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摘要：蓄电池是现代新能源领域重要的组成部分，在现代工业发展中不可或缺，起到关键性的作用。蓄电池是不间断电源（UPS）的核心，且铅酸蓄电池在市场份额中占有主导地位，因此也被广泛应用到地铁电力系统的后备电力储备。由于工业现场环境多变，电池或电池组可能工作在极端严峻的条件下，极有可能会因为电池本身质量、寿命或者外部恶劣环境的影响而导致性能降低甚至失效，从而带来极大的经济损失和安全隐患。
关键词：蓄电池；在线监测管理系统；设计
引言
监测系统设计的目的在于了解蓄电池运行过程中的各项数据信息，进而以此为依据对设备加大控制力度，及时发现其中所存在的安全隐患并加以控制。本文就对此问题进行了详细的探讨与分析，并介绍了监测系统的架构及功能，同时还对系统状态检修的各项操作步骤进行了分析，对于发电厂的稳定运行重要作用。
1系统架构与功能
1.1在线监测
检测内容包括蓄电池的电阻、单体电池的电压电流以及环境与温度等各项参数。
1.2测试性放电
即对直流系统进行远程监测；蓄电池组的放电充电及运行状态的监测与切换。
1.3充电机监控
主要包括输入电压、模块输出的电流电压；交流输入、直流母线、充电装置的警报以及装置与绝缘故障；电压及开换机的调整与切换。
1.4状态评价
包括数据信息的统计分析，并以图表的形式呈现；蓄电池的放电状态等各种状态的具体判断；参数的具体计算主要包括电压变化及离散情况等；系统可自动监测放电电压并完成曲线图的绘制，也可以监测结果为依据完成蓄电池性能的报告制作，并对其是否正常及各种异常状态进行全面的分析与评价。同时也可以评价结果作为依据，制定出相应的维护措施。
1.5预防措施
即通过自动均衡处理确保电池电压能够始终保持相对一致的状态，这样能够有效延长蓄电池的使用期限。第二，结合直流电压的变化情况对其进行自动调节，这样就能够将短路等故障控制在最小范围内，避免影响其他蓄电池，进而演变成更为严重的事故。
2数据采集器
数据采集器为整个监测系统提供原始数据，算法设计和数据采集的方法极为重要，获取的原始数据其准确性直接影响到整个方案的可行性，在本次设计中选择蓄电池内阻来表征蓄电池健康状况。谐波阻抗法表明被测蓄电池的内部阻抗，即为响应电压与放电电流二者的基波傅立叶系数的比值。本文通过四线制测量方法来进行蓄电池内阻测量，以小电流作为激励电源，测量内阻两端对应的电压，计算蓄电池内阻。在实际操作过程中使用四线制测量方法。四根线分为两组，一组用来为底层测量模块提供电源在微处理器控制下产生激励电流，另一组用于测量。硬件上选用意法半导体STM32F030F4P6作为采样端微控制器，该款微处理器使用的是ARMCortexM0内核，拥有32位数据处理宽度，16KROM、4KRAM；采用其16通道的12位ADC进行蓄电池参数采集。MCU采集得到电压、电流信号，并根据相关算法计算得到蓄电池内阻数据，经2.4G无线通信方式发送给网关。
3网关设计
网关（Gateway）又称网间连接器、协议转换器。现有的很多网络设备都按照OSI模型分层设计，所以网关必须能运行在OSI七层模型的几个层上，传输协议也是按照OSI模型进行工作。数据采集器利用2.4G无线通信技术将数据传输给网关，网关将数据经过以太网传输给监控中心或服务器。
MCU是网关的核心部件，本文选用STM32F107VCT6互连型（Connectivity）系列微控制器，它的以太网控制模块实现了一个与IEEE802.3标准兼容的以太网MAC，支持全双工模式，可通过DMA方式进行数据收发。PHY（物理层）和MAC（媒体介质访问层）是由以太网控制器实现的，在本次设计中，所选用的STM32F107VCT6微处理器本身集成了MAC控制器外设，采用外接一个PHY控制芯片DP83848的方式，那么STM32F197VCT6中集成的MAC控制器就可以通过IEEE协议规定的MII或RMII、串行接口、与PHY（物理层）控制器芯片进行连接，构成以太网控制器，通过以太网变压器接口即可实现以太网功能。当物理层芯片DP83848接收到来自以太网的上位机数据时，ARM通过MII接口（媒体独立接口）读取数据，并在内部通过DMA方式将数据写入SRAM中交给TCP／IP协议栈进行处理。本次设计选用LWIP协议实现网关与上位机的数据传输。选用基于回调函数的API编程方法，回调函数会被LWIP代码直接调用。它可以被移植到各种操作系统中，也可以在无操作系统的情况下独立运行。在移植LWIP协议栈后，其中有专门的函数传递当前连接的状态、建立连接、数据发送、数据接收，为了能实现监测系统的功能，还需要编写特定的用户程序。在协议栈的初始化过程中设置了一组适合以太网的MAC地址、IP地址、子网掩码和网关地址作为网关以太网卡的属性，如图6中部分代码所示。完成时钟的同步与校准并使用ping指令检测网络是否畅通。
4状态检修
4.1信息收集
在正式进行状态检修之前，首先必须收集完善的信息资料，包括设备的制作、运行、维护与检修报告等各项数据信息，在获取这些信息之后就可为评价工作提供有力支持。另外，在获取信息的过程中必须确保信息的准确性与完整性，因此需要反复进行核查，否则就可能使检修结果产生偏差。
4.2状态评价
在状态评价的过程中，需要将以下几项工作处理到位。第一，对获取的设备运行及维修的各项数据资料进行整理与追踪管理，进而通过综合性的分析与评价掌握设备最为准确的运行情况，并对设备的健康水平做出判断，进而就可以这些分析结果作为依据预测设备的运作趋势。另外，监测系统在评价蓄电池性能的过程中，主要包括以下几个方面：各项数据信息的统计分析结果、运行状态、内阻变化率等参数的计算、热失控的分析与判断、放电电压的记录及曲线的绘制等。
4.3风险评估
在检修过程中风险评估是一个至关重要的部分，目的在于了解设备运行过程中所隐藏的风险，并在风险评估的基础上制定出相应的解决方案。另外，监测系统在评价蓄电池的基础上可进行风险的预测，并对风险可能发生的概率及造成的损害做出判断，帮助相关人员及时获取这些风险信息并加以控制。
4.4策略制定
在掌握评价与风险评估两项结果之后就可对设备进行全面排查，之后需要运用一些较为先进的技术，进而了解设备是否需要进行检查。另外，还要根据检修要求制定好检修方案。同时，系统可根据可以风险评估结果作为基本依据，明确指出蓄电池的检修部位及在检修过程中应选取哪种方式。除此之外，系统还可自动完成以下几项操作。（1）自动均衡，通过该环节的处理可延长蓄电池的使用寿命。（2）直流电压的控制，系统可自动降低电压，进而达到保护其他蓄电池的目的。
结语
总而言之，以往在对设备进行维修时只能在故障发生之后，但这显然会使蓄电池性能严重受损，因此当前必须进行新型监测系统的构架，提前发现蓄电池运行过程中的安全隐患，进而实现发电厂的稳定运行，本文就对此进行了深入探究。
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