电力机车蓄电池在线监测系统
蓄电池检测系统设计
蓄电池检测系统设计蓄电池作为一种供电方便、平安可靠的直流电源广泛应用于电力、石化、通讯等领域，为获得较高的电压，常用多节蓄电池串联工作方式。
由于单体蓄电池特性的差异，在运行一段时间后，电池组中个别电池性能变差，进而失效，造成电池组整体性能下降，导致整个系统的可靠性降低，且蓄电池是一种化学反映装置，内部的化学反映不易及时发现，因此有必要对蓄电池的运行状态进行实时在线监测。
1.1 本课题研究的意义蓄电池作为一种化学电源，1860年普兰特首次创造了实用的蓄电池以来，蓄电池以其价格低廉、易于浮充使用、电能效率高、电源独立性好、可移动等优点被广泛应用于发电厂、变电站、邮电通讯系统、汽车、船舶、铁路客车等各个领域。
随着经济的迅速开展，电力系统和通信系统发挥着越来越重要的作用，由蓄电池组、充电浮充电装置以及馈电支路开关和熔断器等组成的直流系统是发电厂、变电站和通信基站中的一个重要组成局部，其工作状况的好坏直接影响到电力系统和通信系统的平安、可靠和高效运行。
而蓄电池组作为直流系统向外供电的唯一设备，为电力系统和通信系统中的信号装置、继电保护装置和控制装置等重要负载提供工作电源，其性能的好坏直接关系到电力系统和通信系统的平安可靠性。
因此为了确保用电设备即使在交流电源全部中断的情况下也能正常平安连续运行，必须保证蓄电池组的运行状态性能良好，在发生火电中断时能够有足够的放电容量，所以重视和加强对蓄电池的维护工作，特别是对蓄电池实施实时在线监测意义重大。
1.2 国内外开展状况随着科学技术的开展，特别是单片机和计算机在智能化控制方面的应用，以及在变电站综合自动化系统等方面研究的深入，关于蓄电池的自动化监测问题也提到日程上来。
近几年以来，很多人开始研究蓄电池的自动化监测。
蓄电池监测系统中，主要内容是对单电池电压的监测。
其中，关于温度和电流的测量都属常规测量，而且在这些方而的测量技术都己成熟。
在电压的测量方法上，对单个电压量的测量方法非常简单。
电动列车车载蓄电池组实时检测系统-科研项目小结
电动列车车载蓄电池组实时检测系统主要完成单位：上海轨道交通维护保障中心上海安途地铁设备科技有限公司主要完成人员：金浩、沈涛、毛志戎、平建祥、周波、冯佳继一、项目背景1、研究背景列车运营中，当辅助逆变系统发生故障无法供110V电源时，蓄电池系统将为地铁列车提供可靠的后备电源以支持紧急照明，空调应急通风，列车控制和通讯系统工作，因此蓄电池的可靠工作已成为车辆安全运营的基本保障。
故我司对蓄电池的性能检测和有效维护提出了更高的要求，为此蓄电池组实时检测成为了我们现阶段的研究课题。
2、立项依据城市轨道交通车辆主蓄电池的可靠工作是地铁列车正常运营的基本保障，而蓄电池的容量是衡量蓄电池性能优良的主要标准。
目前，核对放电法即100%C 的深度放电，是检测蓄电池性能，即蓄电池容量的最可靠方法，同时也是蓄电池日常维护保养普遍采用的方法。
根据国家关于镍镉蓄电池维护保养的技术规范：镍镉蓄电池组在长期浮充电运行中，每二年必须进行一次全核对性的容量试验；通过反复深度充放电来恢复蓄电池的额定容量，若充放三次均达不到蓄电池额定容量的80%以上，可认为此组蓄电池使用年限已到，并安排更换。
现上海城市轨道交通地铁车辆的主蓄电池性检测能是根据产品技术要求，每年进行一次全核对性放电维护和容量测试，对测试不合格的蓄电池进行更换。
目前，在核对放电时，上海地铁普遍采用万用表定时测量充放电过程中电池电压、通过点温枪测量电池温度，并根据测量蓄电池电压高低来简单判断电池性能的好坏。
由于蓄电池的容量体现在蓄电池充放电电流和时间两个要素上，恒流直流充放电时，到达截止电压的时间越长，性能越好。
