CN104092257A - 一种分布式直流电源运维管理系统 - Google Patents

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刘广东
薛海军
邓亚军
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Abstract

本发明涉及一种分布式直流电源运维管理系统,该系统由电源总控单元(2)、单电池管理单元(3)、温度传感器模块(4)、电流传感器模块(5)以及采集线束(8)和通讯线束(9)构成,其特征在于:电源总控单元(2)通过通讯线束(9)与分布安装在每节蓄电池(7)上的单电池管理单元(3)进行连接,电源总控单元(2)通过通讯线束(9)分别与温度传感器模块(4)、电流传感器模块(5)直接连接,单电池管理单元(3)通过采样线束(8)与蓄电池(7)直接连接,从而实现电源总控单元(2)对所有单电池管理单元(3)、温度传感器模(4)、电流传感器模块(5)数据的统一采集、监测、预警和评估,实现分布式直流电源运维管理系统的整体监测、在线核容、在线活化、在线均衡以及在线充放电功能。

Description

一种分布式直流电源运维管理系统
技术领域
[0001] 本发明属于直流电源运维管理的技术领域,尤其涉及一种在工业行业应用的对直 流电源系统进行运维和管理的系统,其主要应用在电力、通讯、金融、矿业、媒体、电源等行 业。
背景技术
[0002] 目前,在现有的直流电源系统设计中,直流电源负责在正常系统运行中对外部设 备的供电,在全站或系统故障时直流电源需要电池组的后备电源进行外部的应急供电,所 以直流电源系统是各个行业应用系统中非常重要的系统之一。因为直流电源系统牵扯的设 备较多,有充电机、直流线路、配电屏、对外负载、蓄电池、绝缘监测、接地监测等各种设备或 系统,而且因为直流电源需要给所有设备进行供电,其布线网络错综复杂,在出现问题时查 找故障原因很费时间,所以,现在对于直流电源系统的运维也随着系统站点数量的增多而 难度增大,甚至出现运维不到位、不深入的问题,特别是直流电源系统的后备电源一蓄电 池组的运维更是难上加难,不仅难以监测或监测不准确,而且是数量庞大到甚至无法运维 的地步。所以,目前在对于直流电源系统存在很大的因运维技术水平、管理问题带来的系统 运行不稳定、关键时刻无法保证正常供电,甚至会扩大事故范围的安全隐患,对人民生产生 活带来重大影响。为了解决这些安全隐患问题,目前对于直流电源系统的运维管理主要采 用的方式是人工现场就地进行定期排查,即一般安排三个人一组逐站、逐系统进行现场检 查和测试,仅仅就蓄电池组的核对性放电就需要长达5-10小时的试验,加上充电时间其人 力成本更高,而且不安全;虽然也有一些区域或行业已经实现了远方监测,即远方实时监测 电源管理系统运行工况,一旦发现异常即可针对性做出反应,极大提高了运维的自动化水 平,但是这种方式仅仅实现了被动监测,无法主动对关键设备进行运维管理,同时因监测准 确性又带来新的问题,而且还是需要人员到现场携带测试仪器进行最终确认,否则无法判 定系统故障根源。现有的技术手段虽然可实时监测直流电源系统运行状况,但仍然存在诸 多问题:在发现系统问题之后无法远程核实和确认,仍旧需要人员到现场采用传统最权威 的方式人工进行确认,存在不安全、不经济、不迅速的问题;而且,现有人工使用测试仪器进 行蓄电池组核容试验的方式存在试验离线式、时间长、不自动、不智能的问题;最后,如何对 直流电源系统中的蓄电池组进行寿命的延长,实现新旧蓄电池混用,真正帮助运维人员从 现有大量的繁重运维工作中解放出来,降低设备及人员成本,都是原有技术和方法无法解 决的问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种对直流电源系统进行在线运维系管理的系统,通过在 线分布式全方位监测技术、在线核容技术、在线活化、在线均衡管理技术、以及在线充放电 