CN107390130A - 环网柜蓄电池在线监测装置以及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配网自动化技术领域，具体涉及一种环网柜蓄电池在线监测装置以及监测方法，包括主机和从机，主机和从机相互配合工作，主机和从机均包括电压采集单元、电流采集单元、内阻测试单元、通信单元和控制单元；本发明能够实现对环网柜四节蓄电池的综合监测，确保环网柜蓄电池工作的可靠性。电压采集单元和电流采集单元可分别检测直流电源的电压和电流信号，并能通过内阻测试单元进行内阻测试，判断电源内蓄电池的健康状况，并且发出相应的告警信号，无须人工干预，提高了工作效率和电源工作的可靠性。

Description

环网柜蓄电池在线监测装置以及监测方法

技术领域

本发明涉及配网自动化技术领域，具体涉及一种环网柜蓄电池在线监测装置以及监测方法。

背景技术

为提高环网柜电源系统的可靠性，环网柜中的开关、保护设备的操作电源一般都配备后备蓄电池组，尤其是针对需要交流操作电源为电动操作机构供电的环网柜，在交流失电后，需要电源将直流电源逆变为交流电源以维持电动操作机构的供电。

在实际的运行过程中，可能存在电源出现故障的情况，造成操作电源失电，例如蓄电池性能下降，无法放电，交流输入接触不良、故障或输出断路器脱扣等问题，目前针对故障这一问题尚且没有有效的解决方案。

发明内容

为了解决上述技术问题中的不足，本发明的目的在于：提供一种环网柜蓄电池在线监测装置以及监测方法，能够实现对环网柜蓄电池的综合监测，确保环网柜蓄电池工作的可靠性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述环网柜蓄电池在线监测装置，包括主机和从机，主机和从机相互配合工作，主机和从机均包括电压采集单元、电流采集单元、内阻测试单元、通信单元和控制单元；

所述主机的电压采集单元的输入端分别连接到第一节蓄电池的正极、负极和第二节蓄电池的负极，输出端连接至控制单元；从机的电压采集单元输入端分别连接到第三节蓄电池的正极、负极和第四节蓄电池的负极，输出端连接至控制单元；

所述主机电流采集单元的输入端连接着蓄电池充电线的正极和蓄电池组的总正极，输出端连接至控制单元；

所述主机内阻测试单元连接着第一节蓄电池的正极和第二节蓄电池的负极；从机的内阻测试单元连接第三节蓄电池的正极和第四节蓄电池的负极；

所述主机通信单元既与上位机通信连接，将监测数据发送至上位机，又与从机通信连接，向从机下发命令。

进一步优选，主机和从机可以通过拨码开关实现主机和从机的互换。

进一步优选，电压采集单元包括电压调理电路、光耦继电器U11、U15和AD转换器AD0、AD1，主机的电压调理电路输入端B1+、B1-、B2-分别连接第一节蓄电池的正极、负极和第二节电池的负极，主机的电压调理电路输出端经光耦继电器U11、U15分别连接至AD转换器AD0、AD1，AD转换器AD0、AD1的输出端均连接至控制单元；从机的电压调理电路输入端B1+、B1-、B2-分别连接第三节蓄电池的正极、负极和第四节蓄电池的负极，电压调理电路的输出端经光耦继电器连接至AD转换器，AD转换器的输出端连接至控制单元。

进一步优选，电流采集单元包括电流传感器P3、电压调理电路、光耦继电器U16和AD转换器AD2，所述电流传感器P3的输入端连接着蓄电池组的正极，电流传感器P3的输出端通过光耦继电器U16连接至AD转换器AD2，AD转换器AD2连接至控制单元。

进一步优选，内阻测试单元包括IGBT Q6、IGBT控制电路、功率继电器K5和功率电阻R90，主机第一节蓄电池的正极和第二节蓄电池的负极以及从机第三节蓄电池的正极和第四节蓄电池的负极分别通过蓄电池内阻测试线接在放电电路的功率继电器K5负载端的输入端和IGBT Q6的发射极上，功率继电器K5负载端的输出端连接到功率电阻R90的一端，功率电阻R90的另一端连接IGBT Q6的集电极，IGBT Q6的发射极连接蓄电池总负极。