而简单的手工测量无法准确的计算电池容量，判断其性能。
另外，蓄电池的日常维护耗时较长，实际工作中经常遇到以下几种情况：1、当蓄电池存在过充过放电时，很难即时发现，降低了蓄电池组的使用寿命。
2、工人长时间使用电压表测量蓄电池电压易造成操作误差、视觉误差、疲劳误差。
3、充电过程的电解作用造成电解液沸腾，产生的气体使部分液体通过排气口挥发，易对人体造成伤害。
PITE3920蓄电池在线监测系统
PITE3920蓄电池在线监测系统机柜式壁挂式一、概述PITE3920系列蓄电池在线监测系统，采用国际领先、安全可靠的多频点交流放电蓄电池技术，对蓄电池组的电压、内阻、电流、温度进行全面监测，分析蓄电池的容量和状态，确保供电系统的安全可靠，还可以形成地区性蓄电池监测网。
二、产品特点●采用国际领先的多频点交流放电法蓄电池测试技术，测试电流小，对电池及直流系统无任何影响；●抗干扰性性强，测试准确；●不在电池工作回路串联器件，所有测量线路在连接电池处都设有保险，测试回路采用光电隔离，确保直流电源及蓄电池系统工作的可靠性；●现场检测无需人工介入，可避免因人工操作错误引起的短路、触电和负载断电等风险；●方便的可插拔接线端子，设备安装及更换极为方便；●具有机柜式、壁挂式等多种安装形式，方便现场安装；●具有可选的单体电池温度、连接条电阻、电池在线均衡、电池在线活化、绝缘电阻、电池剩余容量SOC监测功能；●具有以太网、RS232、RS485通信接口；●具有Modbus、IEC101等多种通信协议，与其他用户设备进行通信；●配有功能强大的蓄电池监测管理软件，建立地区性蓄电池监测管理中心，对分布在整个地区不同地点的所有蓄电池组进行在线监测管理；三、典型应用电力变电站直流电源及蓄电池在线监测、通信基站直流电源及蓄电池在线监测、机房重要UPS设备蓄电池在线监测、蓄电池储能电站电池管理系统（BMS）、风力发电/光伏发电电池管理系统（BMS）。
四、功能1、自动监测蓄电池的单体电压、单体内阻、温度、电池组电压、充放电电流；2、分析电池的容量及技术状态；3、电池异常时，自动进行报警；4、控制放电仪对电池组核容放电测试，并自动生成核容报表；5、监测电池连接条电阻可以区分是电池故障还是连接条松动（可选功能）；6、监测正负母线对绝缘电阻（可选功能）；7、对电池组进行在线均衡，防止个别电池过充或充电不足，显著提高电池使用寿命（可选功能）；8、对电池组进行在线活化，使长期浮充的电池少量放电，以激活电池正负极板的活性物质，提高电池使用寿命（可选功能）；9、具有开关量输入输出功能，方便检测现场开关的状态，以及控制其他设备；五、产品选型：PITE3920-电池组电压/电池电压1、PITE3920-110V/2V：监测1组×54节×2V节电池；2、PITE3920-110V/12V：监测1组×9节×12V电池；3、PITE3920-220V/2V：监测1组×108节×2V电池；4、PITE3920-220V/12V：监测1组×18节×12V电池；5、PITE3920-48V/2V：监测2组×24节×2V电池；6、PITE3920-400V/12V：监测1组×32节×12V电池；7、PITE3920-220V/12V：监测2组×20节×2V电池；8、根据用户要求，专门定制电池电压、电池组电压、电池数量不同的设备。
蓄电池在线监测系统的设计与实现
