利用自动校正的ups蓄电池组巡检系统的实现-设计应用

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1引言

概说平时蓄电池组接在整流设备上进行浮充（FloatingCharge），保持在满充状态下，以备不时之需。蓄电池组自被安装妥当，完成初充电（InitialCharge）及放电试验再充电后，即被加入直流供电系统使用。然而铅酸蓄电池经过一段时间使用以后，常易因活性有效物质的脱落变坏，正极栅格腐蚀以及硫化（Sulfuration）等原因，其容量逐渐减低。为了估计市电中断后，蓄电池组尚能供电的时间，就必需定期进行容量（放电）试验。监测主机为监测设备的主体，可同时监测多组蓄电池组，包含以下功能：1、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，便于机房维护人员了解电池情况。2、具有多种告警功能：能适时发出警报，并停止放电。3、监测记录电池浮充及充放电情况：利用BCSU-120R,可以省却您测试记录的烦恼，它会自动的将采集到的数据汇成各种测试曲线-特性比较图、总电压曲线、各单体电压曲线、电压条曲线、记忆数据表格等，一目了然，而且自动生成测试，可随时打印。4、可以在线记录整组电池进行长时间放电，测量每个电池实际容量。

2UPS中电池组巡检管理的重要性

UPS电源在工业、交通、通讯行业中广泛应用，实际应用中将蓄电池进行串、并联构成蓄电池组来提高输出电压和扩大输出容量，为确保电池组能正常工作，需要监测蓄电池的工作状态。蓄电池单体的电压和工作电流的临测是了解蓄电池组工作状态的重要手段。UPS的电池组巡检监控原理是通过采集电池组的充放电电流及每节电池的工作电压，经数字处理器分析，提示每节电池的工作状态，完成先进的电池管理功能（包括自动均浮充转换控制、电池预告警关机、定期自动维护、容量检测、后备时间预测），从而提高了电池使用寿命。

3几种常见蓄电池巡检方法的比较

3.1继电器切换法

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种"自动开关".故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断导通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。

通过轮流驱动继电器（C1到Cn），采用继电器的触点将被测的一个电池单体接入一个共用的信号采样回路（其他的电池两端悬空），实现对电池组中的每一节电池单体的两端电压进行采样（如图1所示），这种方法缺点是继电器的动作速度慢，并存在有限次数的机械寿命与动作噪声。

3.2串行模数转换器

采用串行模数转换器ADC把电池电压转化为串行格式的数字信号（如图2所示），通过数字光耦隔离传输到串行数据总线，由DSP读回每一数据通道的电池电压。这种方法，缺点是每一路串行ADC需要独立的辅助电源，信号调理电路、数字信号隔离结构复杂，并且串行模数转换器ADC成本偏高。

3.3电阻网络

采用电阻构成分压网络，把整个电池组的各个电池连接点电压衰减到电子模拟开关可以接受的程度。该电路为简单，但是该电路测量回路与蓄电池回路并不隔离，存在安全隐患问题，并且采用网络电阻进行梯度衰减会造成采样精度递减。

为了克服现有技术的不足，本文提出一种利用数字光耦实现了无源隔离的蓄电池电压监测方法。通过软件进行二次曲线补偿来解决数字光耦的非线性问题，并结合线性光耦对电池组整体电压实现采样，就可以求解因数字光耦的温度漂移而造成的巡检偏差。

4由数字光耦组成的电池巡检电路与二次曲线补偿

采用数字光耦实现无源隔离的蓄电池电压检测，无需辅助电源即可实现强电与弱电隔离，电路拓朴如图4所示，具有简洁、安全、稳定、经济等特点，但对于模拟信号来说数字光耦的缺点是因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，需要对数字光耦的温度漂移进行校正和非线性进行补偿。

每单元的数字光耦与一个电阻串联后并联在蓄电池单体的两端，流过光耦的发光二极管电流的大小与电池单体电压直接相关。在实际应用中，选择合适的串联电阻R的阻值，数字光耦的发光二极管中通过的电流IF与光敏接收端得到的电流IC可以认定为二次函数的关系，光敏电流通过电阻变化为对应的电压信号，通过软件对数字光耦实现二次曲线补偿来解决非线性问题（如图5所示）。

光耦输出的电压y是电池电压x的二次函数，其中由于光耦的离散性对应着不同的二次曲线y=ax2+bx.

为了实现每节电池能进行独立二次曲线补偿，采用准确的基准电压源模拟每节电池充满时的电压（B采样点）和半电压（A采样点），DSP自动收集定标信息，并根据采样信号的区间可以判断定标点A或B实现自动定标，利用A（x1,y1）、B（x2,y2）来求解二次函数的系数a[i]、b[i],并将系数保存于非挥发性记忆体中。完成定标操作后，系统重启并开始初始化，DSP读回二次函数的系数，通过二次曲线补偿求解到每一节电池电压Uf[i],其中i是电池总数单节电池的序号，也就是说通过二次曲线补偿后光耦输出信号与电池的实际电压成性线关系，如图6所示。

5数字光耦的温度漂移校正

温度对于数字光耦的特性来说有较大的影响，例如光耦发光二极管的正向导通压降，光耦右侧的光敏三极管的工作点。如图