CN107069125B - 蓄电池开路保护方法和装置、蓄电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄电池开路保护方法和装置、蓄电池组，该装置包括蓄电池开路识别单元、蓄电池通路单元以及控制管理单元；蓄电池开路识别单元和蓄电池通路单元均与蓄电池组中的蓄电池单体连接，控制管理单元分别与蓄电池开路识别单元和蓄电池通路单元连接；蓄电池开路识别单元包括采集蓄电池单体端电压的电压采集装置、采集蓄电池单体充放电电流的电流采集装置以及第一处理器；第一处理器分别与电压采集装置、电流采集装置以及控制管理单元连接。本发明能够实现蓄电池开路的自动识别与自动快速通路控制，从而可以降低蓄电池开路风险带来的事故隐患。

Description

蓄电池开路保护方法和装置、蓄电池组

技术领域

本发明涉及蓄电池监测技术领域，特别是涉及一种蓄电池开路保护方法和装置、蓄电池组。

背景技术

蓄电池作为一种可靠的电源在变电站直流系统、UPS供电系统中得到了大规模的应用。尤其是在变电站直流系统中，蓄电池作为供电系统故障时的后备电源，是重中之重的设备。如果在异常运行中蓄电池开路，继电保护装置就会失去操作直流电压，有关断路器就不能迅速地分闸切断故障点，强大的短路电流会烧损供电设备引发牵引供变电系统长时间大面积停电，从而造成巨大损失。因此，在应用蓄电池的现场，若未能及时发现蓄电池开路状态并进行相关处理，一旦供电系统故障将会带来严重后果。

发明内容

基于此，本发明提供一种蓄电池开路保护方法和装置、蓄电池组，能识别蓄电池单体的开路状态，并在蓄电池单体开路时迅速短接，使其不影响整个蓄电池组的运行。

为实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种蓄电池开路保护装置，包括蓄电池开路识别单元、蓄电池通路单元以及控制管理单元；

所述蓄电池开路识别单元和所述蓄电池通路单元均与蓄电池组中的蓄电池单体连接，所述控制管理单元分别与所述蓄电池开路识别单元和所述蓄电池通路单元连接；

所述蓄电池开路识别单元包括采集所述蓄电池单体端电压的电压采集装置、采集所述蓄电池单体充放电电流的电流采集装置以及第一处理器；所述第一处理器分别与所述电压采集装置、所述电流采集装置以及所述控制管理单元连接。

本发明实施例还提供一种蓄电池开路保护方法，包括如下步骤：

第一处理器同步驱动电压采集装置和电流采集装置，以同步获取蓄电池组中蓄电池单体的端电压变化量和所述蓄电池单体的放电电流；

所述第一处理器依据所述蓄电池单体的端电压变化量和所述放电电流计算所述蓄电池单体的内阻；

通过对比所述蓄电池单体的内阻和标准内阻来判断所述蓄电池单体是否开路；

当判定所述蓄电池单体开路时，所述第一处理器发送开路信号至所述控制管理单元；

所述控制管理单元根据所述开路信号识别发生开路的蓄电池单体，并发送通路信号至所述发生开路的蓄电池单体所对应的蓄电池通路单元；

所述蓄电池通路单元在接收所述通路信号后短接对应的蓄电池单体。

本发明实施例还提供一种蓄电池组，包括多个串联的蓄电池单体，以及上述的蓄电池开路保护装置。

本发明通过电压采集装置和电流采集装置来同步采集蓄电池单体的端电压和放电电流，从而精确获得蓄电池单体的内阻，将其与标准内阻进行比对就可以快速识别出蓄电池单体是否开路。本发明不仅可以自动识别蓄电池的开路状态，还能在蓄电池单体开路时自动快速短接开路的蓄电池单体，使其不影响整个蓄电池组的运行，从而可以降低变电站直流系统、UPS供电系统等系统中蓄电池开路风险带来的事故隐患，将蓄电池开路事故控制在发生之前。此外，本发明的蓄电池开路保护装置可设计为分布式安装结构，安装简易，具有较高的推广价值和应用前景。

