夏明 溫國強 張偉

摘 要：鉛酸蓄電池由于其優(yōu)良性能得到廣泛的應(yīng)用。通過研究影響鉛酸蓄電池使用壽命的各種因素，設(shè)計一套鉛酸蓄電池在線監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效監(jiān)測蓄電池使用狀態(tài)并制定科學(xué)合理的維護(hù)保養(yǎng)策略。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池 使用壽命 監(jiān)測 維護(hù)

中圖分類號：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-132-02

鉛酸蓄電池自發(fā)明以來由于其可以大電流放電、有較高的可逆性、電動勢較高、原材料來源豐富、制造工藝簡便、性價比高等特點，廣泛用作啟動型鉛酸蓄電池、固定型鉛酸蓄電池、牽引型鉛酸蓄電池等。但在使用和存放過程中由于多種原因致使蓄電池使用壽命縮短甚至失效。本文針對蓄電池叉車中的牽引型鉛酸蓄電池開發(fā)了一套在線監(jiān)測和維護(hù)系統(tǒng)，可有效監(jiān)控蓄電池使用狀況，并提供智能維護(hù)保養(yǎng)策略，對于延長電池使用壽命，節(jié)約資源和降低生產(chǎn)成本都大有裨益。

1 影響鉛酸蓄電池使用壽命的因素

1.1 充電過程

不當(dāng)充電是影響電池使用壽命的重要因素。目前常用的蓄電池充電方式主要有恒流型和恒壓型，其充電電流或電壓和充電時間可根據(jù)蓄電池類型、使用環(huán)境等因素預(yù)先設(shè)定，但在充電過程中由于對蓄電池的狀態(tài)缺乏實時監(jiān)控，因此不能對充電方案進(jìn)行及時調(diào)整，往往無法達(dá)到最優(yōu)充電效果而影響蓄電池使用壽命。

1.2 電解液密度

目前，很多裝運機械中的鉛酸蓄電池長期使用同一種密度的電解液，這不利于延長蓄電池使用壽命。不同的環(huán)境溫度下電解液的密度有不同的要求，冬季時，電解液密度過低既不能保證有效的電容量，又可能凍裂外殼；夏季時，電解液密度過高會加快極板的腐蝕，縮短使用壽命。

1.3 電解液液面高度

蓄電池中的電解液維持一定的水平非常重要。因為電解液不僅用來導(dǎo)電，而且能將產(chǎn)生的熱量從極板轉(zhuǎn)移出去。電解液液面應(yīng)高于隔板頂部10～20mm，過低會使極板裸露而不再具有電化學(xué)活性，無法正常使用，從而降低電池壽命。

1.4 電池平衡性

裝運機械中大多使用單體電池串聯(lián)而成的電池組，在長期使用過程中可能由于各種因素導(dǎo)致電池組中各個單體電池之間產(chǎn)生不平衡性，電池組中性能較差的單體電池相對而言具有更高的過充電，更多的水損耗，甚至嚴(yán)重時在使用中會形成反電池效應(yīng)，限制了整組電池的充放電，影響了電池組的使用性能和使用壽命。

1.5 電池長期存放

目前，國內(nèi)以牽引型鉛酸蓄電池作為能源的裝運機械所占比例在不斷上升。這類機械設(shè)備作業(yè)任務(wù)具有階段性特點，當(dāng)一次作業(yè)任務(wù)完成后，機械設(shè)備可能會長時間放置，在此期間如果對蓄電池組沒有進(jìn)行規(guī)范及時的充放電等維護(hù)操作，會使負(fù)極板放電產(chǎn)物硫酸鉛微小顆粒變硬、晶體化，逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛晶體，造成蓄電池失效。

綜合以上因素，蓄電池的維護(hù)保養(yǎng)是一項繁瑣且專業(yè)性較強的工作。蓄電池的不當(dāng)維護(hù)操作，極易導(dǎo)致蓄電池的過早損壞，若出現(xiàn)蓄電池過早硫化等嚴(yán)重故障甚至?xí)?dǎo)致其報廢。因此需要研發(fā)一套智能鉛酸蓄電池維護(hù)保養(yǎng)管理系統(tǒng)，使用計算機進(jìn)行集中管理，分布式控制，由計算機實時監(jiān)控蓄電池組的各種信息狀態(tài)并且提供智能維護(hù)保養(yǎng)策略。

