CN102721931A

CN102721931A - 蓄电池在线远程监测管理系统

Info

Publication number: CN102721931A
Application number: CN2012102141749A
Authority: CN
Inventors: 陈逸
Original assignee: 陈逸
Current assignee: SUNZHOU CHENGKAI COMMERCE AND TRADE CO., LTD.
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN102721931B

Abstract

本发明涉及一种蓄电池在线远程监测管理系统，其包括数据采集部分、数据融合传输部分、数据处理部分；数据采集部分包括电压采集单元、电流采集单元；电压采集单元包括电压测量装置、与电压测量装置相连接的电压转换模块；电流采集单元包括电流测量装置、与电流测量装置相连接的电流转换模块；数据融合传输部分包括预处理模块、第一通信模块；预处理模块与电压转换模块和电流转换模块相连接，第一通信模块与预处理模块相连接；数据处理部分包括第二通信模块、运行有数据分析软件的数据分析装置。本发明采用了数据采集部分实时采集蓄电池的电压和电流数据并传输给数据处理部分，可以实现对蓄电池的实时监测，方便对蓄电池进行维护。

Description

蓄电池在线远程监测管理系统

技术领域

本发明涉及一种在线监测可移动的蓄电池的工作状态的蓄电池在线远程监测管理系统。

背景技术

现有的许多设备，例如叉车，均通过蓄电池供电来工作，而这些设备在工作时，其位置往往会发生移动，因此，对移动中的蓄电池状态进行检测往往较为困难。现有的监测方法通常是在设备停止工作后将再对蓄电池进行相关各项检测。这样无法实时对蓄电池进行管理，若蓄电池在工作状态中发生异常。如大电流放电，而在工作结束后才对其进行检测，往往已错过蓄电池维护的最佳时机，甚至在组成蓄电池的某些电池单体报废后才检测出异常状况，因而无法精确推算出蓄电池的健康状况，影响对蓄电池的维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时对蓄电池进行监测的蓄电池在线远程监测管理系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种蓄电池在线远程监测管理系统，用于在线监测由若干个电池单体串联构成的蓄电池的状态，所述的蓄电池在线远程监测管理系统包括数据采集部分、数据融合传输部分、数据处理部分；所述的蓄电池包括n（n为正整数）个电池小组，每个所述的电池小组包括多个相串联的所述的电池单体；

所述的数据采集部分包括电压采集单元、电流采集单元；所述的电压采集单元包括测量所述的电池单体或所述的电池小组的电压U_矩阵的电压测量装置、与所述的电压测量装置相连接并将测得的电压转换为电压数据的电压转换模块；所述的电流采集单元包括测量所述的蓄电池的电流的电流测量装置、与所述的电流测量装置相连接并将测得的电流转换处理为电流数据的电流转换模块；

所述的数据融合传输部分包括将所述的电压数据和所述的电流数据预处理为电压预处理数据和电流预处理数据的预处理模块、传输所述的电压预处理数据和所述的电流预处理数据的第一通信模块；所述的预处理模块的输入端与所述的电压转换模块和所述的电流转换模块相连接，所述的第一通信模块的输入端与所述的预处理模块的输出端相连接；

所述的数据处理部分包括与所述的第一通信模块相信号连接的第二通信模块、与所述的第二通信模块相连接并运行有数据分析软件来分析所述的电压预处理数据和所述的电流预处理数据的数据分析装置；

所述的数据分析装置具有计算所述的蓄电池的剩余容量百分比、计算所述的蓄电池的生命周期百分比、确定落后的电池单体所在的电池小组、计算所述的蓄电池的内阻的功能，所述的数据分析装置根据所述的蓄电池的剩余容量百分比、所述的蓄电池的生命周期百分比、所述的蓄电池的内阻分析所述的蓄电池的状态；

所述的数据分析装置计算所述的蓄电池的剩余容量百分比时包括如下步骤：

（1）设定所述的蓄电池出厂的标称容量为C₀；

（2）规定所述的蓄电池的实际容量C_a为所述的蓄电池由充满电并放电至其报警点时所放电的容量，

其中I为所述的蓄电池的放电电流，t为所述的蓄电池由充满电并放电至其报警点的放电时间；

（3）所述的蓄电池在某次放电时已经用掉的容量

其中I_放为所述的蓄电池的放电电流，t为放电时间，根据所述的已经用掉的容量C_u（t）和放电电流I_放计算出所述的蓄电池放电的平均电流I_平，再根据皮凯特公式计算出以该I_平恒流放电时5小时的放电容量C_u5，则所述的蓄电池的剩余容量C_r5=C_a5-C_u5，其中C_a5为所述的蓄电池最近一次测出的实际容量C_a转换为5小时放电率的容量；所述的蓄电池的剩余容量百分比

