蓄电池全参数在线监测方案...doc

蓄电池全参数在线监测方案

目 录
1 概述 1
2 监控内容 1
3 设备配置 1
3.1 主站部分 1
3.2 子站部分 1
4 监控示意图 2
5 监控实现功能 2
6 产品技术参数 3
7 主要模块介绍 4
7.1 TA模块 4
7.2 收敛模块 4
7.3 TC模块 6
7.4 转换器 6
8 后台软件界面 7
9 产品技术优势 8
9.1 高稳定性 8
9.2 高安全性 9
9.3 抗干扰性强 9
9.4 在线自动内阻测试技术 9
9.5 高精度电压采集技术 9
9.6 监测设备内置智能分析功能 9
9.7 大容量数据存储空间 9
9.8 接入性好 9
10 产品安装 10
10.1 TA模块的安装 10
10.2 TC模块、转换器与收敛器的安装与接线 10
10.3 施工周期 11
11 售后服务 11
11.1 安装调试服务 11
11.2 产品保修 12

精品资料
1 概述
由于阀控铅酸电池性能稳定、自放电少、密封、经济等优点而迅速代替其他类型电池。阀控铅酸电池销售承诺至少十年使用寿命，然而很多用户惊讶的发现电池在使用了三到四年后就会出现故障，很少有电池使用寿命超过八年的，这主要是由于阀控蓄电池长期浮充运行后出现电池失水、负极板硫酸化、正极板腐蚀、热失控等，导致容量衰退。厂商大力宣传“免维护”电池和用户维护麻痹，使得不少用户得到惨痛的教训。在今天也很少有电池用户对自己的后备电源系统有绝对的信心。
目前，对蓄电池组的管理主要采用定期维护的方式。一般定期人工对电池的电压、内阻进行测量，每一年或几年对电池组进行一次核对性放电。
这种维护方式主要存在下面的缺点：
· 维护工作量大，导致维护人员不堪重负
· 无法即时掌握蓄电池组运行真实数据及数据无法进行系统的分析
· 维护风险较高
为了能彻底解决以上问题，必须组建一个蓄电池在线监测系统，对蓄电池的单体电压、组压、单体内阻、电池内部温度等重要参数进行在线监测，一旦发现某个参数有异常或其变化趋势有异常时立即告警，使管理维护人员及时发现问题或潜在的隐患，及时进行处理，保证UPS系统的可靠性与安全性。
本方案实施后可以达到下面的效果：
- 提前预警即将失效的蓄电池，排除潜在的隐患，确保UPS系统安全；
- 无需进行定期的内阻、电压手工测量，节约人力物力；
- 即时发现充电故障，延长蓄电池组寿命。
- 通过对数据的系统分析，积累不同品牌型号设备及蓄电池的实际运行经验，作为选型参考。

2 监控内容
XX项目要求在线监测蓄电池组，监测内容包括电池的单体电压、单体内阻、单体电池内部温度、组压、环境温度及充放电电流，并配置监测软件，远程读取并显示数据，同时数据可接入到第三方监控系统中。

3 设备配置
3.1 主站部分
名称
型号
规格
数量
服务器
----
待定
1
蓄电池监测系统软件
----
6.0版
1

3.2 子站部分
序号
设备名称
型号规格
数量（套）
配置明细
数量（个）
备注
1
蓄电池在线监测系统（B3G蓄电池监测控制分析软件V1.0）
B3G-TH12V40S4CTDN
4
CM-01N收敛器
4

共计640块电池，分为16组，每组40块，205AH
B3G-TH-12V电池采集单模块
640
TC电流采集模块
16
CTH转换器
8
CS-A0电流互感器
16

