UPS蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3 數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)

由圖1可知，上位機(jī)需要對(duì)采集到的電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并顯示，同時(shí)對(duì)蓄電池的模型參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，求出蓄電池的核電狀態(tài)SOC，以便使用戶更好的掌握蓄電池的健康狀態(tài)。

3.1 模型參數(shù)識(shí)別

本文選取二階RC模型為電池模型，如圖6所示，其中Uoc為開(kāi)路電壓，Ro為電池內(nèi)阻，R1和R2為極化電阻，C1和C2為極化電容，I為流經(jīng)內(nèi)阻的電流，U是電池端電壓。

該模型在頻域下的狀態(tài)方程為：

將電流I視為系統(tǒng)輸入，電壓U視為系統(tǒng)輸出，故需要辨識(shí)的參數(shù)有Uoc、Ro、R1、R2、C1和C2。通過(guò)z變換，可將式(2)整理成差分方程的形式：

式中T為采樣時(shí)間。

可見(jiàn)，采用最小二乘法可以辨識(shí)出模型的全部參數(shù)。

3.2 荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)

蓄電池的開(kāi)路電壓與SOC之間的關(guān)系如圖7所示，可知，荷電狀態(tài)在10%～90%范圍內(nèi)與開(kāi)路電壓之間存在一定的線性關(guān)系，文獻(xiàn)指出蓄電池的開(kāi)路電壓與SOC之間存在如下關(guān)系：

式中Voc為開(kāi)路電壓，Va為蓄電池充滿電時(shí)的開(kāi)路電壓，Vb為蓄電池充分放電時(shí)的開(kāi)路電壓。

因此通過(guò)測(cè)量開(kāi)路電壓就可直接得到SOC，由于蓄電池的開(kāi)路電壓可以通過(guò)最小二乘法估計(jì)出來(lái)，通過(guò)式(8)可得到蓄電池的荷電狀態(tài)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了說(shuō)明本系統(tǒng)的可行性，搭建了一套基于ARM的蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)12 V、45 Ah蓄電池充電過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)。硬件檢測(cè)電路如圖8所示，上位機(jī)檢測(cè)界面如圖9所示。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，界面顯示每一個(gè)電池的健康狀態(tài)、工作狀態(tài)及SOC，點(diǎn)擊某一電池即可顯示其詳細(xì)狀態(tài)，此時(shí)蓄電池的監(jiān)測(cè)狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)如表1所示。

由表1可知，本文設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的估計(jì)出蓄電池健康狀態(tài)。

5 結(jié)論

文中設(shè)計(jì)了一種基于ARM的蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在線隔離監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓和電流，同時(shí)將這些量通過(guò)CAN總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)電腦顯示并存儲(chǔ)，利用最小二乘法識(shí)別出蓄電池模型的參數(shù)，并估計(jì)出蓄電池的荷電狀態(tài)。該系統(tǒng)能夠直觀的顯示蓄電池當(dāng)前的各個(gè)狀態(tài)，并形象的顯示狀態(tài)的變化趨勢(shì)，以便使用戶準(zhǔn)確判斷電池的健康狀態(tài)，從而延長(zhǎng)電池的壽命，提高UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。