【关键词】蓄电池；在线监测；意义；功能
一、引言
在电力变电站、电信机房、移动基站还是在UPS系统中，蓄电池组是重要的储能设备，它可保证通信设备及动力设备的不间断供电。但如果不能妥善地管理使用蓄电池组，发生过充电、过放电及电池老化等现象，都会导致电池损坏或电池容量急剧下降，从而影响设备的正常供电。电池组的巡回检测，对于维护通信系统设备的正常运转具有十分重要的意义。
二、蓄电池在线监测系统概述
随着近年来我国电力和电信事业的快速发展，变电站和蓄电池组的数量每年以超过10%的速度增长，同时变电站与供电公司管理单位的距离越来越远，因此如何管理和及时维护蓄电池组已成为电力和电信系统的棘手问题。一种新型的基于移动公网传输的蓄电池组远程在线监测系统，在满足蓄电池组日常运行维护要求的同时，大大提高了运行维护的质量和效率。
三、蓄电池在线监测系统意义
如何管理和及时维护蓄电池组已经成为我们工作中进场要面对的问题，首先，我们要对蓄电池在线监测系统意义给予一定的探讨。①组网简单，维护简单、快捷、安全、可靠，提高直流系统的安全性和可靠性系统时刻监测着每节蓄电池的内阻、电压、充放电电流、温度等参数，时刻判断电池的状况，维护管理人员随时随地可以在计算机上看到蓄电池的各项数据，全面掌握蓄电池的状况。一旦有危险隐患出现，系统将以声光形式发出预警，提醒维护管理人员及时处理，避免事故的发生，极大地提高了供电系统的安全性和可靠性。②延长蓄电池的使用寿命，蓄电池在线监测系统的投入使用，减小了因个别蓄电池劣化而造成整组蓄电池损坏的可能，相应延长了蓄电池的使用寿命。③节约成本，蓄电池在线监测系统的投入使用，维护管理人员可以随时随地掌握各变电站蓄电池的状态，大大减少了现场检测工作量，人工费用和车辆费用大大减少。④减少人员伤害事故，蓄电池在线监测系统的投入使用，使蓄电池参数的检测可以自动完成，不用人工到现场测量和接线，减少了人员伤害事故的可能性，同时也避免了由于现场由于检测造成设备损坏的可能性。⑤社会经济效益，通过使用蓄电池在线监测，蓄电池的检测可以自动并且高效准确的完成，将给社会带来很大的经济效益。
同时蓄电池在线监测系统可以帮助实现电压测量、电流测量、电池环境温度监测以及远程数据通讯，这些对整个工程将有很大的意义。①电压测量，对于损坏的单体电池，充电时通常表现为电压过高或过低，严重影响整组电池的容量及寿命，蓄电池在线监测系统可以监测4-24节单体电池电压，并适用于不同电压类型的蓄电池。②电流测量，充放电电流测量：监测电池组的充放电电流，根据充放电电流的大小可准确判断故障。③电池环境温度监测，电池浮充电压随环境温度变化应进行温度补偿，因此，监测电池房环境温度对于合理调节浮充电压具有参考意义。④远程数据通讯，配备MODEM完成远程通信，所有数据可在远端监控中心软件上，显示并记录，绘成曲线或打印形成报表。可实现多台主机与监控中心相联，组成监测网络，监控中心上可显示多组电池参数。最多可挂接999台电池监测主机，也可以根据要求定制。
四、蓄电池在线监测系统功能与实现
这一部分将对蓄电池在线监测系统功能与实现进行详细的论述：第一、蓄电池状况时刻全面掌握：系统时刻监测着每节蓄电池的内阻、电压、充放电电流、温度等参数，时刻判断电池的状况，维护管理人员随时随地可以在计算机上看到蓄电池的各项数据，全面掌握蓄电池的状况。第二、危险提前预警功能：时刻判断电池的状况，一旦有危险隐患出现，系统将以声光形式发出预警，提醒维护管理人员及时处理，避免事故的发生。第三，管理决策功能：利用其功能强大的管理数据库，可以实现对蓄电池状态随时随地进行查询统计，帮助管理者极大地提高了管理效率和决策质量。第四，蓄电池内阻检测功能：系统可设定对全部蓄电池的单体内阻的自动定时或人工命令随时检测全部蓄电池的单体电池内阻。第五、充放电过程全过程记录功能：可以对蓄电池组自动均充过程、放电过程、及核容过程进行过程记录。电池监测仪自动进行容量测试。可测试各电池和电池组和放电容量和充电容量。可以在远程观察充电和放电过程。可配合每年的核容放电，全过程监测放电时电池组电压和放电电流以及各电池的电压变化。
蓄电池监测系统的系统整体框架图如图1所示，蓄电池监测系统包括两个部分，一是蓄电池组在线监测系统终端，负责实现现场蓄电池组实时数据采集和传输；二蓄电池组在线监测系统的中心软件，实现远程实时数据的管理和分析，在运行监测状态下，对每节电池电压、电池组充放电电流、温度进行判断，对超出设定的电压，温度阀值的电池予以报警。
蓄电池在线监测系统的实时监测界面如图2所示，主界面采用基于简易GIS(地理信息系统)的管理方式，有如下特色：简洁性：界面简洁，没有繁琐的数据堆积；操作简洁，甚至不需要操作即可了解电池组的运行状况。当监测的电池组数量较多时候，本系统采用的管理方式相对于树状的资源管理器操作更加简洁。一览性：在每一级的监测界面中，不需要繁琐的点击查询就可以总览所有电池组的运行状况。直观性：采用图例，，，标识电池组的运行状况，不需要查询详细数据就可以了解当前电池组的运行状况。定位性：迅速定位有报警信息的电池组，方便工作人员的管理。实时性：实时监控模块可以监测电池组总电流、总电压、正负极温度、各节电池的单体电压、单体内阻、单体电压最大、最小的电池编号及相应电压。
蓄电池在线监测系统的主要技术参数有：主要技术参数，工作电压、功率、通信方式、温度测量、适用电压、系统容量、端电压和电池组总电压测量、总电流测量、平均无故障时间以及工作温度范围，表一为一蓄电池在线监测系统的各个参数的典型值。
五、结束语
本文通过对蓄电池在线监测系统的意义、功能以及实现方面进行了详细的探讨，让大家对其有一定的了解。
参考文献
[1]徐丽华.基于PWM技术的蓄电池充放电装置的研究[D].2005.
