1引言

现代通讯设备及大型计算机网络系统对电源系统的可靠性要求很高。目前大部分通讯用开关电源及计算机用UpS电源,都采用大功率蓄电池作为市电中断时的后备电源系统,蓄电池组作为系统设备正常运行的最后一道防线,对其进行有效的在线监测、放电和容量测试,为相关部门了解蓄电池组的性能供应准确可靠的数据,具有特殊的用途和意义。

本文以DS80C320单片机为核心,设计了一种在蓄电池组使用过程中对电流、电压、温度等参数进行在线监测、对蓄电池组进行恒流放电和容量测试的多功能监测维护系统。

2系统工作原理

低温磷酸铁锂电池3.2V 20A -20℃充电，-40℃ 3C放电容量≥70%

充电温度：-20~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃支持最大放电倍率：3C
-40℃ 3C放电容量保持率≥70%

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本系统重要有三大功能模块:在线参数监测模块、恒流放电控制模块和电池剩余容量*估模块。

在线参数监测模块实时对各蓄电池的电压、电流、温度进行在线监测。

系统采用光继电器切换的方式依次获取每只电池的电压,每次接通一节电池(如图1所示),双刀继电器S1、S2起倒相用途,以确保后级电路的极性一致;整个蓄电池组的电流则通过霍尔型电流传感器采集;对电池温度的测量是通过在电池表面安置温度传感器实现的,根据在线测得的电池温度,找出温度异常的电池。研究表明,无论是恒流放电、限压恒流充电还是浮充状态,荷电量最小的电池温度最高。

恒流放电控制模块实现对蓄电池组的恒流放电,满足蓄电池组的日常维护要。

该模块的原理是通过单片机控制相应的负载来给蓄电池放电,难点在于如何实现电流的持续可调性。本文采用的方法是:采用若干路固定阻值的电阻,使得每一路(K1~Kn)能够实现一固定的放电电流;另外再采用一路(K1)阻值稍小的电阻,利用斩波原理,获取一线性可调的放电电流(该路电流比其他几路电流稍大),通过对该路电流与其他几路电流进行组合,即可实现放电电流的持续可调,如图2所示。

低温高能量密度18650 3350mAh -40℃ 0.5C放电容量≥60%

充电温度：0~45℃
放电温度：-40~+55℃
比能量：240Wh/kg
-40℃放电容量保持率：0.5C放电容量≥60%

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图1在线参数监测原理

图2恒流放电控制原理

电池剩余容量*估模块通过测试蓄电池的内阻,*估蓄电池的剩余容量。

由于蓄电池的容量与电池内阻存在很强的相关性,一般而言,电池的容量越大,内阻就越小,因此可以通过对蓄电池内阻的测量,对电池的容量进行在线*估。

内阻测量是一个比较复杂的过程,目前常见的方法重要有密度法、开路电压法、交流法和直流放电法。密度法、开路电压法、交流法分别由于测量手段不合适、测量精度低及测量值为静态值的原因,不适合作为蓄电池内阻的测量方法,本系统采用直流放电法测量蓄电池内阻,通过对电池进行瞬间大电流放电,测量电池上的瞬间电压降,绘制出电池的放电曲线,判断曲线的变化率,再结合用户输入的标称电压和容量值,得出蓄电池的状态。实际试验证实:当检测电流达到一定值时,电池的负载电压与实际容量有严格的线性对应关系。