海寧市湯淺蓄電池12v38ah
常見(jiàn)湯淺電池事故的發(fā)生原因有以下幾種： 13716679560 張潔
1. 嚴(yán)重老化引起的開(kāi)路、單體電壓低；
2. 安裝或維修時(shí)不慎短路造成電弧事故；
3. 散熱不良加上電池老化引起的熱失控。
目前電池安裝現(xiàn)狀：
湯淺蓄電池安裝方式：
電池架通風(fēng)散熱優(yōu)于電池柜，一般小系統(tǒng)、小容量、少量電池用電池柜，大容量電池、數(shù)量多、大系統(tǒng)用電池架；
電池柜的占地面積比電池架?。?br />
電池維護(hù)方面，電池架比電池柜方式易于測(cè)量、維護(hù)電池單體。
針對(duì)熱失控：
相比之下，同樣是電池老化性能劣化，電池柜比電池架更容易出現(xiàn)熱失控。因此，對(duì)于電池柜安裝的湯淺蓄電池，建議在電池柜內(nèi)安裝電池溫度傳感器（電池溫度傳感器一般是UPS的選件，電池溫度超過(guò)設(shè)定點(diǎn)后，UPS會(huì)告警并有相應(yīng)的電池保護(hù)措施，如停止均充或通過(guò)溫度補(bǔ)償算法略微降低充電電壓），以防范事故擴(kuò)大。
針對(duì)開(kāi)路或單體故障：
對(duì)于開(kāi)路、單體電壓低，可以很容易判定，單體電壓低可以在放電初期看電池電壓穩(wěn)定后的數(shù)值，例如12V 100AH 30節(jié)/組，放電電流20A左右，放電開(kāi)始3分鐘后可認(rèn)為電壓穩(wěn)定了，測(cè)量了2個(gè)單體，得到單體平均電壓12.52V，則12.52*30=375.6V。某次巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)某UPS系統(tǒng)該工況下湯淺蓄電池電壓只有372V，感覺(jué)不正常，二分法快速定位后，測(cè)得故障電池一節(jié)，電壓只有9.2V，于是標(biāo)記后，告知客戶有1節(jié)單體電壓落后，建議繼續(xù)觀察，若該單體性能繼續(xù)劣化（放電時(shí)電壓明顯下降過(guò)快）則需要更換，若電壓穩(wěn)定則可以再使用一段時(shí)間。
對(duì)于組內(nèi)單體電壓差異大，需要通過(guò)逐個(gè)單體電壓檢測(cè)才能判定，這種情況主要出現(xiàn)在新舊電池同一組內(nèi)混用的情況，如更換過(guò)多個(gè)故障單體的電池組（這種情況本應(yīng)整組更換）。遇到這種情況，立即更換整組電池是最有效的解決方法。
針對(duì)意外短路：
針對(duì)一些意外事故，例如安裝時(shí)工具造成的短路，粉塵嚴(yán)重的環(huán)境下電池總開(kāi)關(guān)端子上積塵（尤其是含有導(dǎo)電物質(zhì)的粉塵）造成的拉?。ㄌ貏e是總開(kāi)關(guān)電池側(cè)端子短路），一般情況是束手無(wú)策，即使斷開(kāi)電池總開(kāi)關(guān)也無(wú)濟(jì)于事。只能在設(shè)計(jì)時(shí)，在電池組中間設(shè)計(jì)一個(gè)熔絲（F1），當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，通過(guò)熔絲熔斷來(lái)保護(hù)電池組。原理如下圖：
個(gè)人認(rèn)為這個(gè)熔絲還是比較重要的，只是目前這樣做的我還沒(méi)見(jiàn)到。見(jiàn)到過(guò)有在電池總開(kāi)關(guān)電池側(cè)串聯(lián)熔絲的，很少見(jiàn)，且保護(hù)范圍有限。
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電路組成框圖如圖2所示：這是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，電流負(fù)反饋電路。標(biāo)準(zhǔn)正弦波產(chǎn)生一個(gè)頻率穩(wěn)定、對(duì)稱、失真度低的1KHz正弦波信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路把正弦波放大，去推動(dòng)功放電路，得到正弦交流電流輸出。恒流控制電路從功放輸出中得到的信號(hào)，通過(guò)與給定的信號(hào)相比較，來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)，從而使輸出電流保持穩(wěn)定。
智能節(jié)點(diǎn)為智能型的監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組內(nèi)(總電壓48V，單塊電壓12V或2V)的單塊電池端電壓、體溫、環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量。若超出工作范圍則進(jìn)行告警，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，定期上報(bào)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。超限告警信號(hào)及時(shí)上報(bào)，并可接受上位機(jī)的輪詢。下面僅就智能節(jié)點(diǎn)給出詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。
硬件組成
智能監(jiān)控節(jié)點(diǎn)以89C52為控制器，外圍模塊包括CAN接口模塊、溫度測(cè)量模塊、電壓測(cè)量模塊、告警模塊、節(jié)點(diǎn)地址選擇和可選的存儲(chǔ)器模塊等，如圖2所示。為充分利用89C52的接口資源，除CAN接口模塊外其余模塊均采用串行接口器件，這樣就減小了電路體積，降低了電路的硬件成本。
圖2智能監(jiān)控節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖
CAN接口模塊
CAN總線協(xié)議及其特性見(jiàn)參考文獻(xiàn)。目前，具有CAN協(xié)議功能的芯片很多，本設(shè)計(jì)選用常見(jiàn)的PHLIPLE公司的SJA1000獨(dú)立CAN控制器芯片和82C250 CAN接口驅(qū)動(dòng)芯片。為增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RX0通過(guò)高速光耦6N137與82C250相連，電路如圖3所示。