五、结语 蓄电池质量与性能的好坏影响着整一个电力系统能否 安全稳定的运行，所以在蓄电池的监测工作下不可以有半点 的粗心大意。本文叙述了蓄电池里面比较重要的几项属性 应该如何去进行监测，通过这几项属性的监测才可以确保蓄 电池在安全地运作当中。同时就蓄电池的工作特点进行探 讨，要掌握了特性 才 可 以 更 好 地 进 行 监 测 的 工 作 ，还 对 基 于 GRPS 的新型监测系统进行了阐述。严格地把握好蓄电池监 测的关口，对电力系统的稳定运作、提高蓄电池的工作效率、 延长蓄电池的寿命都有着积极的作用。
四、新型的蓄电池监测系统 目 前 对 于 蓄 电 池 的 维 护，一 般 的 监 测 工 作 就 是 日 常 维 护，如保持蓄电池 的 清 洁 度、检 查 接 触 装 置 或 接 触 口 有 没 有 接触不良的问题、导线的连接是否可靠和定期进行蓄电池的 放电充电等等。除了这些日常的监测工作，还有相当一部分 的工作是需要用专门的监测工作来进行对蓄电池实时或者 离线，以便于及时地发现有问题的有故障的蓄电池。现在随 着电力事业的发展，需要在边远的地区建立变电站。这样无 疑增大了对蓄电 池 的 监 测 工 作，由 于 交 通 等 原 因，技 术 人 员 和监测人员很难实时或者日常对在边远地区变电站的蓄电 池进行详细长时间的监测和维护。所以单单依靠现有的蓄 电池在线监测系统是不能给所有电力系统的安全稳定运行 提供保障的。 下面介绍一种加入了高科技元素的新型蓄电池在线监 测系统，就是把蓄电池的监测建设在在线 GPRS 的基础上，利 用高科技网 络 的 信 息 传 播 速 度 快、支 持 庞 大 数 据 的 高 速 传 输、适时在线，按照 流 量 收 费 等 特 点 去 实 现 电 力 系 统 中 蓄 电 池工作状况的实时监控。一旦蓄电池出现了故障和意外，马 上就会以短信息或者 E － mail 的形式发到维修人员或者监控 人员的手机邮箱里面，这一种及时的反馈可以保证蓄电池监
UPS蓄电池在线监测系统的设计
UPS蓄电池在线监测系统的设计王宽;贺昱曜;郑普;陈金平【摘要】The battery is the main component in the Uninterrupted Power Supply (UPS) system. It is a great significance to monitor the battery on-line and know the state of health (SOH) of battery in time, which could improve the reliability of UPS systems. Thus, an on-line monitoring system based on ARM is designed. The system can monitor the battery voltage, current and transfer the values to PC by CAN bus real-time. In this paper, the 2nd order RC equivalent battery model has been employed, the least square algorithm has been adopted to identify the parameters of battery model, the relationship between open voltage and SOC has been appliedto estimate the SOC. The SOH could display by PC software intuitively, which could point out the failure battery timely, prolong the service life of the battery and guarantee the safe operation of UPS system.%蓄电池是UPS系统的重要组成部分，对蓄电池进行在线监测，及时掌握蓄电池的健康状态，对提高UPS系统的可靠性具有重要意义。