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[4]刘险峰,曹云中,韩波.蓄电池容量在线检测系统[J].电源技术应用,2009,12(8):19-23．
【关键词】蓄电池；数据采集；在线监测
1.前言
蓄电池是一种可循环使用的电源，其常规的维护大都采用充电器和放电器，其使用寿命与充放电过程有着很大关系。
蓄电池作为储能装置，是车辆应急供电的保障，其维护运行状态的好坏直接关系到车辆安全运营。在地铁上使用的蓄电池是由多块蓄电池构成的蓄电池组。使用相同充放电特性的蓄电池，有利于提高蓄电池组的整体性能，有必要及时了解蓄电池组中各电池状态，对蓄电池组进行维护。
对蓄电池状态的检测，一般依靠人工的方式，在蓄电池充放电过程中，用万用表，监测仪等仪器设备，每隔一定时间从仪表读取电压、电流变化，并进行手工记录，一个过程结束后，将数据输入计算机中，进行分析处理。这种方式效率极低，且得到的样本数太少，不能全面分析蓄电池的充放电特性。通过设置蓄电池在线监测系统可以及时掌握蓄电池的充放电使用维护情况，为蓄电池供电系统的连续性、安全性方面提供了保障。本文对应用在唐山轨道客车有限责任公司制造的A型地铁样车上的蓄电池在线监测系统进行了介绍和分析。
2.蓄电池充放电原理及特性
目前蓄电池常规充放电制度还是依据1940年前的国际公认的经验法则设计的。这些法则中规定“充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数”。
蓄电池充电方法有恒流、恒压、准恒压、两级或三级准恒流、恒压、浮充电等几种。恒流充电是通过调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法。保持在充电过程中充电电流强度不变。随着充电的进行，蓄电池的电动势是上升的，蓄电池的内阻下降，如果充电电源的电压不变，则充电电流将下降。为了保持充电电流恒定，必须在充电过程中提高充电电源电压或减小电池的串联电阻。恒压充电是指充电电源的电压在全部充电时间里保持一定的数值，因而，蓄电池每个单格电池的电压也是一定的。在恒压充电的初期，充电电流很大，远远超过正常恒流充电电流值。在充电过程中，随着蓄电池电动势的上升，充电电流逐渐下降。在充电后期，比正常恒流充电电流还要低。充电结束时，充电电流是一个非常小的值。
蓄电池的放电方式有连续放电和间歇放电两种，检查电池的容量，大都采用连续放电方式，而使用上大都是属于间歇放电方式。
充电特性
对蓄电池进行恒流充电，电池的端电压会随时间变化而变化。充电初始，由于电池正极电位迅速向正方向移动，电池负极电位迅速向负方向移动，电池端电压迅速升高。在充电中期，由于电极反应速度及电迁移速度基本稳定，离子扩散速度也已经足够大；此时，端电压上升缓慢。到充电后期，当气体析出速度达到稳定时，继续充电，端电压不再变化。对蓄电池以不同的电流充电，则会有不同的开始电压和终了电压。如用大电流充电，充电终值提前到达，所以，在同一时刻端电压高于正常充电率端电压。反之，如用小电流充电，充电时端电压要比同一时刻正常充电电流时的端电压小。蓄电池以恒定电压充电时，极化电势尚未建立，而欧姆内阻又较小电流是随时间变化的，故初始的电流值很大。充电初期，电流衰减也很快。在充电中期，电流继续衰减，只是衰减的速度有所减小。充电末期，电流衰减到很小的一个值后维持在一定的值。
放电特性
蓄电池的放电是以恒流的方式进行的。放电初期，由于欧姆内阻的功耗，以及扩散速度的增加，使得电池端电压迅速降低。到放电中期，由于电极反应速度以及电迁移速度是一定的，扩散速度也趋于稳定，电池端电压变化不大。放电后期，由于极板表面附近电解液浓度很小，扩散不起作用，欧姆极化增加，使得电池端电压迅速降低。放电改变时，蓄电池端电压与终了都要改变。用小电流放电时，终了电压定的大一些，用大电流放电时，终了电压则定的小一些。因为在大电流放电时，放电中期提前到达，但有效物质并没有充分反应，所以，终了电压可以规定略低，适当的延长放电时间，是电池放出的电量增多。
3.蓄电池在线监测系统
一般蓄电池组是由多个蓄电池串联组成，一组良好的蓄电池其内阻都很均匀，其特性曲线亦很均匀。若其中有不良蓄电池，其特性曲线在放电时下降的较快，而充电时上升的较慢，因此将每个蓄电池的充放电动态曲线与平均曲线对比即可知道蓄电池的内阻特性是否比较均匀。通过设置蓄电池在线监测系统可及时掌握蓄电池的使用情况。
蓄电池在线监测系统是用于对蓄电池组的维护、使用状况监测的一套蓄电池网络在线管理和检测的系统。该系统集检测技术、数字信号处理技术、计算机控制技术、通讯技术于一体；可以适时在线测量、记录并存储电池组在充电、放电和静止阶段的电压/电流/时间/环境温度，监测记录单体电池电压、具有超限告警功能，可以实行本地和远程控制；记录参数可以通过 USB 接口导出打印并生成曲线，便于分析蓄电池的车载充放电维护运行情况和性能状态，判断车载充电机是否按蓄电池的充电曲线要求对蓄电池进行充电，及时掌握蓄电池的使用维护情况。
蓄电池运行状态的监测主要是通过检测蓄电池的电压、电流、温度等同蓄电池性能密切相关的参数，得出当前蓄电池的运行状态信息，然后通过分析处理并和预先设定的蓄电池性能判断标准进行比较，从而诊断出蓄电池的当前的健康状态是否良好。在和蓄电池的健康状态密切相关的参数当中，对温度和电流的测量相对来说比较容易实现，对单个电池的电压检测也比较简单，但是要实现对串联在一起的蓄电池组中单体电池电压的准确测量一直是一个难于解决的问题。而电压检测是最直接检测也是最常用的一个参数，也是目前许多电池监控系统普遍采用的检测方法。
