CN201966639U - 一种新型直流屏蓄电池监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型直流屏蓄电池监控系统，包括：一个总控制模块，所述总控制模块包括MPU，与MPU连接的键盘，通过译码器与MPU连接的显示器，存储器以及串行通信IC；若干单元模块，所述单元模块包括用于控制的MPU、用于将电压信号和电流信号转换为数字信号AD转换器、串行通信IC，还包括一充电电路，一蓄电池容量测量电路以及控制回路，所述充电电路包括恒流充电电路和恒压充电电路；485总线，所述总控制模块与各单元模块之间通过485总线进行数据交换。本实用新型解决了传统设计方案中不能为每节蓄电池提供合适浮充电压的缺点，更有效地保证了蓄电池的长寿命运行，并且能够减少蓄电池的备用量，有相当大的实用价值。

Description

一种新型直流屏蓄电池监控系统

技术领域

本实用新型涉及输配电技术，特别涉及一种新型直流屏蓄电池监控系统。

背景技术

直流屏是广泛应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户(如石化、矿山、铁路等)，为信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源—蓄电池继续提供直流电源的重要设备。直流屏的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性、安全性。

直流屏的心脏是蓄电池，对蓄电池进行科学的维护是直流屏的核心工作。目前还缺乏一种能够对直流屏蓄电池进行实时监控并维护的技术。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种新型直流屏蓄电池监控系统，能够实时监测蓄电池的充放电过程中的各个参数并依据这些参数对蓄电池进行主充与浮充方式的切换，以及对蓄电池的容量进行评估的技术。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种新型直流屏蓄电池监控系统，其特征在于，包括：

一个总控制模块，所述总控制模块包括MPU，与MPU连接的键盘，通过译码器与MPU连接的显示器，存储器以及串行通信IC；

若干单元模块，所述单元模块包括用于控制的MPU、用于将电压信号和电流信号转换为数字信号AD转换器、串行通信IC，还包括一充电电路，一蓄电池容量测量电路以及控制回路；     485总线，所述总控制模块与各单元模块之间通过485总线进行数据交换。

所述总控制模块对所有的单元模块进行统一管理，负责收集各分模块的关键信息如实时的充电电压、电流值，通过显示器向用户显示，并可以通过键盘接收用户的输入信息。它与各单元模块之间的通讯遵循Modbus协议。

所述单元模块能够实时检测蓄电池的充放电过程中的电压、电流大小，并根据这些数据进行主充与浮充方式的切换，还可以对蓄电池的容量进行评估，对每个蓄电池分别进行充电。

本实用新型给出了一种新型的直流屏蓄电池监测系统的设计方案，此方案解决了传统设计方案中不能为每节蓄电池提供合适浮充电压的缺点，更有效地保证了蓄电池的长寿命运行，并且能够减少蓄电池的备用量，有相当大的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的整体框架图。

图2是本实用新型的总控制模块系统框图。

图3是本实用新型的单元模块控制系统框图。

图4是本实用新型单元模块的恒流充电电路图。

图5是本实用新型单元模块的恒压充电电路图。

图6是本实用新型直流放电法测量内阻原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型包括一个总控制模块，若干单元模块，总控制模块与各单元模块之间通过485总线进行数据交换，各单元模块分别连接蓄电池和220V交流电源。

如图2所示，总控制模块该模块主要由以下几部分组成:MPU，键盘，显示器以及TTL至485通信电平转换芯片，根据需要还包括其它辅助芯片：锁存器、IO扩展芯片8255以及看门狗芯片MAX706。

总控制单元中的MPU选用最常用的AT89C51芯片，键盘由P1口直接扩展，显示屏采用液晶显示屏，为使用时清晰，可用LED背光，由MCU发出驱动。为使掉电后上次设定的参数不至于丢掉，本系统采用串行EEPROM进行掉电前的参数存储。

由于单片机串行口输出的是TTL电平，而常用的串行通信方式485要求相应的逻辑电平，所以系统中必须加上TTL电平至485电平转换芯片MAX485。

如图3所示, 单元模块采用的是单片机控制, MPU选用AT89C51，因为本系统中需要测量的信号是蓄电池电压和电流，而这些量的变化都比较缓慢, 双积分式AD已经能够满足要求，所以单元模块中选用双积分式AD转换器MC14433。因为各单元模块的功能是对进行电流、电压监测并实现充电方式的自动切换，还要对蓄电池的容量进行评估,所以单元模块内还包括一个充电电路、一个容量测量电路以及相应的控制回路。

