CN106443479A - 一种蓄电池智能监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蓄电池智能监测系统，其与若干个均由多个串联和/或并联蓄电池单体形成的蓄电池组相配合，且两两相邻蓄电池组之间相互连通后形成为一待测电压源。该系统包括若干个蓄电池监测装置、一控制器以及一集中通信装置；每一蓄电池监测装置均包括设置于相同电路板上依序连接的检测控制单元和通信单元，检测控制单元还通过多芯线与各蓄电池单体相连，通信单元还通过无线方式与控制器和集中通信装置相连；控制器还与待测电压源以及集中通信装置相连；集中通信装置还与数据接收设备相连。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系统。
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系统，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系统，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系统，所述蓄电池智能监测系统与若干个均由多个串联和/或并联蓄电池单体形成的蓄电池组相配合，且两两相邻蓄电池组之间相互连通后形成为一待测电压源；其中，
所述蓄电池智能监测系统包括若干个用于实时获取并计算相应蓄电池组内各蓄电池单体性能参数的蓄电池监测装置、一用于实时检测所述待测电压源形成的总电压、总电流及电压波纹系数的控制器以及一用于通过无线方式获取所述计算出的每一蓄电池组内各蓄电池单体性能参数以及所述检测到的待测电压源形成的总电压、总电流和电压波纹系数并传输给数据接收设备的集中通信装置；其中，
每一蓄电池监测装置均包括设置于相同电路板上依序连接的用于实时获取并计算同一蓄电池组内各蓄电池单体性能参数的检测控制单元和用于将所述同一蓄电池组内各蓄电池单体性能参数输出的通信单元；其中，所述每一蓄电池监测装置中的检测控制单元还均通过多芯线与对应蓄电池组内的各蓄电池单体相连，所述每一蓄电池监测装置中的通信单元还均通过无线方式与所述控制器的第一端和所述集中通信装置的输入端相连；每一多芯线均包括若干对连接线，且每一对连接线均包括与同一蓄电池单体正极柱相连的正极电压线和正极电流线，以及与同一蓄电池单体负极柱相连的负极电压线和负极电流线；
所述控制器的第二端与所述待测电压源的正输出端相连，第三端与所述待测电压源的负输出端相连，第四端通过电流互感器与所述待测电压源的正输出端或负输出端相连，第五端通过无线方式与所述集中通信装置的输入端相连；
所述集中通信装置的输出端与所述数据接收设备相连。
其中，所述每一蓄电池监测装置中的检测控制单元均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同一蓄电池组内各蓄电池单体均产生两个不同频率电流激励信号的放电模块、用于采集同一蓄电池组内各蓄电池单体的两个电流激励信号以及采集同一蓄电池组内与各自对应两个电流激励信号频率相同时各蓄电池单体形成的两个响应电压信号的采集模块以及用于通过对同一蓄电池组内各蓄电池单体的两个电流激励信号及两个响应电压信号计算出同一蓄电池组内各蓄电池单体性能参数的数据运算模块；其中，
所述主控模块与所述放电模块、所述采集模块和所述数据运算模块相连，还与同一蓄电池监测装置中的通信单元相连；其中，所述主控模块由一ARM芯片及其外围电路形成；
所述放电模块还均串接在同一蓄电池组内连接各蓄电池单体的正极电流线与负极电流线上；其中，所述放电模块由一DSP芯片及其外围电路形成；
所述采集模块还均串接在同一蓄电池组内连接各蓄电池单体的正极电流线与负极电流线上以及还均串接在同一蓄电池组内连接各蓄电池单体的正极电压线与负极电压线上；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，所述每一蓄电池监测装置中检测控制单元内的采集模块均还包括若干个分别与同一蓄电池组内各蓄电池单体相连且用于采集蓄电池单体温度的霍尔传感器。
其中，所述每一蓄电池监测装置的检测控制单元与其对应的多芯线均采用公母头相配合的方式实现连接。
其中，所述集中通信装置的输出端通过GPRS与所述数据接收设备相连，输入端通过WIFI与所述每一蓄电池监测装置的通信单元和所述控制器的第五端相连。
