網wang絡luo不bu僅jin改gai變bian了le設she備bei連lian接jie形xing式shi，而er且qie可ke以yi通tong過guo設she備bei信xin息xi的de集ji中zhong和he融rong合he提ti高gao了le設she備bei的de智zhi能neng化hua。在zai構gou造zao網wang絡luo互hu連lian環huan境jing下xia
，本ben方fang案an進jin一yi步bu研yan究jiu網wang絡luo環huan境jing下xia蓄xu電dian池chi監jian控kong數shu據ju的de加jia工gong處chu理li，以yi實shi現xian蓄xu電dian池chi監jian測ce軟ruan計ji算suan模mo型xing的de動dong態tai進jin化hua。

監測裝置與充電機互動設計方案

監測裝置與充電機互動是本方案研究的一個重要內容
，是提高劣化程度預測準確性的創造性工作模式，其基本結構如圖1所示。

圖1：互動方案的監測係統結構

互動方案的主要原理是：電池監測（Battery Monitoring Unit--BMU）進行日常的巡檢
，並且分析采集的數據及變化趨勢
，在一定條件下請求充電機（Rectifier Unit--RU）配合進行部分放電測試。由於RUzaibufenfangdianshishezhiweiyigebixudianchifangdianxiaxiandianyadidemouyizhengliushuchuzhi，jinengshidianchitigongyongdianshebeidefuhegonglv
，youbimianlefangdianguochengzhongyouyudianchiwentidailaidetingjifengxian。
　　
在正常浮充狀態下，BMU連續檢測電池組的(de)電(dian)壓(ya)和(he)內(nei)阻(zu)，若(ruo)發(fa)現(xian)電(dian)壓(ya)或(huo)內(nei)阻(zu)異(yi)常(chang)
，則(ze)啟(qi)動(dong)部(bu)分(fen)放(fang)電(dian)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)，進(jin)行(xing)更(geng)深(shen)一(yi)層(ceng)次(ci)的(de)測(ce)試(shi)。該(gai)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)也(ye)被(bei)設(she)置(zhi)為(wei)按(an)一(yi)定(ding)周(zhou)期(qi)啟(qi)動(dong)
，如(ru)一(yi)個(ge)月(yue)。
　　
在放電測試期間，將劣化程度預測模型所需的放電數據，采集包括浮充電壓
、初始跌落、正常放電電壓等數據，通過SOH預測模型運算
，準確得知SOH。
　　
這樣，在內阻監測的基礎上，監測係統通過采用三類不同深度的放電測試達到長期連續準確檢測SOH的目的：
　　
1）完全放電 電池在投運之前應進行一次100%shendudefangdian，yiquerengaidianchizunengmanzushejiyaoqiu。fouze
，ruocunzaichanpinbenshendezhiliangwenti，huiyingxiangdaohouxujianceshujuchulidezhunquexing，fangdianqianyinggaichongmanbingzaifuchongzhuangtaibaochiyidingdeshijian。
　　
2）中等深度的放電 中等深度指30—50%深度的放電。檢測裝置的數據處理方法根據此深度的放電數據可以相當準確地計算各電池的SOH，同時亦避免了更加深度放電過程的突然停電，使設備承受斷電的危險。
　　
3）周期性的短時放電 根據蓄電池應用場合選取適合的周期，例如3個月。一般短時放電的深度為5%左右。
　　
互動方案的長期運行方式如圖2suoshi，yibanweiduociduanshifangdianceshihoujiaruyicizhongdengshendufangdian，huozhezaiduanshifangdianceshijieguofaxiandianchikenengyanzhongliehuashijinxingyicizhongdengfangdianyuyiqueren。ruguobeiquerenyucejieguozhengque
，zetongzhikongzhizhongxin；若ruo證zheng明ming預yu測ce有you誤wu，則ze對dui預yu測ce模mo型xing作zuo自zi適shi應ying調tiao整zheng。在zai最zui後hou一yi次ci中zhong等deng深shen度du放fang電dian確que定ding電dian池chi劣lie化hua嚴yan重zhong後hou，采cai取qu更geng換huan措cuo施shi，更geng換huan之zhi前qian進jin行xing一yi次ci完wan全quan放fang電dian。
 

