UPS蓄电池在线监测系统的设计

可靠的监测其健康状态的任务。

UPS电池的CAN通信接口电路如图5所示。STM32F103ZET6内部集成了CAN控制器，只需接入CAN驱动器L9616，由于各个电池节点的供电电压不会完全相同，为了保证CAN总线的正常工作，对总线的各个节点进行电气隔离，本文选用ADI公司推出的双通道数字磁耦隔离器ADUM1201，其芯片内部提供正向和反向通信通道，不仅外围电路设计方便，而且具有较高的数据传输速率，时序精度和瞬态共模抑制能力，能够提高系统的稳定性。

3 数据处理软件设计

由图1可知，上位机需要对采集到的电压、电流数据进行存储并显示，同时对蓄电池的模型参数进行识别，求出蓄电池的核电状态SOC，以便使用户更好的掌握蓄电池的健康状态。

3.1 模型参数识别

本文选取二阶RC模型为电池模型，如图6所示，其中Uoc为开路电压，Ro为电池内阻，R1和R2为极化电阻，C1和C2为极化电容，I为流经内阻的电流，U是电池端电压。

该模型在频域下的状态方程为：

将电流I视为系统输入，电压U视为系统输出，故需要辨识的参数有Uoc、Ro、R1、R2、C1和C2。通过z变换，可将式(2)整理成差分方程的形式：

式中T为采样时间。

可见，采用最小二乘法可以辨识出模型的全部参数。

3.2 荷电状态(SOC)估计

蓄电池的开路电压与SOC之间的关系如图7所示，可知，荷电状态在10%～90%范围内与开路电压之间存在一定的线性关系，文献指出蓄电池的开路电压与SOC之间存在如下关系：

式中Voc为开路电压，Va为蓄电池充满电时的开路电压，Vb为蓄电池充分放电时的开路电压。

因此通过测量开路电压就可直接得到SOC，由于蓄电池的开路电压可以通过最小二乘法估计出来，通过式(8)可得到蓄电池的荷电状态。

4 实验结果与分析

为了说明本系统的可行性，搭建了一套基于ARM的蓄电池在线监测系统，并对12 V、45 Ah蓄电池充电过程进行试验。硬件检测电路如图8所示，上位机检测界面如图9所示。系统运行过程中，界面显示每一个电池的健康状态、工作状态及SOC，点击某一电池即可显示其详细状态，此时蓄电池的监测状态与实际状态如表1所示。

由表1可知，本文设计出的系统可以准确的估计出蓄电池健康状态。

5 结论

文中设计了一种基于ARM的蓄电池在线监测系统，该系统可在线隔离监测蓄电池的电压和电流，同时将这些量通过CAN总线传输到上位机电脑显示并存储，利用最小二乘法识别出蓄电池模型的参数，并估计出蓄电池的荷电状态。该系统能够直观的显示蓄电池当前的各个状态，并形象的显示状态的变化趋势，以便使用户准确判断电池的健康状态，从而延长电池的寿命，提高UPS系统的稳定性能。