CN106383323A - 一种蓄电池智能监测装置及网络 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蓄电池智能监测装置，与蓄电池配合，包括壳体，壳体内设有安装于同一电路板上的用于实时获取并计算蓄电池性能参数的检测控制单元和用于将蓄电池性能参数以电力载波方式传输的通信单元；其中，检测控制单元的第一端通过正极电流线与蓄电池的正极柱相连，第二端通过正极电压线与蓄电池的正极柱相连，第三端通过负极电流线与蓄电池的负极柱相连，第四端通过负极电压线与蓄电池的负极柱相连，第五端与通信单元相连；通信单元还串接在正极电流线与负极电流线上。实施本发明，能够克服现有技术中蓄电池人工检测和在线监测带来的不便，实现蓄电池组每节电池性能和状态参数时间上的一致性及实时性，获取更准确的蓄电池状态参数。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，尤其涉及一种蓄电池智能监测装置及网络。
背景技术
随着技术的发展，工程应用领域对蓄电池状态信息的获取也越来越细化与严格，仅仅依靠蓄电池电压值、工作电流以及通过电压简单估计的电池剩余电量并不能满足现有需求，使得对蓄电池的生命周期以及故障等状态的精确研判已成为至关重要。而蓄电池状态多数以端电压、内阻值、剩余荷电量SOC(state of charge)、健康状态SOH(state ofhealth)、蓄电池工作温度等参数表现出来。如果不能很好的实时掌握这些关键数据，不及时发现有异常的蓄电池并予以处理，则会存在严重的安全隐患，甚至造成严重的安全生产事故，造成财产损失。
目前，蓄电池状态测试主要有以下两种方式：1)采用便携式电池检测仪表，人工对蓄电池(组)进行测试，但是由于一组蓄电池节数较多，尤其是上百节的蓄电池组，需耗费大量的人力和物力，且效率低、成本高、数据及时性差；2)采用蓄电池监测设备对蓄电池(组)进行在线监测，虽然可以现场数据处理及显示，也可以传送到远端的监控平台进行处理及分析，但是由于蓄电池监测设备测试端口较多，安装时需敷设大量的线路(如测试线路、电源线路及通信线路)，导致施工环境复杂、维护工作量大，且成本高；同时，由于长距离的测试易受干扰，用多频点激励法测试内阻往往不准确，也存在老化短路隐患，而采用一台主控设备巡检时，需对蓄电池组中每节电池进行顺序检测，一旦单节电池过多，容易造成检测时间间隔大，使得所有电池同一时刻的状态不能准确获取。
因此，亟需一种蓄电池智能监测装置，能够克服现有技术中蓄电池人工检测和在线监测带来的不便，实现蓄电池组每节电池性能和状态参数时间上的一致性及实时性，获取更准确的蓄电池状态参数。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种蓄电池智能监测装置及网络，能够克服现有技术中蓄电池人工检测和在线监测带来的不便，实现蓄电池组每节电池性能和状态参数时间上的一致性及实时性，获取更准确的蓄电池状态参数。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种蓄电池智能监测装置，其与蓄电池相配合，所述蓄电池智能监测装置包括壳体，所述壳体内设有安装于同一电路板上的用于实时获取并计算所述蓄电池性能参数的检测控制单元和用于将所述实时获取并计算出的蓄电池性能参数以电力载波方式传输的通信单元；其中，
所述检测控制单元的第一端通过正极电流线与所述蓄电池的正极柱相连，第二端通过正极电压线与所述蓄电池的正极柱相连，第三端通过负极电流线与所述蓄电池的负极柱相连，第四端通过负极电压线与所述蓄电池的负极柱相连，第五端与所述通信单元相连；
所述通信单元还串接在所述正极电流线与所述负极电流线上。
其中，所述检测控制单元包括用于数据控制处理及分析的主控模块、用于放电信号加载时使得蓄电池产生两个不同频率电流激励信号的放电模块、用于采集所述两个电流激励信号和所述蓄电池对应所述两个电流激励信号同一频率下产生的两个响应电压信号的采集模块以及用于通过对所述两个电流激励信号及所述两个响应电压信号计算出所述蓄电池性能参数的数据运算模块；其中，
所述主控模块分别与所述通信单元、所述放电模块、所述采集模块和所述数据运算模块相连；其中，所述主控模块由一ARM芯片及其外围电路形成；
所述放电模块还串接在所述正极电流线与所述负极电流线上；其中，所述放电模块由一DSP芯片及其外围电路形成；
所述采集模块还串接在所述正极电压线与所述负极电压线上以及串接在所述正极电流线与所述负极电流线上；其中，所述采集模块由一高速采集AD数模转换器芯片及其外围电路形成；
所述数据运算模块由另一DSP芯片及其外围电路形成。
其中，所述采集模块还包括用于采集温度的霍尔传感器。
其中，所述蓄电池性能参数包括所述蓄电池本体的端电压、工作电流、剩余荷电量和健康状态。
