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分布式蓄电池智能节点设计

来源:电子设计应用/北京理工大学 电子工程系 王树根 丁志杰?? 2006年08月06日 ?? 收藏0

?????? 引言???

?????? 一般电源设备只能对电池组的整体输出电压和电流进行测量,对于单块电池不能进行在线测量。而电池组的失效又往往是从单块电池失效开始的一种恶性循环,尤其对于使用时间较长但又不超过使用期限的电池组,单纯依靠维护人员的日常维护很难发现问题。因此,对于单块电池的运行参数进行在线监控,及时发现问题就变得极为重要。???

?????? 单块电池的损坏首先表现在端电压在充电时过高而在放电时又迅速下降,电池体温升高,负载能力下降等异常现象。可以通过对电池的端电压、体温等参数的在线测量及时发现故障电池。???

?????? 早期的蓄电池在线监控采用集中监控方法,或是基于RS-232(或RS-485)总线的分散采集、集中监控的分布式

量方法。这些方法只能采用主从式系统结构,以轮询方式收集数据。这是因为RS-232和RS-485总线只是一种纯粹的物理接口,不具有主动协调能力。CAN总线是一种多主机控制局域网标准,具有物理层和数据链路层的网络协议、多主节点、无损仲裁、高可靠性及扩充性能好等特点。下面给出一种基于CAN总线的分布式蓄电池在线监控系统。

?????? 系统组成???

?????? 系统由上位机、RS-232-CAN接口和智能节点组成,如图1所示。???

分布式蓄电池在线监控系统功能示意图

图1 分布式蓄电池在线监控系统功能示意图

?????? 上位机由普通微机组成,接收各节点的监控数据,建立电池组运行数据库,对采集到的电池数据进行处理(如记录电池的履历、采集数据的时间等)并以表格或图形的方式输出显示,对整个系统的运行状况进行管理等。???

?????? RS-232-CAN接口为CAN总线与上位机的接口,完成CAN总线数据与RS-232接口的数据转换,对智能节点来的数据信息进行缓存,对告警信号进行告警以通知维护人员进行处理。???

?????? 智能节点为智能型的监控模块,实现对电池组内(总电压48V,单块电压12V或2V)的单块电池端电压、体温、环境温度进行测量。若超出工作范围则进行告警,并将监测数据存储,定期上报监控数据。超限告警信号及时上报,并可接受上位机的轮询。下面仅就智能节点给出详细的设计方案。

?????? 硬件组成????

?????? 智能监控节点以89C52为控制器,外围模块包括CAN接口模块、温度测量模块、电压测量模块、告警模块、节点地址选择和可选的存储器模块等,如图2所示。为充分利用89C52的接口资源,除CAN接口模块外其余模块均采用串行接口器件,这样就减小了电路体积,降低了电路的硬件成本。

智能监控节点结构图

图2智能监控节点结构图

?????? CAN接口模块????

?????? CAN总线协议及其特性见参考文献。目前,具有CAN协议功能的芯片很多,本设计选用常见的PHLIPLE公司的SJA1000独立CAN控制器芯片和82C250 CAN接口驱动芯片。为增强节点的抗干扰能力,SJA1000的TX0和RX0通过高速光耦6N137与82C250相连,电路如图3所示。

CAN接口模块原理图

图3 CAN接口模块原理图


?????? 电压测量模块?????

?????? 当蓄电池是由4节12V电池串接而成时,其在线端电压远高于ADC的允

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分布式? 蓄电池? 智能节点?

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