所述的数据分析装置计算所述的蓄电池的生命周期百分比时包括如下步骤：

所述的蓄电池的生命周期百分比为

其中k为所述的蓄电池的温度补偿系数；

所述的数据分析装置确定落后的电池单体所在的电池小组时包括如下步骤：

定义所述的蓄电池的总电压为U_总，若某一所述的电池小组的电压则该所述的电池小组中存在落后的电池单体；

所述的数据分析装置计算所述的蓄电池的内阻时包括如下步骤：

（1）在所述的蓄电池放电电流曲线上任取一电流值I₀，在所述的蓄电池放电电压曲线上确定蓄电池放电电流为该电流值I₀时刻t₀对应的电压U₂，

（2）再做出以该I₀恒流放电时所述的蓄电池的放电电压曲线并确定t₀时刻的电压U₁，

（3）则所述的蓄电池的内阻R=ΔU/I₀=|U1-U2|/I₀。

优选的，每个所述的电池单体具有两个电极，相邻的两个所述的电池单体由连接条相串联，所述的连接条固定连接在所述的电极上；

所述的电压测量装置包括连接线，每个所述的电池单体或所述的电池小组具有两根所述的连接线；当测量所述的电池单体的电压时，两根所述的连接线分别固定连接于所述的电池单体的两个电极或与其电极相连接的连接条上；当测量所述的电池小组的电压时，两根所述的连接线分别固定连接在所述的电池小组的首尾两个所述的电池单体的电极或与该电极相连接的连接条上。

优选的，相邻两个所述的电池单体或相邻两个所述的电池小组或相邻的电池单体与电池小组的连接处复用同一根所述的连接线。

优选的，所述的电流测量装置为霍尔电流传感器。

优选的，所述的数据采集部分还包括温度采集单元，所述的温度采集单元包括设置于所述的蓄电池的内壁上的温度传感器、与所述的温度传感器相连接并将测得的温度转换为数字量的温度转换模块。

优选的，所述的数据采集部分还包括液位采集单元，所述的液位采集单元包括设置于所述的蓄电池内的液面开关、与所述的液面开关相连接并根据所述的液面开关的信号输出开关量的液位转换模块。

优选的，所述的第一通信模块与所述的第二通信模块之间无线连接。

优选的，所述的第一通信模块与所述的第二通信模块之间通过CDMA网络无线连接。

优选的，所述的数据采集部分、所述的数据融合传输部分整合在所述的蓄电池上。

本发明工作原理是：通过电压采集单元和电流采集单元分别采集电池单体或电池小组的电压及蓄电池的电流，经过数据融合传输部分预处理后发送至数据处理部分，数据处理部分对采集到的数据进行处理，可以及时发现蓄电池的异常状况。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：由于本发明采用了数据采集部分实时采集蓄电池的电压和电流数据并传输给数据处理部分，可以实现对蓄电池的实时监测，并可以根据检测到的参数推断蓄电池的健康状况，避免对蓄电池监测的滞后性，方便对蓄电池进行维护。

附图说明

附图1为本发明的蓄电池在线远程监测管理系统的系统原理图。

附图2为采用本发明的蓄电池在线远程监测管理系统的蓄电池的俯视图。

附图3为蓄电池的放电电流曲线。

附图4为蓄电池的放电电压曲线。

以上附图中：1、蓄电池；11、电池单体；12、连接条；

2、数据采集部分；21、电压转换模块；211、连接线；22、电流转换模块；23、温度转换模块；24、液位转换模块；

3、数据融合传输部分；31、预处理模块；32、第一通信；

4、数据处理部分；41、第二通信模块；42、数据分析装置。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：参见附图1所示。

一种蓄电池在线远程监测管理系统，用于在线监测蓄电池1的状态。参见附图2所示，蓄电池1由若干个电池单体11串联构成，在本实施例中，蓄电池1由24个电池单体11组成，并以矩阵形式排列，这24个电池单体11分为6列，每列有4个电池单体11。每个电池单体11具有两个电极，相邻的两个电池单体11由连接条12相串联，连接条12固定连接在电极上，因此串联的电池单体11呈“S”形构成矩阵排列。蓄电池1包括n个电池小组，每个电池小组包括多个相串联的电池单体11。在本实施例中，以一列电池单体11为一个电池小组。通常每个电池单体11的电压最高值为2.8V，而根据蓄电池1的配置不同，蓄电池1的输出电压通常为36V或48V，而输出电流通常为0-400A的直流输出，其工作温度范围通常为-18℃-45℃。

