CN104113115B - 钒电池管理系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钒电池管理系统及其实现方法，系统包括：上位机、主控模块、模拟量单元和数字量单元，其中模拟量单元和数字量单元与主控模块进行通讯连接，主控模块与上位机进行通讯连接；方法为：将上位机、主控模块、模拟量模块、数字量模块进行通讯连接，手动设定各模块的硬件地址；主控模块对各模块实时数据传输；设置设定值，启动各钒电池循环系统；各钒电池循环系统中的所有反馈值传输到主控模块处理，并上传至上位机；如果系统运行不正常，则执行钒电池循环系统应急保护程序；返回到主控模块查询数字量单元和模拟量单元步骤。本发明数字量模块和模拟量模块可以尽量多个扩展，方法简单、方便，提高了开发进度，可以实现与其他设备的实时信息交互。

Description

钒电池管理系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种钒电池管理系统，具体的说是一种钒电池管理系统及其实现方法。

背景技术

现有钒电池循环运行系统包括钒电池堆、钒电池管理系统、充放电装置、正极储液罐和负极储液罐、正极循环泵和负极循环泵，如图1所示。钒电池管理系统负责正极储液罐和负极储液罐的循环泵启停控制和钒电池电解液的流量、温度、压力、液位等的监测和报警，该钒电池管理系统可以通过钒电池管理系统的控制柜上位机软件实现监测、控制。充放电设备负责对电池堆的充放电控制，其参数设置和控制由充放电设备的上位机实现。

当前状态下，对单个钒电池堆和多个钒电池堆的钒电池系统来说，由于每种主控单元所带的数字量和模拟量数目的限制，当钒电池系统中所包含的钒电池堆个数增加时，钒电池管理系统就要对主控单元要进行截然不同的电气选型和软件编程，这就给后续调试带来很多不便，所以寻找一种可以实现足够扩展的钒电池管理系统的问题便随之产生。

发明内容

针对现有技术中钒电池管理系统针对不同数量的模拟量和数字量需要重新选择钒电池管理系统主控单元以及需要重新定义各个接口和重新编程的不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现尽量多个已预定义的模拟量模块和数字量模块的扩展，并实现已预定义的硬件无源接点预留和已编程的通讯接口预留以方便和其他设备通讯的钒电池管理系统及其实现方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明钒电池管理系统，其特征在于包括：

上位机、主控模块、模拟量单元和数字量单元，其中模拟量单元和数字量单元与主控模块进行通讯连接，主控模块与上位机进行通讯连接。

所述模拟量单元和数字量单元内分别包括多个模拟量模块和数字量模块，各模拟量模块和数字量模块均与主控模块通讯连接，且数量在1～64范围内扩展。

所述模拟量单元接收主控模块对循环泵运行频率的设定值，接收循环泵实际运行频率、钒电池状态如电解液流量、管道压力、电池温度、储液罐液位、钒电池电压、充放电电流、SOC检测信号，并将数据通过通讯方式实时发送至主控模块。

所述数字量单元接收主控模块对循环泵的启停、充放电电路的通断、钒电池系统报警和故障指示数字输出信号；接收钒电池循环系统现场来的急停信号、钒电池管理系统的就地/远程设置、控制柜内循环泵运行接触器数字量反馈信号，同时将数据通过通讯方式实时发至主控模块。

本发明钒电池管理系统的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

将上位机、主控模块、一个或多个模拟量模块、一个或多个数字量模块进行通讯连接，即各模拟量模块和数字量模块均与主控模块通讯连接，主控模块与上位机进行通讯连接；

手动设定各模拟量模块、数字量模块的硬件地址；

系统上电，主控模块通过各自的通讯接口实现对各模拟量模块和数字量模块的实时数据传输；

在上位机上设置好钒电池循环系统的相应设定值后，将设定值传送到主控模块，并保存；

在上位机上给出各钒电池循环系统启动信号，该信号传送到主控模块，主控模块进而将该信号传送到各数字量模块启动各钒电池循环系统；

各钒电池循环系统中的所有模拟量和数字量的反馈值从模拟量模块和数字量模块分别自动传输到主控模块，由主控模块集中进行数据处理，并上传至上位机；

在主控模块中判断钒电池循环系统是否运行正常；

如果钒电池循环系统运行不正常，则通过已预定义的硬件无源接点预留和已编程的通讯接口告知其他设备后，执行钒电池循环系统应急保护程序；

应急保护程序执行完成后，返回到主控模块查询数字量单元和模拟量单元步骤，等待执行下一次用户操作。

当钒电池循环系统运行正常，在上位机上给出停止钒电池循环系统命令时，判断钒电池循环系统是否符合停止条件；

如果符合停止条件，则钒电池循环系统执行停止运行程序。

如果不符合停止条件，则返回至各钒电池循环系统中的所有模拟量和数字量的反馈值从模拟量模块和数字量模块分别自动传输到主控模块，由主控模块集中进行数据处理，并上传至上位机步骤。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明在制作工艺上，钒电池管理系统针对不同钒电池堆数目构成的钒电池循环系统配置同样的主控模块，并且数字量模块和模拟量模块可以尽量多个扩展，方法简单、方便，省去了设计人员先前根据不同钒电池循环系统进行不同电气件选型的麻烦，提高了开发进度。