蓄电池在线监测系统主要通过以下方案实现：
蓄电池电压信号采集
每节蓄电池单独配备一个采样盒，嵌装在蓄电池排气阀上。每个采样盒可独立采集蓄电池单体电压，采用SBUS通讯电路，采样盒通过单线级联方式连接，最后将各级信号上传到主控器。
电流信号采集
每个蓄电池组采用一个电流霍尔传感器，电流传感器可以保证准确测量电池组的充放电电流，其工作电源从主控器取，霍尔电流传感器与电流转换装置相连，电流转换装置经过SBUS 电路，将电流信号送于SBUS转RS485/ MVB模块处。
SBUS转RS485模块
每组蓄电池都有一个SBUS 转 RS485/ MVB模块，用于将蓄电池组电压、电流、温度的SBUS信号转换成RS485/ MVB信号，每个SBUS转RS485/ MVB可单独设置通讯地址，转换模块安装在主控器内。采样盒间采用 SBUS 级联通讯方式，接入到主控器。
主控器
主控器采用小型工业服务器（工控机），实现对采集的蓄电池电压、电流信号分析，同时具备信号上传 MVB 或 RS485 接口，可与车辆监控系统（TCMS）通信。
报警
监控后台分析软件具有蓄电池电压过高、过低，电流超限、温度超限、单体压差超限告警，具有维护提醒报警功能；并且具有多种报警的人机交互方式，声音报警和灯光报警（必要时可升级为 EMAIL 或短信报警）。
4.结束语
可靠的应急直流供电是车辆安全稳定运行的基本条件之一，通过应用蓄电池在线监测系统，可以减少蓄电池测试人员的工作量，提高蓄电池测试的效率，并能根据充放电曲线有效地对蓄电池的性能进行分析，及时掌握蓄电池的使用维护情况。必要时可及时采取有效的措施，使蓄电池长期处于正常状态并发挥最佳性能，延长蓄电池使用寿命，值得推广使用。
参考文献
[1]朱松然.铅蓄电池实用手册[M].北京：机械工业出版社，1992.
关键词：铅酸蓄电池 使用寿命 监测 维护
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-132-02
铅酸蓄电池自发明以来由于其可以大电流放电、有较高的可逆性、电动势较高、原材料来源丰富、制造工艺简便、性价比高等特点，广泛用作启动型铅酸蓄电池、固定型铅酸蓄电池、牵引型铅酸蓄电池等。但在使用和存放过程中由于多种原因致使蓄电池使用寿命缩短甚至失效。本文针对蓄电池叉车中的牵引型铅酸蓄电池开发了一套在线监测和维护系统，可有效监控蓄电池使用状况，并提供智能维护保养策略，对于延长电池使用寿命，节约资源和降低生产成本都大有裨益。
1 影响铅酸蓄电池使用寿命的因素
1.1 充电过程
不当充电是影响电池使用寿命的重要因素。目前常用的蓄电池充电方式主要有恒流型和恒压型，其充电电流或电压和充电时间可根据蓄电池类型、使用环境等因素预先设定，但在充电过程中由于对蓄电池的状态缺乏实时监控，因此不能对充电方案进行及时调整，往往无法达到最优充电效果而影响蓄电池使用寿命。
1.2 电解液密度
目前，很多装运机械中的铅酸蓄电池长期使用同一种密度的电解液，这不利于延长蓄电池使用寿命。不同的环境温度下电解液的密度有不同的要求，冬季时，电解液密度过低既不能保证有效的电容量，又可能冻裂外壳；夏季时，电解液密度过高会加快极板的腐蚀，缩短使用寿命。
1.3 电解液液面高度
蓄电池中的电解液维持一定的水平非常重要。因为电解液不仅用来导电，而且能将产生的热量从极板转移出去。电解液液面应高于隔板顶部10～20mm，过低会使极板而不再具有电化学活性，无法正常使用，从而降低电池寿命。
1.4 电池平衡性
装运机械中大多使用单体电池串联而成的电池组，在长期使用过程中可能由于各种因素导致电池组中各个单体电池之间产生不平衡性，电池组中性能较差的单体电池相对而言具有更高的过充电，更多的水损耗，甚至严重时在使用中会形成反电池效应，限制了整组电池的充放电，影响了电池组的使用性能和使用寿命。
1.5 电池长期存放
目前，国内以牵引型铅酸蓄电池作为能源的装运机械所占比例在不断上升。这类机械设备作业任务具有阶段性特点，当一次作业任务完成后，机械设备可能会长时间放置，在此期间如果对蓄电池组没有进行规范及时的充放电等维护操作，会使负极板放电产物硫酸铅微小颗粒变硬、晶体化，逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅晶体，造成蓄电池失效。
综合以上因素，蓄电池的维护保养是一项繁琐且专业性较强的工作。蓄电池的不当维护操作，极易导致蓄电池的过早损坏，若出现蓄电池过早硫化等严重故障甚至会导致其报废。因此需要研发一套智能铅酸蓄电池维护保养管理系统，使用计算机进行集中管理，分布式控制，由计算机实时监控蓄电池组的各种信息状态并且提供智能维护保养策略。
2 蓄电池监测与维护系统
2.1 系统硬件设计
蓄电池监测与维护系统硬件主要由监控终端、监控中心和远程控制机组成，如图1所示。监控终端使用CAN总线将各个节点连接起来，CAN总线的每个末端节点为一块数据采集控制模块，负责采集电池组的各种信息参数，送给监控终端上位机以供显示、存储和控制决策，同时，接受来自上位机的决策命令，控制充电机和放电机对电池组进行智能化充放电。而监控终端上位机则接入内部局域网与监控中心相连，实时监控得到的电池信息数据通过局域网上传到监控中心数据库服务器并保存。管理人员可以通过远程控制机访问监控中心管理系统查看电池信息数据并实现对监控终端的操作，进而实现对电池充放电机的远程控制。
（1）数据采集控制模块。