蓄电池在线远程监测管理系统包括数据采集部分2、数据融合传输部分3、数据处理部分4。数据采集部分2、数据融合传输部分3整合在蓄电池1上并可随蓄电池1移动。

数据采集部分2包括电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元、液位采集单元。

电压采集单元包括测量电池单体11或电池小组的电压U矩阵的电压测量装置、与电压测量装置相连接并将测得的电压转换为电压数据的电压转换模块21。电流采集单元包括测量蓄电池的电流的电流测量装置、与电流测量装置相连接并将测得的电流转换处理为电流数据的电流转换模块22。

具体地说，电压测量装置包括连接线211，每个电池单体11或电池小组具有两根连接线211。最直观的方法是将两根连接线211分别连接在电池单体11的两个电极上或与其电极相连接的连接条12上，每个电池单体11均有两根连接线211，相邻的两个电池单体11之间可以复用同一根连接线211，依次来分别测量各个电池单体11的电压。但这种接线方式较为繁琐，因此采用了将蓄电池1分为若干个电池小组的方式。参见附图2所示。在本实施例中，将24个电池单体11平均分为6个电池小组，当然也可采用非平均的分组方式。每一个电池小组具有两根连接线211，分别接在与该电池小组的首尾两个电池单体11的电极相连的连接条12上，相邻两个电池小组的连接处可以复用同一根连接线211以简化系统结构。这样，若将蓄电池1划分为n个电池小组，则只需n+1跟连接线211即可。在监测时，若监测到某一电池小组的数据出现异常，即可确定该电池小组中某一电池单体11出现问题，大大缩小了检查范围，可以提高检测效率。

电压采集单元测得的电压（通常为35-48VDC）传输至电压转换模块21进行处理而转换为方便后续处理的电压数据（0-2.5VDC）。

电流测量装置为霍尔电流传感器，霍尔电流传感器测得的电流（0-400A）传输至电流转换模块22转换为电流数据。

温度采集单元包括设置于蓄电池1的内壁上的温度传感器、与温度传感器相连接并将测得的温度（-18℃-45℃模拟量）转换为数字量（-18℃-45℃）的温度转换模块23。液位采集单元包括设置于蓄电池1内的液面开关、与液面开关相连接并根据液面开关的信号输出开关量的液位转换模块24，开关量为低电平0-1.1V、高电平2.1-3.3V。当蓄电池1中液位低于一定的高度时，可通过该系统发出警报。

数据融合传输部分3包括预处理模块31、第一通信模块32。预处理模块31的输入端与电压转换模块21、电流转换模块22、温度转换模块23、液位转换模块24相连接，第一通信模块32的输入端与预处理模块31的输出端相连接。预处理模块31将电压数据、电流数据、温度数据、液位数据分别预处理为电压预处理数据、电流预处理数据、温度预处理数据、液位预处理数据。而对数据的预处理包括校验、有效性筛选、计算、合并、数据加密和解密、数据压缩、删除、数据完整性标识、存储等。经预处理的各数据传输至第一通信模块32。

数据处理部分4包括与第一通信模块32相信号连接的第二通信模块41、与第二通信模块41相连接并运行有数据分析软件来分析数据采集部分2采集的各数据的数据分析装置42。数据分析装置42对各数据通过算法、技术判别等处理，展示和监控蓄电池1的使用情况，判断蓄电池1的好坏。为了更灵活的监测移动中的蓄电池1，在第一通信模块32与第二通信模块41之间采用无线连接。在本实施例中，二者之间通过CDMA网络无线连接，即通过现常用的移动通信网络连接。为了使第一通信系统和第二通信系统之间建立连接，可采用主动拨号的方式，并支持短信上线、拨号上线、断线重拨等方式。而在传输数据时，采用TCP/IP进行连接。

采用本系统管理蓄电池1可以实现对其的实时监控，当蓄电池1出现异常状况，如大电流放电时，由于此时电池单体11的电压会出现陡降，通过电压采集单元和电流采集单元就可检测出异常状况，便于及时采取措施维护蓄电池1。

数据分析装置具有计算蓄电池的剩余容量百分比、计算蓄电池的生命周期百分比、确定落后的电池单体所在的电池小组、计算蓄电池的内阻的功能，数据分析装置根据上述蓄电池的剩余容量百分比、蓄电池的生命周期百分比、蓄电池的内阻分析蓄电池的状态。

数据分析装置计算蓄电池的剩余容量百分比时包括如下步骤：（1）设定蓄电池出厂的标称容量为C₀。（2）规定蓄电池的实际容量C_a为蓄电池由充满电并放电至其报警点（国标中规定蓄电池的报警点为蓄电池放电至剩余20%容量的时刻）时所放电的容量，

