蓄電池在線智能監控系統建設研究目錄TOC\o"1-3"\h\u12585蓄電池在線智能監控系統建設研究 112268摘要 115740關鍵詞：蓄電池；在線智能監控；系統 1163101蓄電池相關概述 279301.1蓄電池的工作原理 2233671.2蓄電池充電階段的特點 2133812.蓄電池監控管理系統研究進展 3274063.蓄電池在線智能監控系統的實現 4325373.1蓄電池在線智能監控系統的主要作用 4247603.2蓄電池在線智能監控系統的實施 4199133.2.1智能監控系統架構 4202863.2.2控制系統的關鍵技術 5137143.2.3智能監控系統模塊 5134193.2.4后臺軟件界面 732183.2.5智能監控系統實施流程 919124.總結 918531參考文獻 9摘要蓄電池的出現和應用滿足了很多行業的生產用電需求，但在實際使用中，閥控蓄電池長期浮充運行后出現電池失水、負極板硫酸化、正極板腐蝕、熱失控等，導致容量衰退，就會對供電安全和穩定造成不利影響。因此需要一個性能良好穩定的電池在線智能監控系統對電池的工作狀態進行監測和保護，以提高使用的穩定性和安全性。為了提高電池管理系統操作的方便性和直觀性，本文設計了一種電池在線智能監控系統，該系統能夠及時發現電池著火的潛在風險并提前告警，提前預警即將失效的蓄電池，排除潛在的隱患，確保UPS系統安全；無需進行定期的內阻、電壓手工測量，節約人力物力；即時發現充電故障，延長蓄電池組壽命。關鍵詞：蓄電池；在線智能監控；系統自蓄電池問世以來，特別是近年來，隨著閥控鉛酸蓄電池的問世，由于其比較低的成本和它的易用性以及比較低廉的價格、高效性、獨立性等優秀的特性，該電池被普遍的應用于生活當中的汽車、船只、發電廠、社會中的信息系統等等各個工作領域當中發揮著重要的作用。其在電力系統的范圍當中，電池通常都是被人們作為應急電源，這種電源都是以自給自足的，攜帶比較便捷而且其體積小但是這種使用起來比較簡便，其在市場上變得越來越來的流行。各種大容量蓄電池的應用范圍得到了擴展，使其成為各種設備和不間斷電源的主要電源之一。但電池在充放電期間，對充放電參數和環境溫度等因素的影響十分敏感，且每個電池之間存在單體差異，所以為保證電池組安全穩定地工作，就需要一個性能良好的電池管理系統對鋰電池的工作狀態進行實時的監控，及時向用戶反饋電池狀態信息，對一些危險的狀態進行預警，以避免電池使用中的安全隱患。一個良好的電池管理系統可以大大提高電池組和電池箱使用時的安全性和穩定性，從而延長電池的使用壽命，在電池的應用中起到非常重要的作用。同時，隨著電池管理系統的廣泛應用，用戶的種類也增多，為了提高電池管理系統使用時的方便性和易操作性，可以蓄電池在線智能監控系統，使用戶能夠快速、直觀地對電池管理系統進行操作和調試。1蓄電池相關概述1.1蓄電池的工作原理蓄電池中的主要成分是正極的二氧化鉛，負極的海綿狀鉛和濃度為27%-37%的稀釋硫酸水溶液。汽車啟動蓄電池是電能和化學能相互轉換的可逆工具，即充電是儲存電能，放電是化學能轉化為電能并釋放出來。蓄電池由正極板、負極板、玻璃纖維隔板、電解質和電解質蓄電池組成。充電后，所述正極板的活性材料為二氧化鉛，所述負極板的活性材料為海綿狀。放電后，電極板的活性物質轉化為硫酸鉛，充電后還原為原始物質。1.2蓄電池充電階段的特點在充電過程中主要有三個階段：高效充電階段、混合反應階段和氣相沉積階段。1.高效充電階段：在充電開始時，蓄電池充電速度最大，接近100%。充電速度是充電過程中轉換的化學能與充電器消耗的電能之比。當電解液開始連續起泡時，可改變充電方式繼續充電，以減少對蓄電池壽命的負面影響。2.混合反應階段：隨著充電過程的繼續，充電的主反應和電解水的二次反應同時進行。在這個過程中，蓄電池的充電速度不斷下降。如果蓄電池的末端電壓沒有增加，則假定蓄電池當前是滿的。3.氣體沉積反應階段：蓄電池充滿電后，如果蓄電池仍然帶電，它不僅能不帶電，但多余的流量將電解水，導致大量氣體的蓄電池，浪費電能，而不是用于蓄電池壽命。