2V电池组无线在线监测系统

                  ----------准确监测单体电池的电压、内阻、温度

一 、概述

    TDW系列蓄电池在线监测系统是我公司生产的新一代产品，融合了蓄电池在线监测、分析、诊断功能，实现了适时监测、报告单体蓄电池的电压、温度及内阻等运行参数，全面地、连续地、准确地监测蓄电池状态，第一时间捕捉蓄电池的潜在故障，有效地延长了蓄电池的使用寿命，降低了停机风险，更准确的提供了维修计划和更换计划，确保了蓄电池组运行的安全可靠；彻底解决了蓄电池组的“在线诊断”的困境（即在线观察蓄电池真实健康状态，在线识别失效蓄电池）。

二 、主要功能

●  真正意义的蓄电池在线监测诊断系统

●  适时监测、报告单体蓄电池的电压、温度及内阻

●  完全在线的内阻测量，测试过程无需放电和断电

●  第一时间捕捉、报告单体蓄电池劣化状态

●  放电状态下实现自动连续捕捉、记录放电数据

●  完善的数据分析，智能化的蓄电池报告

● 可实现本地和远程监控监测

●  独一无二的可以检测单个电池的温度，预防火灾，指导用户及时改善蓄电池工作环境

●  独特的双耳四线制接线设计，确保监测数据的精确度

●  采用脉冲电流放电法测量内阻，安全且对蓄电池不易造成伤害

●  分布式安装，传感器与蓄电池一一对应，现场布线简单

●  减少了蓄电池至控制器的长长连接线，杜绝了采集信号干扰及准确度。

●  测量的数据可靠，抗干扰能力强

●  采用环形通讯链接，提高了系统的可靠性 

●  传感器质保期可达5年

 三、技术参数和指标

四、应用领域

本系统属于蓄电池在线检测领域，尤其可应用于数据中心UPS、机房UPS、电力后备电源等大容量蓄电池应用场合。随着数据中心、大型机房和不间断电源广泛应用，对后备电源安全要求日益提高，蓄电池电池作为后备电源的能量容量需要实时在线的检测系统才能确保可靠的后备电源。无线传感网络不断发展在成本和通讯可靠性上优于有线系统，配合低功耗的无线发射器件设计出来的传感探头消耗电流低于蓄电池自身漏电，不会对电池寿命造成负面影响。

探头针对蓄电池在线检测的需求，设计开发了基于无线传感网络的在线蓄电池性能检测系统，方便系统安装施工，同时解决了对大电池组的高压电气隔离要求，杜绝有线系统发生击穿导致火灾隐患，极大提高了在线检测系统运行的实用性、安全性和可靠性。

五、系统结构图

   如下：

针对不同的规模的系统可以选择1～4通道数据集中器，数据集中器有多种数据口：RS845，以太口等方便对接监测平台。每个通道最大可以管理120个探头。发射功率0DBM，通讯距离无遮挡100米，本探头无线发射功率等同于蓝牙，对人体和其他设备不会产生影响，但是由于发射功率很低，安装时需要避免无线信号遮挡。

   探头有12v和2v两种型号，每个探头独立监测电池电压，电池温度（相当于电池内部温度）和电池内阻。电压精度稳定度优于5mv，温度正负1度，由于电池容量不同内阻量程需要调节，可以根据客户电池容量调整探头的内阻监测范围。

六、监控需求

1．显示数据 电池充、放电电压和电池内部电解液温度

2．充、放电时温度最高在 50 度左右,超过 45 度报警

3．历史数据由电脑记录保存

4．连接两个 LED 显示屏，每个屏各显示 4 组电池的数据

5．每组电池抽样连续监控其中的 3~7 节电池

七、设计方案 

1．客户的单只电池充电电压变化 1V~2.2V, 放电电压变化 1.6V~1.0V; 以及内部电解液温度的变化都会实时在现场 LED 屏显示; 内部电解液温度的测量方法是采用防腐封装的感温器件

   2. 当远端检测单元发现有异常情况时，通过无线电传输到中央计算机监控中心，监控中心 进行声光告警，并实时显示电池房中电池的温度、电压状态。

3. 历史数据可根据用户设置的时间范围内对某个电池的报警数据、充放电数据进行查询， 但为了防止数据过多，程序反应变慢，注意维护数据库大小限定在一个范围。

4. LED 显示屏效果图如下: LED 屏供电电源：AC220V 50HZ 通信：RS232/RS485 使用寿命：10 万小时。

    一个探头可同时监控两节电池。如每组电池监控其中的 5 节电池，需要 3 个电池 探头，其中两个探头同时监控两节电池，另外一个探头单独监控一节电池，如下图：

●每个探头的电源电压是 9~24V

●探头的用电量少于 10MA，可以从连续 6 节电池中得到

●电压采集精度是 0.5%

●温度精度 5%

●无线距离空旷场地 80 米

    现场探头测量每个电池的电压 温度数据以及电池组总电压，传递给中心，中心分析电池每个电池组的平均电压，每个电池单元和其他电池单元的平衡性，找出不平衡的电池单元。中心可以实时查询电池组的总电压，以及观察电池组的某个单元的电压曲线。

