有一节蓄电池损坏，整个蓄电池组就失去作用，只要有一节蓄电池性能下降，它将决定整个蓄电池组的供电能力，所以对蓄电池组中每节电池进行监测及故障诊断是非常重要的，只有这样才能保证EPS系统的高效安全。因此，蓄电池的检测已逐渐成为一个热点问题，各大生产厂商都在积极开发相关产品。但是由于这些监测设备价格高，同时在采样环节增加了安区隐患，再加上人们对其重要性的认识不够，所以监测设备并没有在大范围内实现普及。当前市场上的蓄电池在线监测方法主要有整组监测，单电池

3、电压监测，以及电池内阻在线监测。其中整组监测是指对整个电池组进行检测，从而无法筛选出已老化的电池；单电池电压监测是对整组监测的提高，它同时也对每节电池进行监测，这样可以判断出个别电池是否损坏，但是它只能发现损害较为严重的个别电池；电池内阻在线监测，是对电池进行内阻测量，它可以有效地发现性能下降的落后电池，但是该方法价格高，采样引线处理难，并且存在更大的安全隐患，而且技术含量高，精密度要求高，所以对大部分普通用户来说难于承受！本文介绍的蓄电池巡检仪就是采用比较适用的单电池电压监测，并根据传统电池电压采样的方法和不足，设计一种相对简单，但精度较高，速度更快而且较为便宜的系统。本系统采用Micro

4、chip公司的单片机作为系统的核心，通过光耦对电池组和系统进行隔离和模拟信号的传输，再通过软件算法减少因光耦非线性传输引起的误差，有效实现精度的提升，当出现故障电池时进行声光报警，本系统还提供了与上位机的通信接口。1、系统组成模块及主要功能本蓄电池电压巡检仪采用模块化设计，其包括4个模块：巡检采样模块，按键输入模块，显示报警模块，通信模块。巡检采样模块：通过光耦隔离和信号传输，对每节电池进行电压采样。按键输入模块：通过按键设置各种参数。显示报警模块：通过LED数码管将参数和采样量输出，当故障时进行声光报警通信模块：通过RS-232协议与上位机进行通讯，将各种参数和采样量输出至上位机，以供上位

5、机进行各种操作。其模块框图如图1所示：图1：系统模块框图2、巡检采样模块工作原理及方案设计该模块在系统中是非常重要的，因为它决定了所有判断和显示是否和实际情况符合。目前就单电池电压监测方法也有很多种具体的实现方案，如传统的有采用继电器实现，但是由于继电器的使用寿命有限，且使系统体积较大，而且采样每节电池的时间过长，所以对于数量较大的电池组，这种采样方法不仅使采样不具备实时性，而且系统体积较大，使用寿命也较短，而且当继电器出现故障时，还有可能出现电池短路现象，所以存在很大的安全隐患，所以本系统鉴于上述问题，也就采用光耦隔离和采样，这样很容易解决了继电器带来的寿命短，体积大，同时采样时间也变得非

6、常短。但是光耦也同样存在一些缺点，如果采用线性度高的光耦则价格很高，而且存在温漂问题。本系统根据这些情况采用普通光耦一降低价格，并且通过NTC热敏电阻对温度进行采样，再加上软件算法进行实际值转换和温度补偿，从而使系统的精密度达到规定要求。其工作原理如图2所示：图2：单节电池电压采样原理图首先由MCU控制O2的发光二极管发光，并且让它处在饱和状态，从而使O2的光敏三极管也处在饱和状态，这样流过O1的发光二极管If1：If1=（Vb-Vceo-Vd）/R1其中：If1为流过O1发光二极管的电流Vb为单节电池电压Vceo为O2光敏三极管在饱和状态下的管压降Vd为O1发光二极管的管压降R1为调解O1

7、发光二极管电流的可调电位器已知If1后，通过光耦的CTR可以求出Ic：Ic=CTR*If1由于普通光耦的CTR为If1的非线性函数，而且在不同的环境温度下，它也会变化，这样对电池电压的采样值转换成实际值就存在一定的困难。本系统采用分段函数，考虑到单片机处理多次函数运算将占用太多空间和时间，于是将Vb分成多个线性函数。具体如下分段函数（根据实验结果分段），同时由于温漂效应，所以通过NTC热敏电阻对环境温度进行采