摘要：蓄电池健康状态直接影响在市电断电时，UPS电源的持续供电时间，本系统主要研究蓄电池状态变化趋势的持续综合监测，提前发现不良电池，以免影响列车行车安全。
关键词：蓄电池健康状态；趋势综合监测
1背景技术
近几年，随着铁路运行速度的不断提高，铁路信号设备对供电电源的质量要求也越来越严格，所以在铁路信号电源系统中开始大量使用UPS电源以保证不间断供电功能并提高供电质量。
2解决方案
本系统提供的蓄电池健康状态变化趋势综合监测装置包括：蓄电池在线监测主机、第一组蓄电池参数单元、第二组蓄电池参数单元、显示屏、键盘、电源和监测站机；其中：蓄电池在线监测主机分别与第一组蓄电池参数模块、第二组蓄电池参数模块、显示屏、键盘、电源和监测站机相连接。
监测站机为上位监测计算机，采用工控机，其与蓄电池在线监测主机通讯。
蓄电池参数模块包括微控制单元、电压采集单元、内阻采集单元、温度采集单元、均衡活化单元、通讯单元和漏液检测单元，其中：微控制单元分别与电压采集单元、内阻采集单元、温度采集单元、均衡活化单元、通讯单元和漏液检测单元相连接，通讯单元通过通讯总线与蓄电池在线监测主机连接；内阻采集单元由电子开关及电流检测器组成。
3具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本系统提供的蓄电池健康状态变化趋势综合监测装置进行详细说明。
蓄电池在线监测主机1为本装置的核心处理器，采用ARM处理器，负责集中分析处理蓄电池的各项数据，实现蓄电池均衡维护管理，并可通过现场总线将蓄电池参数上传到监测站机7。
显示屏4用于实时显示单体蓄电池的电压、内阻和温度在内的数据，以及蓄电池工作状态、渗漏状态；
键盘5用于切换显示两组蓄电池的数据信息；
电源6用于为本监测装置中各用电部件提供工作电能；
监测站机7 为上位监测计算机，采用工控机，其与蓄电池在线监测主机1通讯，实时获取并存储各单体蓄电池的数据，根据需要，绘制单体蓄电池的变化趋势图，利用算法，识别出早期失效蓄电池，实现预防维修。
如图2所示，蓄电池参数模块包括微控制单元（MCU）8、电压采集单元9、内阻采集单元10、温度采集单元11、均衡活化单元12、通讯单元（13）和漏液检测单元14，其中：微控制单元8分别与电压采集单元9、内阻采集单元10、温度采集单元11、均衡活化单元12、通讯单元13和漏液检测单元14相连接，通讯单元13通过通讯总线与蓄电池在线监测主机1连接；
内阻采集单元10由电子开关及电流检测器组成，通过微控制单元8控制进行蓄电池内阻测试。单次内阻测量时间在5ms完成，脉冲电流2~5A。
如图3所示，均衡活化单元12包括单体电池电压采样电路15、误差放大器16、均衡算法计算器17、逻辑控制器18、过压比较器19、欠压比较器20、DC/DC 双向变换器21 和过流比较器22；单体电池电压采样电路15与误差放大器16、过压比较器19和欠压比较器20相连；误差放大器16依次与均衡算法计算器17、逻辑控制器18、DC/DC 双向变换器21和过流比较器22相连接；均衡算法计算器17与微控制单元8 相连接；逻辑控制器18同时与过压比较器19、欠压比较器20和过流比较器22 相连接。
本系统提供的蓄电池健康状态变化趋势综合监测装置的工作原理如下：利用蓄电池参数模块中的电压采集单元9、内阻采集单元10和温度采集单元11分别采用各蓄电池的电压、内阻和温度数据，然后传送给微控制单元8，之后微控制单元8将上述数据经通讯单元13及通讯总线上传至蓄电池在线监测主机1，蓄电池在线监测主机1内嵌蓄电池分析模型，通过对蓄电池电压、内阻及温度的综合分析，判断出当前蓄电池的状态，当得出蓄电池处于欠充或过充状态时，根据均衡控制算法计算蓄电池组的均衡度，生成在线均衡指令，之后下发指令到第一组蓄电池参数单元2中的对应的蓄电池参数模块和第二组蓄电池参数单元3中的对应的蓄电池参数模块，蓄电池参数模块中的微控制单元8将上述指令数据传送给均衡活化单元12中的均衡算法计算器17。
过压比较器19独立监测单体蓄电池的端电压，发现单体电池端电压过电压时，给逻辑控制器18发出信号、终止均衡过程中的的充电功能，避免长期过充电损坏单体电池，同时报警提示。
欠压比较器20独立监测单体蓄电池的端电压，发现单体电池端电压欠电压时，给逻辑控制器18发出信号、终止均衡过程中的放电功能，避免长期过放电损坏单体电池，同时报警提示。
过流比较器22独立监测均衡过程中的充电或放电电流，如充电或放电电流超过预定值，则立即给逻辑控制器18发出信号、终止均衡过程中的充电或放电过程，确保不超过预定电流值，避免电路失控对电池及电路造成的损伤，同时对外报警提示。
4结束语
本系统提供的蓄电池健康状态变化趋势综合监测装置具有如下有益效果：
1）在线、独立、实时测试并显示蓄电池的电压值、温度、电流、内阻；2）采用独特的小电流蓄电池内阻测量技术，避免大电流放电对电池本身造成影响，且准确直观；3）建立模型根据数据分析蓄电池组健康状况，预估电池的健康状态趋势，剩余荷电容量及使用寿命；4）通过均衡控制电路及算法，实现电池组内所有单体蓄电池的电压、容量的自动均衡，也就是通过自动均衡这种日常保养的维护方式使单体蓄电池时刻处于均衡健康状态，同时避免过充电、欠充电问题，从而最大限度的提高蓄电池的使用寿命。
作者简介
王中敏(1985-)，男，山东潍坊人，工程师，研究方向铁路信号电源智能监测。
马波峰(1987-)，男，山东德州人，助理工程师，研究方向为铁路信号电源。
论文作者:王中敏,马波峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
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