基于单片机的蓄电池监测系统设计(互联网+) .pdfVIP

1引言

蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源广泛应用于电力、石化、通讯等领

域，为获得较高的电压，常用多节蓄电池串联工作方式。由于单体蓄电池特性的差异，

在运行一段时间后，电池组中个别电池性能变差，进而失效，造成电池组整体性能下降，

导致整个系统的可靠性降低，且蓄电池是一种化学反映装置，内部的化学反映不易及时

发现，因此有必要对蓄电池的运行状态进行实时在线监测。

1.1本课题研究的意义

铅酸蓄电池(LeadAcidBattery，LAB)作为一种化学电源，自1860年普兰特(Plante)

首次发明了实用的蓄电池以来，尤其是近年来随着阀控式铅酸蓄电池(ValveRegulated

LAB，VRLAB)的出现，蓄电池以其价格低廉、易于浮充使用、电能效率高、电源独立性

好、可移动等优点被广泛应用于发电厂、变电站、邮电通讯系统、汽车、船舶、铁路客

车等各个领域。在UPS系统中，蓄电池组作为储能元件，是系统极其重要的组成部分，

它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性，然而蓄电池却是整个UPS系统中平均无故

障时间最短的器件。

现在随着国民经济的迅速发展，电力系统和通信系统发挥着越来越重要的作用，由

蓄电池组、充电浮充电装置以及馈电支路开关和熔断器等组成的直流系统是发电厂、变

电站和通信基站中的一个重要组成部分，其工作状况的好坏直接影响到电力系统和通信

系统的安全、可靠和高效运行。而蓄电池组作为直流系统向外供电的唯一设备，为电力

系统和通信系统中的信号装置、继电保护装置和控制装置等重要负载提供工作电源，其

性能的好坏直接关系到电力系统和通信系统的安全可靠性。因此为了确保用电设备即使

在交流电源全部中断的情况下也能正常安全连续运行，必须保证蓄电池组的运行状态性

能良好，在发生火电中断时能够有足够的放电容量，所以重视和加强对蓄电池的维护工

作，特别是对蓄电池实施实时在线监测意义重大。[1]

1.2国内外发展状况

随着科学技术的发展，特别是单片机和计算机在智能化控制方面的应用，以及在变

电站综合自动化系统等方面研究的深入，关于蓄电池的自动化监测问题也提到日程上

来。近几年以来，很多人开始研究蓄电池的自动化监测。蓄电池监测系统中，主要内容

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是对单电池电压的监测。其中，关于温度和电流的测量都属常规测量，而且在这些方面

的测量技术都已成熟。在电压的测量方法上，对单个电压量的测量方法非常简单。其中，

最关键的是如何测量电池组中串联在一起的单体电池电压。在解决如何测量单体电池电

压问题上，人们进行了大量的研究工作。有人提出用继电器来切换电池组中的每只电池。

用触点式继电器切换的缺点是：体积大、成本高、寿命短、速度慢，且其电压值计算比

较麻烦；有人提出另外一种方法：在多路输入信号的选择上采用模拟开关进行选通，在

模拟信号的转换上采用可编程定时器的V/F转换器。其中，在解决输入信号电压高于芯

片的最大工作电压的问题上存在技术难点，且采用V/F转换作为A/D转换器。其缺点是

响应速度慢、在小信号范围内线性度差、精度低。关于在线测量单只电池电压的方法，

还有人提出用光电隔离器件和大电解电容器构成采样，保持电路来测量蓄电池组中单只

电池电压。此电路的缺点是：在A/D转换过程中，电容上的电压能发生变化，使其精度

趋低，而且电容充放电时间及晶体管和隔离芯片等器件动作延迟等因素，决定采样时间

长等缺点。国内研制并投产的ZXJ24/2-1型蓄电池组智能监测仪，采用浮动地技术测量

蓄电池组中各单体电池电压，测量结果比较准确，但也存在模拟开关切换以及各器件的

[2]

不一致性问题对浮动地的电位的影响，从而使测量结果偏差加大。

美国BMS（BatteryMonitoringSystem）蓄电池监测系统技术发展于电力应用工业。

1989年，美国电力研究所与国家电能研究公司合作，共同研究了无人值守场站（PBWC）

铅酸蓄电池综合在线状态监测系统。经过4年的研究与开发，耗资200万美元，于1994年

完成样机的现场试验。测定的参数包括：电池组电压、单体电压、（浮充电）维持电流、

电池内部温度、电池组环境温度、电解液比重、电解液液面高度以及电极利用情况等。

其方法是采用安装在每一只电池上的多传感器电池监测模块（叫“电池监测器”，是