数据采集控制模块使用MCU为核心单元，通过MCU自身的多路AD采集获取电池组信息。由于电池组单体电池较多，故使用总线模拟开关切换各路信息分别进行采集，以扩展采集信息接口。CAN通讯接口模块负责与监控终端机通信，上传电池组的端电压、电流、电池温度、电池液位等信息，并且接受监控终端机的控制命令对充放电机进行控制。充电机及放电机的程控接口负责MCU与充电机及放电机通讯，控制充放电机对电池组充放电，如图2所示。
（2）监控终端机。
监控终端机负责所有电池组的充放电控制以及信息显示，监控终端机上的监控软件可以实时显示电池的各种信息，并且对于问题电池给出报警定位。监控终端机监控软件可以编辑设置电池组的充放电策略以及报警参数等，同时还可将收到的电池信息参数实时存入本地数据库同时上传到监控中心数据库。
（3）监控中心机。
监控中心机主要运行智能铅酸蓄电池监控管理软件系统。该系统负责电池监测数据的存储和管理，同时提供远程控制机和监控终端机的通信平台使管理人员可以通过局域网查看实时监测数据并调整充放电策略，监控中心是整个系统的核心管理平台。
2.2 系统软件设计
本系统软件主要包扩监控终端模块的监控软件、监控中心机运行的智能铅酸蓄电池监控管理软件和数据库软件。其中核心控制软件智能监控管理系统是基于技术开发的B/S模式Web应用程序，客户端采用浏览器方式访问，所有的应用程序都建立在服务器端，因此极易维护。同时利用 Ajax控件工具包为整个系统设计了完善的监测和控制界面并提供了强大的安全认证策略和控制授权机制。
3 结束语
在我国铅酸蓄电池使用量逐年增长的同时由于维护保养不当造成了蓄电池使用效率的过早下降甚至废弃，带来了电力、能源、资源的浪费和严重的环境污染。经实验证明铅酸蓄电池监测和维护系统能够有效地监控蓄电池的各种使用参数并提供科学合理的维护保养策略，从而延长电池的使用寿命，相信它的完善和推广将带来良好的经济和社会效益。
参考文献：
[1] 孙树立，于成伟，马秀艳.铅酸蓄电池使用寿命过短的六大原因及对策[J].汽车电器，2007（11）：27-28.
系统硬件设计
系统硬件结构
蓄电池在线监测系统是以STC89系列的STC89C58RD+微控制器、XILINX的XC9572-84为核心，电路主要由电压采集电路、A／D转换电路、显示驱动电路及键盘电路等几部分组成的，如图1所示。A／D转换芯片采用10位ADC TLCl549。显示驱动芯片采用MCl4489B，它可以驱动5位共阴极数码管，微控制器的P1口的低5位作为键盘输入口，扩展的RS485接口用于多机通信 。下面详细介绍系统中STC89C58RD+、XC9572-84器件和电压采集电路、A／D转换电路的设计与实现。
微控制器STC89C58RD+简介
STC89C58RD+是STC89系列的微控制器，它不但与80C51完全兼容，而且还有新的特点：片内含有Flash程序存储器32Kb，DataFlash数据存储器32Kb，RAM数据存储器1208B，同时内部还有看门狗(WDT)，由于ALE信号开关状态可设置，从而降低了EMI，具有可编程的8级中断源4种优先级，具有系统可编程(ISP)和应用可编程(IAP)等特点，片内资源丰富、集成度高、使用方便。STC89C58RD+对系统的工作进行实施调度，实现外部输入参数的设置、电池电压的测试和显示、电池工作状态的指示。
逻辑编程器件XC9572-84(CPLD)
由于监测的电池节数较多，所需要I／O口较多，用传统的设计方法，需要74HC273、74HC00、74HC138、CD4514等多种芯片来实现，器件种类和数量多，使PCB的尺寸加大，也增加了系统的不稳定因素。本系统选用XILINX系列的CPLD器件XC9572-84，其共有72个宏单元，69个I／O口，1600个门，72个寄存器，可以对上述多种芯片进行集成。该器件具有在系统可编程能力，含有先进的数据保密特性，它可以完全保护编程数据不被非法读取和擦除，每个I／O口都有一个可编程输出摆率控制位从而可减小系统噪声，采用具有较低功耗的快速闪存技术，每个I／O口的驱动能力强，负载电流可达24mA。XC9572-84接收单片机传来的数据和地址，控制各个固态继电器(G3VM-402C)的选通以及A／D转换的进行，达到采集电压的功能。采用了CPLD器件后，减少了系统所需器件的数量和种类，简化了PCB的排版和布线，减小了系统体积和节约成本，方便了系统调试，有利于批量化生产。
电压采集电路
电压采集电路直接影响到电压测试的精确程度，因而采集电路设计得是否适当对整个系统至关重要。对每节电池电压进行测量，有两种方法：①对每节电池电压直接采集。②采集(n+1)节电池的总电压，减去n节电池的总电压得第n／1节电池电压。第一种电压采集精确而且安全。第二种虽然电路比较简单但是当电池节数多时采集的电压太高，不安全而且会出现较大的误差。因此选用第一种方法。电压采集电路要求要安全，采集的电压要是够的稳定。本系统的蓄电池组采用串接方式，BATl＋接第一节电池的正极，BAT2＋接第二节的正极(第一节的负极)，如此依次连接，最多可达41节。经过XC9572-84模拟开关选通G3VM-402C后，将1～n节电池电压依次释放到电压总线BUSl+、BUS1―上，电路选用运算放大器LM358作为信号放大器件，它的前级为差分式放大器，后级为电压跟随器，使TLC1549得到一个稳定的采样电压，如图2所示。1VD0和1VDl采用FRl04高速开关管来保护运算放大器的内部电路。差分式放大倍数为A=0．2，具体推导如下：
(Ua-Up)／1R12：=Up／1R14；①(Ub-Un)／1R11=(Un-Vo)／1R13；②