4 监控示意图
根据项目需求本方案采用技术方案：B3G-TA蓄电池在线监测系统+蓄电池监测数据管理软件，方案的拓扑见下图。B3G-TA蓄电池在线监测系统具有技术先进，功能完善，配置齐全，稳定可靠，抗干扰性强等特点的系统。系统主要功能为：实时监测总电压、总电流、单体电池电压、单体电池内阻、单体电池温度、环境温度等，任何参数超出阀值后自动告警，并预警性能劣化的电池。
每个电池配置一个B3G-TA模块，监测电池的电压、内阻与温度，TA模块间通过一根通信总线相互连接后接到收敛模块上，收敛模块轮巡读取每个TA模块监测到的数据，并进行分析、处理、保存与显示，通过通信口上传到监控中心。

5 监控实现功能
1、在线监测电池的单体电压、单体内阻、单体电池内部温度、组压、环境温度及充放电电流。
2、设备能自动定期测量电池的内阻，无需人工干预。
3、模块带LCD显示屏，可以显示所有监测数据以及部分历史数据。
4、蓄电池组处在放电时，设备能自动记录放电曲线及已放容量，可在设备及后台软件上查询。
5、设备能自动对每月的数据进行分析，生成分析报告，提示哪些电池需要更换，可通过后台软件查看报告。
6、设备可以记录设备运行过程中的各种事件，包括设备重启、发生告警、内阻自动测试等，可以通过监测单元或后台软件查询。
7、设备能保存一定量的数据，其中告警为100条、内阻为一年、组压电流为一个月、放电记录为2次、分析报告为一年，后台软件可以保存至少两年的完整的数据。
8、单体电压、组压、单体内阻、充放电电流、环境温度、电池温度超限时自动告警，告警阀值可设置。告警发生时设备发出告警声音，红色告警灯亮，干接点闭合，可通过设备查询具体告警内容。
9、可通过设备修改运行参数。
10、设备可通过网络口与后台电脑连接，同时可通过RS485口将数据上传给第三方监测系统，支持MODBUS协议。
11、后台软件能显示所有的监测数据，并能以数据表格、柱状图、曲线的方式显示。
12、后台软件能记录电池放电时的每节电池放电数据及放出容量，并可以将该此放电单元导出成EXCEL表。
13、后台软件能查询任意时间的告警记录。
14、所有数据可以直接打印或以EXCEL的方式导出。

6 产品技术参数
工作环境
工作温度： -5℃～50℃
相对湿度： 5％～90％
大气压强： 80～110kPa
电源要求

85～264VAC,100V～370VDC
监测能力
每组最大为300节，组数最多为4组
监测范围
2V、6V、12V电池，容量为30AH-1000AH
保护
电源回路带防短路与反接、过压保护，电压采样线带限流保护，内阻测试线带保险丝保护。
测量范围及精度
组压：20～600V，0.3%+0.2V
单体电压：1.5～2.5V，0.1%+1mV
4～15V，0.1%+10mV
单体电池内阻:100～65535 uΩ
2%+3 uΩ(2V电池,重复精度)
2%+30uΩ(6V、12V电池,重复精度)
分辨率为3 uΩ
单体电池内阻:100～65535 uΩ
2%+3 uΩ(2V电池,重复精度)
2%+30uΩ(6V、12V电池,重复精度)
分辨率为3 uΩ
电池内部温度：-10℃～+70℃， 0.5℃
充放电电：0～300A(可选),1%+0.5A
环境温度：-10℃～+70℃，0.5℃
干接点
带一个干接点，DC220V/1A
绝缘耐压
2000VAC
安装方法
TA模块可以直接安装在电池上，收敛器可以安装在19英寸机柜或墙上、柜面上。

7 主要模块介绍
7.1 TA模块
TA模块能监测单只电池的电压、内阻与温度，并通过通信口将数据上传给收敛模块，TA模块本身不具备告警判断功能。TA模块由电池供电，2V模块最大功率小于0.15W，12V模块小于0.25W。
需要注意的是，2V模块只能用在监测2V的电池上，12V也一样，否则会损坏模块，接口说明如下图。