圖2：互動方案的監測過程

監測裝置的模塊化設計

監測裝置設計要求

根據閥控鉛酸電池的一般使用情況和監測管理的目的，監測裝置的設計主要考慮以下幾個方麵：

1）浮充電壓測量   電池浮充電壓的相對差異很小，要求測量電路具有高準確度，電池組串聯後的高電壓要求電路具有抗高共模性能。
2）電流監測　檢測電池充電

、放電電流值。
3）環境溫度 （或標樣電池溫度）監測。
4）內阻測量　在線測量每個單電池的內阻值。
5）模塊結構   係統要滿足大部分應用場合，便於現場安裝與維護。
6）網絡化設計   網絡化和信息化是電子設備的發展趨勢，係統設計要有通訊接口和多種網絡方案。要適於遠程管理和集中監控。
7）可靠性   要求裝置長期穩定工作。
8）電磁兼容   檢(jian)測(ce)裝(zhuang)置(zhi)應(ying)對(dui)用(yong)戶(hu)設(she)備(bei)不(bu)能(neng)產(chan)生(sheng)任(ren)何(he)附(fu)加(jia)幹(gan)擾(rao)，保(bao)證(zheng)用(yong)戶(hu)設(she)備(bei)同(tong)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)共(gong)同(tong)長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)工(gong)作(zuo)。同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)求(qiu)裝(zhuang)置(zhi)具(ju)有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)，在(zai)大(da)功(gong)率(lv)電(dian)源(yuan)裝(zhuang)置(zhi)投(tou)切(qie)時(shi)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)。
　　
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如圖3所示
，為監測裝置的硬件組成。

圖3：監測裝置硬件結構

檢測模塊設計

檢測模塊主要包括5個部分：

1）電壓

、電流、溫度的測量電路
；
2）通道切換；
3）A/D轉換電路；
4）微處理器單元；
5）通訊接口。
　　
檢測模塊完成數據采集
，並將數據傳給控製模塊。高精度、高(gao)時(shi)效(xiao)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)采(cai)用(yong)模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計(ji)方(fang)案(an)
，兼(jian)顧(gu)了(le)專(zhuan)用(yong)化(hua)與(yu)通(tong)用(yong)化(hua)原(yuan)則(ze)，配(pei)置(zhi)靈(ling)活(huo)，根(gen)據(ju)采(cai)樣(yang)點(dian)種(zhong)類(lei)及(ji)規(gui)模(mo)的(de)需(xu)求(qiu)，各(ge)個(ge)模(mo)塊(kuai)可(ke)單(dan)獨(du)使(shi)用(yong)，亦(yi)可(ke)自(zi)由(you)組(zu)合(he)

，能(neng)適(shi)應(ying)不(bu)同(tong)的(de)監(jian)測(ce)場(chang)合(he)。
　　
電池的串聯給采樣電路的設計帶來困難，本方案中使用耐高壓電子開關解決巡檢的困難。PhotoMOS是(shi)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)光(guang)耦(ou)合(he)的(de)耐(nai)高(gao)壓(ya)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)，它(ta)與(yu)普(pu)通(tong)的(de)光(guang)耦(ou)相(xiang)似(si)
，但(dan)輸(shu)出(chu)端(duan)為(wei)場(chang)效(xiao)應(ying)管(guan)，克(ke)服(fu)了(le)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)管(guan)壓(ya)降(jiang)問(wen)題(ti)，適(shi)合(he)本(ben)方(fang)案(an)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)高(gao)耐(nai)壓(ya)、高精度、高速的要求。
　　
高共模采樣電路原理如圖4所示，在A/D和CPU之間采用光耦合方式進行電氣隔離。