技术形成一种对直流电源系统特别是蓄电池组的在线运维管理的系统,解决现有技术中对 直流电源系统运维管理不及时、不全面监测不准确、维护成本高、不安全等一系列问题,同 时解决长久以来对于蓄电池组无法远程在线核容、远程充放电、远程性能确认等运维问题, 提供一种对直流电源状态进行实时监测预警,对蓄电池组电池活化养护延长寿命,实现远 程在线单体核容、在线充放电及均衡管理的方法,实现本发明的目的所采取的技术方案是: 一种分布式直流电源运维管理系统,该系统由电源总控单元、单电池管理单元、温度传感器 模块、电流传感器模块以及采集线束和通讯线束构成,其特征在于:电源总控单元通过通讯 线束与分布安装在每节蓄电池上的单电池管理单元进行连接,电源总控单元通过通讯线束 分别与温度传感器模块、电流传感器模块直接连接,单电池管理单元通过采样线束与蓄电 池直接连接,从而实现电源总控单元对所有单电池管理单元、温度传感器模,、电流传感器 模块数据的统一采集、监测、预警和评估,实现分布式直流电源运维管理系统的整体监测、 在线核容、在线活化、在线均衡以及在线充放电功能。
[0004] 本发明结合新技术,以及传统应用要求,对直流电源管理运维问题提出新的思路 和方法,其优点在于该系统可在直流电源系统正常运行时对系统运行状况实时监测和分 析,同时对蓄电池组进行在线电压均衡管理和在线活化养护,大大提高蓄电池组的在线诊 断和运行环境,延长蓄电池寿命,降低运维成本,同时在监测到系统异常或电池组有异常 时,远程在线进行电池组的在线核容试验和充放电管理来确认蓄电池的实际性能如何,大 大降低传统人员需要就地进行试验确认的时间和人力成本,再无需人员现场扫雷式故障排 查,大大提供系统可靠性和安全性,最后该系统的功能也可实现新旧电池的混搭使用,大大 降低蓄电池更换频率,降低系统投资成本,提高经济效率。
[0005]
附图说明: 图1是本发明的系统架构示意图; 图2是本发明的单电池管理单元工作示意图; 图3是本发明中核心功能原理示意图; 图中:2、电源总控单元,3、单电池管理单元,4、温度传感器模块,5、电流传感器模块, 6、目标电池7、蓄电池,8、采样线束,9、通讯线束,13、CPU处理单元,14、存储器单元,15、电 流控制模块,16、指示灯显示模块,17、通讯模块,18、采样模块,19、处理总线,20、核心模块, 21、保护单元,22、恒流放电单元,23、负载,24、充电机。
具体实施方式
[0006] 以下结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。参见附图,一 种分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:该系统由电源总控单元2、单电池管理单元 3、温度传感器模块4、电流传感器模块5以及采集线束8和通讯线束9构成,电源总控单元 2通过通讯线束9与分布安装在每节蓄电池7上的单电池管理单元3进行连接,电源总控单 元2通过通讯线束9分别与温度传感器模块4、电流传感器模块5直接连接,单电池管理单 元3通过采样线束8与蓄电池7直接连接,从而实现电源总控单元2对所有单电池管理单 元3、温度传感器模,4、电流传感器模块5数据的统一采集、监测、预警和评估,实现分布式 直流电源运维管理系统的整体监测、在线核容、在线活化、在线均衡以及在线充放电功能。
[0007] 所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:系统中所述的电源总控单元 2是整个直流运维管理系统的数据采集、命令指控的核心大脑,电源总控单元2通过通讯线 束9与单电池管理单元3、温度传感器模块4、电流传感器模块5进行连接,实现对各模块数 据的向上采集,同时通过向各单电池管理单元3分散传达指控命令,保证各单电池管理单 元3的相互配合和协调工作,实现系统整体功能;其中所述的通讯线束9是由串行总线或者 网络总线构成;其中所述的温度传感器模块4可配置2个温度传感器,其主要是18B20芯片 