附图说明

图1是本发明的蓄电池开路保护装置在一个实施例中的结构示意图；

图2为本发明实施例中蓄电池开路识别单元的结构示意图；

图3为本发明实施例中蓄电池通路单元的结构示意图；

图4为本发明实施例中控制管理单元的结构示意图；

图5是本发明的蓄电池开路保护方法在一个实施例中的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，尽管在下文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。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内容。

图1是本发明的蓄电池开路保护装置在一个实施例中的结构示意图，如图1所示，该装置包括蓄电池开路识别单元1、蓄电池通路单元2以及控制管理单元3。

其中，蓄电池开路识别单元1和蓄电池通路单元2均与蓄电池组中的蓄电池单体700连接，控制管理单元3分别与蓄电池开路识别单元1和蓄电池通路单元2连接。参照图2所示，蓄电池开路识别单元1包括采集蓄电池单体700端电压的电压采集装置101a、采集蓄电池单体700充放电电流的电流采集装置101b以及第一处理器101c；第一处理器101c分别与电压采集装置101a、电流采集装置101b以及控制管理单元3连接。

在本实施例中，蓄电池开路识别单元1用于识别相应的蓄电池单体700的开路状态，具体的，当需要判断蓄电池单体是否开路时，第一处理器101c同步驱动电压采集装置101a和电流采集装置101b，同步获得蓄电池单体700的端电压和充放电电流，而第一处理器101c能根据端电压的变化和放电电流来计算出蓄电池单体的内阻，由于端电压和放电电流是同步采集的，因此计算获得的内阻较为精确。第一处理器101c进一步将蓄电池单体的内阻与标准内阻进行对比，以此判断蓄电池单体700是否开路。

当第一处理器101c判定相应的蓄电池单体700开路时，第一处理器101c发送开路信号至控制管理单元3。控制管理单元3在接收到第一处理器101c发送的开路信号后，根据开路信号识别发生开路的蓄电池单体700，并发送通路信号至发生开路的蓄电池单体700所对应的蓄电池通路单元2，蓄电池通路单元2在接收通路信号后短接对应的蓄电池单体700，从而保证了整个蓄电池组正常运行，使得蓄电池组仍能可靠向外供电，保证系统运行安全，控制事故影响范围。

可选的，本实施例中的电压采集装置101a还可以实时或周期性采集蓄电池单体700的端电压，而电流采集装置101b则可以实时或周期性地采集蓄电池组的浮充电流，第一处理器101c则依据端电压和浮充电流来计算蓄电池单体700的内阻，并综合端电压、浮充电流以及内阻来判断蓄电池是否出现数据异常，若出现数据异常，则第一处理器101c通过上述的方法来精确检测蓄电池单体700的内阻，即同步驱动电压采集装置101a和电流采集装置101b，同步获得蓄电池单体700的端电压和放电电流，并计算出内阻，以此实现蓄电池单体700开路状态的精确识别。

此外，第一处理器101c还可以将相应的蓄电池单体700的开路状态数据(例如蓄电池单体700的端电压、充放电电流、内阻等等)上传至控制管理单元3，由控制管理单元3存储并管理各个蓄电池单体700的开路状态数据。

可选的，本发明实施例中结合四线法和直流瞬间放电法，以及高精度的时间控制逻辑来采集蓄电池单体的数据。具体的，如图2所示，电压采集装置101a的第一端通过第一电压线U+与蓄电池单体700的正极连接，电压采集装置101a的第二端通过第二电压线U-与蓄电池单体700的负极连接。电流采集装置101b的第一端通过第一电流线I+与蓄电池单体700的正极连接，电流采集装置101b的第二端通过第二电流线I-与蓄电池单体700的负极连接。通过四线法(四线分别为U+、U-、I+以及I-)和直流瞬间放电法相结合，以及第一处理器101c所运行的时间控制逻辑，可以在蓄电池放电时瞬间通过电压采集装置101a和电流采集装置101b同步采集蓄电池单体700的端电压和放电电流，从而提高内阻的计算精度。

在一种可选的实施方式中，参照图3所示，蓄电池通路单元2包括第二处理器201a、开关单元201b以及续流二极管201c。其中，第二处理器201a分别与控制管理单元3和开关单元201b连接，续流二极管201c的正极与蓄电池单体700的负极连接，续流二极管201c的负极与蓄电池单体700的正极连接，开关单元201b串接在续流二极管201c和蓄电池单体700的回路中。