图2-2-1

编号
名称
说明
⑴
J1口
接电池正负极。
⑵⑶
COM1/COM2口
这两个口内部并列，为UART口，用于TA模块间通信级连用。
⑷
指示灯
为黄绿双色LED灯，绿灯为电源灯，黄灯为通信灯。

7.2 收敛模块
收敛模块可以从TA模块中逐个读取电压、内阻与温度值，并进行分析处理与显示，每四组电池需要一个收敛模块，具体功能如下：
a、轮巡读取每个TA模块测得的电池电压、内阻与温度值；
b、带LCD显示，可查询实时监测数据及历史告警记录；
c、可设置上下限值与运行参数；
d、自动告警功能，告警时LED灯亮，蜂鸣器响，同时对应干接点闭合；
e、带一个RS485与一个RS232上传口，可接入到上位机，也可选配网络口。

编号
名称
说明
⑴
LCD显示屏
两行中文显示，122X32。
⑵
按键
共4个按键，“Esc”为退出键，“▲”“▼”为翻页键， “Enter”为确认键。
⑶
指示灯
POWER为电源灯，通电后常亮；A1亮表示有重要告警，A2亮表示有一般告警；E1亮时表示收敛模块有故障，E2亮是表示收敛模块与TA模块通信有故障； Rx1/Tx1为COM1的数据收发灯，接收到数据时Rx1亮，发送出数据时Tx1亮，Rx2/Tx2、Rx3/Tx3、Rx4/Tx4、Rx5/Tx5、Rx6/Tx6分别对应COM2、COM3、COM4、COM5与COM6。
⑷
电源开关
控制收敛模块电源输入。
⑸
电源输入口
85～264VAC输入，模块消耗功率最大不超过15W。
⑹
地址拨码
设置收敛模块地址用，最大允许地址为15。
⑺
ISP1口
更新内部程序用。
⑻
TEMP/ISP2口
接环境温度传感器，同时也作为程序更新口。
⑼
J1，J2，J3口
干接点输出，其中J1的1-2脚为设备故障，3-4脚为总告警但不包括设备故障，其余为保留。
⑽
COM5口
数据上传口，接上位机，RS485，9脚为正5脚为负，波特率为19200BPS。
⑾
COM6口
数据上传口，接上位机，RS232，2脚为发送3脚为接收1脚为地，波特率为19200BPS。
⑿
COM1口
接转换器到TA模块，四芯，从左到右为B、A、+、-，B为RS485的-，A为RS485的+，波特率为4800BPS，+/-为DC12V电源的正负输出。
⒀
COM2口
接转换器到TA模块，四芯，从左到右为B、A、+、-，B为RS485的-，A为RS485的+，波特率为4800BPS，+/-为DC12V电源的正负输出。
⒁
COM3口
接监测单元，四芯，从左到右为B、A、+、-，B为RS485的-，A为RS485的+，波特率为19200BPS，+/-为DC12V电源的正负输出。
⒂
COM4口
数据上传口，接上位机，RS422，1到4脚分别为T-、T+、R+、R-，波特率为19200BPS。
⒃
网络口
10M/100M，RJ45，与上位机通信用。
⒄
接地点
接机房地。

7.3 TC模块
TC模块能监测一组电池的充放电电流与一个环境温度，可通过UART口与收敛器进行通信，一组电池需要一个TC模块，接口说明如下图。

编号
名称
说明
⑴
J1口
接电流互感器与环境温度传感器。
⑵
指示灯
为黄绿双色LED灯，绿灯为电源灯，黄灯为通信灯。
⑶⑷
COM1/COM2口
这两个口内部并列，为UART口，用于与TA模块与转换器间通信级连用。
⑸
VIN口
电源输入口，DC8-13V，左正右负，由收敛模块供电，最大功率小于2W。

7.4 转换器
转换器用来将TA模块的UART口转成标准的RS485口，接入到收敛模块的COM1或COM2上，TA模块不能直接与收敛模块进行通信。一般每200个TA模块需配置一个转换器，接口说明如下图。

