1.引言

    近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，我國(guó)的電力建設(shè)和用電水平在不斷上升，進(jìn)入電池行業(yè)的企業(yè)越來越多，競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。生產(chǎn)小型、長(zhǎng)效、高能、安全、無污染的電池必然成為今后電池行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。因此對(duì)電池性能的檢測(cè)對(duì)于各大中小型的電池廠家來說是致關(guān)重要的。

    放電檢測(cè)智能管理系統(tǒng)是針對(duì)各類放電檢測(cè)柜而設(shè)計(jì)的一套智能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)放電控制和放電數(shù)據(jù)的采集，其實(shí)作為一套管理軟件它還兼顧對(duì)放電數(shù)據(jù)的后期處理這一重要任務(wù)。但是以往的該類論文并沒有對(duì)放電數(shù)據(jù)的后期處理做詳細(xì)的分析，本文將重點(diǎn)圍繞放電數(shù)據(jù)的后期處理對(duì)放電智能管理系統(tǒng)做進(jìn)一步的剖析。

2.設(shè)計(jì)思想

2.1系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)

    恒阻放電檢測(cè)柜的主要職能是對(duì)各類電池進(jìn)行各種方式的放電檢測(cè)，并存儲(chǔ)放電數(shù)據(jù)。一臺(tái)放電檢測(cè)柜通常有多個(gè)屏，每屏可以放5排電池，而每排的電池個(gè)數(shù)通常是9粒。作為一套與其相配套的管理軟件，本系統(tǒng)的首要職責(zé)應(yīng)當(dāng)是控制放電檢測(cè)柜的放電檢測(cè)工作，并且將存儲(chǔ)在放電檢測(cè)柜中的放電數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫用于進(jìn)行后期數(shù)據(jù)分析。該系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2系統(tǒng)功能劃分

    以往的該類系統(tǒng)在數(shù)據(jù)分析之中存在著諸多不足，尤其是系統(tǒng)不能直接對(duì)電池性能的好壞做出判斷，而必須人為地判斷電池性能的好壞。如何最大限度地發(fā)揮所收集數(shù)據(jù)的作用，是本文將要討論的重點(diǎn)。

    我們將系統(tǒng)的功能劃分為三類：控制、采集、分析。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2.1放電控制

    放電控制部分的主要職責(zé)是發(fā)送命令和參數(shù)到放電柜用以控制其放電。放電控制命令規(guī)定了放電柜的各種工作狀態(tài)，而放電參數(shù)是由放電控制命令來承載的。圖2中，將放電控制類功能主要分為四種：系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、通道設(shè)置、單排放電參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)傳送設(shè)置。

    系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：負(fù)責(zé)添加或刪除電池的類型、放電方式等參數(shù)。

    通道設(shè)置：為不同類型電壓的電池選擇不同的通道。

    數(shù)據(jù)傳送設(shè)置：設(shè)置放電柜發(fā)送放電數(shù)據(jù)的方式。

    單排放電參數(shù)設(shè)置：設(shè)置某排電池的放電方式、電池類型、放電時(shí)間等參數(shù)的當(dāng)前數(shù)值，并控制這些數(shù)值的發(fā)送和撤除。

2.2.2數(shù)據(jù)采集

   
    數(shù)據(jù)采集部分的主要職責(zé)是發(fā)送命令將放電柜中的數(shù)據(jù)采集出來并部分存放到數(shù)據(jù)庫中。通常從放電柜中采集到的的放電數(shù)據(jù)有四類，所對(duì)應(yīng)的功能如圖2所示，分別為：實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)管理、每日電壓數(shù)據(jù)管理、電壓時(shí)間數(shù)據(jù)管理、間隔電壓數(shù)據(jù)管理。
   
    實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)管理：實(shí)時(shí)顯示各排電池的電壓值，及當(dāng)前各排電池的放電狀態(tài)，實(shí)時(shí)電壓不存放入庫，余下三種放電數(shù)據(jù)均須存放入庫。

    每日電壓數(shù)據(jù)管理：采集各排電池在放電過程中每日的開壓、始?jí)汉湍骸?BR>
    電壓時(shí)間數(shù)據(jù)管理：采集各排電池在特定電壓時(shí)的時(shí)間值。