其中I为蓄电池的放电电流，t为蓄电池由充满电并放电至其报警点的放电时间。

（3）蓄电池在某次放电时已经用掉的容量

其中I放为蓄电池的放电电流，t为放电时间，根据已经用掉的容量C_u（t）和放电电流I_放计算出蓄电池放电的平均电流I_平，再根据皮凯特公式计算出以该I_平恒流放电时5小时的放电容量C_u5，则蓄电池的剩余容量C_r5=C_a5-C_u5，其中C_a5为蓄电池最近一次测出的实际容量C_a转换为5小时放电率的容量；蓄电池的剩余容量百分比由于国标中规定蓄电池的电量参数以5小时放电量为标准，因此上述各电量参数需转换为5小时放电率的对应参数。

数据分析装置计算蓄电池的生命周期百分比时包括如下步骤：蓄电池的生命周期百分比为

其中k为蓄电池的温度补偿系数。由于环境温度会对蓄电池造成影响，以30℃为基准，温度越低则容量下降越多。温度为0℃时，容量下降为原来的80%，温度为5℃时，容量为原来的85%。温度升高则容量会相应增加。温度为40℃时，容量为原来的105%。以铅蓄电池为例，国际电化学组织给出的温度补偿公式为C_(T)=C₃₀[1+0.008（T-30）]。其中，T为放电过程中的平均温度，C₃₀为30℃时的容量。针对该容量变化确定温度补偿系数k，k可以根据公式或实际情况作变动。由于蓄电池在多次使用过程，其电量会逐渐衰减，因此根据其最近一次测出的实际容量C_a可以对其生命周期的状态进行估计。

数据分析装置确定落后的电池单体所在的电池小组时包括如下步骤：定义蓄电池的总电压为U_总，由于蓄电池在大电流放电时电压会出现陡降，若某一电池小组的电压

则该电池小组中存在落后的电池单体，进一步检查可以确定电池单体。

数据分析装置计算蓄电池的内阻时包括如下步骤：（1）在蓄电池放电电流曲线（参见附图3所示）上任取一电流值I₀，在蓄电池放电电压曲线（参见附图4所示）上确定蓄电池放电电流为该电流值I₀时刻t₀对应的电压U₂。（2）再做出以该I₀恒流放电时蓄电池的放电电压曲线并确定t₀时刻的电压U₁。（3）则蓄电池的内阻R=ΔU/I₀=|U1-U2|/I₀。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种蓄电池在线远程监测管理系统，用于在线监测由若干个电池单体串联构成的蓄电池的状态，其特征在于：所述的蓄电池在线远程监测管理系统包括数据采集部分、数据融合传输部分、数据处理部分；所述的蓄电池包括n（n为正整数）个电池小组，每个所述的电池小组包括多个相串联的所述的电池单体；

（1）设定所述的蓄电池出厂的标称容量为C₀；

（3）所述的蓄电池在某次放电时已经用掉的容量

所述的蓄电池的生命周期百分比为

其中k为所述的蓄电池的温度补偿系数；

定义所述的蓄电池的总电压为U_总，若某一所述的电池小组的电压

则该所述的电池小组中存在落后的电池单体；

（3）则所述的蓄电池的内阻R=ΔU/I₀=|U1-U2|/I₀。

2.根据权利要求1所述的蓄电池在线远程监测管理系统，其特征在于：每个所述的电池单体具有两个电极，相邻的两个所述的电池单体由连接条相串联，所述的连接条固定连接在所述的电极上；

3.根据权利要求2所述的蓄电池在线远程监测管理系统，其特征在于：相邻两个所述的电池单体或相邻两个所述的电池小组或相邻的电池单体与电池小组的连接处复用同一根所述的连接线。

4.根据权利要求1所述的蓄电池在线远程监测管理系统，其特征在于：所述的电流测量装置为霍尔电流传感器。

5.根据权利要求1所述的蓄电池在线远程监测管理系统，其特征在于：所述的数据采集部分还包括温度采集单元，所述的温度采集单元包括设置于所述的蓄电池的内壁上的温度传感器、与所述的温度传感器相连接并将测得的温度转换为数字量的温度转换模块。

6.根据权利要求1所述的蓄电池在线远程监测管理系统，其特征在于：所述的数据采集部分还包括液位采集单元，所述的液位采集单元包括设置于所述的蓄电池内的液面开关、与所述的液面开关相连接并根据所述的液面开关的信号输出开关量的液位转换模块。

7.根据权利要求1所述的蓄电池在线远程监测管理系统，其特征在于：所述的第一通信模块与所述的第二通信模块之间无线连接。

8.根据权利要求7所述的蓄电池在线远程监测管理系统，其特征在于：所述的第一通信模块与所述的第二通信模块之间通过CDMA网络无线连接。

9.根据权利要求1所述的蓄电池在线远程监测管理系统，其特征在于：所述的数据采集部分、所述的数据融合传输部分整合在所述的蓄电池上。