图 无线蓄电池在线检测系统的结构图

八、系统优点

（1）系统检测蓄电池状态信息全面。

每个无线电池监测设备不仅能在线检测电池内阻、电池电压，同时本系统能够检测电池电极温度，反应电池内部电化学反应过载情况,解决了传统电池探头只能检测电池表面温度的缺陷。电池数据定时传送到集中器，在集中器或者监控平台上可以浏览电池组的状态图表，通过曲线或柱棒图方便找出异常电池；集中器可以存储历史数据，可以详细了解电池老化过程准确的判断电池生命周期，即时更换无效电池提高供电系统安全性。

（2）系统安装方便维护简单扩展能力强。

本系统的无线蓄电池检测设备，只需要将每个无线电池监测设备放置在电池上盖将两根检测线安装在电池正负电极即可。无线系统不需要布置通讯线路，设备可以和电池单元放置在一起不需要延长检测线，每个检测线顶端都有保护功能不会产生线材过流过温危险。对安装人员和工作难度要求很低，维护时只需要在数据集中器上巡检浏览一下每个设备即可，更换也是对单独一个电池单元操作不会因为有通讯和检测线路导致触电漏电危险，保护维护人员生命安全。通过加大存储器容量和增加无线收发通道提高单个集中器管理无线电池监测设备的数量，集中器通过外部总线可以扩展多个无线通道，每个通道可以连接100个无线电池监测设备。大型电池组只需要安装一个集中器就可以管理所有的电池组，能够满足超大型机房蓄电池组的监测需要，降低了组建系统复杂程度缩短安装调试时间。

（3）系统运行的可靠性高、安全性好，内阻测量准确稳定，对蓄电池无损伤。

    本系统的无线电池监测设备采用无线通讯方式，不需要在电池组表面布置通讯线路。将各个检测单元、数据集中器之间完全电气独立。使得设备单元之间没有信号串扰和电气击穿问题，，提高单元采集信号的准确性和电气环境稳定性。各个设备零电位浮空在电池组中，链接数量不会因为电池组过大受到影响。采用了低功耗器件和触发式通讯模式，设备每次工作时间不到60ms并且工作电流ma级别，待机时对电池放电电流ua级别小于蓄电池自身漏电电流，不会对蓄电池寿命造成负面影响，自身也不会产生温升。本发明电池监测设备电压测量全量程精度优于2mv配有硬件和软件数字滤波，内阻测量采用直流脉冲检测方法比交流法线路简单信号可靠抗干扰能力强，能够直接测量蓄电池直流内阻，比传统直流放电法放电电流小，发热低不需要散热器并且测量速度快，测量量程从0.05毫欧～100毫欧自动判断切换，全程精度优于百分之1，离线漂移小于千分之5，在线受UPS谐波影响小测量值漂移低于百分之5，达到FLUCK、日置等专业仪表级水平满足测量需求。

九、前景预测

随着数据中心、大型机房和不间断电源广泛推广应用，对配电安全要求日益提高，蓄电池组作为后备电源的能量容器需要对其进行实时检测才能确保电源供电系统安全。蓄电池组由多个单体电池正负极串接构成，整组电压一般在300～800V之间，通过在每个单体电池上安装电池监测设备可以实时采集电池状态完成蓄电池组在线监测任务。安装在每个单体电池上的监测设备零点电位随着电池组位置排号增加而增高，形成一个阶梯的高压电势差，在UPS运行过程中这个电势差瞬间峰峰值超过千伏，如果这些电池监测设备使用有线传输数据，瞬间电势差会击穿监测设备和总线之间的电气隔离引起短路造成安全隐患。UPS在线时这些电势差峰峰值形成谐波会对内阻、电压、温度测量精度造成干扰，电池监测采用有线通讯系统不仅存在安全隐患而且采集值也会波动不稳定。随着无线传感网络技术不断发展，已经成熟应用于各个领域。将无线技术应用于电池监测避免总线制设备被电池组高压电势击穿的安全隐患，并且无线系统设备之间没有电气关联可以降低UPS谐波对模拟量测量干扰。

本系统针对蓄电池组监测需求，设计开发了基于无线通信的在线蓄电池检测设备。采用集中器触发式通讯管理模式降低电池监测设备无线通讯消耗电流，设备运行百分之90时间处于休眠状态，休眠电流小于电池自身漏电电流，不会影响电池寿命；