圖3 CAN接口模塊原理圖
電壓測(cè)量模塊
當(dāng)蓄電池是由4節(jié)12V電池串接而成時(shí)，其在線端電壓遠(yuǎn)高于ADC的允許輸入電壓，所以對(duì)電壓的采集電路要進(jìn)行特別設(shè)計(jì)：將串連電池組的各節(jié)電池端電壓經(jīng)模擬開(kāi)關(guān)分別引入分壓電路進(jìn)行分壓處理，再經(jīng)電壓跟隨器進(jìn)行阻抗變換后送入ADC的差分輸入端，轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量輸出到單片機(jī)的PI口。
ADC選用National Semiconductor的ADC0838。 該器件是一種輸入端可編程、單端8通道/差分4通道、8位串行ADC，其數(shù)據(jù)輸入輸出口可以分時(shí)共用。
模擬開(kāi)關(guān)選用MAXIM的MAX4613。它是一種四路單刀單擲TTL/CMOS兼容的模擬開(kāi)關(guān)，可單端供電(9~40V)也可雙端供電(±4.5~±20V)，與電池組的連接 采用“浮地”方式：每個(gè)MAX4613控制兩節(jié)電池的選通，電源和地分別取兩節(jié)電池串連后的正極和負(fù)極。由于MAX4613的S1、S4和S2、S3的控制極性相反，所以不能采用譯碼電路，而由單片機(jī)的四個(gè)I
/O口線經(jīng)光耦隔離后單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，以保證同時(shí)只有一路電池電壓接入后級(jí)的分壓電路。另外，其控制端采用CMOS電平(VL接V+)。
分壓電路采用三個(gè)相同的電阻，分壓后的電壓約為4V左右。由于使用同一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，避免了由于分壓網(wǎng)絡(luò)的差異引起各路間的誤差。同時(shí)模擬轉(zhuǎn)換器采用差分輸入從而減少了共模干擾和避免了“浮地”引起的電壓不兼容的問(wèn)題。如果對(duì)2V電池采樣，可以用6個(gè)CD4052模擬開(kāi)關(guān)控制各節(jié)電池的選通，每個(gè)CD4052控制4節(jié)電池，由兩個(gè)I/O口線經(jīng)光耦隔離后驅(qū)動(dòng)兩個(gè)地址選擇端，另三個(gè)I/O口線經(jīng)74LS138譯碼后分別控制六個(gè)CD4052的使能端(INH)。
溫度測(cè)量模塊
溫度測(cè)量模塊采用美國(guó)DALLAS公司推出的DS18S20系列單總線數(shù)字溫度計(jì)，只需要一根導(dǎo)線就可將單片機(jī)和DS18S20連接起來(lái)，如圖4所示。每個(gè)I/O口線可以同時(shí)掛接多個(gè)DS18S20。
軟件的實(shí)現(xiàn)
軟件設(shè)計(jì)采用模塊化編程，系統(tǒng)軟件主要分為主程序、數(shù)據(jù)采集(電壓、溫度)處理程序和通訊程序。
主程序?yàn)橄到y(tǒng)控制程序, 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化(包括系統(tǒng)自檢、讀取本節(jié)點(diǎn)地址、電池組電池電壓種類、向上位機(jī)發(fā)送本節(jié)點(diǎn)的地址、接收上位機(jī)發(fā)送的本節(jié)點(diǎn)的基準(zhǔn)電壓值和溫度值)和各模塊軟件的總體調(diào)度。
數(shù)據(jù)采集處理程序包括電壓采集和溫度采集。由于DS18S20的溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)(750ms)，所以每次采集先進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換、電壓采集，再進(jìn)行溫度的采集。溫度轉(zhuǎn)換和電壓采集同步進(jìn)行。每一輪采集后要將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷是否超過(guò)限定值。若正常則判斷是否采集了5次，若不是則再次進(jìn)行采集。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)的變換是緩慢的，如果正常就沒(méi)有必要每次都將數(shù)據(jù)上報(bào)，以減少CAN總線上的數(shù)據(jù)量；若到了5次或數(shù)據(jù)超限，則對(duì)數(shù)據(jù)打包上傳，進(jìn)入CAN通信階段。
CAN通信程序負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN控制器，再由CAN控制器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線。主要的子程序有：CAN初始化、CAN發(fā)送、CAN接收、ADC子程序，DS1820的復(fù)位、啟動(dòng)、ROM的搜索、讀寫(xiě)等。其中CAN初始化、發(fā)送和接收子程序、DS1820的復(fù)位、啟動(dòng)、ROM搜索、讀寫(xiě)等可參閱后面的參考文獻(xiàn)，ADC的轉(zhuǎn)換子程序詳見(jiàn)本刊網(wǎng)站。
結(jié)語(yǔ)
分布式蓄電池智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化程度高、測(cè)量準(zhǔn)確、能及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池組存在的早期故障。其智能監(jiān)控節(jié)點(diǎn)可以作為對(duì)一個(gè)臺(tái)站的多組電池實(shí)現(xiàn)分散采集、集中監(jiān)控的一個(gè)組成部分進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)使用，也可以作為開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)附屬部分與開(kāi)關(guān)電源配套使用。CAN接口可以用RS-232接口代替，以和現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)電源的控制主機(jī)聯(lián)接，提高現(xiàn)有電源的性能。