进一步优选，电压调理电路包括分压电路、电压跟随器和减法器。

所述采用环网柜蓄电池在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

遥控内阻测试：

1)上位机向主机发送命令，主机接收到命令后，执行内阻测试，并向从机发送内阻测试命令，进入下一步骤；

2)从机执行内阻测试，进入下一步骤；

3)主、从机分别判断内阻测试状态，如果IGBT Q6短路，内阻测试立刻停止；如果放电电流大于预设值，立刻停止；如果放电电流小于预设值，立刻停止；如果正常，进入下一步骤；

4)主、从机内阻测试执行约3s，测试完成后，计算内阻值，保存数据，进入下一步骤；

5)主机将从机装置的数据读取并组装，上传至上位机；

6)对蓄电池单体内阻进行判断，采集第一节蓄电池单体内阻R1、第二节蓄电池单体内阻R2、第三节蓄电池单体内阻R3和第四节蓄电池单体内阻R4，如果R1、R2、R3、R4均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常。

所述采用环网柜蓄电池在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

自动内阻测试：

1)通过控制单元调节自动内阻测试周期，如果时间条件满足，进入下一步骤；

2)通过电流采集单元测量蓄电池组充放电电流I1，如果充放电电流I1小于电流上限值进入下一步骤；

3)主机执行内阻测试，并向从机发送内阻测试命令，进入下一步骤；

4)从机收到命令，执行内阻测试进入下一步骤；

5)主、从机分别判断内阻测试状态，如果IGBT Q6短路，内阻测试立刻停止；如果放电电流大于预设值，立刻停止；如果放电电流小于预设值，立刻停止；如果正常，进入下一步骤；

6)主、从机内阻测试执行约3s，测试完成后，计算内阻值，保存数据，进入下一步骤；

7)主机将从机装置的数据读取并组装，上传至上位机；

8)对蓄电池单体内阻进行判断，采集第一节蓄电池单体内阻R1、第二节蓄电池单体内阻R2、第三节蓄电池单体内阻R3和第四节蓄电池单体内阻R4，如果R1、R2、R3、R4均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明能够实现对环网柜四节蓄电池的综合监测，确保环网柜蓄电池工作的可靠性。电压采集单元和电流采集单元可分别检测直流电源的电压和电流信号，并能通过内阻测试单元进行内阻测试，判断电源内蓄电池的健康状况，并且发出相应的告警信号，无须人工干预，提高了工作效率和电源工作的可靠性。

附图说明

图1本发明的流程框图；

图2本发明电压、电流采集单元的电路图；

图3本发明内阻测试单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

如图1-3所示，本发明所述环网柜蓄电池在线监测装置，包括主机和从机，均安装于带四节蓄电池的环网柜中，主机和从机相互配合工作，主机和从机可以通过拨码开关实现主机和从机的互换，并不需要区分主从机，仅需通过拨码设置，便于管理和调试。主机和从机均包括电压采集单元、电流采集单元、内阻测试单元、通信单元和控制单元；

所述主机的电压采集单元的输入端分别连接到第一节蓄电池的正极、负极和第二节蓄电池的负极，输出端连接至控制单元；从机的电压采集单元输入端分别连接到第三节蓄电池的正极、负极和第四节蓄电池的负极，输出端连接至控制单元，电压采集单元包括电压调理电路、光耦继电器U11、U15和AD转换器AD0、AD1，主机的电压调理电路输入端B1+、B1-、B2-分别连接第一节蓄电池的正极、负极和第二节电池的负极，主机的电压调理电路输出端经光耦继电器U11、U15分别连接至AD转换器AD0、AD1，AD转换器AD0、AD1的输出端均连接至控制单元；从机的电压调理电路输入端B1+、B1-、B2-分别连接第三节蓄电池的正极、负极和第四节蓄电池的负极，电压调理电路的输出端经光耦继电器连接至AD转换器，AD转换器的输出端连接至控制单元。电压调理电路包括分压电路、电压跟随器和减法器；具体的，第一节蓄电池单体由电阻R56、R59进行分压，电压跟随器U10A、经过一个由电阻R57、R60、R62、R63、U10B组成的减法器实现对第一节蓄电池单体电压的处理，第二节蓄电池单体电压由R67、R70实现分压，经过由电阻R68、R71、R73、R74、电压跟随器U13B组成的减法器实现对第二节蓄电池单体电压的处理，光耦继电器选通电路由控制单元控制，AD转换器AD0、AD1分别将第一、二节蓄电池单体的电压转换为数字信号送给控制单元。