2 蓄電池監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

蓄電池監(jiān)測與維護(hù)系統(tǒng)硬件主要由監(jiān)控終端、監(jiān)控中心和遠(yuǎn)程控制機組成，如圖1所示。監(jiān)控終端使用CAN總線將各個節(jié)點連接起來，CAN總線的每個末端節(jié)點為一塊數(shù)據(jù)采集控制模塊，負(fù)責(zé)采集電池組的各種信息參數(shù)，送給監(jiān)控終端上位機以供顯示、存儲和控制決策，同時，接受來自上位機的決策命令，控制充電機和放電機對電池組進(jìn)行智能化充放電。而監(jiān)控終端上位機則接入內(nèi)部局域網(wǎng)與監(jiān)控中心相連，實時監(jiān)控得到的電池信息數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并保存。管理人員可以通過遠(yuǎn)程控制機訪問監(jiān)控中心管理系統(tǒng)查看電池信息數(shù)據(jù)并實現(xiàn)對監(jiān)控終端的操作，進(jìn)而實現(xiàn)對電池充放電機的遠(yuǎn)程控制。

（1）數(shù)據(jù)采集控制模塊。

數(shù)據(jù)采集控制模塊使用MCU為核心單元，通過MCU自身的多路AD采集獲取電池組信息。由于電池組單體電池較多，故使用總線模擬開關(guān)切換各路信息分別進(jìn)行采集，以擴(kuò)展采集信息接口。CAN通訊接口模塊負(fù)責(zé)與監(jiān)控終端機通信，上傳電池組的端電壓、電流、電池溫度、電池液位等信息，并且接受監(jiān)控終端機的控制命令對充放電機進(jìn)行控制。充電機及放電機的程控接口負(fù)責(zé)MCU與充電機及放電機通訊，控制充放電機對電池組充放電，如圖2所示。

（2）監(jiān)控終端機。

監(jiān)控終端機負(fù)責(zé)所有電池組的充放電控制以及信息顯示，監(jiān)控終端機上的監(jiān)控軟件可以實時顯示電池的各種信息，并且對于問題電池給出報警定位。監(jiān)控終端機監(jiān)控軟件可以編輯設(shè)置電池組的充放電策略以及報警參數(shù)等，同時還可將收到的電池信息參數(shù)實時存入本地數(shù)據(jù)庫同時上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫。

（3）監(jiān)控中心機。

監(jiān)控中心機主要運行智能鉛酸蓄電池監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)電池監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲和管理，同時提供遠(yuǎn)程控制機和監(jiān)控終端機的通信平臺使管理人員可以通過局域網(wǎng)查看實時監(jiān)測數(shù)據(jù)并調(diào)整充放電策略，監(jiān)控中心是整個系統(tǒng)的核心管理平臺。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件主要包擴(kuò)監(jiān)控終端模塊的監(jiān)控軟件、監(jiān)控中心機運行的智能鉛酸蓄電池監(jiān)控管理軟件和數(shù)據(jù)庫軟件。其中核心控制軟件智能監(jiān)控管理系統(tǒng)是基于ASP.NET技術(shù)開發(fā)的B/S模式Web應(yīng)用程序，客戶端采用瀏覽器方式訪問，所有的應(yīng)用程序都建立在服務(wù)器端，因此極易維護(hù)。同時利用ASP.NET Ajax控件工具包為整個系統(tǒng)設(shè)計了完善的監(jiān)測和控制界面并提供了強大的安全認(rèn)證策略和控制授權(quán)機制。

3 結(jié)束語

在我國鉛酸蓄電池使用量逐年增長的同時由于維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)造成了蓄電池使用效率的過早下降甚至廢棄，帶來了電力、能源、資源的浪費和嚴(yán)重的環(huán)境污染。經(jīng)實驗證明鉛酸蓄電池監(jiān)測和維護(hù)系統(tǒng)能夠有效地監(jiān)控蓄電池的各種使用參數(shù)并提供科學(xué)合理的維護(hù)保養(yǎng)策略，從而延長電池的使用壽命，相信它的完善和推廣將帶來良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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