构成,分散布置在蓄电池的负极柱监测蓄电池温度,测温范围-55°C--125°C;其中所述的 电流传感器模块5是一个采集直流电流的霍尔传感器,直接卡接在直流回路的线束上,实 现直流电流的采集,电流范围为正负200A ; 所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:系统中所述的单电池管理单元3 包括CPU13、采样模块18、通讯模块17、电流控制模块15、存储模块14、指示灯显示模块16、 核心模块20和保护模块21构成,各模块通过处理总线19相连,相互配合实现恒流放电单 元的恒流输出;每节蓄电池7上分别配置一块单电池管理单元3,分别分布式安装到蓄电池 7上,通过单电池管理单元3可实现对蓄电池7电压、内阻、温度的监测,以及对蓄电池7的 在线单体核容、活化养护、电压均衡等功能;单电池管理单元3的通过4_ 2的采集线束8接 到蓄电池7的正负极柱,在负极采样线束8上串联了保护单元21防止过电流对蓄电池7造 成损害,负极采样线束8经过核心模块20之后与蓄电池7正极连接,核心模块20由电流控 制模块15和采样模块18配合实现恒流输出;其中所述的CPU 13是整个单电池管理单元3 的控制器,由一块单片机构成,CPU13通过处理总线19分别采样模块18交互,实现电压、温 度、内阻的监测,与通讯模块17交互,以及实现数据与电池组总控单元2的信息上下传递, 通过指示灯显示模块16的交互,实现运行、告警、异常等信息的展示,通过存储模块14实现 数据的存储;其中所述的保护单元21是在负极采样线束8上串联了一个大电流的保险管进 行限流以防止过电流对蓄电池7造成损害;其中所述的核心模块20是由电流控制模块15 和采样模块18配合实现恒流输出,主要是由一个基于大电流、大功率的肖特基管构成,恒 流输出的电流可以从1-200A可设;最后,单电池管理单元3可以实现对电压为2V、6V、12V, 容量为100-2000AH规格型号的蓄电池的应用。
[0008] 所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:系统中所述的电源总控单元 2、单电池管理单元3设备通过通讯线束9上下互联通信,实现对蓄电池的多种运维管理,电 源总控单元2通过数据分析发现蓄电池7内阻偏高后控制B2目标电池6所配的单电池管 理单元3开始蓄电池单体核容,单电池管理单元3的CPU处理单元13中的电流控制模块15 和采样模块18相互配合控制恒流放电单元22对该蓄电池7进行恒流放电,而电源总控单 元2不对其他蓄电池7对应的单电池管理单元3进行核容放电控制,实现仅对B2目标电池 6的核容,如核容放电电流按照目标电池6容量的0. 1C进行;若要对其他蓄电池进行核对 性试验则通过电源总控单元2控制与需要核对性放电的蓄电池7对应的单电池管理单元3 进行恒流放电即可,同一时刻可以通过分布的单电池管理单元3最大实现对50个蓄电池7 的核对性试验。电源总控单元2控制除B2目标电池6之外的其他所有单电池管理单元3 进行恒流放电,而对目标电池6所对应的单电池管理单元3不进行恒流放电,即可以通过充 电机24实现对目标电池6的充电;充电电流通过单电池管理单元3按照蓄电池容量进行控 制;系统充电可以实现1-50A在线充电;电源总控单元2控制除目标电池6之外的其他所有 单电池管理单元3进行恒流放电,而对目标电池6对应的单电池管理单元3的通过不断的 开关控制来对目标电池6进行充放电转换来实现对B2目标电池6的活化养护;电源总控单 元2通过数据分析发现B2目标电池6电压过高偏移均值,电源总控单元2控制B2目标电池 6对应的单电池管理单元3进行恒流放电,通过放电将蓄电池7电压调整到平均值范围内, 如此依次对每个高电压的蓄电池进行调整,最终将所有蓄电池7电压调整到一个稳定电压 范围,实现蓄电池组的电压均衡,让每节蓄电池7都工作在合适的电眼范围内,从而延长蓄 电池7寿命,因为有了蓄电池7电压调整及活化养护的功能,就可以调整不同性能状态的蓄 电池7 -起使用,达到新旧蓄电池7混用的效果。