所述主机电流采集单元的输入端连接着蓄电池充电线的正极和蓄电池组的总正极，输出端连接至控制单元，因为仅一条充电回路，因此从机电流采集单元不需接线；电流采集单元包括电流传感器P3、电压调理电路、光耦继电器U16和AD转换器AD2，所述电流传感器P3的输入端连接着蓄电池组的正极，电流传感器P3的输出端通过光耦继电器U16连接至AD转换器AD2，AD转换器AD2连接至控制单元，电流传感器P3将电流信号转换为电压信号，通过电压调理电路连接到光耦继电器U16的负载输入端，送入AD转换器AD2，AD转换器AD2将输入的模拟信号转换为数字信号后送给控制单元。

上述AD转换器可以是独立的，也可以集成在控制单元中。

所述主机内阻测试单元连接着第一节蓄电池的正极和第二节蓄电池的负极；从机的内阻测试单元连接第三节蓄电池的正极和第四节蓄电池的负极，由控制单元控制，定期测试蓄电池的单体内阻；内阻测试单元包括IGBT Q6、IGBT控制电路、功率继电器K5和功率电阻R90，主机第一节蓄电池的正极和第二节蓄电池的负极以及从机第三节蓄电池的正极和第四节蓄电池的负极分别通过蓄电池内阻测试线接在放电电路的功率继电器K5负载端的输入端和IGBT Q6的发射极上，功率继电器K5负载端的输出端连接到功率电阻R90的一端，功率电阻R90的另一端连接IGBT Q6的集电极，IGBT Q6的发射极连接蓄电池总负极，由控制单元控制IGBT Q6的通断和功率继电器K5的吸合。

所述主机通信单元既与上位机通信连接，将监测数据发送至上位机，又与从机通信连接，向从机下发命令，控制执行内阻测试及蓄电池其它数据监测；从机通信单元负责与主机通信，配合完成四节蓄电池的监测。

所述采用环网柜蓄电池在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

遥控内阻测试：

1)上位机向主机发送命令，主机接收到命令后，执行内阻测试，并向从机发送内阻测试命令，进入下一步骤；

2)从机执行内阻测试，进入下一步骤；

3)主、从机分别判断内阻测试状态，如果IGBT Q6短路，内阻测试立刻停止；如果放电电流大于预设值，立刻停止；如果放电电流小于预设值，立刻停止；如果正常，进入下一步骤；

4)主、从机内阻测试执行约3s，测试完成后，计算内阻值，保存数据，进入下一步骤；

5)主机将从机装置的数据读取并组装，上传至上位机；

6)对蓄电池单体内阻进行判断，采集第一节蓄电池单体内阻R1、第二节蓄电池单体内阻R2、第三节蓄电池单体内阻R3和第四节蓄电池单体内阻R4，如果R1、R2、R3、R4均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常。

所述采用环网柜蓄电池在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

自动内阻测试：

1)通过控制单元调节自动内阻测试周期，如果时间条件满足，进入下一步骤；

2)通过电流采集单元测量蓄电池组充放电电流I1，如果充放电电流I1小于电流上限值进入下一步骤；

3)主机执行内阻测试，并向从机发送内阻测试命令，进入下一步骤；

4)从机收到命令，执行内阻测试进入下一步骤；

5)主、从机分别判断内阻测试状态，如果IGBT Q6短路，内阻测试立刻停止；如果放电电流大于预设值，立刻停止；如果放电电流小于预设值，立刻停止；如果正常，进入下一步骤；

6)主、从机内阻测试执行约3s，测试完成后，计算内阻值，保存数据，进入下一步骤；

7)主机将从机装置的数据读取并组装，上传至上位机；

8)对蓄电池单体内阻进行判断，采集第一节蓄电池单体内阻R1、第二节蓄电池单体内阻R2、第三节蓄电池单体内阻R3和第四节蓄电池单体内阻R4，如果R1、R2、R3、R4均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常。

Claims (8)

1.一种环网柜蓄电池在线监测装置，其特征在于，包括主机和从机，主机和从机相互配合工作，主机和从机均包括电压采集单元、电流采集单元、内阻测试单元、通信单元和控制单元；

所述主机的电压采集单元的输入端分别连接到第一节蓄电池的正极、负极和第二节蓄电池的负极，输出端连接至控制单元；从机的电压采集单元输入端分别连接到第三节蓄电池的正极、负极和第四节蓄电池的负极，输出端连接至控制单元；