蓄电池在线监测系统
通过 RS485 通信接口与控制单元进行数据交换。 满足停止条件后自动停止并记录容量 及单体电压数据，无需再携带放电设备。产品尺寸： 438mm( 宽)x133mm( 高)X416mm( 深)。
五、软件概述:
� 远程在线集中监测功能 所有数据集中存储在服务器上，通过 IE 浏览器访问服务器即可实时查看各个变电站监 测数据。 � � � � � 三级报表生成导入功能 可以自动生成班组级、工区级、局级蓄电池运行报表，为蓄电池维护、更换提供依据 各种报表导出打印功能 可以生成导出各种管理报表，与现有工作接轨，实现日常管理自动化。 历史数据查询功能 至少可以查询 1 年内的所有电压数据、内阻数据、报警记录、分析报告等。 更直观的显示界面 可以通过数据表格、柱状图、曲线图等方式显示数据，更直观。 远程参数修改功能 可远程修改站端设备参数。
六、服务质量要求
1、资料要求 提供完整的技术资料，仪器配置清单，说明书齐全（如英文版的要提供相应的中文说 明书），并带电子版说明书，试验报告。各种证件齐全，包括产品合格证、保修卡。 2、售后服务 质保期为一年、终生维护，质保期内若出现质量、技术问题，供方应及时（接到需方 的正式通知后 72 小时内）到需方免费进行维修，质保期满后的维修应按照供方的售后服务 方式进行处理，保证满足供方的维修需求，但供方应对需方提出的疑难问题提供技术指导。 3、培训 供方免费对需方人员定期进行技术培训，培训内容包括：设备的正确使用和操作、软 件功能的应用、设备的日常维护和一般故障的排除等，使操作人员对设备的性能有一个全 面的认识，熟练操作整套设备及软件，并能对一般故障进行处理，为参与培训的人员提供 必要的技术指导。 4、验收标准和方式 对设备的验收采取现场运行方式进行，供方派技术人员到现场进行试验、培训，保证 设备运行指标合格，需方需全力配合。
蓄电池在线充放电测试系统操作流程
•技术介绍在所有信息化、自动化程度不断提高的运行设备、运行网络系统中,不间断供电是一个最基础的保障.而无论是交流还是直流的不间断供电系统，蓄电池作为备用电源在系统中起着极其重要的作用。
平时蓄电池处于浮充备用状态，一旦交流电失电或其它事故状态下，蓄电池则成为负荷的唯一能源供给者。
我们知道,蓄电池除了正常的使用寿命周期外，由于蓄电池本身的质量如材料、结构、工艺的缺陷及使用不当等问题导致一些蓄电池早期失效的现象时有发生。
为了检验蓄电池组的可备用时间及实际容量，保证系统的正常运行，根据电源系统的维护规程,需要定期或按需适时的对蓄电池组进行容量的核对性放电测试,以早期发现个别的失效或接近失效的单体电池予以更换,保证整组电池的有效性;或者对整组电池的预期寿命作出评估.•操作优势本次测试可在蓄电池在线状态下,作为放电负载,通过连续调控放电电流，实现设定值的恒流放电。
在放电时，当蓄电组端电压或单体电压,跌至设定下限值、或设定的放电时间到、或设定的放电容量到,仪器自动停止放电,并记录下所有有价值的、连续的过程实时数据.•适用范围本试验可使用于24V、48V、72V、110V、220V、480V、600V等系列的蓄电池组。
•蓄电池测量原理由于蓄电池电化学反应的复杂性，以及各种材料、结构、制造工艺及使用环境的不同，致使不同厂家蓄电池的特性存在较大差异，即使同一厂家生产的蓄电池,其单体特性也会有一定的离散性.迄今为止，世界上尚没有一种简单有效的方法能够对电池性能进行快速准确的判定。