其中，所述主控模块的ARM芯片上预先烧录有所述蓄电池的ID信息；其中，所述蓄电池的ID信息包括生产编号、序列号，生产日期、额定安时容量和额定电压。
本发明实施例还提供了一种蓄电池智能监测网络，包括至少一如前述的蓄电池智能监测装置和一用于通过电力载波方式接收每一蓄电池智能监测装置数据的数据接收装置；其中，
所述每一蓄电池智能监测装置分别设置于相应的蓄电池上，且均与所述数据接收装置相连。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在本发明实施例中，由于蓄电池智能监测装置可以自动实时获取并计算蓄电池性能参数，且该蓄电池性能参数可以在通信单元上通过电力载波方式传输，避免了传统蓄电池组在线检测繁杂接线以及逐个巡检的时间等待与不统一，从而极大提高了每节蓄电池状态信息的实时性，因此克服了现有技术中蓄电池人工检测和在线监测带来的不便，实现蓄电池组每节电池性能和状态参数时间上的一致性及实时性，获取到更准确的蓄电池状态参数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例一提供的蓄电池智能监测装置的系统结构示意图；
图2为图1中检测控制单元的系统结构示意图；
图3为图2中数据运算模块采用蓄电池Thevenin电路模型的电路连接示意图；
图4为本发明实施例二提供的蓄电池智能监测网络的拓扑结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例一中，提供的一种蓄电池智能监测装置，其与蓄电池L相配合，该蓄电池智能监测装置包括壳体1，壳体1内设有安装于同一电路板上的用于实时获取并计算蓄电池性能参数的检测控制单元11和用于将实时获取并计算出的蓄电池性能参数以电力载波方式传输的通信单元12；其中，
检测控制单元11的第一端a1通过正极电流线21与蓄电池L的正极柱(+)相连，第二端a2通过正极电压线31与蓄电池L的正极柱(+)相连，第三端a3通过负极电流线22与蓄电池L的负极柱(-)相连，第四端a4通过负极电压线32与蓄电池L的负极柱(-)相连，第五端a5与通信单元12相连；
通信单元12还串接在正极电流线21与负极电流线22上，实现复用正极电流线21与负极电流线22以电力载波方式传输蓄电池性能参数。
应当说明的是，检测控制单元11可以采用具有多个数字芯片的单片机来实现，通信单元12可以采用单独的数字芯片来实现，且通信单元12复用正极电流线21与负极电流线22是通过检测控制单元11来控制实现的。
在本发明实施例中，检测控制单元11由于外接蓄电池的正负极柱子，可以分别通过正负极电压线和正负极电流线实时获得蓄电池产生的电压信号及电流信号等信息，并加工计算出远端数据接收装置所需的蓄电池性能参数，且进一步通过通信单元12将上述蓄电池性能参数以电力载波方式传输，从而避免了传统蓄电池组在线检测繁杂接线以及逐个巡检的时间等待与不统一，极大提高了每节蓄电池状态信息的实时性。其中，蓄电池性能参数包括但不限于蓄电池本体的端电压、工作电流、剩余荷电量和健康状态。
更进一步的，如图2所示，检测控制单元11包括用于数据控制处理及分析的主控模块111、用于放电信号加载时使得蓄电池产生两个不同频率电流激励信号的放电模块112、用于采集两个电流激励信号和蓄电池对应两个电流激励信号同一频率下产生的两个响应电压信号的采集模块113以及用于通过对两个电流激励信号及两个响应电压信号计算出蓄电池性能参数的数据运算模块114；其中，
主控模块111分别与通信单元12、放电模块112、采集模块113和数据运算模块114相连；其中，主控模块111由一ARM芯片及其外围电路形成；
放电模块112还串接在正极电流线21与负极电流线22上；其中，放电模块112由一DSP芯片及其外围电路形成；
采集模块113还串接在正极电压线31与所述负极电压线32上以及串接在正极电流线21与负极电流线22上；其中，采集模块113由一高速采集AD数模转换器芯片及其外围电路形成；
数据运算模块114由另一DSP芯片及其外围电路形成。
应当说明的是，数据运算模块114中计算出的蓄电池性能参数有剩余荷电量和健康状态，而剩余荷电量和健康状态是根据Thevenin电路模型(如图3所示)的欧姆电阻R1、极化电阻R2、双层极化电容C2的值，利用Kalman滤波器算法最优估算出来的，而该图3中Thevenin电路模型的欧姆电阻R1、极化电阻R2、双层极化电容C2的值是基于采集模块113中两个电流激励信号及两个响应电压信号计算获得的。
更进一步的，为了获取蓄电池的实时温度，采集模块113还包括用于采集温度的霍尔传感器。
更进一步的，为了获取蓄电池更多的信息，主控模块111的ARM芯片上预先烧录有蓄电池的ID信息，该蓄电池的ID信息包括但不限于生产编号、序列号，生产日期、额定安时容量和额定电压。
