蓄电池作为备用电源在供电体系中往往起着极其重要的感化，在交换电掉电或其它变乱状况下蓄电池组一旦出现问题，供电体系将面对瘫痪，造成设备停运及其它重大年夜运行变乱。近年跟着阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称阀控蓄电池）的广泛应用，加之应用情况及前提欠佳，因蓄电水池前掉效而激发的变乱时有产生。阀控蓄电池因为特别的阀控式密封构造，使得我们无法精确控制蓄电池的健康状况，其“免保护”的┞封一长处，反而成为电池运行治理中的缺点和可贵，同时极其轻易误导用户。在进步电池机能，削减保护工作量的同时，若何快捷有效地检测出早期掉效电池并猜测蓄电池机能变更趋势已成为电池运行治理的新课题。今朝除了查对性放电、电压巡检等惯例保护检陈手段外，跟着技巧的成长一些新的检陈手段孕育而生，蓄电池在线监测这一新检陈技巧开端慢慢获得应用[1]。


2 蓄电池在线监测硬件平台的构成
蓄电池在线监测系同一方面须要完成在工业现场如变电站，数据中间等场合蓄电池参数的人机交互，便应用户在现场时不雅测蓄电池组整体电压，电流以及各单体电池的阻抗，电压和温度；另一方面须要供给收集接口，应用户在远端如中心控制室可以或许及时懂得现场的情况；最后需增长GSM接口，一旦产生故障，可以用发短信或者打德律风的方法通知到值班人员。是以有须要设计一台现场监测主机完成以上功能，与Sentinel模块相配实现全部蓄电池在线监测体系的构建，如下图：

值得解释的是：


2）因为sentinel模块须要经由过程地址来辨认，该地址是8位的，以上连接最多实现254块蓄电池的连接，
3）理论上图顶用虚线指导的sbus通信线是不须要连接的，然则推敲到工业现场的复杂性，如两模块之间的通信线一旦被破坏，则某些模块将不在线路中，是以出于冗余设计的┞峰酌，在现场许可的情况下，尽量安排该线缆。

4）图中的电流变送器一般用于主机测量充放电电流，感知蓄电池的状况，是异常须要的，推敲现场施工便利，尽量应用外置的电流变送器，而不将该变送器安排在主机内，不然电池充放电线缆（往往是很粗的线缆）须要绕经主机，不经济也不安然。

5）应用GSM天线的时刻，要实地测量本地的旌旗灯号强度，某些机房旌旗灯号樊篱严重，此时可以推敲将天线移到室外，以实现旌旗灯号的通行发送。
[3]AT91SAM9261-EK Evaluation Board User Guide(end)

由以上的分析，对现场监控提出的请求至少有带有人机交互功能，收集功能，GSM发射功能，sbus总线通信的功能以及A/D转换接口。 1 概述

3 基于ARM9的蓄电池在线监测主机

主机本质上是一个带有人机交互界面的嵌入式体系。为了完成嵌入式平台的构建，便利实现收集协定的通信，拟采取ARM9+操作体系的方法，推敲到工业级的工作温度以及便利带液晶接口，选择ATMEL公司的AT91SAM9261作为体系的主控CPU。

为了调试便利采取核心板+扩大板的方法，核心板上安排一个ARM9的最小体系，将所有接口皆引出，而功能部分则安排在扩大板上。


3.1核心板部分设计

核心板的设计框图如下：

解释：

1） 因为AT91SAM9261采取Dataflash的启动的方法只能工作在温度高于0℃低于70℃典范围，一旦温度低于0℃将无法启动。为懂得决这个问题，只能使ARM采取外部启动即NORFLASH启动的方法，是以须要选择启动模式为外部启动（BMS=0），以达到工业现场的温度请求。

2） Norflash存储器芯片选择AMD公司的AM29LV160DB，其容量为4M*16bit，用于存储BOOT法度榜样，小型操作体系及小型应用法度榜样。设计时采取字对齐方法，即芯片的A0地址线对应ARM芯片的A1地址线。别的因为ATMEL官方供给的SAM-BA烧写法度榜样仅支撑Dataflash和Nandflash，是以有须要修改SAM-BA的脚本文件以实现对Norflash的烧写

1）由上图可见，鉴于sentinel模块的独特设计，可以直接对蓄电池阻抗进行测试，是以体系毋须安装零丁的放电模块。
3）Nandflash存储器芯片选择三星公司的K9F1208U0B，其存储容量为存储容量：64M*16bit，采取wince或者linux的操作体系时应用该芯片中存储操作体系和应用法度榜样；如应用ucos之类的小型操作体系时，则该芯片可以省略不焊接，体系与BOOT法度榜样存储在Norflash即可。