第二处理器201a接收到控制管理单元3发送的通路信号后，闭合开关单元201b短接相应的蓄电池单体700，从而保证整个蓄电池组正常运行，而续流二极管201c起到了在开关单元201b闭合短接过程中的续流功能，以实现蓄电池出现开路时无任何间隔时间。

开关单元201b可选用各类开关器件，例如MOS管。较佳地，本实施例中的开关单元201b可选用继电器，继电器无需设计复杂的驱动电路，使用简单。为了提高通路效率，继电器可优选使用高速大容量继电器。

在一种可选的实施方式中，参照图4所示，控制管理单元3包括开路报警装置301a、存储器301b以及第三处理器301c。第三处理器301c分别与第一处理器101c、第二处理器201a、开路报警装置301a以及存储器301b连接。

第三处理器301c在接收第一处理器101c发送的开路信号后，识别出发生开路的蓄电池单体，并可以驱动开路报警装置301a进行报警，提醒运维人员蓄电池单体出现开路。同时，第三处理器301c向发生开路的蓄电池单体所对应的第二处理器201a发送通路信号，以使第二处理器201a驱动开关单元201b短接发生开路的蓄电池单体，使其不影响整个蓄电池组的运行。

此外，第一处理器101c还可以发送蓄电池单体的开路状态数据至第三处理器301c，第三处理器301c可将这些数据存储至存储器301b中备用或管理。

可选的，第三处理器301c通过总线分别与第一处理器101c、第二处理器201a连接。利用总线技术进行数据传输，可以达到分布式数据采集、数据集中管理控制的目的。

可选的，开路报警装置可采用任意一种形式的报警装置，本实施例中的开路报警装置包括声音报警装置、发光报警装置、通信软报警装置中的一种或多种。其中，声音报警装置可发生提示音进行报警，发光报警装置可通过点亮警示灯进行告警，而通信软报警装置则可以生成报警信号，且将该报警信号发送至各类终端设备。

本发明的蓄电池开路保护装置能够实现蓄电池开路的自动识别与自动快速通路控制，从而可以降低变电站直流系统、UPS供电系统等系统中蓄电池开路风险带来的事故隐患，将蓄电池开路事故控制在发生之前，起到预警、预防、预控功能。并且本发明的蓄电池开路保护装置可设计为分布安装结构，安装简易，具有较高的推广价值和应用前景。

基于上述本发明的蓄电池开路保护装置，本发明还提供一种蓄电池开路保护方法，参照图5所示，该方法包括如下步骤：

步骤S501，第一处理器同步驱动电压采集装置和电流采集装置，以同步获取蓄电池组中蓄电池单体的端电压和蓄电池单体的放电电流；

步骤S502，第一处理器依据蓄电池单体的端电压的变化量和放电电流计算蓄电池单体的内阻；

步骤S503，通过对比蓄电池单体的内阻和标准内阻来判断蓄电池单体是否开路；

步骤S504，当判定蓄电池单体开路时，第一处理器发送开路信号至控制管理单元；

步骤S505，控制管理单元根据开路信号识别发生开路的蓄电池单体，并发送通路信号至发生开路的蓄电池单体所对应的蓄电池通路单元；

步骤S506，蓄电池通路单元在接收通路信号后短接对应的蓄电池单体。

通过上述蓄电池开路保护方法，可以准确识别蓄电池单体是否开路，并在蓄电池单体开路时迅速将其短接，使其不影响整个蓄电池组的运行，使得蓄电池组仍能可靠向外供电，保证系统运行安全，控制事故影响范围。至于上述各步骤的具体过程，可参照上述述蓄电池开路保护装置中的描述，此处不再进行赘述。

此外，本发明还提供一种蓄电池组，该蓄电池组包括多个串联的蓄电池单体，还包括上述的蓄电池开路保护装置。通过蓄电池开路保护装置可以准确识别各个蓄电池单体是否开路，并能在蓄电池单体开路时快速使其短接，不影响整个蓄电池组的运行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种蓄电池开路保护装置，其特征在于，包括蓄电池开路识别单元、蓄电池通路单元以及控制管理单元；

