CN105629178A - 一种蓄电池组开路监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种蓄电池组开路监测装置和方法。所述装置包括：电压采集模块，与被监测的蓄电池组的电极连接，用于采集所述蓄电池组的实时供电电压；电流采集模块，与所述蓄电池组的充电电路连接，用于采集对所述蓄电池组进行充电的充电电流；中央处理器，与所述电压采集模块及所述电流采集模块分别连接，用于根据所述实时供电电压及所述充电电流综合判断所述蓄电池组是否出现开路故障；告警模块，与所述中央处理器连接，用于当所述中央处理器判定所述蓄电池组出现开路故障之时，向用户发出告警信息。本发明实施例提供的蓄电池组开路监测装置和方法克服了开路故障判定所依据的物理量单一的弊病。

Description

一种蓄电池组开路监测装置和方法

技术领域

本发明实施例涉及电力设备在线监测技术领域，尤其涉及一种蓄电池组开路监测装置和方法。

背景技术

各种用电设备的工作都离不开电源，并且随着人们生活质量及需求的提高，越来越多的场合对电源的稳定性、安全性、持续性更严格。电动车、电动公交等新型交通工具、不间断供电的移动基站等设备，给人们带来了极大的方便，但对动力电池及其配套服务系统也要求更高。与此同时，在环保要求强烈和能源相对短缺的双重压力下，各个组织都在寻找新的绿色能源。未来能够接受的能源必然具有损耗低、零排放、低噪音和可持续发展的特点。当前，以蓄电池、锂电池为主的新型能源得到了十分广泛的应用，虽然当前的技术还不成熟，但是从长远来看，将是新能源的主要电池品种。根据预测，动力电池将在2020年达到2000亿美元的市场份额。

现有的针对蓄电池的开路监测设备，大都通过单独监测蓄电池的输出电压来判断蓄电池本身是否出现了开路故障。但是，一旦连接了充电电路，单单依靠对蓄电池的输出电压的检测判断是否开路，则由于难以区分检测到的电压是由蓄电池本身输出的还是由充电电路输出的，导致了开路判断结果的不准确。因此，人们开始通过检测充电电流来判断当前是否出现了开路故障。

无论依据上述何种方式来检测蓄电池的开路故障，现有的开路故障检测设备都是依据单一物理量进行故障判定。以根据对充电电流的检测来判定开路故障为例，典型的，事先对充电电流设定一个阈值，当充电电流超过这个阈值的时候，就判定出现了开路故障。显然，这种传统的判定方式较为简单，难以适应存在多种干扰的复杂判定场景。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种蓄电池组开路监测装置和方法，以克服开路故障判定所依据的物理量单一的弊病。

第一方面，本发明实施例提供了一种蓄电池组开路监测装置，所述装置包括：

电压采集模块，与被监测的蓄电池组的电极连接，用于采集所述蓄电池组的实时供电电压；

电流采集模块，与所述蓄电池组的充电电路连接，用于采集对所述蓄电池组进行充电的充电电流；

中央处理器，与所述电压采集模块及所述电流采集模块分别连接，用于根据所述实时供电电压及所述充电电流综合判断所述蓄电池组是否出现开路故障；

告警模块，与所述中央处理器连接，用于当所述中央处理器判定所述蓄电池组出现开路故障之时，向用户发出告警信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种蓄电池组开路监测方法，所述方法包括：

采集蓄电池组的实时供电电压；

采集对蓄电池组进行充电的充电电流；

根据所述实时供电电压及所述充电电流判断所述蓄电池组是否出现了开路故障；

若发生了开路故障向用户发送告警信息。

本发明实施例提供的蓄电池组开路监测装置和方法，通过在所述装置中设置电压采集模块和电流采集模块，同时采集蓄电池组的输入电压，及充电电路对所述蓄电池组充电的充电电流，依据上述两个物理量综合给出对开路故障的判定，克服了开路故障的判定所依据的物理量单一的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明第一实施例提供的蓄电池组开路监测装置的电路结构图；