圖4：高共模采樣電路

內阻模塊設計

內阻模塊與係統的分布式結構相適應，接受檢測模塊的調度。用於向電池組注入內阻測量的激勵信號。

內阻模塊的設計主要研究解決以下4方麵問題：

1）受控波形和頻率受采樣模塊CPU控製，可以工作在設計範圍內的任意頻率點和不同波形。
2）穩定性和準確性　要保持長期工作的時間穩定性和溫度穩定性，模塊之間可以互換。
3）獨立性 激勵信號不受電池充放電回路的影響。
4）工作範圍寬 能夠在電池組的最低放電下限和最高充電上限範圍內正常工作。
　　
以上要求主要體現在硬件電路設計中。

控製模塊設計

控製模塊用於數據傳輸、處理和人機界麵操作，實時顯示
、智能分析電池數據，對異常的電池運行情況進行及時報警。

監測裝置應用

在本方案的研究過程中，監測裝置在電信48V直流係統
、電力220V直流係統和石油化工400V不間斷電源係統3種典型的閥控鉛酸蓄電池應用場合得到實際應用，驗證了技術方[page]
案的合理性。圖5 所示為係統工作流程。

圖5：蓄電池監測裝置工作流程

網絡環境下的蓄電池監測技術研究

網wang絡luo基ji礎chu的de發fa展zhan為wei蓄xu電dian池chi的de智zhi能neng監jian測ce和he管guan理li提ti供gong了le新xin的de解jie決jue方fang案an。隨sui著zhe網wang絡luo設she施shi的de普pu及ji，使shi用yong網wang絡luo來lai管guan理li蓄xu電dian池chi是shi可ke行xing的de，因yin此ci，蓄xu電dian池chi監jian測ce係xi統tong的de網wang絡luo化hua是shi必bi然ran的de發fa展zhan方fang向xiang。為wei此ci我wo們men在zai係xi統tong中zhong增zeng加jia了le以yi下xia功gong能neng：

（1）內阻數據，係統采集與傳送每個電池的內阻，此數值每天更新一次
；
（2）上傳數據增加了SOC和SOH數值；
（3）增加了報警項目；
（4）增加了控製命令，可啟動快速容量測試和中等深度的容量測試。（為安全起見，完全放電測試需要維護人員到現場操作。）
；
（5）增加了放電數據包的獲取功能；
（6）設計了軟計算模型下傳功能，能夠將SOH模型的配置參數下傳至電池監測裝置。

蓄電池軟計算模型的進化

軟計算模型的缺陷分析

監測裝置與蓄電池一同安裝在工作現場，在線監測蓄電池的工作條件，通過與充電機互動測試，采用軟計算技術實現SOH和SOC的在線動態估計。軟計算方法可以任意逼近動態非線性函數，但是
，軟計算模型的學習卻是一個在現實中很困難的問題。這是因為：
　　
(1) 電池的劣化是非常複雜的化學、物理過程，失效的情形千差萬別，目前還需要進一步研究。
(2) 不(bu)同(tong)劣(lie)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)電(dian)池(chi)非(fei)常(chang)難(nan)於(yu)獲(huo)得(de)。在(zai)近(jin)幾(ji)年(nian)對(dui)幾(ji)十(shi)組(zu)電(dian)池(chi)的(de)測(ce)試(shi)後(hou)發(fa)現(xian)，現(xian)場(chang)的(de)電(dian)池(chi)或(huo)者(zhe)劣(lie)化(hua)程(cheng)度(du)不(bu)夠(gou)嚴(yan)重(zhong)