其中，所述各蓄电池单体性能参数包括各蓄电池本体的端电压、工作电流、剩余荷电量和健康状态。
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系统可以通过若干个蓄电池监测装置自动实时获取并计算各蓄电池组内各蓄电池单体性能参数，且各蓄电池组内各蓄电池单体性能参数可以统一通过集中通信装置传输给数据接收设备，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；同时，控制器可以根据对所有蓄电池组形成的待测电压源实时检测出输出电压及其对应的波纹系数，以防止超过规定纹波指标的充电电压对蓄电池组内蓄电池单体造成伤害。
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为本发明实施例提供的蓄电池智能监测系统的一系统结构示意图；
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为本发明实施例提供的蓄电池智能监测系统的另一系统结构示意图‘
图5为图4中检测控制单元的系统结构示意图；
图6为本发明实施例中蓄电池智能监测系统内一蓄电池智能监测装置的侧面结构示意图；
图7为本发明实施例中蓄电池智能监测系统内与一蓄电池智能监测装置相连的多芯线的平面结构示意图。
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，为本发明实施例中，提供的一种蓄电池智能监测系统，该蓄电池智能监测系统与若干个均由多个串联和/或并联蓄电池单体形成的蓄电池组相配合，且两两相邻蓄电池组之间相互连通后形成为一待测电压源U；其中，
蓄电池智能监测系统包括若干个用于实时获取并计算相应蓄电池组内各蓄电池单体性能参数的蓄电池监测装置S、一用于实时检测待测电压源U形成的总电压、总电流及电压波纹系数的控制器M以及一用于通过无线方式获取计算出的每一蓄电池组内各蓄电池单体性能参数以及检测到的待测电压源U形成的总电压、总电流和电压波纹系数并传输给数据接收设备R的集中通信装置C；其中，
每一蓄电池监测装置S均包括设置于相同电路板上依序连接的用于实时获取并计算同一蓄电池组内各蓄电池单体性能参数的检测控制单元1和用于将所述同一蓄电池组内各蓄电池单体性能参数输出的通信单元2；其中，每一蓄电池监测装置S中的检测控制单元1还均通过多芯线K与对应蓄电池组内的各蓄电池单体相连，每一蓄电池监测装置S中的通信单元2还均通过无线方式与控制器M的第一端a1和集中通信装置C的输入端相连；每一多芯线K均包括若干对连接线，且每一对连接线均包括与同一蓄电池单体正极柱相连的正极电压线和正极电流线，以及与同一蓄电池单体负极柱相连的负极电压线和负极电流线；
控制器M的第二端a2与待测电压源U的正输出端相连，第三端a3与待测电压源U的负输出端相连，第四端a4通过电流互感器L与待测电压源U的正输出端或负输出端相连，第五端a5通过无线方式与集中通信装置C的输入端相连；
集中通信装置C的输出端与数据接收设备R相连。
应当说明的是，每一蓄电池监测装置S中的检测控制单元1可以采用具有多个数字芯片的单片机来实现，通信单元2可以采用单独的数字芯片来实现，且检测控制单元1获取的各蓄电池单体性能参数包括各蓄电池本体的端电压、工作电流、剩余荷电量和健康状态。
可以理解的是，集中通信装置C的输出端通过GPRS与数据接收设备R相连，输入端通过WIFI与每一蓄电池监测装置S的通信单元2和控制器M的第五端a5相连，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，并且减少了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)，降低了施工复杂程度、维护工作量和成本。
更进一步的，如图2所示，每一蓄电池监测装置S中的检测控制单元1均包括用于数据控制处理及分析的主控模块11、用于放电信号加载时使得同一蓄电池组内各蓄电池单体均产生两个不同频率电流激励信号的放电模块12、用于采集同一蓄电池组内各蓄电池单体的两个电流激励信号以及采集同一蓄电池组内与各自对应两个电流激励信号频率相同时各蓄电池单体形成的两个响应电压信号的采集模块13以及用于通过对同一蓄电池组内各蓄电池单体的两个电流激励信号及两个响应电压信号计算出同一蓄电池组内各蓄电池单体性能参数的数据运算模块14；其中，
