铅酸蓄电池监控系统设计

乐毅成，于水英，付志超

（1.武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064；2.湖北长海新能源科技有限公司，湖北鄂州 436070）

铅酸蓄电池监控系统设计

乐毅成1，2，于水英2，付志超1，2

（1.武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064；2.湖北长海新能源科技有限公司，湖北鄂州 436070）

针对发电厂或工业系统中需要提供稳定性 DC220V直流电源，研制了采用铅酸电池组成的直流电源系统。本文介绍了铅酸电池电源系统的组成、结构和使用方式；详细描述了铅酸蓄电池监控系统的主要功能、硬件结构和软件设计。实践表明该系统工作稳定可靠，检测精准，满足铅酸电池监控系统的设计需求。

铅酸蓄电池 直流电源系统 监控系统

0 引言

直流电源系统是发电厂或工业系统中常用的电源系统，一般作为UPS电源、控制系统主电源、甚至一些动力设备的供电电源，特别是在一些不允许断电的工业生产系统中至关重要，因此，铅酸蓄电池直流系统的可靠性、稳定性在工业系统中涉及到重大经济效益。

本文介绍直流220 V铅酸蓄电池电源系统的蓄电池组及其监控系统，蓄电池组采用110块型号为DFM-360铅酸蓄电池串联组成，其中16只蓄电池串联成1小组，14只蓄电池串联1小组，110块电池由6小组16只蓄电池组串联加上1小组14只蓄电池串联，共7小组电池串联；监控系统监测每块电池的电压和温度，监测铅酸蓄电池状态数据并通过CAN总线上传给上层管理系统，控制直流蓄电池组充放电。

1 蓄电池监控系统

蓄电池监控系统用于蓄电池组的实时检测，在正常运行模式下，通过检测指定蓄电池的工作电压和温度，提供电池的工作状态数据给上位机，便于上级平台进行动力源监控和管理。在电池组充电模式下，通过检测指定蓄电池的工作电压和温度，提供蓄电池的工作状态数据给充电机，使得充电机对充电状态下的电池进行实时监控，保证充电安全进行。

蓄电池监控系统由一体化工控机、7个电压温度采集模块、电源模块及线缆等组成，如图 1所示。一体化工控机作为监控系统的人机交互载体，安装了电池参数监测软件，承载了与电压温度采集模块进行信息交互，同时将蓄电池组中 7个电压温度采集模块的数据进行处理；对蓄电池组电压和温度参数统计分析，判读电池的工作状况，并对故障或落后电池进行报警和指示；对电池组状态进行显示、存储及与上级进行信息交互。电压温度检测模块采用模块化插件结构，具有体积小、重量轻、功耗低的特点，每个模块最多可以同时检测16路电压和温度，通过CAN总线将检测数据与外部进行交互；电源模块将外部提供的两路电源AC220V和DC24V进行控制，转换成系统需要的DC24V电源，保证电源的可靠性。

2 蓄电池监控系统硬件设计

蓄电池监控系统主要硬件包括：一体化工业机、电压温度采集模块、电源模块及线缆。根据系统集成要求，一体化工控机、电源模块是采用标准产品，电压温度采集模块根据实际需求设计开发。

电压温度采集模块是铅酸电池组现场检测设备，核心是DSP处理器芯片TMS320F2812，主要涉及硬件资源有：16路电压采集、16路温度采集、CAN总线通信，如图2所示。检测16块铅酸电池的电压和温度状态，并经过初步信息处理，通过CAN通信传输给上级系统。

DSP2812控制器模拟输入量信号资源有限，只有8路ADCINA接口和8路ADCINB接口，对于电压温度采集模块的资源需求，很难满足要求，针对通道数量少，采用分时复用技术。电压信号采集电路：采用16个光耦选择芯片AQW214将外部电压隔离引入，通过 4-16译码器SN74HC154DW选通相应的AQW214，将相应的电压引入电路，进行电压信号差分转换，然后经过滤波、限压等再引入 DSP2812模拟量输入采集，通过实际测量和校准，最后系统电压测量精度达到10 mV。

