通信电源监控系统中蓄电池监控模块的设计
摘要：通信电源集中监控系统作为通信电源运行维护的重要支撐手段，将发挥越來越重要的作用。文 章对木地用通信电源监控系统中禱电池监控模块的设计进行了深入研究，包括福电池剩余容虽检测、 裕电池单体电圧、单体温度测试等，并提出了相应改进方案。最后通过实验检测结果证明了该设计方 案的可行性。
For personal use only in study and research; not for commercial use
1引言
在本地用通信电源监控系统中，蓄电池监控模块是一个相对独立的单元，拥有口己 的处理器单元和数据采集单元。因此，它既能作为本地用通信电源监控系统的一部分使 用，同时加以简单扩展就可以成为单独使用的蓄电池在线检测仪。本文详细介绍了一套 具有两级集散式系统结构的本地用通信电源集中监控系统中蓄电池监控模块的设计。
2蒂电池监控单元的整体实现方案
蓄电池监控一直是国内外研究的热点和难点问题，在本系统中，蓄电池监控单元主 要完成以下儿方面的功能：剩余容量的在线检测、均/浮充方式转换、单体端电压测试 及落后电池检出、
电池体温度测试等等。其总体实现如图1所示。
数据RS4JC5 采址通信 单元 ?图1棋块 蒂电池监控单元的整体硕件结构
处理器模块是蓄电池监控单元的核心，在这
里我们釆用了 ATMEL公司最新的RISC 高性能单片机AT90S8515及大容量8KB的FLASHROM,不但保证了对大量数据进行髙 速分析处理，而且实现了对数据的保存查询。
在数据采集模块中，由丁?蓄电池监控单元中需要处理的数据对精度均有特殊的耍求, （比如对蓄电池内阻的测量通常为mQ级，II必须有足够的位数），同时由丁?蓄电池内 阻、电圧均为缓慢变化的低时变信号，因此我们釆用了 16位的△型A/D转换器AD7715, 它具有口动校零、量程口动校准的功能，从而可以保证很高的测量精度，而II具有SPI 接口，可以方便的与单片机接口。
蓄电池监控单元中设有RS485的通信接口，与前端机主处理器之间以通信的形势 交换数据。因此在本系统中蓄电池监控模块实际是作为一个智能设备与主监控模块联系 的。下面分别对内阻检测模块、单体电压测试模块、单体温度测试模块进行详细的介绍。 由丁?电流测试模块与主处理单元的直流数据采集与处理类似，在此不再赘述。
3蓄电池剩余容量的在线检测
蓄电池的剩余容量是用户最为关心的一个问题，它与整个供电系统的可靠性密切相 关，蓄电池剩余电量越高，则系统可靠性越高，否则反之。因此如何能够在既不消耗蓄 电池能量乂不影响用电设备的正常工作的情况下，实时的在线监测蓄电池的剩余电量, 将有重要的实际意义。
蓄电池是个复朵的电化学系统，它在不同负載条件下运行时，番电池实际可供释放 的电量也不同。随着蓄电池使用时间的增加，其实际可释放的电量也将下降。过去，常 依据蓄电池的端电圧來判断蓄电池的好坏和其剩余电量的多少，但该方法有很大的局限 性。随着电池老化，其端电圧变化不明显。因此，利用端电压的变化來推算其剩余电量 有一定困难，误差较大。
3.1儿种常用的剩余电量预测方法
目前预测蓄电池剩余电量的方案最有代表性的有如下儿种:
（1）密度法：蓄电池剩余电量和其内部电解液密度密切相关，电解液密度由硫酸 铅、氧
化铅和铅三者决定。通过测量:电解液的密度值，即可间接推算其剩余电量。但在 电池使用后期，随着正负极板的腐蚀、断筋，上述三种物质的比例跟电池制造时的配制 比例发生较大差异，从而导致用密度值推算剩余电量不再准确。同时由丁?目前的通信电 源系统中大多釆用的是阀控式铅酸蓄电池，这一方法难以应用。
（2）开路电圧法：上面已提到，蓄电池的荷电程度跟蓄电池电解液密度密切相关， 而N.RST
方程描述了电解液与电池电动势的关系。因此，通过测量蓄电池的开路电压, 就可以推算出蓄电池的剩余电量。其缺点在于随着电池老化、剩余电量下降时，开路电 压变化不明显，因此也就无法准确预测剩余电量。另外开路电圧是电池无载时的稳态电 圧，因此只能在电池静置时方可测量，不适合实时在线测量。
（3）定时放电法：通过对蓄电池施加一负载，计算单位时间内的电池端电圧变化 率，根
据变化率的大小推算剩余电量，变化量小意味着剩余电量大，否则反之。为了实 现在线测量，缩短测量时间，需要对蓄电池大电流放电，而大电流放电对蓄电池将会产 生严重损伤，严重影响电池的使用寿命。
（4）内阻法：研究表明，电池的内阻与荷电程度之间有较高的相关性，美国GNB 公司曾
对容量由200~1000安.时，电池组电圧由18-360V的近五白个VRLA电池进行 了测试，实验结果表明，内阻与电池容量的相关性非常好，相关系数可以达到88%o 因此，通过测量电池内阻可较准确地预测其剩余电量。蓄电池完全充电（充满）和完全 放电（放完）时，其内阻相差2~4倍左右。随着电池充电过程的进行，内阻逐步减小： 随着放电过程的进行，内阻逐步增大。另外，随着电池老化，其内阻也逐渐增大，其剩 余电量也随之下降。蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线如图2所示。
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通信电源监控系统中蓄电池监控模块的设计