图2是本发明第二实施例提供的蓄电池组开路监测装置中电压采样电路的电路结构图；

图3是本发明第三实施例提供的蓄电池组开路监测装置中电流采样电路的电路结构图；

图4是本发明第四实施例提供的蓄电池组开路监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

第一实施例

本实施例提供了蓄电池组开路监测装置的一种技术方案。在该技术方案中，所述蓄电池组开路监测装置包括：电压采集模块、电流采集模块、中央处理器、告警模块及通信模块。

参见图1，所述蓄电池组开路监测装置包括：电压采集模块11、电流采集模块12、中央处理器13、告警模块14及通信模块15。

所述电压采集模块11用于采集所述蓄电池组的实时供电电压，也就是所述蓄电池组的输出电压。

具体的，所述电压采集模块11可以同被采集的蓄电池组的正电极或者负电极，或者所述蓄电池组中的某个电池单元的正电极或负电极连接。因此，所述电压采集模块11所采集的电压，可以是所述蓄电池组的正电极电压，负电极电压，也可以是所述蓄电池组中某一个电池单元的正电极或者负电极上的电压。

所述电压采集模块11中与所述蓄电池组中一个电池单元的正电极或者负电极连接的抽头被称为中间抽头。所述中间抽头能够与所述蓄电池组中任意一个电池单元的正电极或者负电极连接，用于采集其上的输出电压。由于所述电压采集模块可以从所述蓄电池组的正电极、负电极及所述中间抽头上采集电压，因此，当所述蓄电池组出现开路故障时，所述蓄电池组开路监测装置能够根据三路抽头所采集的不同的电压数值判断开路故障是出现在所述中间抽头与所述蓄电池组的正电极之间的前段电池单元中，还是出现在所述中间抽头与所述蓄电池组的负电极之间的后段电池单元中。也就是说，由于采用了三路抽头采集所述蓄电池组三个不同位置上的电压，在出现了开路故障之后，所述蓄电池组开路监测装置能够自动的定位故障位置，为出现开路故障的蓄电池组的维修带来方便。

所述电流采集模块12与所述蓄电池组的充电电路连接，用于采集所述蓄电池组的充电电流。所述电流采集模块12中包含一个高精度电流互感器(Currenttransformer,CT)，能够以较高的精度感应所述充电电路输出的充电电流。由于采用了所述高精度电流互感器，由所述电流采集模块12采集的充电电流的数值具有较高的精度，使得所述蓄电池组开路监测装置对开路故障的误判及虚警的概率大为降低。

所述中央处理器13分别与所述电压采集模块11及所述电流采集模块12连接。通过与所述电压采集模块11之间的连接，所述中央处理器13能够接收到所述电压采集模块11采集到的实时供电电压。通过与所述电流采集模块12之间的连接，所述中央处理器13能够接收到所述电流采集模块12采集到的充电电流。由于同时采集了所述供电电压及所述充电电流，所述中央处理器13在执行开路故障判定时，不再是仅仅依靠一个物理量的判定，而是可以综合考虑所述实时供电电压及所述充电电流，给出对开路故障的更为准确的判断。

在一种优选的实施方式中，所述中央处理器13可以通过其上运行的程序，利用快速傅里叶变换提取实时供电电压及充电电流的特征，再利用预先训练的支持向量机(Supportvectormachine,SVM)判断当前是否出现了开路故障。

在另一种优选的实施方式中，所述中央处理器13可以通过其上运行的程序，在所述实时供电电压及所述充电电流均小于各自的预设阈值时，判定当前出现了开路故障。

具体的，所述中央处理器13为基于Cortex-M3内核的STM32F107处理器。

所述中央处理器13与所述告警模块14相连接。一旦所述中央处理器13判定当前出现了开路故障，所述中央处理器13驱动所述告警模块14向用户告警。如图1示出的那样所述告警模块包括声光告警单元及节点告警单元。所述声光告警单元可以是用于输出声音的声音告警单元，或者是用于包括发光二极管(Lightemittingdiode,LED)的发光告警单元。所述节点告警单元用于指示是所述中间抽头的前段电池单元出现了开路故障，还是所述中间抽头的后段电池单元出现了开路故障。

进一步的，所述蓄电池组开路监测装置还包括：通信模块15。在一种优选的实施方式下，所述通信单元15与所述蓄电池组开路监测装置的RS485总线接口连接，用于通过所述RS485总线接口将监测到的电流及电压信号传输至其他装置。

