基于ARM9與LEM傳感器的蓄電池在線監測硬件平臺

1 概述

蓄電池作為備用電源在供電系統中往往起著極其重要的作用，在交流電失電或其它事故狀態下蓄電池組一旦出現問題，供電系統將面臨癱瘓，造成設備停運及其它重大運行事故。近年隨著閥控式密封鉛酸蓄電池(以下簡稱閥控蓄電池)的廣泛使用，加之使用環境及條件欠佳，因蓄電池提前失效而引發的事故時有發生。閥控蓄電池由于特殊的閥控式密封結構，使得我們無法準確掌握蓄電池的健康狀況，其“免維護”的這一優點，反而成為電池運行管理中的缺點和難點，同時極其容易誤導用戶。在提高電池性能、減少維護工作量的同時，如何快捷有效地檢測出早期失效電池并預測蓄電池性能變化趨勢，已成為電池運行管理的新課題。目前除了核對性放電、電壓巡檢等常規維護檢測手段外，隨著技術的發展一些新的檢測手段孕育而生，蓄電池在線監測這一新檢測技術開始逐步得到運用[1]。

北京萊姆電子是瑞士萊姆集團(LEM)的全資子公司，由瑞士研發、北京生產的Sentinel模塊是專門為應用于蓄電池在線監測而量身定做的蓄電池傳感器。該傳感器只有火柴盒大小，每只模塊監測一塊蓄電池，模塊采用四線制設計，通過與蓄電池的正負極相連實現供電和測量，然后通過RJ11接口(電話線接口)實現至多達254個模塊的相連，經由開放的串口協議通訊實現對整個蓄電池組的監測。該傳感器可以直接測量單體蓄電池的阻抗、電壓和表面溫度(模塊貼在電池表面)，連線、安裝方便，同時模塊的質保期為五年，完全跨越蓄電池的失效周期，因此，非常便于構建蓄電池在線監測系統。

2 蓄電池在線監測硬件平臺的構成

蓄電池在線監測系統一方面需要完成在工業現場，如變電站、數據中心等場合蓄電池參數的人機交互，方便用戶在現場觀測蓄電池組整體電壓、電流以及各單體電池的阻抗、電壓和溫度;另一方面需要提供網絡接口，使用戶在遠端如中央控制室，能夠及時了解現場的情況;最后需增加GSM接口，一旦發生故障，可以用發短信或者打電話的方式通知到值班人員。因此，有必要設計一臺現場監測主機完成以上功能，與Sentinel模塊相匹配，實現整個蓄電池在線監測系統的構建，如圖1所示。

圖1 在線監測硬件平臺的構成

對在線監測硬件平臺有以下值得說明的地方。

(1)由圖1可見，鑒于sentinel模塊的獨特設計，可以直接對蓄電池阻抗進行測試，因此，系統毋須安裝單獨的放電模塊。

(2)由于sentinel模塊需要通過地址來識別，該地址是8位，以上連接最多實現254塊蓄電池的連接。

(3)理論上圖中用虛線指示的Sbus通訊線是不需要連接的，但是考慮到工業現場的復雜性，如兩模塊之間的通訊線一旦被破壞，則某些模塊將不在線路中。因此，出于冗余設計的考慮，在現場允許的情況下，盡量布置該線纜。

(4)圖中的電流變送器一般用于主機測量充放電電流，感知蓄電池的狀態，是非常必要的。考慮現場施工方便，盡量使用外置的電流變送器，而不將該變送器布置在主機內，否則電池充放電線纜(往往是很粗的線纜)需要繞經主機，不經濟也不安全。

(5)使用GSM天線的時候，要實地測量當地的信號強度，某些機房信號屏蔽嚴重，此時可以考慮將天線移到室外，以實現信號的通暢發送。

由以上的分析可知，對現場監控提出的要求至少帶有人機交互功能、網絡功能、GSM發射功能、Sbus總線通訊的功能以及A/D轉換接口。