2.本发明一方面具备钒电池管理系统应具有的所有功能，另一方面在调试时，只需要设置好数字量模块的数目和硬件地址，以及模拟量模块的数目和硬件地址，便可实现主控模块和数字量模块、模拟量模块的自动通讯。

3.本发明方法有预定义的硬件无源接点、预编程的支持Modbus RTU协议的通讯接口，可以实现与其他设备的实时信息交互。

作为一种灵活的钒电池管理系统，它可以实现尽量多个预定义的扩展模块、并且有预定义的硬件无源接点和预编程的通讯接口，适用于钒电池集成系统，可以大大节省钒电池管理系统的从最初电气设计到调试完成的时间。

附图说明

图1为钒电池循环系统运行图；

图2为本发明钒电池管理系统框图；

图3为本发明钒电池管理系统的运行流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明方法应用于如图1所示的钒电池循环运行系统中，该系统包括钒电池堆、钒电池管理系统、充放电装置以及正极储液罐和负极储液罐、正极循环泵和负极循环泵。其中充放电装置通过接触器连接钒电池堆，正极循环泵负责正极电解液在正极储液罐和钒电池堆之间的循环，负极循环泵负责负极电解液在负极储液罐和钒电池堆之间的循环，钒电池管理系统负责正极循环泵、负极循环泵的启停控制，以及充放电装置和钒电池堆之间的接触器的控制。

如图2所示，本发明钒电池管理系统包括：

上位机、主控模块、模拟量单元和数字量单元，其中模拟量单元和数字量单元与主控模块进行通讯连接，主控模块与上位机进行通讯连接。

所述模拟量单元和数字量单元内分别包括多个模拟量模块和数字量模块，各模拟量模块和数字量模块均与主控模块通讯连接，且数量在1～64范围内扩展。所述模拟量单元接收主控模块对循环泵运行频率的设定值，接收循环泵实际运行频率、钒电池状态如电解液流量、管道压力、电池温度、储液罐液位、钒电池电压、充放电电流、电池容量检测信号，并将数据通过通讯方式实时发送至主控模块。

所述数字量单元接收主控模块对循环泵的启停、充放电电路的通断、钒电池系统报警和故障指示数字输出信号；接收钒电池循环系统现场来的急停信号、钒电池管理系统的就地/远程设置、控制柜内循环泵运行接触器数字量反馈信号，同时将数据通过通讯方式实时传送至主控模块。

本实施例中，上位机为带有触摸屏(HMI)或工业控制机，主要负责钒电池循环系统的各设定值设置、以及现场钒电池循环系统的各模拟量、数字量的显示，以上数据均通过通讯方式与主控模块进行信息传输。

主控模块接收上位机传输来的钒电池循环系统的各设定值，以上设定值具有掉电保持功能；同时负责通过查询地址的方式实现与一个或多个数字量模块、模拟量模块的通讯。

模拟量模块上的模拟量输出接口功能固定，每个模拟量输入接口也预定义好，但用户也可以通过上位机可以实现对其的可编程修改功能操作，并且有预留的模拟量输入接口以备用。本实施例中模拟量模块可以最多扩展64个，每个模拟量模块可以设定自己的唯一硬件地址。

数字量模块上的数字量输入和数字量输出接口功能已预定义好，并且有预留的数字量输入和输出接口以备用。数字量模块可以最多扩展64个，每个数字量模块可以设定自己的唯一硬件地址。