蓄电池性能的检测和失效预测，仍是一个很复杂的电化学测量难题。
曾在电力、通信、金融、交通等行业中大量使用的固定式隔酸防爆铅酸蓄电池，可通过测量端电压、查看电解液密度、液位、温度等了解电池状态。
然而，阀控式铅酸蓄电池的密封、贫液式设计，使得我们很难掌握其健康状况，隔酸防爆蓄电池的检测维护手段已不再适用于阀控式蓄电池，这正是当前蓄电池运行管理的缺憾和难点。
蓄电池在线监测原理
蓄电池在线监测原理
1.电池电流和电压监测：监测电池的充放电电流和电压，以了解电池的工作状态和健康程度。
通过监测电池的电流和电压变化，可以及时发现电池的过充或过放等异常情况，并采取相应的措施进行调整。
2.内阻监测：蓄电池的内阻是衡量电池性能的重要指标之一，直接影响电池的容量和充放电效率。
通过在线监测电池的内阻变化，可以判断电池的老化程度和性能衰减情况，及时做出维护和更换的决策。
3.温度监测：电池的工作温度对其性能和寿命有重要影响。
蓄电池在线监测系统通过感应电池的温度变化，可以判断电池的发热情况，及时采取散热措施，防止电池因高温而损坏或容量下降。
4.容量估算：通过对电池的放电过程进行实时监测，根据放电曲线和电池的特性参数，可以估算出电池的剩余容量和可用时间，为用户提供准确的能源预警和管理。
5.数据分析和预测：在线监测系统会通过采集的电池参数数据进行实时分析和处理，利用算法模型进行电池性能预测和故障诊断。
通过对电池工作状态的分析和预测，可以提前预防电池故障和减少故障造成的损失。
蓄电池在线监测系统的实现可以基于传感器、数据采集设备、数据处理和分析平台等技术手段。
传感器用于感知电池的关键参数，如电流、电压、温度等；数据采集设备用于将传感器采集到的数据进行处理和存储；数据处理和分析平台则通过算法模型和数据库技术，对电池采集到的数据进行实时分析和预测，提供准确的电池状态评估和故障诊断结果。
总之，蓄电池在线监测通过对电池的电流、电压、内阻、温度等关键
参数进行实时监测和分析，可以及时发现电池的异常情况，并提供准确的
电池状态评估和故障诊断结果，以保证电池的正常运行和延长其使用寿命。
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电力机车蓄电池在线监测系统
本文以蓄电池运行参数在线监测系统研究为背景，对蓄电池相
关技术参数等进行了深入的分析。
在现有的电力机车蓄电池在线监测技术的基础上，设计一种新型的电力机车蓄电池在线监测系统，对机车蓄电池运行参数进行在线监测，对于超出判定标准阀值的蓄电池，可以分档次实时给出告警信息，帮助检修人员制定出相应的维护与检修蓄电池的计划。
1 电力机车蓄电池在线监测项点
1.1 机车蓄电池电流蓄电池的容量与其充放电过程有着密切的关系，尤其是蓄电池的初次充放电对蓄电池以后的使用寿命有很大的影响；而对蓄电池有重要影响的是蓄电池的充放电电流，充电电流过大，由于电流沿厚度方向的作用深度有限，活性物质反应只能在蓄电池极板的表面进行，会使得蓄电池不能完全充满电，容量不足，缩短其寿命；放电电流过大会使蓄电池内阻迅速增加，端电压迅速下降，当低于允许电压时，蓄电池的电量已基本放完，不能继续放电。
1.2 机车蓄电池电压常用的检测蓄电池故障的方法就是平时进行的单体蓄电池端电压测量及容量核对性放电试验，在浮充状态下进行的蓄电池端电压测量本身并不能够真实的反映蓄电池的性能状
态，只有存
在严重故障的蓄电池端电压才会异常，但是性能变差或者存在轻微故障的蓄电池在浮充状态下也能测得合格的端电压；而一旦由蓄电