這一階段必須盡快停止。2.蓄電池監控管理系統研究進展電池管理系統的研究和應用始于國外，以美國為首的一些國家已經有了一定的經驗和基礎，近年來我們國家也加大了對電動汽車的研究投入，把降低成本作為鋰電池的發展重點，隨著開發和研究，在電池材料上取得了較大進步，已經能滿足電動汽車的用電要求。現有的電池管理系統中，國外比較知名的有:1.美國已經投入使用的：①EV1電池管理系統：電池組串聯了26個單體鉛酸蓄電池，系統能檢測電池組中單體電池的電壓和電池組的電流;②SmartGuard系統：該系統使用分布式的方式來采集電池信息，能夠自行監控電池過充電等安全狀態;③BatOpt系統：此系統是分布式的系統，其中包括了監控模塊和中心控制單元兩個主要部分。2.德國的有：①BADICHEQ系統：能對采集電池組的工作電流和工作溫度以及單體電池端的電壓，還具有均衡充電控制、數據通信及安全報警等功能;②BADIC0aCH系統:這個系統是BADICHEQ系統的優化和改良，在BADICHEQ系統的基礎上使得數據采集和數據通信的功能更完善和強大，同時系統的反應更加迅速;③BATTMAN系統，該系統最大特點是能夠管理不同類型電池組成的系統;3.日本的Pruis系統:用來實現電動汽車最大功率控制和制動能量反饋等功能;4.韓國的SAMSUNGSDI系統:檢測單元能采集40個單體電池的電壓、電流、溫度等信號，然后再通過采集到的信號對電池組中的各個單體電池進行平衡控制。我國在電池管理系統方面的研究雖然起步較晚，但在國家"863"計劃和第十一個五年計劃的支持下，我國目前已經在電動汽車以及動力汽車電池管理系統方面的研究取得了很大的進步，得到了一些優秀成果，如①北京交通大學主導研究的，能適應不同車型、不同電池結構的電池管理系統;②北京航空航天大學專為北方客車型號為BEC110EV的車型研制的鉛酸電池管理系統，是一個以單片機為核心的系統;③比亞迪公司為其混合動力汽車研制的分布式電池管理系統，這個系統能夠對動力電池組的總壓力、總電流、工作溫度等參數進行采集，并可以根據采集的數據進行電池組的熱管理及安全管理等，估算電池組的SOC;其他還有如奇瑞汽車、長安汽車等企業也為自己出品的混合動力汽車研制了相應的電池管理系統。電池管理系統在應用到實際的過程當中需要不斷進行調試和檢測，隨著計算機技術的發展和進步，后續一些電池管理系統也配備了相應的pc端可視化界面用于調試。從發展的趨勢來看，我國研制電池管理系統雖然起步晚，但發展速度非常迅速，我國的電池管理系統也有著巨大的市場潛力，再加之國家對這方面的大力支持，我國將進入電池管理系統的發展前列。3.蓄電池在線智能監控系統的實現3.1蓄電池在線智能監控系統的主要作用蓄電池在線智能監控系統可以通過對單節電池數據采集判斷，可以對電池的熱失控趨勢進行智能分析，并及時發出預警，防止電池進入熱失控狀態，有效保護電池組。有效追蹤浮充電流曲線，結合電池內部溫度和環境溫度進行智能運算，可以提前預測出熱失控問題。并且可以通過智能數據分析，甄別落后電池，監控電池安全運行環境，利于電池選型摒棄海量數據或繁瑣報表，輸出數據分析報告，為后期電池系統維護提供精準數據參考。3.2蓄電池在線智能監控系統的實施3.2.1智能監控系統架構H3G-TH蓄電池在線監測系統由收斂模塊（監控主機）、TH模塊（單電池檢測模塊）、TR模塊（電流檢測模塊）以及相應安裝附件組成，詳情如下圖1所示。圖1H3G-TH蓄電池在線監測系統構架3.2.2控制系統的關鍵技術（1）B/S結構\t"/report/6f9fdc24-56af-4c1d-a739-fb08a44a54e5/html/resultFrame"B/S結構，全稱為Browser/Server(瀏覽器/服務器)結構。B/S架構是伴隨互聯網技術的興起而出現的，是對C/S結構的一種改進或者說是迭代。