本发明钒电池管理系统的实现方法包括以下步骤：

将上位机、主控模块、一个或多个模拟量模块、一个或多个数字量模块进行通讯连接，即各模拟量模块和数字量模块均与主控模块通讯连接，主控模块与上位机进行通讯连接；

手动设定各模拟量模块、数字量模块的硬件地址；

系统上电，主控模块通过其通讯接口实现对各模拟量模块和数字量模块的实时数据自动传输；

在上位机上设置好钒电池循环系统的相应设定值后，设定值自动传送到主控模块，并保存；

在上位机上给出各钒电池循环系统启动信号，在电池系统无故障条件下，该信号传送到主控模块，主控模块进而将该信号传送到各数字量模块启动各钒电池循环系统；

各钒电池循环系统中的所有模拟量和数字量的反馈值从模拟量模块和数字量模块分别自动传输到主控模块，由主控模块集中进行数据处理，并上传至上位机；

在主控模块中判断钒电池循环系统是否运行正常；

如果钒电池循环系统运行不正常，则通过已预定义的硬件无源接点预留和已编程的通讯接口告知其他设备后，执行钒电池循环系统应急保护程序；

应急保护程序执行完成后，返回到主控模块查询数字量单元和模拟量单元步骤，等待执行下一次用户操作。

如图3所示，本发明方法的具体实施步骤如下：

在构建钒电池管理系统的构架后，手动设定各模拟量模块、数字量模块的硬件地址，系统上电；

主控模块根据各模拟量模块和数字量模块的地址依次自动查询数字量模块和模拟量模块的各变量；

在上位机上设置好对应的设定值，数据自动传送到主控模块；

在上位机上给出启动钒电池循环系统命令，数据自动传送到主控模块；

主控模块接收上位机的数据和命令后，在电池系统无故障条件下，下发该命令到对应的数字量模块，启动钒电池循环系统；

主控模块对数字量模块和模拟量模块的各变量进行集中数据处理后上传至上位机；在上位机中进行设定值更改，设定值将自动、实时传送到主控模块；

在主控模块中判断钒电池循环系统是否运行正常；

如果钒电池循环系统运行不正常，则通过已预定义的硬件无源接点预留和已编程的通讯接口告知其他设备后，执行钒电池循环系统应急保护程序；

应急保护程序执行完成后，返回到主控模块查询数字量单元和模拟量单元步骤，等待执行下一次用户操作。

当钒电池循环系统运行正常，在上位机上给出停止钒电池循环系统命令时，判断钒电池循环系统是否符合停止条件；

如果符合停止条件，则钒电池循环系统执行停止电池系统运行程序。

反之，如果不符合停止条件，则返回至主控模块依次查询数字量模块和模拟量模块的各变量步骤。

本发明钒电池管理系统无论对于单个钒电池循环系统还是多个钒电池循环系统，钒电池管理系统的主控模块规格型号、数量均不变，模拟量模块和数字量模块可以尽量多个扩展。在调试时，只需要设置好数字量模块的数目和硬件地址，以及模拟量模块的数目和硬件地址，便可实现主控模块和数字量模块、模拟量模块的自动通讯。

本发明方法利用钒电池管理系统的主控模块固定，模拟量模块和数字量模块可以尽量多个扩展的原理，根据各模拟量模块和数字量模块设定的硬件地址，主控单元可以自动实现与其进行数据通讯，同时对各模拟量输入输出端子以及数字量输入输出端子进行了预定义，方便了调试；另外还有预定义的硬件无源接点信号和已编程的通讯接口可以实现与其他设备的信息交互。

本发明方法在制作工艺上，钒电池管理系统针对不同钒电池堆数目构成的钒电池循环系统配置同样的主控模块，并且数字量模块和模拟量模块可以尽量多个扩展，方法简单、方便，省去了设计人员先前根据不同钒电池循环系统进行不同电气件选型的麻烦，提高了开发进度。

Claims (3)

1.一种钒电池管理系统的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

将上位机、主控模块、一个或多个模拟量模块、一个或多个数字量模块进行通讯连接，即各模拟量模块和数字量模块均与主控模块通讯连接，主控模块与上位机进行通讯连接；

手动设定各模拟量模块、数字量模块的硬件地址；

系统上电，主控模块通过各自的通讯接口实现对各模拟量模块和数字量模块的实时数据传输；

在上位机上设置好钒电池循环系统的相应设定值后，将设定值传送到主控模块，并保存；

在上位机上给出各钒电池循环系统启动信号，该信号传送到主控模块，主控模块进而将该信号传送到各数字量模块启动各钒电池循环系统；

各钒电池循环系统中的所有模拟量和数字量的反馈值从模拟量模块和数字量模块分别自动传输到主控模块，由主控模块集中进行数据处理，并上传至上位机；

在主控模块中判断钒电池循环系统是否运行正常；

如果钒电池循环系统运行不正常，则通过已预定义的硬件无源接点预留和已编程的通讯接口告知其他设备后，执行钒电池循环系统应急保护程序；

应急保护程序执行完成后，返回到主控模块查询数字量单元和模拟量单元步骤，等待执行下一次用户操作。

2.按权利要求1所述的钒电池管理系统的实现方法，其特征在于：

当钒电池循环系统运行正常，在上位机上给出停止钒电池循环系统命令时，判断钒电池循环系统是否符合停止条件；

如果符合停止条件，则钒电池循环系统执行停止运行程序。

3.按权利要求1所述的钒电池管理系统的实现方法，其特征在于：

如果不符合停止条件，则返回至各钒电池循环系统中的所有模拟量和数字量的反馈值从模拟量模块和数字量模块分别自动传输到主控模块，由主控模块集中进行数据处理，并上传至上位机步骤。