智能UPS电池检测仪：多参数监测实现故障提前预警

创作时间:

2025-01-22 00:31:37

作者:

@小白创作中心

智能UPS电池检测仪：多参数监测实现故障提前预警

UPS电池健康检测仪是一款专为实时监测UPS运行状态而设计的智能系统。通过采集和分析UPS运行数据，该系统能够对潜在故障进行预警，并在故障发生时及时报警。本文将详细介绍该检测仪的系统结构、功能模块以及各个模块的技术参数。

产品概述

蓄电池在使用后期，由于失水、正极板栅腐蚀、负极硫酸盐化等老化现象，分别会造成负极端氧复合反应加速、板栅发热加重、浮充电流增加。同时，电池内部散热效率有限，老化到后期会出现内部放热和散热的平衡被打破，导致电池温度持续上升的情况发生。

由于浮充电流会随着电池温度升高而增大，同步的，电池升温过程会伴随着电池浮充电流的上升。浮充电流的增大同时也会加剧温度上升，形成恶性循环，直至发生热失控。

本模块为实时检查探测站机房内UPS运行状态，采集UPS运行的各项数据，并对数据进行智能分析，对可能出现运行故障的情况进行预警，并在出现故障时《5T探测站运维管理系统》主页面上进行声光报警，用户通过该系统中的站点页面的UPS-HMS页面查看改该站点UPS的运行详细信息。

系统结构

本模块是基于《5T探测站运维管理系统》中的子模块，依赖于其运行。本模式使用电池仪通过网络连接《5T探测站运维管理系统》中安装在探测站内的站机设备，站机实时采集数据回传至服务器，服务器对数据进行分析检查，保存并显示，结构图如下：

系统功能

采用模块化分体式蓄电池在线监测设备，包括：蓄电池监控主机、电池单体监测模块、电池组电压监测模块、组电流监测模块、浮充电流霍尔监测模块、环境温度传感器。实现功能包括：

组电压监测
充放电电流监测
浮充电流监测
单体电压/温度/内阻监测
SOC/SOH计算
环境温度监测
组电压过压、欠压、内阻超阈值、过充过放、过流、热失控等故障监测
采样模块正常工作电流不大于13mA(2V电池)或7mA(12V电池)，每个采样模块间电流差异最大不超过2mA

电池仪接线图：

本模块包含3类产品：霍尔组收敛模块、直流电压变送器、单体电池采集模块。直流电压变送器和单体电池采集模块通过私有串口有线通讯方式将数据传至霍尔组收敛模块，霍尔组收敛模块通过RS485方式通讯，将直流电压变送器、单体电池采集模块以及自身的数据上传至采集器，实现蓄电池单体电压、温度、内阻以及蓄电池组电流和电压的在线监测。