[0009] 所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:一套系统中可以配置1台也 可以配置2台电源总控单元2来实现系统功能;每节蓄电池7可以分别配置一个单电池管 理单元3,也可以针对两节、三节、四节蓄电池7共同配置一个单电池管理单元3来实现系统 功能。
[〇〇1〇] 由上可见,本发明实现了一种分布式直流电源管理运维系统,结合电源总控单元 和分布式安装在各节蓄电池上的单电池管理单元的相互配合和交互,对直流蓄电池组的运 维管理提出新的思路和方法,其优点在于该系统可在直流电源系统正常运行时对系统运行 状况实时监测和分析,同时对蓄电池组进行在线电压均衡管理和在线活化养护,大大提高 蓄电池组的在线诊断和运行环境,延长蓄电池使用寿命,降低了运维成本,同时在监测到系 统异常或电池组有异常时,可远程对蓄电池针对性进行在线核容试验和充放电管理来确认 蓄电池的实际性能如何,改变了传统运维管理方式,大大降低传统人员需要就地进行试验 确认的时间和人力成本,再无需人员现场扫雷式故障排查,大大提供系统可靠性和安全性, 最后该系统的功能也可实现新旧电池的混合使用,大大降低蓄电池更换频率,降低系统投 资成本,提高经济效率。

Claims (6)

1. 一种分布式直流电源运维管理系统,该系统由电源总控单元(2)、单电池管理单元 (3)、温度传感器模块(4)、电流传感器模块(5)以及采集线束(8)和通讯线束(9)构成,其 特征在于:电源总控单元(2)通过通讯线束(9)与分布安装在每节蓄电池(7)上的单电池 管理单元(3)进行连接,电源总控单元(2)通过通讯线束(9)分别与温度传感器模块(4)、 电流传感器模块(5)直接连接,单电池管理单元(3)通过采样线束(8)与蓄电池(7)直接 连接,从而实现电源总控单元(2)对所有单电池管理单元(3)、温度传感器模(4)、电流传感 器模块(5)数据的统一采集、监测、预警和评估,实现分布式直流电源运维管理系统的整体 监测、在线核容、在线活化、在线均衡以及在线充放电功能。
2. 按照权利要求1所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:所述的电源总 控单元(2)是整个直流运维管理系统的数据采集、命令指控的核心大脑,电源总控单元(2) 通过通讯线束(9)与单电池管理单元(3)、温度传感器模块(4)、电流传感器模块(5)进行 连接,实现对各模块数据的向上采集,同时通过向各单电池管理单元(3)分散传达指控命 令,保证各单电池管理单元(3)的相互配合和协调工作,实现系统整体功能。
3. 按照权利要求1所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:所述的通讯线 束(9)是由串行总线或者网络总线构成;其中所述的温度传感器模块(4)可配置2个温 度传感器,其主要是18B20芯片构成,分散布置在蓄电池的负极柱监测蓄电池温度,测温范 围-55°C--125°C ;其中所述的电流传感器模块(5)是一个采集直流电流的霍尔传感器, 直接卡接在直流回路的线束上,实现直流电流的采集,电流范围为正负200A。
4. 按照权利要求1所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:所述的单电池 管理单元(3)包括CPU (13)、采样模块(18)、通讯模块(17)、电流控制模块(15)、存储模块 (14)、指示灯显示模块(16)、核心模块(20)和保护模块(21)构成,各模块通过处理总线 (19)相连,相互配合实现恒流放电单元的恒流输出;每节蓄电池(7)上分别配置一块单电 池管理单元(3),分别分布式安装到蓄电池(7)上,通过单电池管理单元(3)可实现对蓄电 池(7)电压、内阻、温度的监测,以及对蓄电池(7)的在线单体核容、活化养护、电压均衡等 