注意运放的“虚短”特点，有Up=Un，结合①、②两式得到Vo=((1R11+1R13)／1R11)・(1R14／(1R12+1R14))・Ua-1R13／1R11・Ub；选取电阻满足：1R13／1R11=1R14／1R12的关系，输出电压可简化为：Vo=1R13／1R11・(Ua―Ub)，故电压放大倍数A=Vo／(Ua-Ub)=1R13／1R11＝0．2。
A／D转换电路
本系统A／D转换采用片外串行总线10位高速高精度专用集成电路TLCl549，其功耗低、体积小、占用单片机的资源少，具有连接方便、编程简单的特点。电压采集电路的输出电压与TLC1549的A／D转换通道相连接，在时钟脉冲信号作用下，TLC1549将电压转换成10位二进制数字信号，并把上次A／D转换的结果以10位二进制数的形式依次输出，再通过光电隔离传送到单片机进行处理，如图3所示。
硬件设计过程中的注意点
1 系统用多路电源，要考虑系统的功耗选择适当的电源，电源电压应比较稳定。
2 电压采集部分使用固态继电器(G3VM-402C)，由于电池节数较多，电压比较高，故应注意对内部电路的保护，可以采用适当功率的电阻。对放大 电路的电阻精度要求较高，可选用精度为1％的金属膜电阻，电路设计应避免出现因多个固态继电器同时开通的直通现象，这样会使多节蓄电池短路，造成电压采集电路的损坏。
3 A／D转换芯片的基准电源要十分稳定，基准电源与芯片工作电源应采用不同的共地电源，以保证A／D转换芯片基准电源的稳定性。为了减少干扰，时钟和片选信号与单片机、CPLD之间进行光电隔离。
4 器件的布局和PCB图的布线采用模块化，交流与直流分离，强电与弱电分离，数字地和模拟地分开，注意电源线和地线的布局。
系统软件设计
在单片机的软件编程上，以Keil C编译器的Windows集成开发环境μvision2作为软件开发平台，采用C51高级语言编写。该语言是80C51系列单片机的专门的高性能的程序设计语言。它采用符合ANSI标准的C语言编程，便于改进、扩充和移植，可以对硬件进行操作，能够产生极高速和极其简洁形式的目标代码，在代码的效率和执行速度上完全可以和汇编语言相媲美，并且有十分丰富的库函数可以供用户直接调用，从而极大地提高了程序的编写效率，能提供给用户高质量的程序代码。采用硬件描述语言Verilog HDL对CPLD进行编程。
单片机软件编程注意点
1 键盘在定时中断服务程序中读取，用中断间隔时间实现键盘的去抖，不必编写另外的延时程序，提高了CPU的利用效率。键盘值存人数据缓冲区，在主程序中读数据缓冲区的内容，执行键盘功能散转子程序。
2 电池电压的采集在中断程序中执行，因固态继电器的开通与关断时间均需1ms，故通道选通时要有一定的延时，使电池采集电压建立并稳定后再启动A／D转换。
3 根据A／D转换芯片TLCl549的工作原理，当前输出的数据是上一次A／D转换的结果，故对一节电池电压采样的首次A／D转换结果应丢弃，其余几次转换结果保留并加以处理。
4 根据STC 89C58RD+的DataFlash的特点，数据写入时必须启动ISP／IAP命令，CPU等待IAP动作定时后，才继续执行程序，要先关断中断(EA)。要使数据写入DataFlash存储器，不能跨越扇区，如果要对某个扇区进行擦除，而其中有些字节的内容需要保护，则需将其先读到单片机内部的RAM中保存，再将该扇区擦除，然后再将保存的数据写回该扇区。
CPLD的Verilog HDL编程
【关键词】 蓄电池 内阻 在线监测
1 引言
近年来，随着阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称阀控蓄电池）在电力系统和广电系统的广泛使用，由蓄电池故障而引发的事故时有发生。阀控蓄电池由于特殊的阀控式密封结构，使得我们无法准确掌握蓄电池的健康状况，其“免维护”的这一优点，已经成为电池运行管理中的缺点和难点。在提高电池性能，减少维护工作量的同时，如何快捷有效地检测出早期失效电池并预测蓄电池性能变化趋势已成为蓄电池运行管理的新课题。目前除了核对性放电、测端电压等常规维护检测手段外，随着技术的发展一些新的检测手段孕育而生，蓄电池在线监测这一新检测技术开始逐步运用到电力系统和广电系统。
2 蓄电池在线监测技术研究的现状
近年来，国内外有很多公司在从事蓄电池监测方法的研究工作，生产出了很多蓄电池监测产品，从功能上来说，主要有：监测蓄电池的电压，监测蓄电池的内阻值，监测蓄电池的工作温度等。
美国的Alber公司，生产了世界第一台蓄电池检测设备，代表产品BDS-256/MPM-100蓄电池智能监控系统是利用内阻测试专利技术的高级综合应用。这种系统的独特之处是能对蓄电池存在的任何问题提供早期的预报。
瑞士Lem公司的蓄电池监控系统的优点在于能够在线实时监测电池组中各电池的状态，而不需要离线测量，并且数据可以及时上传到电脑上，及时发现电池组的问题。
台湾群菱生产的BCSU-50C蓄电池监测仪，可随时测量及记录总电压、总电流、各单体电池电压等状况，可通过5-10分钟短时间放电预估电池剩余容量并评估电池优劣，具有蓄电池剩余容量分析的专利技术。
杭州华塑科技有限公司生产的H3G蓄电池在线监测系统，可实时监测蓄电池组状态，确保了系统的可用性，并能对电池故障进行综合分析，定位故障电池，预测电池维护及更换时间。
陕西柯蓝电子有限公司生产的CR-AMS蓄电池在线监测系统，采用公司的专利直流内阻在线测试技术，使测量数据具有较高的准确性，测试过程无须将充电机与蓄电池组断开，不影响直流系统正常运行。
3 已实施蓄电池在线监测系统要点分析