主控模块11与放电模块12、采集模块13和数据运算模块14相连，还与同一蓄电池监测装置S中的通信单元2相连；其中，主控模块11由一ARM芯片及其外围电路形成；
放电模块12还均串接在同一蓄电池组内连接各蓄电池单体的正极电流线(如图2中X11～Xn1)与负极电流线(如图2中X12～Xn2)上；其中，放电模块12由一DSP芯片及其外围电路形成；
采集模块13还均串接在同一蓄电池组内连接各蓄电池单体的正极电流线(如图2中X11～Xn1)与负极电流线(如图2中X12～Xn2)上以及还均串接在同一蓄电池组内连接各蓄电池单体的正极电压线(如图2中X13～Xn3)与负极电压线(如图2中X14～Xn4)上；其中，采集模块13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14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14中计算出的各蓄电池单体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13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，如图4和图5所示，为了获取各蓄电池组内各蓄电池单体的实时温度，因此每一蓄电池监测装置S中检测控制单元1内的采集模块13均还包括若干个分别与同一蓄电池组内各蓄电池单体相连且用于采集蓄电池单体温度的霍尔传感器T。
更进一步的，每一蓄电池监测装置S的检测控制单元1与其对应的多芯线K均采用公母头相配合的方式实现连接。如图6所示，为本发明实施例中蓄电池智能监测系统内一蓄电池智能监测装置的侧面结构示意图，图中D1为母头，J1-J4为霍尔传感器T的接口；如图7所示，为本发明实施例中蓄电池智能监测系统内与一蓄电池智能监测装置相连的多芯线的平面结构示意图，图中D2为公头。
本发明实施例中的蓄电池智能监测系统的工作原理为：在每一个蓄电池智能监测装置S对相应蓄电池组进行检测的过程中，检测控制单元1的主控模块11会控制放电模块12产生放电信号，在该放电信号加载时使对应蓄电池组内各蓄电池单体都会经由正极电流线和负极电流线向放电模块12以两个不同频率电流激励信号进行放电，此时采集模块13采集流经同一蓄电池组内各蓄电池单体的两个电流激励信号，并通过正极电压线和负极电压线采集同一蓄电池组内分别各自对应两个电流激励信号同一频率下各蓄电池单体形成的两个响应电压信号，数据运算模块14根据接收到的同一蓄电池组内各蓄电池单体的两个电流激励信号和两个响应电压信号，通过算法获得同一蓄电池组内各蓄电池单体的欧姆电阻、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各蓄电池单体的剩余荷电量和健康状态。同时，还将获取到的各蓄电池单体的ID信息、温度以及估算出蓄电池的剩余荷电量和健康状态等等信息，通过WIFI方式从通信单元2发送给集中通信装置C接收后，再通过GPRS转发给远端的数据接收设备R。
为了防止超过规定纹波指标的充电电压对蓄电池组内蓄电池单体造成伤害，控制器M同时会根据对所有蓄电池组形成的待测电压源U进行实时检测，分析出待测电压源U的输出电压及其对应的波纹系数，以及输出电流。
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系统可以通过若干个蓄电池监测装置自动实时获取并计算各蓄电池组内各蓄电池单体性能参数，且各蓄电池组内各蓄电池单体性能参数可以统一通过集中通信装置传输给数据接收设备，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；同时，控制器可以根据对所有蓄电池组形成的待测电压源实时检测出输出电压及其对应的波纹系数，以防止超过规定纹波指标的充电电压对蓄电池组内蓄电池单体造成伤害。
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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