5）扩大接口将ARM芯片的所有可用接口皆扩大出来，用于和扩大板连接。

6）因为旌旗灯号密集，同时须要将接口全部引出场包管优胜的电磁兼容性效不雅，PCB采取六层板PCB设计方法，采守旌旗灯号层——地层——旌旗灯号层——电源层——地层——旌旗灯号层的方法。

为了包管高频工作的效不雅，设计时推敲将两片SDRAM的各总线设计为等长，同时采取两面构造和蛇形走线等技巧手段。

北京莱姆电子是瑞士莱姆集团（LEM）的全资子公司，这款由瑞士研沃森WSEN发、北京临盆的Sentinel模块是专门为应用于蓄电池在线监测而量身定做的蓄电池传感器。该传感器只有火柴盒大年夜小，每只模块监测一块蓄电池，模块采取四线制设计，经由过程与蓄电池的┞俘负极相连实现供电和测量，然后经由过程RJ11接口（德律风线接口）实现至多254个模块的相连，经由开放的串口协定通信实现半数个蓄电池组的监测。该传感器可以直接测量单体蓄电池的阻抗、电压和外面温度（模块贴在电池外面），连线、安装便利，同时模块的质保期为五年，完全跨越蓄电池的掉效周期，是以异常便于构建蓄电池在线监测体系。
3.2扩大板部分设计

扩大板的设计框图如下：

解释：
4）Sdram芯片采取MT48LC16M16A2TG-75IT:D，每片容量为16M*16bit，本体系中采取两片SDRAM构成32数据总线。因为Sdram芯片为全部嵌入式平台的内存，须要频繁地与CPU进行数据交互，为了实现较好的旌旗灯号完全性，在接近ARM的地址和控制总线上串联22欧姆均衡电阻接收旌旗灯号反射。当采取小型操作体系时刻，操作体系可在ARM内部的SRAM中运行，Sdram可以省略不焊接。

1） SPIflash芯片用于存储蓄电池传感器采得的数据。此处将芯片的写保护脚应用ARM的一个I/O口治理起来，以防上电或者掉落电时修改片内的数据。
2） GSM模块采取西门子公司的TC35i模块，邮攀扩大接口（连向ARM新片）之间经由过程串口进行通信，别的应用ARM的一个I/O口控制IGT管脚进行模块的激活。为了包管模块与SIM卡之间通信正常，他们之间的走线距离要尽量短。
3） 网卡接口芯片采取DM9000，数据包经由过程它传送至以太网直至上位机软件。同时应用收集协定可以实现长途固件进级，包管主机运行最新的应用软件。
5）因为AT91SAM9261供给液晶数据接口，是以可以直接与LCD实现连接。
6）触摸屏接口芯片采取专用芯片ADS7843完成。

4）Sbus是lem公擅自身的协定，该协定可以转换为串口协定，其转换电路是开放的，将该电路设计在扩大板上，实现主控板与sentinel模块的通信。

4 整机联调

我们在变电站对该体系进行了实验，应用2组蓄电池，每组分别有54节2v300Ah的蓄电池，如下图：

编写测试法度榜样在体系内运行，每隔半小时对各蓄电池模块进行一次取数，然后将信息经由过程底时井口打印出来。下面为某次取数获得的结不雅：

#1battery:2.28v24.29404.9uohm#2battery:2.24v24.08362.1uohm
#3battery:2.22v24.29426.1uohm#4battery:2.29v24.29350.1uohm
#5battery:2.25v24.29381.8uohm#6battery:2.28v24.29392.6uohm
#7battery:2.28v24.29359.0uohm#8battery:2.31v24.29373.2uohm

以膳绫强个电池的参数分别为电压、温度、阻抗。在将来的实际应用中，经由过程对这些参数的综合分析，可以得知每只蓄电池的健康状况；同时本实验也验证了该平台可以应用于蓄电池在线监测。

别的，对该平台的显示功能，收集通信功能均做了根本测试，表示完全正常。进一步开辟上层治理软件，应用该硬件平台构建一套完全的蓄电池在线监测体系是后续工作的重点。
5 瞻望

基于ARM9与LEM传感器的蓄电池在线监测硬件平台不仅可以用于对蓄电池掉效模型和监测算法甚至电池活化技巧的研究，别的如不雅配套监测软件可以应用于各类须要监测蓄电池的实际场合，如电力、通信、石油、化工、铁路、煤炭等行业的直流电源体系以及UPS体系的蓄电池在线监测，大年夜而真正给蓄电池这一脆弱环节上一道保险，为我国的安然用电事业保驾护航。

参考文献：
[1]蓄电池在线监陈技巧在变电站的应用沈梦甜陈宏中国电力通信网
[2]为什么要保护和监控备VRLA蓄电池北京莱姆电子有限公司