编号
名称
说明
⑴
通信电源口
四芯，接收敛模块的COM1或COM2口，从左到右为B、A、+、-，B为RS485的-，A为RS485的-，波特率为9600BPS，+/-为DC12V电源的正负输入，最大消耗功率为0.3W。
⑵
指示灯
LED灯，绿灯为电源灯，黄灯为通信灯。
⑶⑷
COM1/COM2口
这两个口内部并列，为UART口，用于与TA模块级连用。

8 后台软件界面
本方案采用网络版软件，此软件是基于B/S构架，采用SQL-SERVER数据库，用户通过IE浏览器即可查看数据。

主界面图：

实时数据图：

组压电流曲线图：

9 产品技术优势
9.1 高稳定性
产品的稳定性设计需要实际应用经验的积累，所以应用时间不长或应用不广的产品往往会不稳定。科技拥有近十年数以万套设备的实际应用经验，在这一领域拥有二十多项专利技术，我们把这些经验与技术应用到产品中，从设计上确保了产品的高稳定性。
科技还拥有完整的质量保证体系与ERP管理系统，确保产品在各个生产环节的质量得到有效的保证。
9.2 高安全性
(1)系统对充电系统和工作回路无任何干扰,电压采集线不与被监测电池直接连接，中间由欧姆电阻连接，彻底杜绝了测量电缆自身短路或模块的故障带来的电池自放电、现场出现火花、人员触电、蓄电池的伤害等危险；采集单元各检测通道应采用高阻抗输入方式,检测回路的电流小于微安级,对蓄电池无不良影响。
（2）系统能完全独立于被监测设备而正常工作，功耗低,对供电系统要求不高,不影响用户正常供电线路。
(3)具有防过压、过流、高频磁场干扰特性，要求系统工作电压范围宽,防过流、过压能力强,系统设计有防浪涌电路,可在高频强磁场工作环境下正常运行。
(4)系统采用模块化设计,模块间的独立性良好,在线可维护性强,在线维护时不影响被监测设备的正常工作。
(5)系统应采用阻燃特性良好的元器件,使得系统本身的短路过流等原因造成的故障不会引起明火燃烧。
9.3 抗干扰性强
目前大型UPS及高频UPS应用越来越普遍，在电池上出现很强的纹波干扰非常常见。在一个UPS系统中，逆变器在逆变过程中会产生2次、4次与6次等纹波电流，这种纹波电流会倒灌到蓄电池上，干扰蓄电池监测设备的正常工作。
我们专为此种应用设计了一个特殊的滤波电路，采用DSP+自动塌陷电
路，这种电路能够阻档UPS产生的2次、4次与6次等纹波，而几乎不影响有用的信号。这种产品已经在Emerson、Schneider与Eaton等品牌的大型UPS系统上有数以千计的应用。
9.4 在线自动内阻测试技术
科技拥有多循环在线内阻测试技术的独家专利，此种技术可以实现完全自动在线测试内阻。
9.5 高精度电压采集技术
电压检测采用16位并行A/D转换技术，无开关或继电器切换，实现了高速及高稳定采集，精度可高达0.1%。采集单元前后级采用了光电隔离，避免前端对后端电路的干扰，保证系统安全可靠。
9.6 监测设备内置智能分析功能
大部分的蓄电池监测产品都通过后台软件来分析数据，这种方式的好处是实现起来比较容易，但存在下面的缺点：
- 与监测设备通信中断或软件死机不能正常接收数据时，分析的基础数据会丢
失，无法进行分析，造成整个系统瘫痪。
- 如要将监测设备直接接入第三方监控系统时，就没有分析功能或实现起来非
常复杂。
为了解决这个问题，科技将分析功能内置到监测设备内，设备每月自动会对每节电池的电压、内阻等进行分析，自动生成报告找出需要更换的电池并提出维护建议。使分析功能完全独立于台软件，分析结果可以直接上传给第三方监测系统。
9.7 大容量数据存储空间
监测设备可以对保存电压、内阻、报警记录及分析报告等，一旦后台服务器出故障，也可确保关键数据不会丢失。
9.8 接入性好
监测设备可以完全独立运行，无需后台软件支持，并能直接对数据进行分析生成分析报告，这些数据通过通讯口可以直接上传给第三方监测系统，并提供RS232、RS485及网络口同时支持严格的MODBUS规约，使系统接入变得极为简单。

