CN107942257A - 一种蓄电池在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池在线监测系统及方法，包括上位机、蓄电池信息综合管理主机、数据集中模块以及若干数据采集模块；数据采集模块用于对采集电池组单体电压、内阻、充放电电流和温度信息进行采集，同时对电池组进行电压均衡调整；蓄电池信息综合管理主机通过通讯单元分别与上位机和数据集中模块电连接，数据集中模块依次与若干数据采集模块相交互。本发明蓄电池在线监测系统及方法，替代蓄电池绝缘监察装置，采用新技术对蓄电池多项状态监测，并增加蓄电池监测功能。本发明延长了蓄电池使用寿命，节约蓄电池采购资金。及时发现安全隐患，降低停电损失。本发明的应用将不再需要运维人员进行人工定期蓄电池内阻检测及年度的容量核对。

Description

一种蓄电池在线监测系统及方法

技术领域

本发明属于变电站蓄电池信息在线监控及蓄电池在线维护领域，涉及一种蓄电池在线监测系统及方法。

背景技术

目前蓄电池组的监测方式大多是安装蓄电池巡检装置，功能单一，仅监测整组电池的电压、电流参数，并需人工定期巡检维护。虽然目前出现监测各单体电池电压，内阻等指标的蓄电池监测系统。但是单体电池电压的采集使用分压电阻方式，影响所采集的电压精度，继而影响装置分析判断的准确性。更不具备在线单体充放电功能和蓄电池监测定位功能。因运维人力有限，只是每年定期对蓄电池进行巡检，进行充放电，内阻测试，容量核对，却极少对蓄电池进行人工清洁，认为蓄电池柜封闭灰尘少，依靠视觉判断，初期很难被发现。蓄电池是化学品，有别于别的电气设备，蓄电池的性能恶化是渐进的，单靠一两次的集中检测是不能及时发现隐患的，需要长期性的观察和记录。这就对蓄电池在线监测技术的改进，监测内容的全面性提出了很高要求。

一旦蓄电池短路，持续高温将导致蓄电池起火，直流电流没有过零点瞬间电动势转零的过程，电气短路不易被准确切断，会扩大故障范围，危害性大。目前国内对于蓄电池短路的危害性已经引起重视，尤其是电信和电力行业的专家，开展了对蓄电池短路形成原因及形成后的处理措施的探讨，对蓄电池短路的在线监测一直是难题尚未解决。综上所述目前蓄电池监测技术现状，本发明采用继电器矩阵方式采集技术、从原理上提高数据采集精度，并开发传感装置及多功能维护监测模块等硬件，综合采集蓄电池的各项数据，开发分析判断预警软件。

随着电网智能化程度不断提高，蓄电池在线监测功能也在不断完善升级，新技术应用推动蓄电池监测系统不断升级优化，本发明采用搭建平衡桥电路的技术来实现蓄电池短路监测定位功能；单体电压采集方式采用继电器矩阵方式逐节测试方法，有别于分压电阻采集单体电压方式，因为是直采，消除电池共模效应，精度达到千分之一。

蓄电池在线监测技术的发展要研究高精度的、预警全面的检测手段。蓄电池在线监测应从三个方面来提高系统可靠性，一方面监测可以保证蓄电池处于正确的运行状态，能给出蓄电池过充、欠充状态提示或警告。另一方面监测发现短路、断路和容量下降蓄电池。第三方面监测可以利用在线监测功能对蓄电池进行就地维护功能，减轻人员的劳动强度。利用通讯手段进行网络化管理。以实现信息集中和远程控制，使运行检修人员、相关人员和管理决策层能够通过局域网内的任何一个终端用IE浏览的方式即可实时掌握各变电站蓄电池的运行情况及其性能变化趋势，使蓄电池得到及时的维护，同时也为设备状态检修提供可靠依据，将定期维护检修转变为状态检修；从而实现对蓄电池的科学化管理，保证系统的可靠、安全运行。

目前国内变电站蓄电池的管理除了日常测电池的端电压，和每年定期的容量核对性试验外。国内已经开始了对蓄电池在线监测的研究。

在电力系统变电站目前使用较多的蓄电池在线监测装置是电池巡检仪，电池巡检仪又分为两种，一种是测量蓄电池单体电压的巡检仪，结构是由一个主控模块和数个采集模块组成，主模块接收监控器的命令，发送电池电压、电流和温度数据到直流设备的监控器；判断故障电池的编号且给出报警。这类电池巡监仪一般由直流设备生产厂家提供，是选配装置，由于功能单一、且测量精度差、容易误报，限制了它的广泛使用。