由于分站上只有AD需要与MPU进行数据交换，并且数据线只有四条，所以本系统不需要采用数据总线的方式，可以通过P1口读取AD的数据，从而可以把P0口和P2口均作为IO口使用，甚至P3口的RD和WR也可以IO口使用。这样MPU自身的IO口已经能够满足系统的要求，不需要再扩展IO口。

如图3所示，MPU的P0口用来读入拨码开关设定的地址，P1口用来读取AD转换器的数据，P2口发出到各芯片的使能信号和到各继电器的控制信号。AD转换器需要外加1.999V基准源，并要求负电源供电。这里的基准源选用MC1403芯片，它可以提供2.5V基准电压，可以通过精密电位器分压后作为AD的基准源。而负电源可以由专用的负电压芯片ICL7660提供，该芯片的作用是把＋5V的电压转换为-5V。

本实用新型中的充电电路由于只用于对一节蓄电池进行充电，所以所选器件的参数可以降低，这也是本方案的又一个优点。本方案针对100ah，电压12v型蓄电池进行设计，充电电路分为两部分，恒流充电电路与恒压充电电路。其中恒流充电电路如图4所示:

该恒流充电电路通过限制流经充电三极管基极的来达到恒流的目的。因为三极管的放大倍数一定，如果基极电流恒定则其集电极的电流也恒定。其工作过程如下:如果通过电阻R1的电流小于限定电流(如10A)，则R1两端电压小于0.7V，三极管TR2截止，则充电三极管TR1基极的电流由流过LM317决定。LM317在这里作为恒流源使用(因为其Vout与Vadj之间的电压恒定，所以在它们中间串入一个定值电阻可以直到恒流作用)。当流过R1的电流大于10A时，三极管TR2导通，导致流过TR1基极的电流减小，从而达到恒流目的。

如图5所示，恒压充电电路相对比较简单，可以由一个集成三端稳压器构成。

蓄电池性能的评价通常是通过测量其内阻来进行的。当蓄电池的蓄电能力下降时，其内阻会增加。当其蓄电能力降低至新蓄电池的一半时，其内阻会增加到新蓄电池的大约2倍。

在本实用新型的方案中采用直流放电法进行内阻测量，其原理图如图6所示：

图6中r为假定内阻，R为外接电阻。通过测量电路断开与接通时的电压，可分别得出蓄电池的电动势E和电阻R两端的电压U。则由欧姆定律可得　　 r＝(E-U)／U×R

本系统中容量检测电路非常简单，只要在蓄电池两端接入一个放电电阻，定期接通检测蓄电池两端的压降即可。

本实用新型的系统软件设计包括总控制模块软件设计与分单元模块软件设计。其核心工作在于实现总模块与分模块之间的基于Modbus协议的通信。总模块作为主机，分模块作为从机，它们之间的数据交换是通过485总线进行的。

总模块的功能之一是监测键盘是否有键按下，根据键盘输入信息确定显示屏的显示，并不断向各分站发出查询指令，以获取各分站的重要数据。所以总模块的程序由主程序和通讯子程序组成。

分单元模块的设计主要是A/D转换读数子程序与通讯子程序。程序进行初始化后，开始读取电压与电流信号的数值。如果蓄电池电压小于13.5V或者充电电流大于电流限定值，则进行恒流充电，否则进行恒压充电。然后判断时间是否到了内阻检测时间(该时间可以自己设定，如设为每星期检测一次或者每月检测一次)，如果到了则进行内阻检测，否则执行下一步，调用通讯子程序。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (1)

1.一种新型直流屏蓄电池监控系统，其特征在于，包括：一个总控制模块，所述总控制模块包括MPU，与MPU连接的键盘，通过译码器与MPU连接的显示器，存储器以及串行通信IC；若干单元模块，所述单元模块包括用于控制的MPU、用于将电压信号和电流信号转换为数字信号AD转换器、串行通信IC，还包括一充电电路，一蓄电池容量测量电路以及控制回路，所述充电电路包括恒流充电电路和恒压充电电路；485总线，所述总控制模块与各单元模块之间通过485总线进行数据交换。

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