10 产品安装
与集中式蓄电池监测系统相比，本方案采用的B3G-TA蓄电池监测系统具有安装方便、走线少、安全性高的特点。
10.1 TA模块的安装
每个电池需安装一个TA模块，可以贴到电池的侧面或者正面，请按下面
的方法安装。

安装步骤
说明
⑴
将测试线中的黑色线接到电池负极
⑵
将测试线中的红色线接到电池正极
⑶
将测试线另一端接到TA模块的J1口
⑷
撕掉TA模块反面的不干胶保护纸后粘到电池外壳上
⑸
用通信线将该模块与前一个模块连接

按照上面步骤在每个电池上安装TA模块，并用通信线将相邻的模块连接，需要注
意的是电池编号必须与TA模块地址一致。将测试线连接到J1口后，TA模块的LED电
源灯将点亮，模块自动进入工作状态。
TA模块的地址范围一般为1到300，超过300节电池时，TA模块地址重新从1开
始，同一通信总线上，地址不允许重复。因此，在监测两组电池，每组为300节电池时，连接第一组上的300个TA模块的通信总线必须连接到收敛器的COM1口，第二组连接到收敛器的COM2口上。

10.2 TC模块、转换器与收敛器的安装与接线
TC模块与转换器需要DC12V供电，从收敛模块的COM1口或COM2口取电，具体安
装步骤如下：

安装步骤
说明
⑴
用通信线从最后或第一个TA模块的COM1口连接到TC模块的COM1口
⑵
用通信线从TC模块的COM2口连接到转换器的COM1口
⑶
用配置的电源线从TC模块的VIN口连接到转换器的“+ -”口上
⑷
用四芯电源通信线从收敛模块的COM1或COM2口连接到转换器的“B A + -”口

连接电流互感器前，先将TC测试线连接到TC模块的J1口，再将TC测试线另外一
端连接到电流互感器上。条件允许时，电流互感器应串在蓄电池与蓄电池间的连接条上，电流互感器上标示的方向应与蓄电池充电电流方向一致。

TC测试线上带有一个温度探头，温度探头最好在蓄电池上方固定，确保更准确的
测量环境温度。收敛模块需由外部供电，电源输入允许范围为85V～264VAC，出厂时已标配了电源线。

10.3 施工周期
一般情况，按两人一组来进行施工的话，一天可以安装五百节电池左右。

11 售后服务
11.1 安装调试服务
如由科技负责安装，我们会派专业的工程人员负责从进场到验收的整个过程的
工作。
如由第三方安装，需要时可以派专业的工程师到现场负责安装调试指导。安装调试
完成后，会专门对使用人员进行培训。
11.2 产品保修
科技对产品自投运之日起提供1年的保修服务。如产品在正常使用和维护条件
下，在保修期内，因材料、工艺或制造问题导致性能故障，我们将提供免费的修理或更换等保修服务。
如产品存在下列情况，保修服务将不适用：
· 未经许可，擅自对设备进行更改或拆开；
· 未按操作手册操作，造成设备故障；
· 未经事先通知，更改电源系统；
· 未在规定的环境条件中使用，造成设备故障；
· 其他非因产品本身质量问题导致的故障或损坏。
过了保修期后，如产品出现故障，我们将提供有偿的修理或更换等服务，维修费
包括维修用零件成本及维护人员费用。

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