因此发明一种蓄电池信息综合采集系统，采用先进原理提高精度，实现蓄电池的电压、电流、内阻、温度、监测，并实现在线均衡维护，远程数据传输，实现智能变电站发展所需替代人力的必要需求。

发明内容

本发明的目的在于克服蓄电池管理维护存在的问题，提供一种蓄电池在线监测系统及方法，融合继电器矩阵对比技术、霍尔直流技术、在线充放电技术、内阻测量技术、平衡桥电路搭建技术、单片机技术、通信技术对蓄电池进行综合监测。组建全面智能化的蓄电池组综合监测系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种蓄电池在线监测系统，包括上位机、蓄电池信息综合管理主机、数据集中模块以及若干数据采集模块；数据采集模块用于对采集电池组单体电压、内阻、充放电电流和温度信息进行采集，同时对电池组进行电压均衡调整；蓄电池信息综合管理主机通过通讯单元分别与上位机和数据集中模块电连接，数据集中模块依次与若干数据采集模块相交互。

本发明进一步的改进在于：

蓄电池信息综合管理主机包括微处理器MCU，以及与微处理器MCU相交互的数据存储单元、数据显示单元、系统参数设置单元、报警门限设置单元以及组网设置单元；微处理器MCU的电源端与DC-DC模块相连，通讯端连接通讯单元。

微处理器MCU上还连接有短信告警单元。

通讯单元采用以太网口和RS485通讯口通过网络或通信通道将采集数据进行远程传送。

通过继电器矩阵采集电池组单体电压。

通过在线充放电测试仪对电池进行电压均衡调整。

通过霍尔电流传感器监测充放电电流。

一种蓄电池在线监测方法，包括以下步骤：

步骤1：采用继电器矩阵逐节测试电池的电压；

步骤2：采用瞬间直流放电法原理在线进行内阻测量；

步骤3：采用在线充放电测试仪对电池进行电压均衡调整；

步骤4：采用霍尔电流传感器监测充放电电流；

步骤5：采用平衡桥电路测试电池的对地绝缘，实现电池的在线监测；

步骤6：测量各界电池的对地电压对比，快速定位故障电池。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明蓄电池在线监测系统及方法，替代蓄电池绝缘监测系统，采用新技术对蓄电池多项状态监测，并增加蓄电池监测功能。可广泛应用于电力、通信、石油、化工、铁路、煤炭等行业的直流系统中。改变蓄电池监测手段落后于无人值守变电站的发展速度，无法与智能变电站匹配的现状。解决蓄电池化学属性变化不易被监测的难题，解决蓄电池监测的难题。解决蓄电池监测的功能不完备、准确度差的问题。本发明因为延长了蓄电池使用寿命，节约蓄电池采购资金。及时发现安全隐患，降低停电损失。实时在线监测，减少运行维护人员的工作量，节约人力成本。供电公司规定每季度需对变电站蓄电池内阻检测，确定蓄电池是否开路等。需要搬动蓄电池，每节单独测试，每次都要与仪器进行复杂接线，人工工作量繁重，本发明的应用将不再需要运维人员进行人工定期蓄电池内阻检测及年度的容量核对。

附图说明

图1为本发明蓄电池信息采集主机的结构示意图；

图2为本发明蓄电池在线监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明蓄电池在线监测系统，包括上位机、蓄电池信息综合管理主机、数据集中模块以及若干数据采集模块；数据采集模块用于对采集电池组单体电压、内阻、充放电电流和温度信息进行采集，同时对电池组进行电压均衡调整；蓄电池信息综合管理主机通过通讯单元分别与上位机和数据集中模块电连接，数据集中模块依次与若干数据采集模块相交互。如图2所示，蓄电池信息综合管理主机包括微处理器MCU，以及与微处理器MCU相交互的数据存储单元、数据显示单元、系统参数设置单元、报警门限设置单元以及组网设置单元；微处理器MCU的电源端与DC-DC模块相连，通讯端连接通讯单元。微处理器MCU上还连接有短信告警单元。

本发明能同时检测蓄电池组端电压、充放电电流、各单体电池电压、内阻和温度。使用过程中实时监测蓄电池的运行状态及其各项运行参数，对电池组进行自我诊断并自动进行分析。首先采用继电器矩阵方式逐节测试电池电压，这样可以在任何一路进行校正，无需每路进行校正。提高测试精度和生产效率。同时可逐节进行对地(参考地)电压的测量，准确定位故障电池。采用瞬间直流放电法原理在线进行内阻测量，发现劣化电池。采用在线单体充放电技术进行电压均衡调整，能够根据电池环境温度变化调整电池电压。采用霍尔电流传感器监测充放电电流。采用平衡桥电路进行对地(参考地)绝缘测试，实现电池在线监测。采用测量各节电池的对地(参考地)电压对比，电力直流操作电源采用浮动地，因此可以将电池架(或柜)当作参考地，通过搭建平衡桥电路的方法来检测电池短路，并结合蓄电池巡检装置的单体电压测试数据进行故障电池的准确定位。