，或(huo)者(zhe)已(yi)經(jing)完(wan)全(quan)失(shi)效(xiao)，處(chu)於(yu)中(zhong)間(jian)狀(zhuang)態(tai)的(de)電(dian)池(chi)非(fei)常(chang)少(shao)。即(ji)學(xue)習(xi)樣(yang)本(ben)難(nan)於(yu)獲(huo)取(qu)。
　　
duiyuxudianchijiance，womenshitujianlibijiaozhunquedejiankongmoxing
，danyouyuxunlianyangbendexianzhi，moxingyushijiduixiangcunzaichayi，suizheyangbendezengjia，moxingjiejinduixiangdechengduyejiangtigao。jiyuwangluojishu，yifangmiankeyiguangfanhuodeyouxiaodeshijifangdianshuju，jiangdianxingshujujiagongweiyouxiaoxuexiyangben
，shimoxingdedaogengjinyibudexunlian
；另一方麵，通過網絡將升級後的模型下載到監測裝置
，提高監測裝置的軟計算性能。

計算模型的進化

蓄電池的使用壽命由設計、製造和使用的多因素影響，對於 SOH軟(ruan)計(ji)算(suan)模(mo)型(xing)，如(ru)何(he)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)訓(xun)練(lian)，使(shi)模(mo)型(xing)能(neng)夠(gou)反(fan)映(ying)蓄(xu)電(dian)池(chi)劣(lie)化(hua)的(de)複(fu)雜(za)非(fei)線(xian)性(xing)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)，在(zai)獲(huo)得(de)更(geng)多(duo)的(de)有(you)效(xiao)訓(xun)練(lian)數(shu)據(ju)後(hou)
，軟(ruan)計(ji)算(suan)模(mo)型(xing)得(de)以(yi)完(wan)善(shan)和(he)驗(yan)證(zheng)，其(qi)全(quan)局(ju)準(zhun)確(que)度(du)將(jiang)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)

，借(jie)助(zhu)於(yu)網(wang)絡(luo)環(huan)境(jing)，可(ke)以(yi)將(jiang)升(sheng)級(ji)後(hou)的(de)軟(ruan)計(ji)算(suan)模(mo)型(xing)動(dong)態(tai)更(geng)新(xin)
，使(shi)監(jian)測(ce)裝(zhuang)置(zhi)具(ju)有(you)更(geng)好(hao)的(de)性(xing)能(neng)。
　　
為達到計算模型動態升級的目的，監測裝置的軟計算模型以函數形式存儲在Flash電dian寫xie可ke擦ca除chu存cun儲chu器qi中zhong，通tong訊xun程cheng序xu接jie受shou網wang絡luo傳chuan送song來lai的de軟ruan計ji算suan模mo型xing數shu據ju，監jian測ce裝zhuang置zhi識shi別bie該gai數shu據ju包bao的de特te征zheng
，如ru果guo與yu所suo監jian測ce的de電dian池chi類lei型xing相xiang符fu，則ze更geng新xin模mo型xing。

benwenduihoubeifangshixudianchifuchongzhuangtaixiaceliangdejuxianxing，yanjiuleyiceliangzhuangzhiyuzhinengchongdianjihudongweizhuyaotediandexitongshejifangan，bingshejileceliangfenxizhuangzhi，dadaolianxuyouxiaodijiancedianchizhuangtai，qudelejiaohaodexianchangshiyongxiaoguo。
　　
本文研究了利用網絡對蓄電池進行遠程和集中監控的方案。並針對軟計算技術的薄弱環節——訓(xun)練(lian)樣(yang)本(ben)不(bu)足(zu)的(de)問(wen)題(ti)
，提(ti)出(chu)了(le)網(wang)絡(luo)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)監(jian)測(ce)模(mo)型(xing)進(jin)化(hua)的(de)思(si)想(xiang)，隨(sui)著(zhe)網(wang)絡(luo)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)，我(wo)們(men)相(xiang)信(xin)基(ji)於(yu)網(wang)絡(luo)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)智(zhi)能(neng)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)必(bi)將(jiang)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。