本发明实施例一中的蓄电池智能监测装置的工作原理为：主控模块111控制放电模块112产生放电信号，在该放电信号加载时使蓄电池L经由正极电流线21和负极电流线22向放电模块112以两个不同频率电流激励信号进行放电，采集模块113采集流经蓄电池的两个电流激励信号，并通过正极电压线31和负极电压线32采集蓄电池分别对应两个电流激励信号同一频率的两个响应电压信号，数据运算模块114根据接收到的两个电流激励信号和两个响应电压信号，通过算法获得蓄电池的欧姆电阻、极化电阻以及双层极化电容，并利用Kalman滤波器算法最优估算出蓄电池的剩余荷电量和健康状态。同时，还将获取到的蓄电池的ID信息以及估算出蓄电池的剩余荷电量和健康状态等等，控制通信单元12复用正极电流线21和负极电流线22以电力载波方式传输给远端的数据接收装置。
如图4所示，相对于本发明实施例一中的蓄电池智能监测装置，本发明实施例二还提供了一种蓄电池智能监测网络，包括至少一本发明实施例一中的蓄电池智能监测装置S和一用于通过电力载波方式接收每一蓄电池智能监测装置S数据的数据接收装置R；其中，每一蓄电池智能监测装置S分别设置于相应的蓄电池L上，且均与所述数据接收装置R相连。
由于本发明实施例二中的蓄电池智能监测网络所包括的蓄电池智能监测装置S，具有与本发明实施例一中的蓄电池智能监测装置相同的结构和连接关系，因此在此不再一一赘述。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在本发明实施例中，由于蓄电池智能监测装置可以自动实时获取并计算蓄电池性能参数，且该蓄电池性能参数可以在通信单元上通过电力载波方式传输，避免了传统蓄电池组在线检测繁杂接线以及逐个巡检的时间等待与不统一，从而极大提高了每节蓄电池状态信息的实时性，因此克服了现有技术中蓄电池人工检测和在线监测带来的不便，实现蓄电池组每节电池性能和状态参数时间上的一致性及实时性，获取到更准确的蓄电池状态参数。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种蓄电池智能监测装置，其与蓄电池相配合，其特征在于，所述蓄电池智能监测装置包括壳体(1)，所述壳体(1)内设有安装于同一电路板上的用于实时获取并计算所述蓄电池性能参数的检测控制单元(11)和用于将所述实时获取并计算出的蓄电池性能参数以电力载波方式传输的通信单元(12)；其中，
所述检测控制单元(11)的第一端通过正极电流线(21)与所述蓄电池的正极柱相连，第二端通过正极电压线(31)与所述蓄电池的正极柱相连，第三端通过负极电流线(22)与所述蓄电池的负极柱相连，第四端通过负极电压线(32)与所述蓄电池的负极柱相连，第五端与所述通信单元(12)相连；
所述通信单元(12)还串接在所述正极电流线(21)与所述负极电流线(22)上。
2.如权利要求1所述的蓄电池智能监测装置，其特征在于，所述检测控制单元(11)包括用于数据控制处理及分析的主控模块(111)、用于放电信号加载时使得蓄电池产生两个不同频率电流激励信号的放电模块(112)、用于采集所述两个电流激励信号和所述蓄电池对应所述两个电流激励信号同一频率下产生的两个响应电压信号的采集模块(113)以及用于通过对所述两个电流激励信号及所述两个响应电压信号计算出所述蓄电池性能参数的数据运算模块(114)；其中，
所述主控模块(111)分别与所述通信单元(12)、所述放电模块(112)、所述采集模块(113)和所述数据运算模块(114)相连；其中，所述主控模块(111)由一ARM芯片及其外围电路形成；
所述放电模块(112)还串接在所述正极电流线(21)与所述负极电流线(22)上；其中，所述放电模块(112)由一DSP芯片及其外围电路形成；
所述采集模块(113)还串接在所述正极电压线(31)与所述负极电压线(32)上以及串接在所述正极电流线(21)与所述负极电流线(22)上；其中，所述采集模块(113)由一高速采集AD数模转换器芯片及其外围电路形成；
所述数据运算模块(114)由另一DSP芯片及其外围电路形成。
3.如权利要求2所述的蓄电池智能监测装置，其特征在于，所述采集模块(113)还包括用于采集温度的霍尔传感器。
4.如权利要求3所述的蓄电池智能监测装置，其特征在于，所述蓄电池性能参数包括所述蓄电池本体的端电压、工作电流、剩余荷电量和健康状态。
5.如权利要求4所述的蓄电池智能监测装置，其特征在于，所述主控模块(111)的ARM芯片上预先烧录有所述蓄电池的ID信息；其中，所述蓄电池的ID信息包括生产编号、序列号，生产日期、额定安时容量和额定电压。
6.一种蓄电池智能监测网络，其特征在于，包括至少一如权利要求1-5中任一项所述的蓄电池智能监测装置和一用于通过电力载波方式接收每一蓄电池智能监测装置数据的数据接收装置；其中，
所述每一蓄电池智能监测装置分别设置于相应的蓄电池上，且均与所述数据接收装置相连。
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