\t"/report/6f9fdc24-56af-4c1d-a739-fb08a44a54e5/html/resultFrame"在B/S結構下，通過WWW瀏覽器就可以完全實現前端頁面，在前端實現一部分事務邏輯，在服務器端實現主要的事務邏輯，形成我們常說的3-tier結構。\t"/report/6f9fdc24-56af-4c1d-a739-fb08a44a54e5/html/resultFrame"B/S結構，是通過不斷成熟的WWW瀏覽器技術，并且在此基礎上結合了瀏覽器的多種Script語言其中包括VBScript、JavaScript…\t"/report/6f9fdc24-56af-4c1d-a739-fb08a44a54e5/html/resultFrame"和ActiveX技術。完成了更加便捷的功能，僅僅用WWW瀏覽器就實現了之前需要復雜專用軟件才能實現的強大功能。（2）LINUX操作系統LINUX操作系統它發展自UNIX操作系統，并且它可以免費使用和傳播，這也是大部分開發者喜歡Linux操作系統的原因。它的開發者是林納斯·托瓦茲。Linux系統是一個是一個支持多線程、多任務、多用戶的操作系統。Linux系統相比較于Windows系統他的優勢是不會卡頓，因為Windows系統它本身很大而且還會安裝清理垃圾的程序會占用大量的磁盤空間所以它不如Linux系統流暢，Linux系統它的安全性能也比較高，這完全由它自身嚴格的權限控制。3.2.3智能監控系統模塊（1）TH模塊TH模塊能監測單只電池的電壓、內阻與溫度，并通過通信口將數據上傳給收斂模塊，TH模塊本身不具備告警判斷功能。TH模塊由電池供電，2V模塊最大工作電流小于13mA，6V、12V模塊最大工作電流小于7mA。需要注意的是，2V模塊只能用在監測2V的電池上，12V也一樣，否則會損壞模塊，接口說明如下圖2。圖2（3）收斂模塊收斂模塊定時讀取每個子模塊的監測數據，并進行分析處理與顯示，一個收斂模塊最多可以監測六組電池，具體功能如下：a、輪巡讀取每個子模塊測得的電池數據；b、帶LCD顯示，可查詢實時監測數據及歷史告警記錄；c、可設置上下限值與運行參數；d、自動告警功能，告警時LED燈亮，蜂鳴器響，同時對應干接點閉合；e、帶一個RS485口與一個網絡，可接入到上位機。F、內置WEBSERVER，可通過網頁直接讀取所有數據和調整運行參數圖3（4）TR模塊TR模塊能監測一組電池的浮充電流與一個環境溫度，熱失控預警功能，可通過UART口與收斂器進行通信，接口說明如下圖。圖4（5）TC模塊TC模塊能監測一組電池的充放電電流與一個環境溫度，可通過UART口與收斂器進行通信，接口說明如下圖。圖53.2.4后臺軟件界面軟件采用B/S架構設計，基于Linux系統和開源MySQL數據庫。系統由實時查詢、歷史查詢、數據統計、設備維護和系統設置五個主要界面組成。內核采用多線程并發數據處理技術，解決了大數據應用時數據堵塞與丟失的問題。數據存儲采用智能過濾機制，剔除無用的歷史數據，提高數據的有效性。涵蓋數據列表、柱形圖、曲線圖等多元化展示和比對界面，界面直觀、清晰易懂。圖6站點主界面圖7電池組主界面圖8統計界面圖9柱狀圖3.2.5智能監控系統實施流程首先對于蓄電池編號，然后進行模塊安裝，模塊地址設置，最后進行軟件接入。每節電池配置一個TH模塊，監測電池的電壓、內阻與溫度；每組電池配置一個TR模塊，監測蓄電池組環境溫度、和浮充電流、熱失控分析；每組電池配置一個TC模塊，監測蓄電池組環境溫度和充放電電流；TH/TR/TC模塊間通過一根通信總線相互連接后以環形接法接到收斂模塊上，收斂模塊輪巡讀取每個TH/TR/TC模塊監測到的數據，并進行分析、處理、保存與顯示，通過通信口上傳到監控中心。4.總結縱觀世界經濟發展大勢，電能的應用前景必將十分廣闊且充滿挑戰性。電池智能監控系統的研究工作將會隨著電池行業的發展而有著更進一步的研究和創新，可以說有著十分廣闊的應用前景。本文主要是為了對蓄電池智能監控系統的開發進行了解和學習，并嘗試設計和開發一個蓄電池智能