目前，在独山子动力公司水源中心变、东区变、西区变、乙烯总变等16个变电站安装了杭州华塑科技有限公司生产的H3G蓄电池在线监测系统，在两年多的使用过程中，让动力公司获得了最大的安全效益和经济效益，同时也验证了网络环境下的蓄电池在线监测系统的可行性和合理性。
3.1 H3G蓄电池在线监测系统主要组成
3.1.1 监测单元
5.7英寸STN液晶显示，带触摸屏，能显示所有的监测内容，并可查询，通过RS485通信接口与控制单元进行数据交换。
3.1.2 控制单元
控制单元用于站端控制套系统工作，包括数据通讯、控制、智能管理分析功能实现，同时完成与远端计算机交互。控制单元具有人机交换键盘、液晶显示、重要与一般报警指示、数据存储和通信功能。
3.1.3 采集单元
电压数据采集单元用于电池单体电压数据采集，每个单元可以同时采集40节电池电压。通过RS485通信接口与控制单元进行数据交换。内阻单元用于测试电池单体内阻数据，每个单元测试1组蓄电池组（每组电池节数4～200节），通过RS485通信接口与控制单元进行数据交换。
3.1.4 容量单元
容量单元用于对蓄电池组进行自动核对性放电，两组蓄电池组可以共用一个容量单元，通过RS485通信接口与控制单元进行数据交换。满足停止条件后自动停止并记录容量及单体电压数据，无需再携带放电设备。
3.2 H3G蓄电池在线监测系统采集数据
H3G蓄电池在线监测系统采集并自动记录数据有：电池组总电压、单体电池内阻、单体电池电压、蓄电池连接条电阻、浮充电流、充放电电流、核对性放电数据、蓄电池温度、环境温度。
3.3 H3G蓄电池在线监测系统特点
3.3.1 实时监控
7*24小时的预警监控，确保了系统的可用性。
3.3.2 综合管理分析
精准的电池故障综合分析，并定位故障电池，预测电池维护及更换时间。
3.3.3 报警功能
报警可以被分类成重要报警与一般报警。
3.3.4 操作日志记录
可对用户的操作以及自动内阻测试、设备复位等进行记录。
3.3.5 通讯
带有2个串口供第三方监测系统同步监控使用，波特率可设置。支持MODBUS规约与部颁CDT规约；支持 LAN、WAN远程集中管理。
3.3.6 数据保存
站端设备内置大容量存储空间，可以保存单体电压历史记录、组压电流历史记录、单体内阻历史记录、分析报告、操作日志记录、报警记录。
3.3.7 数据导出
所有历史及报警数据可以通过串口导出，并通过专用的软件进行显示、编辑及打印。
3.3.8 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。
3.3.9 高安全、高可靠性
采样端与通讯端采用光电隔离，内部一体化设计无接线。
3.4 BATTONLINE蓄电池综合管理分析软件
系统软件的稳定性对于整个监测系统的正常运转是非常重要的，在大多数情况下，系统软件需要面临服务器停电或故障、网络故障或前端硬件故障等情况，而解决故障并回复系统正常运转往往需要专业人员花费大量的时间，严重影响系统的正常连续运转。
为了确保系统软件的稳定运行，BattOnline使用了多项领先技术，使系统软件达到了“免维护”的标准。系统软件采用了模块化分布式技术，可以屏蔽某一点的故障而使系统其它部分正常运转，一旦故障恢复屏蔽自动取消。同时支持多台服务器热备份，一台服务器出现故障后另一台继续支持系统运转。而BattOnline系统软件采用的多层构架技术确保了系统的安全性，阻挡可能的恶意攻击。在数据处理能力方面BattOnline有了很大的提高，单服务器可以监测500组的蓄电池组。
软件主要具备以下功能：
（1）远程在线集中监测功能。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变电站监测数据。
（2）三级报表生成导出功能。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。
（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）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、报警记录、分析报告等。
（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。
（6）远程参数修改功能。可远程修改站端设备参数。
4 已实施蓄电池在线监测系统效果
总之，阀控铅酸蓄电池的充放电是一个复杂的电化学反应，引起蓄电池失效的原因很多，了解阀控铅酸蓄电池的工作原理和失效机理，科学、合理地对阀控铅酸蓄电池进行监测与维护，在安全生产和经济效益上有很重要的意义。
蓄电池综合参数的在线监测管理的运用，可以使维护人员的工作从烦琐的巡检工作变为对蓄电池的性能维护，蓄电池的维护方式从目前的被动方式转到主动方式，在管理上有质的飞跃；
蓄电池在线监测系统可以监测蓄电池的各类工作状态，对于不合理的工况能作出相应报警，避免了对蓄电池的伤害，延长蓄电池的使用寿命；
蓄电池在线监测系统可以监测蓄电池的性能，对于个别性能落后的蓄电池能及时发现，避免了因个别蓄电池性能落后引起电池组连锁损坏；
蓄电池在线监测系统可以监测蓄电池的性能，免了盲目更换蓄电池造成的浪费；
目前蓄电池厂商生产、销售的蓄电池，于各种原因，质量和性能有很大的差异，完善的蓄电池检测手段可以避免采购到性能低劣的蓄电池。
5 结语