    間隔電壓數(shù)據(jù)管理：以設(shè)定好的時(shí)間間隔采集各排電池的時(shí)間電壓值。

2.2.3后期分析

  
    后期分析部分的主要職責(zé)是對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。其實(shí)從放電柜中采集入庫的數(shù)據(jù)無非是時(shí)間值和電壓值兩種，之所以將其分為三類，也是為了方便進(jìn)行后期分析。從后期分析的表現(xiàn)形式上來說，有平均結(jié)果和曲線繪制兩種。為了將數(shù)據(jù)庫中的電子數(shù)據(jù)輸出成紙質(zhì)數(shù)據(jù)以便保存，特別添加報(bào)表打印功能。如圖2所示，后期處理類的功能分為：平均結(jié)果分析、曲線分析和報(bào)表分析。

    平均結(jié)果分析：衡量一排電池性能的好壞，首先要檢查它們是否具有良好的一致性，所以通過計(jì)算差值和均勻度的方式，構(gòu)造一個(gè)平均結(jié)果分析表來檢查各排電池的一致性問題。

    曲線分析：圖表法是公認(rèn)的既直觀又簡(jiǎn)便的分析方法。將其運(yùn)用到電池性能檢測(cè)中，同樣能收到很好的效果。可以通過單粒電池與電池之間的曲線吻合度來判斷單粒電池的性能，也可以通過整排電池與電池之間的平均結(jié)果曲線吻合度來判斷整排電池的整體性能。

報(bào)表分析：可以選擇任意格式打印或預(yù)覽平均結(jié)果分析表和曲線分析圖。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及其關(guān)鍵技術(shù)

3.1圖形化實(shí)時(shí)放電狀態(tài)

    在放電過程中，電池放電狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示是為了方便操作人員直觀地掌握放電過程的全局狀況。因此放電狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示的好壞會(huì)直接影響操作人員對(duì)全局的把握和控制。放電狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示需要考慮諸多數(shù)值和狀態(tài)的顯示，可將其劃分為以下三類：第一，電池實(shí)時(shí)電壓值。第二，電池實(shí)時(shí)參數(shù)值。第三，電池實(shí)時(shí)放電狀態(tài)。電池實(shí)時(shí)電壓值和電池實(shí)時(shí)放電狀態(tài)是操作人員最希望了解的實(shí)時(shí)放電信息。眾所周知，數(shù)值通常用表格來表示，狀態(tài)值通常用不同的顏色來表示。一個(gè)是數(shù)值，一個(gè)是狀態(tài)值，如何將二者很好的統(tǒng)一起來，是實(shí)時(shí)顯示首先要解決的問題。一臺(tái)放電柜中的電池少則幾十粒，多則幾百粒，如果單單是用表格的形式來表示實(shí)時(shí)放電信息，恐怕會(huì)帶來很多不便。并且，一臺(tái)放電柜上加載的電池類型也是多種多樣的，如何在實(shí)時(shí)信息的顯示中區(qū)別不同的電池類型，也是一個(gè)非常重要的問題。因此，有必要引入圖形化方式，使得放電信息的顯示既美觀，又直觀。下面將對(duì)這三類數(shù)值和狀態(tài)的顯示分別進(jìn)作近一步的說明。

3.1.1電池實(shí)時(shí)電壓值

    采用圖形與數(shù)值相結(jié)合的方式顯示電池實(shí)時(shí)電壓值是極佳的顯示方式。一粒電池若置于放電柜的某一空位上，則放電檢測(cè)管理系統(tǒng)中也將實(shí)時(shí)地以電池的形狀顯示出該位置上有電池存在。電池的實(shí)時(shí)電壓將以兩種形式表現(xiàn)出來。其具體數(shù)值會(huì)顯示在該粒電池所對(duì)應(yīng)的圖形內(nèi)，并用水位線的高低表示電池的滿溢程度。

3.1.2電池實(shí)時(shí)參數(shù)值

    電池實(shí)時(shí)參數(shù)包括電池類型等許多參數(shù)，但是在實(shí)時(shí)顯示中最為重要有電池類型和終止電壓值。不同類型的電池使用不同的通道，如果使用了錯(cuò)誤的通道，電池的狀態(tài)就不能正常顯示。不同類型的電池，形狀也不盡相同，可以用不同大小的電池形狀表示不同類型的電池。同時(shí)，為了保證放電過程的正常進(jìn)行，另一個(gè)非常重要的參數(shù)就是終止電壓，只有剛好到達(dá)終止電壓時(shí)結(jié)束的放電過程是正常的。