技术参数

5.1 蓄电池监控主机

以蓄电池监控主机为主体，接入各种电池检测模块，实现蓄电池组运行数据的采集、存储、展示、计算、北向数据上传。
单台蓄电池监控主机可同时监测4组蓄电池组，可监测最大256节蓄电池。
以组电压、充放电电流、浮充电流、单体电压/温度/内阻、蓄电池SoC/SoH、环境温度为主要监测参数。
蓄电池监控主机自带Web功能，具有蓄电池运行参数可视化监测(实时/历史数据）、告警(实时/历史数据）、日志、配置等功能。
蓄电池监控主机可实现单体电池、电池组的电压过压、欠压、内阻超限、温度超限、过充过放、热失控等多种电池故障或隐患预警。
蓄电池监控主机可实现热失控告警功能，把握最佳风险处理时间，最大限度避免由此导致的不可逆损害。
蓄电池监控主机提供RS485与以太网两种北向通讯接口，同时支持ModbusRTU、ModbusTCP、SNMP协议往多个上位机进行数据传输。
蓄电池监控主机具备温度补偿功能：可通过协议方式与HVDC系统、UPS系统、巴拿马系统进行交互，将电池环温数据按照Modbus协议写命令实现。
蓄电池监控主机具备USB接口，可支持USB显示屏进行本地人机交互显示，至少能呈现本地实时监测数据（单体电压、单体内阻、单体温度、IP设置等）。
蓄电池监控主机具备HDMI接口，可接入HDMI触摸屏，实现人机交互，本地监控功能。
蓄电池监控主机具备组态监测界面,并能以数据表格、柱状图、曲线的方式显示本地数据、告警、历史数据等。可通过HDMI屏、远程电脑通过浏览器登录蓄电池监控主机后实现。
蓄电池监控主机应支持自动编址，主机和单体模块、组压组流模块联线完成后可快速自动编址。无需借助其它软件程序/工具完成逐一编码。
每个模块采用环形总线方式（1组电池通过2根通讯线连接蓄电池监控主机具备），避免单点故障造成通讯失效。
采样周期：电池放电时，每组电池数据收集、展示、保存的周期最少10秒保存一次（保存时间可自定义）；非放电情况下，采集和存储周期具体可自定义。
蓄电池监控主机支持交直流双电源供电入，可使用两路交流或两路直流或一路交流一路直流。
蓄电池监控主机必须具备抗干扰滤波电路，有效滤除UPS放电时的纹波干扰，提供文字描述及配图进行详细解释说明。
休眠功能：当蓄电池监控主机发现长时间（5~14400分钟，可灵活配置）要求具备自动/手动休眠功能，在无通讯时自动进入休眠模式，通讯时立即自动唤醒，以降低功耗，以免在此期间持续消耗蓄电池电量。
热失控监测：系统可实现热失控提前预警功能,把握最佳风险处理时间,最大限度避免由热失控导致的不可逆损害
蓄电池电压均衡功能：蓄电池监测方案提供电池电压均衡功能，让蓄电池组在浮充时保持电压均衡，使每节电池保持最佳活性状态，提高电池组后备时间及运行寿命。均衡过程时间、均横次数、均衡间隔时间等均可自定义。
电池容量精准计算：电池容量通过恒功率放电法计算,可精准得出实际容量
蓄电池监控主机本地存储功能：至少可存储1个月的历史告警、日志（开关机、系统异常、内阻测试日志、放电日志、登录日志、配置修改日志）和放电测试数据曲线、内阻测试数据曲线、电池组的总电压电流变化曲线、所有电池的单体电压充放电曲线、电池温度变化曲线。可判断电池放电状态并自动修改采集颗粒度，电池放电记录可通过WEB查询及导出。
蓄电池监控主机具备分级权限管理功能：可设置多种类型操作用户，并各自分配不同权限。比如普通用户只能查看监控数据；而管理员可以查看和修改系统参数。
蓄电池监控主机具备白名单访问权限配置功能。
自发现功能：蓄电池监控主机支持DHCP协议，在接入局域网后，可自动被上位机（如阿里白盒采集器、智维平台）发现，要求蓄电池监控主机需包含以下信息：
厂商ID、设备ID、设备子类型ID、设备型号ID、编号ID（五个类型可唯一标识一个设备）；需要设备标识的5个字段存为二维码。
Modbus的采集性能要求：上位机通过Modbus协议采集蓄电池监控主机的数据时，要求低于8条命令即可完成所有关键信息（如组信息、单体电压、内阻、温度、soc、soh、状态等）的数据采集。
蓄电池监控主机通讯状态刷新时间要求：单节数据（包含单体电压、内阻、温度、组压、组流等）刷新速度可达到80ms以下，在120节（HVDC，巴拿马）时全部刷新一次时间约为5s。
全端口过流、过压、防反接和错接保护，避免因接错导致设备损坏，恢复正常接线后，设备可正常运行。
稳定性要求：软硬件双看门狗设置，保证系统稳定，不死机。