伴随着独山子广电事业的不断发展，蓄电池的使用范围将越来越大，数量越来越多，对蓄电池的维护不论是从管理的角度出发还是维护方式的选择，及时推广应用蓄电池在线监测系统还是很有必要的。另外，在蓄电池在线监测系统推广的基础上，我认为，蓄电池组还仍然有必要周期性的采用三类不同深度的放电测试，以达到维护蓄电池完全达到现场使用要求的目的：
（1）完全放电 电池在投运之前应进行一次100%深度的放电，以确认该电池组能满足设计要求。否则，若存在产品本身的质量问题，初次测试到的内阻参数的不准确性、不合格数据的掺入，会影响到后续监测数据分析的准确性，放电前应该充满并在浮充状态保持一定的时间。
（2）中等深度的放电 在运行一段时间（新电池二年周期，运行达四年以上的电池应一年为周期）后，宜进行中等深度指30―50%深度的放电。
（3）周期性的短时放电 根据蓄电池应用场合选取适合的周期，例如3个月。一般短时放电的深度为5%左右。对保持好蓄电池的良好性能状态是有帮助的。
参考文献：
【关键词】 传感器 蓄电池在线监测 运行方式
1 概述
蓄电池作为备用电源在供电系统中往往起着极其重要的作用，在交流电失电或其它事故状态下蓄电池组一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪，造成设备停运及其它重大运行事故。近年随着阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称阀控蓄电池）的广泛使用，加之使用环境及条件欠佳，因蓄电池提前失效而引发的事故时有发生。如何快捷有效地检测出早期失效电池并预测蓄电池性能变化趋势已成为电池运行管理的新课题。随着技术的发展，蓄电池在线监测这一新检测技术开始逐步得到运用。
arm9-lem传感器是专门为应用于蓄电池在线监测而做的蓄电池传感器。该传感器每只模块监测一块蓄电池，模块采用四线制设计，通过与蓄电池的正负极相连实现供电和测量，然后通过rj11接口（电话线接口）实现至多254个模块的相连，经由开放的串口协议通讯实现对整个蓄电池组的监测。该传感器可以直接测量单体蓄电池的阻抗、电压和表面温度（模块贴在电池表面）等。
2 蓄电池在线监测硬件平台的构成
蓄电池在线监测系统一方面需要完成在工业现场如变电站，数据中心等场合蓄电池参数的人机交互，方便用户在现场时观测蓄电池组整体电压，电流以及各单体电池的阻抗，电压和温度；另一方面需要提供网络接口，使用户在远端如中央控制室能够及时了解现场的情况；最后需增加gsm接口，一旦发生故障，可以用发短信或者打电话的方式通知到值班人员。因此有必要设计一台现场监测主机完成以上功能，与arm9-lem传感器sentinel模块相配实现整个蓄电池在线监测系统的构建。
（1）鉴于sentinel模块的独特设计，可以直接对蓄电池阻抗进行测试，因此系统毋须安装单独的放电模块。
（2）由于sentinel模块需要通过地址来识别，该地址是8位的，以上连接最多实现254块蓄电池的连接，对现场监控提出的要求至少有带有人机交互功能，网络功能，gsm发射功能，sbus总线通讯的功能以及a/d转换接口。
3 基于arm9的蓄电池在线监测主机
主机实质上是一个带有人机交互界面的嵌入式系统。拟采用arm9+操作系统的方式，选择atmel公司的at91sam9261作为系统的主控cpu。
3.1 核心板部分设计
核心板的设计框图如图1：
说明：
（1）由于at91sam9261采用dataflash的启动的方式只能工作在温度高于0℃低于70℃的范围，一旦温度低于0℃将无法启动。为了解决这个问题，只能使arm采用外部启动即nor flash启动的方式，因此需要选择启动模式为外部启动（bms=0），以达到工业现场的温度要求。
（2）norflash存储器芯片选择amd公司的am29lv160db，其容量为4m*16bit，用于存储boot程序，小型操作系统及小型应用程序。设计时采用字对齐方式，即芯片的a0地址线对应arm芯片的a1地址线。
3.2 扩展板部分设计
扩展板的设计框图如图2：
（1） spi flash芯片用于存储蓄电池传感器采得的数据。此处将芯片的写保护脚使用arm的一个i/o口管理起来，以防上电或者掉电时修改片内的数据。
（2）gsm模块采用西门子公司的tc35i模块，与扩展接口（连向arm新片）之间通过串口进行通讯，另外使用arm的一个i/o口控制igt管脚进行模块的激活。为了保证模块与sim卡之间通讯正常，他们之间的走线距离要尽量短。
（3）网卡接口芯片采用dm9000，数据包通过它传送至以太网直至上位机软件。同时使用网络协议可以实现远程固件升级，保证主机运行最新的应用软件。
（4）由于at91sam9261提供液晶数据接口，因此可以直接与lcd实现连接。
（5）触摸屏接口芯片采用专用芯片ads7843完成。
4 整机联调
在变电站对该系统进行了实验，使用2组蓄电池，每组分别有54节2v 300ah的蓄电池：
编写测试程序在系统内运行，每隔半小时对各蓄电池模块进行一次取数，然后将信息通过调试串口打印出来。下面为某次取数得到的结果：
# 1 battery ： 2.28v 24.29 404.9 uohm
# 2 battery ： 2.24v 24.08 362.1 uohm
>
# 3 battery ： 2.22v 24.29 426.1 uohm
# 4 battery ： 2.29v 24.29 350.1 uohm
# 5 battery ： 2.25v 24.29 381.8 uohm
以上每个电池的参数分别为电压、温度、阻抗。在未来的实际应用中，通过对这些参数的综合分析，可以得知每只蓄电池的健康状况；同时本实验也验证了该平台可以应用于蓄电池在线监测。