3.1.3電壓實(shí)時(shí)放電狀態(tài)

    一排電池在經(jīng)歷整個(gè)放電過程時(shí)，要進(jìn)入一系列狀態(tài)：參數(shù)未加載、參數(shù)已加載、正在放電、放電結(jié)束。將不同的狀態(tài)用不同的顏色表示，是一種非常簡(jiǎn)便、直觀的表示形式。放電狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示的局部范例見圖3，其中電池內(nèi)的黑色字體表示小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)值，紅色字體表示小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)值，這樣可以讓有限的空間發(fā)揮最大的作用。

3.2放電曲線平滑算法

    放電曲線通常分為三類：電壓時(shí)間曲線、間隔電壓曲線和平均結(jié)果曲線。電壓時(shí)間曲線和間隔曲線均針對(duì)的事故一粒電池，平均結(jié)果曲線是針對(duì)一排電池的電壓時(shí)間曲線。用以繪制放電曲線的數(shù)據(jù)越多越好，電壓時(shí)間曲線的數(shù)據(jù)源是放電過程中的開壓、始?jí)骸⒛汉?/SPAN>11級(jí)特殊電壓值及其所對(duì)應(yīng)的時(shí)間值。不難看出，用來繪制電壓時(shí)間曲線的數(shù)據(jù)是非常有限的。以最常用的24h/d的放電方式為例，一天所收集的電壓時(shí)間數(shù)據(jù)最多不超過13對(duì)（末壓必定包括在11級(jí)電壓中）。也就是說，即使全天24小時(shí)放電，一排電池一天最多只能采集13個(gè)時(shí)間點(diǎn)記錄其的電壓時(shí)間數(shù)據(jù)。

前面已經(jīng)提到，放電曲線依據(jù)曲線之間的吻合度來進(jìn)行后期分析。根據(jù)電壓時(shí)間值獲取的真實(shí)的放電曲線應(yīng)當(dāng)是鋸齒型的，若要進(jìn)行分析無法達(dá)到理想的效果。因此，有必要對(duì)放電曲線進(jìn)行平滑。而想要獲得平滑的放電曲線則必須要采取一定的措施進(jìn)行插值，這里使用貝塞爾插值公式來進(jìn)行插值，以獲得期待的平滑曲線。

將貝塞爾公式以中央插分格式寫成插值公式，只保留到第二階插分，有公式（1）：

Y ≈ (y₀+y₁) + (t- )δy +  ()   (1)

其中t=,h是點(diǎn)間距。

 
    參考圖4，y_-1，y_0，y_1，y₂分別是點(diǎn)I_-1，I_0，I_1，I₂處的值，x_-1，x_0，x₁和x₂分別是上述四點(diǎn)的橫坐標(biāo)。在這里，就是如何在已知I_-1，I_0，I_1，I₂四點(diǎn)坐標(biāo)的情況下，確定I₀和I₁之間，橫坐標(biāo)為x的點(diǎn)的y值。δy，δ²y₀，δ²y₁分別表示y在x處的一階差分，y在x₀處的二階差分和y在x₁處的二階差分，將她們站成真正的差分形式，如公式（2）所示：

Y = (y₀+y₁) + (t- )(y_1-y₀)+ ( y₂-y₁-y₀+y_-1)   (2)

    依照這個(gè)公式，可以很方便地實(shí)現(xiàn)一維方向上的數(shù)值預(yù)測(cè)。但是在放電過程中，我們需要計(jì)算的是二維方向上的數(shù)值預(yù)測(cè)。可以先在一個(gè)方向上使用公式（2），然后再在另一個(gè)方向上計(jì)算插值。這種方法的實(shí)質(zhì)是使用一維的插值公式解決二維的插值問題。這樣，通過使用固定的間隔，就可以確定各個(gè)插值點(diǎn)的位置，最終繪制出一條理想的平滑曲線。

4.結(jié)束語

    本文所述的智能放電檢測(cè)管理系統(tǒng)涵蓋了電池放電管理的各項(xiàng)日常工作，可以順利完成放電控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的后期處理，界面美觀、操作簡(jiǎn)便，大大提高了電池放電檢測(cè)的工作效率。目前該類軟件還僅限于單機(jī)版，下一步的工作是將其改造為網(wǎng)絡(luò)版，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)性能。

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