本实施例通过分别设置电压采集模块及电流采集模块，分别采集蓄电池组的实时供电电压及充电电流，使得对蓄电池组的开路故障的判定不再仅仅依据单一的物理量。

第二实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了蓄电池组开路监测装置中电压采集模块的一种技术方案。在该技术方案中，所述电压采集模块包括：接入控制单元21、分压单元22、滤波单元23，以及电压跟随单元24。

所述接入控制单元21用于在所述蓄电池组的正电极、负电极以及所述中间抽头之间选择进行电压采集的位置点。设置所述接入控制单元21的目的在于，能够从不同的电压采集位置上采集电压，以方便工程人员在真正出现开路故障时，定位开路故障的故障位置。比如，在出现开路故障时，如果所述蓄电池组的正电极的输出电压正常，而所述中间抽头及所述蓄电池组的负电极的输出电压异常，则可以判定所述开路故障出现在了所述中间抽头的后段电池单元中。

所述分压单元22用于对从电压采集位置点上采集到的电压进行分压处理。优选的，所述分压单元由数个各自具有固定阻值的电阻构成。经过所述分压单元22的处理之后，供电电压的数值在所述电压跟随单元24能够处理的数值范围内，方便了后续电路的信号处理。

所述滤波单元23于所述分压单元22相连接，用于滤除电压信号中的高频干扰信号。而且，所述滤波单元23是一个二阶的滤波单元。

所述电压跟随单元24与所述滤波单元23相连接，用于对接收到的电压信号进行放大，以满足后续的模数转换电路能够处理的要求。优选的，所述电压跟随单元是一个射极跟随器电路。

进一步优选的，在所述电压跟随单元24与后续的模数转换电路之间还设置有一个保护电路。所述保护电路由两个二极管组成，能够防止外界高压干扰对与之连接的中央处理器的损坏。

本实施例通过接入控制单元、分压单元、滤波单元，以及电压跟随单元之间的相互连接，实现了对蓄电池组的实时供电电压的采集，为开路故障的准确判断提供了基础。

第三实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了蓄电池组开路监测装置只能够电流采集模块的一种技术方案。在该技术方案中，所述电流采集模块包括：高精度电流互感单元31、信号滤波单元32、基准单元33、放大单元34，以及反馈调节单元35。

所述高精度电流互感单元31具有较高的电流感应精度。由于所述高精度电流互感单元31的高感应精度，所述电流采集模块的采集电流值的精度较高，进一步的使得所述蓄电池组开路监测装置的开路故障判断较为准确。

所述信号滤波单元32与所述高精度电流互感单元31连接，用于从感应到的电流信号中滤除干扰信号，以避免对开路故障的误判和虚警。由所述信号滤波单元32滤波处理后的信号被输入至所述放大单元34的信号输入端。

所述基准单元33与所述放大单元34的参考输入端相连接。加入所述基准单元33的目的在于，保证电压采集信号的精度和范围。

所述放大单元34对由其信号输入端输入的电压采集信号进行放大。具体的，所述放大单元34可以通过一个集成运算放大器实现。

所述反馈调节单元35分别与所述放大单元的输出端及所述信号输入端连接，用于将放大后的信号反馈到所述信号输入端。通过所述反馈调节单元35的接入，能够达到稳定所述放大单元34的放大倍数的效果。

本实施例通过高精度电流互感单元、信号滤波单元、基准单元、放大单元以及反馈调节单元之间的相互连接，实现了对蓄电池组的充电电流的采集，为开路故障的准确判断提供了基础。

第四实施例

本实施例提供了蓄电池组开路监测方法的一种技术方案。在该技术方案中，所述蓄电池组开路监测方法包括：采集蓄电池组的实时供电电压；采集对蓄电池组进行充电的充电电流；根据所述实时供电电压及所述充电电流判断所述蓄电池组是否出现了开路故障；若发生了开路故障向用户发送告警信息。