所述蓄电池开路识别单元和所述蓄电池通路单元均与蓄电池组中的蓄电池单体连接，所述控制管理单元分别与所述蓄电池开路识别单元和所述蓄电池通路单元连接；

所述蓄电池开路识别单元包括采集蓄电池单体端电压的电压采集装置、采集蓄电池单体充放电电流的电流采集装置以及第一处理器；所述第一处理器分别与所述电压采集装置、所述电流采集装置以及所述控制管理单元连接；

所述电压采集装置周期性采集蓄电池单体的端电压，所述电流采集装置周期性采集蓄电池单体的充放电电流，所述第一处理器依据所述端电压和所述充放电电流计算所述蓄电池单体的内阻，并综合所述端电压、所述充放电电流以及所述内阻判断蓄电池是否出现数据异常，若出现数据异常，所述第一处理器同步驱动所述电压采集装置和所述电流采集装置，同步获得所述蓄电池单体的端电压和充放电电流，并计算出内阻，通过对比所述蓄电池单体的内阻和标准内阻来判断所述蓄电池单体是否开路；

当所述第一处理器判定所述蓄电池单体开路时，所述第一处理器发送开路信号至所述控制管理单元；所述控制管理单元根据所述开路信号识别发生开路的蓄电池单体，并发送通路信号至所述发生开路的蓄电池单体所对应的蓄电池通路单元；所述蓄电池通路单元在接收所述通路信号后短接对应的蓄电池单体。

2.根据权利要求1所述的蓄电池开路保护装置，其特征在于：

所述电压采集装置的第一端通过第一电压线与所述蓄电池单体的正极连接，所述电压采集装置的第二端通过第二电压线与所述蓄电池单体的负极连接；

所述电流采集装置的第一端通过第一电流线与所述蓄电池单体的正极连接，所述电流采集装置的第二端通过第二电流线与所述蓄电池单体的负极连接。

3.根据权利要求1或2所述的蓄电池开路保护装置，其特征在于，所述蓄电池通路单元包括第二处理器、开关单元以及续流二极管；

所述第二处理器分别与所述控制管理单元和所述开关单元连接；

所述续流二极管的正极与所述蓄电池单体的负极连接，所述续流二极管的负极与所述蓄电池单体的正极连接；

所述开关单元串接在所述续流二极管和所述蓄电池单体的回路中。

4.根据权利要求3所述的蓄电池开路保护装置，其特征在于，所述开关单元为继电器。

5.根据权利要求3所述的蓄电池开路保护装置，其特征在于，所述控制管理单元包括开路报警装置、存储器以及第三处理器；

所述第三处理器分别与所述第一处理器、所述第二处理器、所述开路报警装置以及所述存储器连接。

6.根据权利要求5所述的蓄电池开路保护装置，其特征在于，所述第三处理器通过总线分别与所述第一处理器、所述第二处理器连接。

7.根据权利要求5所述的蓄电池开路保护装置，其特征在于，所述开路报警装置包括声音报警装置、发光报警装置、通信软报警装置中的一种或多种。

8.一种蓄电池开路保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

电压采集装置周期性采集蓄电池单体的端电压，电流采集装置周期性采集蓄电池单体的充放电电流；第一处理器依据所述蓄电池单体的端电压和所述充放电电流计算所述蓄电池单体的内阻，并综合所述端电压、所述充放电电流以及所述内阻判断蓄电池是否出现数据异常，若出现数据异常，所述第一处理器同步驱动所述电压采集装置和所述电流采集装置，同步获得所述蓄电池单体的端电压和充放电电流，并计算出内阻，通过对比所述蓄电池单体的内阻和标准内阻来判断所述蓄电池单体是否开路；

当判定所述蓄电池单体开路时，所述第一处理器发送开路信号至控制管理单元；

所述控制管理单元根据所述开路信号识别发生开路的蓄电池单体，并发送通路信号至所述发生开路的蓄电池单体所对应的蓄电池通路单元；

所述蓄电池通路单元在接收所述通路信号后短接对应的蓄电池单体。

9.一种蓄电池组，其特征在于，包括多个串联的蓄电池单体，以及如权利要求1至7中任一项所述的蓄电池开路保护装置。