蓄电池组无线监测系统的数据分析和智能化故障检测研究

【摘要】阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池作为UPS后备电源系统的储能设备被广泛应用于通信、电力、交通等领域,并发挥着举足轻重的作用。它的安全、可靠直接关系到整套设备的可靠运行,如果使用不当或者不能及时维护,经常会导致蓄电池组中个别电池的早期失效。因此,实时监测蓄电池的工作状态并及时进行故障报警具有十分重要的研究意义。本论文采用的蓄电池组无线监测系统,基于物联网技术实现了对各蓄电池的端电压、电池壳温度、组电压、工作电流、环境温度等主要参数的实时在线监测,并采用无线通信代替有线传输,实现了网络化监测和报警管理。本论文主要的工作是提高各检测量的精度,提出了基于当前数据和历史数据诊断电池各类故障的方法。完成的主要工作如下：(1)设计了一种跨网络中继器来实现多级ZigBee网络,用于解决金属密闭环境下的设备监控问题,使其能在金属密闭环境下实现ZigBee组网和信号传输。本系统的监测对象VRLA蓄电池存放在UPS电池柜中,UPS电池柜通常为金属材料,该设计解决了此环境下的蓄电池组监测问题。(2)提高了系统中各参量的测量精度。本文通过软件校准使本系统的端电压测量精度达到±10mV,引入消除零漂的方法使工作电流测量精度达到±50mA,通过模具设计使终端节点能测到电池壳温度同时不受PCB板发热的影响。(3)提出了蓄电池组的数据分析与故障检测方法,将蓄电池组的故障分为四类：连接故障、充放电故障、蓄电池组不一致、蓄电池老化。通过实时数据来判断系统的连接故障和充放电故障,建立历史数据档案,并通过充放电过程和历史数据档案估计蓄电池组的不一致性和健康状况。提出用于判断蓄电池组性能的三个基本参数：完全放电时间、陡降电压、放电电压均值的波动值,并通过实验验证从电池放电曲线中提取这三个参数进行故障判断的可行性。本文提出的故障检测方案不需要测量蓄电池内阻,大大节约了系统成本。
【作者】黄先莉；
【导师】刘守印；
【作者基本信息】华中师范大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】物联网；ZigBee；蓄电池监测；测量精度；故障检测；

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