功能;单电池管理单元⑶通过4mm 2的采集线束⑶接到蓄电池(7)的正负极柱,在负极 采样线束⑶上串联了保护单元(21)防止过电流对蓄电池(7)造成损害,负极采样线束 (8)经过核心模块(20)之后与蓄电池(7)正极连接;核心模块(20)由电流控制模块(15) 和采样模块(18)配合实现恒流输出;其中所述的CPU(13)是整个单电池管理单元(3)的 控制器,由一块单片机构成,CPU(13)通过处理总线(19)分别与采样模块(18)交互,实现 电压、温度、内阻的监测,与通讯模块(17)交互,以及实现数据与电池组总控单元(2)的信 息上下传递,通过指示灯显示模块(16)的交互,实现运行、告警、异常等信息的展示,通过 存储模块(14)实现数据的存储;其中所述的保护单元(21)是在负极采样线束(8)上串联 了一个大电流的保险管进行限流以防止过电流对蓄电池(7)造成损害;其中所述的核心模 块(20)是由电流控制模块(15)和采样模块(18)配合实现恒流输出,主要是由一个基于大 电流、大功率的肖特基管构成,恒流输出的电流可以从1-200A可设;最后,单电池管理单元 (3)可以实现对电压为2V、6V、12V,容量为100-2000AH规格型号的蓄电池的应用。
5. 按照权利要求1所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:所述的电源总 控单元(2)、单电池管理单元(3)通过通讯线束(9)上下互联通信,实现对蓄电池的多种 运维管理,电源总控单元(2)通过数据分析发现蓄电池(7)内阻偏高后控制B2目标电池 (6)所配的单电池管理单元(3)开始蓄电池单体核容,单电池管理单元(3)的CPU处理单 元(13)中的电流控制模块(15)和采样模块(18)相互配合控制恒流放电单元(22)对该 蓄电池(7)进行恒流放电,而电源总控单元⑵不对其他蓄电池(7)对应的单电池管理单 元(3)进行核容放电控制,实现仅对B2目标电池¢)的核容,核容放电电流按照目标电池 (6)容量的0. 1C进行;若要对其他蓄电池进行核对性试验则通过电源总控单元(2)控制与 需要核对性放电的蓄电池(7)对应的单电池管理单元(3)进行恒流放电即可,同一时刻可 以通过分布的单电池管理单元(3)最大实现对50个蓄电池(7)的核对性试验;电源总控单 元(2)控制除B2目标电池(6)之外的其他所有单电池管理单元(3)进行恒流放电,而对目 标电池(6)所对应的单电池管理单元(3)不进行恒流放电,即可以通过充电机(24)实现对 目标电池(6)的充电;充电电流通过单电池管理单元(3)按照蓄电池容量进行控制;系统 充电可以实现1-50A在线充电;电源总控单元(2)控制除目标电池(6)之外的其他所有单 电池管理单元(3)进行恒流放电,而对目标电池(6)对应的单电池管理单元(3)的通过不 断的开关控制来对目标电池06进行充放电转换来实现对B2目标电池(6)的活化养护;电 源总控单元(2)通过数据分析发现B2目标电池(6)电压过高偏移均值,电源总控单元(2) 控制B2目标电池(6)对应的单电池管理单元(3)进行恒流放电,通过放电将蓄电池(7)电 压调整到平均值范围内,如此依次对每个高电压的蓄电池进行调整,最终将所有蓄电池(7) 电压调整到一个稳定电压范围,实现蓄电池组的电压均衡,从而延长蓄电池(7)寿命,因为 有了蓄电池(7)电压调整及活化养护的功能,就可以调整不同性能状态的蓄电池(7) -起 使用,达到新旧蓄电池(7)混用的效果。
6.按照权利要求1至5任一项所述的分布式直流电源运维管理系统,其特征在于:一 套系统中可以配置1台或配置2台电源总控单元(2)来实现系统功能;每节蓄电池(7)可 以分别配置一个单电池管理单元(3),也可以针对两节、三节、四节蓄电池(7)共同配置一 个单电池管理单元(3)来实现系统功能。
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