参见图4，所述蓄电池组开路监测方法包括：

S41，采集蓄电池组的实时供电电压。

优选的，通过一个电压采集模块采集蓄电池组的实时供电电压。并且，所述电压采集模块不仅采集所述蓄电池组的正负电极输出的整个蓄电池组的整体输出电压，还通过一个中间抽头采集组成所述蓄电池组的各个电池单元的供电电压，以便在出现了供电开路故障时，能够判断造成开路故障的是哪一个供电的电池单元。

S42，采集对蓄电池组进行充电的充电电流。

具体的，可以采用独立的电流采集模块采集所述充电电流。

S43，根据所述实时供电电压及所述充电电流判断所述蓄电池组是否出现了开路故障。

具体的，由一个中央处理器根据所述实时供电电压及充电电流对是否出现了开路故障进行综合判断。

S44，若发生了开路故障向用户发送告警信息。

本实施例通过分别检测蓄电池组的实时供电电压和充电电流，并通过所述实时供电电压及所述充电电流两个物理量综合判断是否出现开路故障，使得对开路故障的判断不再仅仅依靠一个物理量实现。

在本发明的描述中，除非另有规定或说明，术语“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间的相同或相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄电池组开路监测装置，其特征在于，包括：

电压采集模块，与被监测的蓄电池组的电极连接，用于采集所述蓄电池组的实时供电电压；

电流采集模块，与所述蓄电池组的充电电路连接，用于采集对所述蓄电池组进行充电的充电电流；

中央处理器，与所述电压采集模块及所述电流采集模块分别连接，用于根据所述实时供电电压及所述充电电流综合判断所述蓄电池组是否出现开路故障；

告警模块，与所述中央处理器连接，用于当所述中央处理器判定所述蓄电池组出现开路故障之时，向用户发出告警信息。

2.根据权利要求1所述的蓄电池组开路监测装置，其特征在于，所述电压采集模块与所述蓄电池组的正电极或负电极，或者所述蓄电池组中一个电池单元的正电极或负电极相连接。

3.根据权利要求2所述的蓄电池组开路监测装置，其特征在于，所述电压采集模块包括：

接入控制单元，用于选择由所述蓄电池组的正电极或者负电极，或者所述蓄电池组中一个电池单元的正电极或负电极采集电压；

分压单元，与所述接入控制单元相连，用于对采集到的电压进行分压；

滤波单元，与所述分压单元相连，用于滤除分压后电压信号中的高频干扰信号；

电压跟随单元，与所述滤波单元相连，用于对滤波后的电压进行放大。

4.根据权利要求3所述的蓄电池组开路监测装置，其特征在于，所述滤波单元为二阶滤波单元。

5.根据权利要求1所述的蓄电池组开路监测装置，其特征在于，所述电流采集模块包括：

高精度电流互感单元，用于感应电流信号采集点处的电流信号；

信号滤波单元，与所述高精度电流互感单元及放大单元的信号输入端连接，用于对采集到的电流信号进行滤波，以滤除其中的干扰信号；

基准单元，与放大单元的参考输入端连接，用于提供对采集到的电流信号进行放大时使用的基准电压；

放大单元，分别与所述信号滤波单元及所述基准单元连接，用于对采集到的电流信号进行放大；

反馈调节单元，分别与所述放大单元的输出端及所述信号输入端连接，用于将放大后的信号反馈到所述信号输入端。

6.根据权利要求1所述的蓄电池组开路监测装置，其特征在于，所述中央处理器为基于Cortex-M3内核的STM32F107处理器。

7.根据权利要求1所述的蓄电池组开路监测装置，其特征在于，所述告警模块为：声音告警模块或者包含发光二极管的发光告警模块。

8.根据权利要求1至7任一所述的蓄电池组开路监测装置，其特征在于，还包括：

通信模块，用于将所述蓄电池组开路监测装置监测到的电流及电压信号传输至其他装置。

9.根据权利要求8所述的蓄电池组开路监测装置，其特征在于，所述通信模块为RS485通信模块，具体用于使用RS485协议将所述蓄电池组开路监测装置监测到的电流及电压信号传输至其他装置。

10.一种蓄电池组开路监测方法，其特征在于，所述方法包括：

采集蓄电池组的实时供电电压；

采集对蓄电池组进行充电的充电电流；

根据所述实时供电电压及所述充电电流判断所述蓄电池组是否出现了开路故障；

若发生了开路故障向用户发送告警信息。