池单独向系统供电，性能变差的或者存在轻微故障的蓄电池放电时，就可能影响整体电池质量，无法保证机车正常运行的供电要求，因此对单体蓄电池和蓄电池组的电压在线监测是非常必要的。
1.3 机车蓄电池温度
蓄电池的电压与温度有很大的关系，根据有关资料表明，当
蓄电池温度每升高1C,单个蓄电池的电压将下降约3mV也就是说，蓄电池的电压具有负温度系数，其值为-3mV/C，研究表明，在环境温度为25 C时工作很理想的蓄电池，当环境温度降到0C 时，蓄电池就不能充足电，当环境温度升到50C时会使蓄电池过充电，严重过充电会缩短其使用寿命，温度低于-40 C时，蓄电池虽然还能正常工作，但容量将会下降，因此，对蓄电池的温度监测对延长蓄电池的使用寿命有重要意义。
1.4 机车蓄电池内阻
蓄电池的内阻与其剩余容量之间存在很大的相关性（大约88%），所以可以通过测量蓄电池内阻来较准确地预测其剩余电量。
1.4.1 蓄电池内阻和蓄电池老化
根据蓄电池内阻的大小也可以判断其老化的程度，蓄电池老化与构成蓄电池的材料和部件的损坏的速率有关。
固定型阀控铅
酸蓄电池寿命一般都规定为在环境温度25 C浮充条件下的使用
年限。
1.4.2蓄电池内阻和蓄电池温度
当蓄电池环境温度升高时，电解液的活动就会加强，故蓄电
池内阻减少；当蓄电池环境温度降低时，电解液的活动减弱，故蓄电
池内阻增大。
当温度较低时（一般25C以下），蓄电池内
阻随温度变化显著；当温度较高时（一般25C以上），蓄电池内阻随温度变化缓慢。
1.4.3蓄电池内阻与蓄电池充放电状态蓄电池在不同的充放电
状态下其内阻值是不同的，满充电时
其内阻最小，放电到终止电压时其内阻最大。
蓄电池在充电过程中内阻逐渐减小，放电过程中内阻逐渐增大，故障蓄电池充电时内阻减小的速度比正常蓄电池缓慢；放电时内阻增大的速度比正常蓄电池快。
1.4.4蓄电池内阻与蓄电池浮充电压
从单体蓄电池故障现象可知，单体蓄电池发生故障时，其内
阻增大，浮充电压上升，但内阻增大和浮充电压上升并不是同时发生的。
电力机车蓄电池的内阻与蓄电池的其他参数存在很大的相关性，蓄电池内阻值可以反映蓄电池性能状态。
总之，对电力机车蓄电池运行参数的在线监测对确保电力机车安全、可靠、稳定运行有着重要的意义。
对电力机车蓄电池充放电电流的在线监测采用的是一个单独的闭环霍尔电流传感器，而对于蓄电池电压、温度、内阻的在线监测，采用的是一个智能集成传感器，这种传感器集成了电压，内阻，温度三种传感器为一体。
2 电力机车蓄电池在线监测系统设计
2.1 系统整体性能要求
(1)故障预报和状态诊断准确率> 80%无漏报；
( 2)主机有中文界面，可实时观察蓄电池运行时的电压、电流、温度等参数；
( 3)实时显示结果延时不大于1S；
( 4 )可在线显示、查询，数据可下载到地面软件集中处理；
(5)适应机车工作环境，抗震，工作环境温度范围：-25 - +75C;
( 6)程序可在线更新，分析软件有自适应、自学习功能。
2.2 系统整体方案
在线监测装置由主机、蓄电池智能传感器、电流传感器等部
分组成。
电力机车蓄电池在线监测系统分为在线监测及保护装置部分、地面数据分析专家系统两部分；在线监测及保护装置负责数据采集记录、在线状态监控，具有对蓄电池状态初步的判定、提示和警告能力；地面数据分析专家系统包括蓄电池监测信息数据库、专家分析程序、转储、查询、打印等。
3 结语
在对蓄电池的基础知识的了解与认识的前提下，对蓄电池的
运行参数进行深入分析研究，通过理论的分析与研究，运用传感
器的原理完成电力机车蓄电池在线监测系统设计，并进行了现场试验，得到可靠地实验数据，所以运用这套系统基本可以实现机车蓄电池的在线监测。