所述主机电流采集单元的输入端连接着蓄电池充电线的正极和蓄电池组的总正极，输出端连接至控制单元；

所述主机内阻测试单元连接着第一节蓄电池的正极和第二节蓄电池的负极；从机的内阻测试单元连接第三节蓄电池的正极和第四节蓄电池的负极；

所述主机通信单元既与上位机通信连接，将监测数据发送至上位机，又与从机通信连接，向从机下发命令。

2.根据权利要求1所述的环网柜蓄电池在线监测装置，其特征在于，主机和从机可以通过拨码开关实现主机和从机的互换。

3.根据权利要求1所述的环网柜蓄电池在线监测装置，其特征在于，电压采集单元包括电压调理电路、光耦继电器U11、U15和AD转换器AD0、AD1，主机的电压调理电路输入端B1+、B1-、B2-分别连接第一节蓄电池的正极、负极和第二节电池的负极，主机的电压调理电路输出端经光耦继电器U11、U15分别连接至AD转换器AD0、AD1，AD转换器AD0、AD1的输出端均连接至控制单元；从机的电压调理电路输入端B1+、B1-、B2-分别连接第三节蓄电池的正极、负极和第四节蓄电池的负极，电压调理电路的输出端经光耦继电器连接至AD转换器，AD转换器的输出端连接至控制单元。

4.根据权利要求1所述的环网柜蓄电池在线监测装置，其特征在于，电流采集单元包括电流传感器P3、电压调理电路、光耦继电器U16和AD转换器AD2，所述电流传感器P3的输入端连接着蓄电池组的正极，电流传感器P3的输出端通过光耦继电器U16连接至AD转换器AD2，AD转换器AD2连接至控制单元。

5.根据权利要求1所述的环网柜蓄电池在线监测装置，其特征在于，内阻测试单元包括IGBT Q6、IGBT控制电路、功率继电器K5和功率电阻R90，主机第一节蓄电池的正极和第二节蓄电池的负极以及从机第三节蓄电池的正极和第四节蓄电池的负极分别通过蓄电池内阻测试线接在放电电路的功率继电器K5负载端的输入端和IGBT Q6的发射极上，功率继电器K5负载端的输出端连接到功率电阻R90的一端，功率电阻R90的另一端连接IGBT Q6的集电极，IGBT Q6的发射极连接蓄电池总负极。

6.根据权利要求3所述的环网柜蓄电池在线监测装置，其特征在于，电压调理电路包括分压电路、电压跟随器和减法器。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述的环网柜蓄电池在线监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

遥控内阻测试：

1)上位机向主机发送命令，主机接收到命令后，执行内阻测试，并向从机发送内阻测试命令，进入下一步骤；

2)从机执行内阻测试，进入下一步骤；

3)主、从机分别判断内阻测试状态，如果IGBT Q6短路，内阻测试立刻停止；如果放电电流大于预设值，立刻停止；如果放电电流小于预设值，立刻停止；如果正常，进入下一步骤；

4)主、从机内阻测试执行约3s，测试完成后，计算内阻值，保存数据，进入下一步骤；

5)主机将从机装置的数据读取并组装，上传至上位机；

6)对蓄电池单体内阻进行判断，采集第一节蓄电池单体内阻R1、第二节蓄电池单体内阻R2、第三节蓄电池单体内阻R3和第四节蓄电池单体内阻R4，如果R1、R2、R3、R4均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常。

8.一种采用权利要求1-6任一项所述的环网柜蓄电池在线监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

自动内阻测试：

1)通过控制单元调节自动内阻测试周期，如果时间条件满足，进入下一步骤；

2)通过电流采集单元测量蓄电池组充放电电流I1，如果充放电电流I1小于电流上限值进入下一步骤；

3)主机执行内阻测试，并向从机发送内阻测试命令，进入下一步骤；

4)从机收到命令，执行内阻测试进入下一步骤；

5)主、从机分别判断内阻测试状态，如果IGBT Q6短路，内阻测试立刻停止；如果放电电流大于预设值，立刻停止；如果放电电流小于预设值，立刻停止；如果正常，进入下一步骤；

6)主、从机内阻测试执行约3s，测试完成后，计算内阻值，保存数据，进入下一步骤；

7)主机将从机装置的数据读取并组装，上传至上位机；

8)对蓄电池单体内阻进行判断，采集第一节蓄电池单体内阻R1、第二节蓄电池单体内阻R2、第三节蓄电池单体内阻R3和第四节蓄电池单体内阻R4，如果R1、R2、R3、R4均小于预设的蓄电池单体内阻告警上限值，则判断为蓄电池组工作正常。