温度信号采集电路：温度传感器采用PT1000，温度范围0…+150℃，当温度为0℃时，电阻值为 1000±0.60Ω，当温度范围在 0～100℃时，电阻值变换为3.85Ω/℃。选用PT1000传感器即保证了测量范围，又使每摄氏度相应电阻值易于测量，电路设计和分辨更简单。电路设计时将PT1000与一个固定电阻串联，16路温度信号需要16个PT1000，将电阻信号转换成电压信号，通过芯片 CD4067B选通相应的电压信号，然后经过滤波、限压等再引入DSP2812模拟量输入采集，通过实际测量和校准，最后系统电压测量精度达到1℃。

3 蓄电池监控系统软件设计

3.1蓄电池组参数监控软件设计

一体化工控机作为蓄电池监控系统的人机交互平台，内装专用蓄电池组参数监控软件，电池组参数监控软件采用在 LabVIEW 平台下开发，LabVIEW包含了大量的工具与函数，用于数据采集、分析、显示与存储，它在测试、测量和自动化等领域具有更大的优势，满足软件设计需求，电池参数监控软件主界面如图3所示。该软件设计最多能接通8个电压温度采集模块，显示128只电池的电压和温度检测参数；电池组的最高电压值及电池号、最低电压值及电池号、最高温度值及电池号、最低温度值及电池号、平均电压值、环境温度；电池电压波形显示、电池温度波形显示、电池电量波形显示；电池组状态显示、警告状态、报警状态、故障状态等显示。

3.2 电压温度采集模块软件设计

电压温度采集模块硬件是采用 DSP2812，相应的控制软件采用CCStudio v3.3平台开发，该软件系统是一个嵌入式的实时控制系统，程序主要功能包括：初始化模块、电压温度信号采集模块、通讯接口模块，其软件流程框图如图4所示。

电压温度采集模块硬件设计同时采集电压和温度信号，16路电压信号和16路温度信号通过片选芯片分时选择采集，然后进行硬件滤波处理；软件设计同步采集电压信号和温度信号，每个通道定时中断采样10次，然后采用滤去最大值、最小值，取中间平均值的方法进行软件滤波，再对电压和温度信号进行校准，对电压、温度信号进行数字变换处理，得到实际值；采集16路电压温信号需要16次轮询。

4 结论

本文介绍了铅酸电池直流电源系统的组成、结构和使用方式；讨论了直流DC220V蓄电池组监控系统设计；详细描述了铅酸蓄电池监控系统的主要功能、硬件设计和软件设计；实践表明该系统工作稳定可靠，满足铅酸电池监控系统的设计需求，具有广泛的应用价值。

［1]顾卫钢.手把手教你学DSP:基于TMS320X281X［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2011.

［2]胡斌，吉玲，胡松.电子工程师必备［M］:九大系统电路识图宝典.北京:人民邮电出版社，2012.

［3]陈坚，康勇.电力电子学:电力电子变换和控制技术［M］.北京:高等教育出版社，2011.

［4]陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通［M］.北京:清华大学出版社，2007.

［5]任润柏，周荔丹，姚钢.TMS 320 F28X源码解读［M］.北京:电子工业出版社，2010.

Design of Monitoring System for Lead-acid Batteries

Le Yicheng1，2， Yu Shuiying2， Fu Zhichao1，2
（1. Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion， Wuhan 430064， China； 2. Hubei Greatsea New Power Technology Co.，ltd，Ezhou 436070， Hubei ， China）

In view of the need for providing a stable DC220V power for power plant or industrial systems，the monitoring system to the DC power supply for lead-acid batteries is presented including its composition，structure， the main functions， hardware structure in detail. Practice shows that the monitoring system works stably， reliably， and accurately， and can meet the designing demands of monitoring and controlling the DC power supply for lead-acid batteries.

lead-acid batteries； DC power system； monitoring system

TM912

A

1003-4862（2016）07-0047-03

2016-03-15作者简介：乐毅成（1973-），男，高级工程师。研究方向：化学电源技术。