5 展望
基于arm9-lem传感器的蓄电池在线监测硬件平台不仅可以用于对蓄电池失效模型和监测算法甚至电池活化技术的研究，配套监测软件可以应用于各种需要监测蓄电池的实际场合，如电力、通信、石油、化工、铁路、煤炭等行业的直流电源系统以及ups系统的蓄电池在线监测，为蓄电池提供更安全的保护。
参考文献：
【关键词】 传感器 蓄电池在线监测 运行方式
1 概述
蓄电池作为备用电源在供电系统中往往起着极其重要的作用，在交流电失电或其它事故状态下蓄电池组一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪，造成设备停运及其它重大运行事故。近年随着阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称阀控蓄电池）的广泛使用，加之使用环境及条件欠佳，因蓄电池提前失效而引发的事故时有发生。如何快捷有效地检测出早期失效电池并预测蓄电池性能变化趋势已成为电池运行管理的新课题。随着技术的发展，蓄电池在线监测这一新检测技术开始逐步得到运用。
arm9-lem传感器是专门为应用于蓄电池在线监测而做的蓄电池传感器。该传感器每只模块监测一块蓄电池，模块采用四线制设计，通过与蓄电池的正负极相连实现供电和测量，然后通过rj11接口（电话线接口）实现至多254个模块的相连，经由开放的串口协议通讯实现对整个蓄电池组的监测。该传感器可以直接测量单体蓄电池的阻抗、电压和表面温度（模块贴在电池表面）等。
2 蓄电池在线监测硬件平台的构成
蓄电池在线监测系统一方面需要完成在工业现场如变电站，数据中心等场合蓄电池参数的人机交互，方便用户在现场时观测蓄电池组整体电压，电流以及各单体电池的阻抗，电压和温度；另一方面需要提供网络接口，使用户在远端如中央控制室能够及时了解现场的情况；最后需增加gsm接口，一旦发生故障，可以用发短信或者打电话的方式通知到值班人员。因此有必要设计一台现场监测主机完成以上功能，与arm9-lem传感器sentinel模块相配实现整个蓄电池在线监测系统的构建。
（1）鉴于sentinel模块的独特设计，可以直接对蓄电池阻抗进行测试，因此系统毋须安装单独的放电模块。
（2）由于sentinel模块需要通过地址来识别，该地址是8位的，以上连接最多实现254块蓄电池的连接，对现场监控提出的要求至少有带有人机交互功能，网络功能，gsm发射功能，sbus总线通讯的功能以及a/d转换接口。
3 基于arm9的蓄电池在线监测主机
主机实质上是一个带有人机交互界面的嵌入式系统。拟采用arm9+操作系统的方式，选择atmel公司的at91sam9261作为系统的主控cpu。
3.1 核心板部分设计
核心板的设计框图如图1：
说明：
（1）由于at91sam9261采用dataflash的启动的方式只能工作在温度高于0℃低于70℃的范围，一旦温度低于0℃将无法启动。为了解决这个问题，只能使arm采用外部启动即nor flash启动的方式，因此需要选择启动模式为外部启动（bms=0），以达到工业现场的温度要求。
（2）norflash存储器芯片选择amd公司的am29lv160db，其容量为4m*16bit，用于存储boot程序，小型操作系统及小型应用程序。设计时采用字对齐方式，即芯片的a0地址线对应arm芯片的a1地址线。
3.2 扩展板部分设计
扩展板的设计框图如图2：
（1） spi flash芯片用于存储蓄电池传感器采得的数据。此处将芯片的写保护脚使用arm的一个i/o口管理起来，以防上电或者掉电时修改片内的数据。
（2）gsm模块采用西门子公司的tc35i模块，与扩展接口（连向arm新片）之间通过串口进行通讯，另外使用arm的一个i/o口控制igt管脚进行模块的激活。为了保证模块与sim卡之间通讯正常，他们之间的走线距离要尽量短。
（3）网卡接口芯片采用dm9000，数据包通过它传送至以太网直至上位机软件。同时使用网络协议可以实现远程固件升级，保证主机运行最新的应用软件。
（4）由于at91sam9261提供液晶数据接口，因此可以直接与lcd实现连接。
（5）触摸屏接口芯片采用专用芯片ads7843完成。
4 整机联调
在变电站对该系统进行了实验，使用2组蓄电池，每组分别有54节2v 300ah的蓄电池：
编写测试程序在系统内运行，每隔半小时对各蓄电池模块进行一次取数，然后将信息通过调试串口打印出来。下面为某次取数得到的结果：
# 1 battery ： 2.28v 24.29 404.9 uohm
# 2 battery ： 2.24v 24.08 362.1 uohm
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# 3 battery ： 2.22v 24.29 426.1 uohm
# 4 battery ： 2.29v 24.29 350.1 uohm
# 5 battery ： 2.25v 24.29 381.8 uohm
以上每个电池的参数分别为电压、温度、阻抗。在未来的实际应用中，通过对这些参数的综合分析，可以得知每只蓄电池的健康状况；同时本实验也验证了该平台可以应用于蓄电池在线监测。
5 展望
基于arm9-lem传感器的蓄电池在线监测硬件平台不仅可以用于对蓄电池失效模型和监测算法甚至电池活化技术的研究，配套监测软件可以应用于各种需要监测蓄电池的实际场合，如电力、通信、石油、化工、铁路、煤炭等行业的直流电源系统以及ups系统的蓄电池在线监测，为蓄电池提供更安全的保护。
参考文献：