本发明通讯方式可选择多种方式。设备主机自带以太网口和RS485通讯口，支持以太网进行远程组网，支持RS485进行远程组网，通过网络或通信通道将采集数据进行远程传送。组网方式灵活，适应各种现场环境。

本发明还公开了一种蓄电池在线监测方法，包括以下步骤：

步骤1：采用继电器矩阵逐节测试电池的电压；

步骤2：采用瞬间直流放电法原理在线进行内阻测量；

步骤3：采用在线充放电测试仪对电池进行电压均衡调整；

步骤4：采用霍尔电流传感器监测充放电电流；

步骤5：采用平衡桥电路测试电池的对地绝缘，实现电池的在线监测；

步骤6：测量各界电池的对地电压对比，快速定位故障电池。

在使用时，本系统的具体连线方式如下：

(一)电压采集线连接

(1)单节电压2V，电池组电池节数为24节的整数倍蓄电池组：

将采集模块电压采集线从蓄电池的总负极开始按照序号串联保险盒连接到对应的蓄电池的负极。“1-”线接到1#蓄电池的负极，“2-”线接到2#蓄电池的负极，以此类推，至负极线缆全部接完，“24+”的线接到24#蓄电池的正极。

(2)电池组电池节数为48节或为24节的整数倍蓄电池组：

将采集模块“1-”采集线串联保险盒连接到25#电池的负极，依次顺序安装，2号采集模块的“24+”串联保险盒连接到48#电池的正极。绿色端子按照线号顺序插入对应巡检模块的电压采集插口内。

(3)单节电压2V，电池节数大于24节但不足48节的蓄电池组(30节)：

将采集模块电压采集线从蓄电池的总负极开始按照序号串联保险盒连接到对应的蓄电池的负极。“1-”线接到1#蓄电池的负极，“2-”线接到2#蓄电池的负极，以此类推，至负极线缆全部接完，“24+”的线接到24#蓄电池的正极。2号采集模块“1-”采集线串联保险盒连接到25#电池的负极，“2-”线接到26#蓄电池的负极，以此类推，“6-”线接到30#电池的负极，“7-”线接到30#电池的正极。

(4)单节电压2V，电池节数小于24节的蓄电池组(18节)：

将采集模块电压采集线从蓄电池的总负极开始按照序号串联保险盒连接到对应的蓄电池的负极。“1-”线接到1#蓄电池的负极，“2-”线接到2#蓄电池的负极，以此类推连接负极线缆，“18-”线接到18#电池的负极，“19-”线接到18#电池的正极。

(二)温度采集线连接

总负极温度接法：将温度采集线的绿色端子插入采集模块的温度插口内，另一端的U型插口压入电池组总负极的极柱上。

(三)内阻采集线连接

内阻采集线接线(内阻采集线每束编号分别为R1、R2、R3、R4、R5)：

采用6节电池一个循环，从R1开始接，R1串联保险盒连接在对应1号电池的负极，R2串联保险盒连接在7号电池的负极，R3串联保险盒连接在13号电池的负极，R4串联保险盒连接在19号电池的负极，R5串联保险盒连接在24号电池的正极，快速插头端插入1号采集维护模块的内阻测试口。若电池数除以6有余数则相对应的最后一个内阻测试通道内阻线接到最后一块电池的正极。内阻测试线保险盒内安装8A保险丝。

(四)电流采集线安装

将霍尔传感器安装到蓄电池的组的负极母线上。并与各组数据集中器电流测试端口相连接。电流传感器上的箭头方向与电池方向相反。

(五)平衡桥电路搭建线路安装，在电池正负极接入一对高阻R1、R2，两个电阻阻值相等。

(六)电源线连接

(1)主机与数据集中器：将1条电源线的两端分别接入主机的P2接口及数据集中器的P1接口。

(2)数据集中器与巡检模块：将1条电源线的两端分别接入数据集中器的P2接口及巡检模块的P1接口。

(3)巡检模块之间：再取1条电源线将一端插入1号巡检模块的P2口，另一端插入2号巡检模块的P1口。依次顺序将所有的巡检模块与主机串联完成。

(七)通讯线线连接

(1)主机与数据集中器：将通讯线的两端分别插入主机的通讯接口和数据集中器的通信接口。

(2)数据集中器与巡检模块：将通讯线的两端分别插入数据集中器的通讯接口2和巡检模块的通信接口1。

(3)巡检模块之间：将通讯线一端插入1号巡检模块的通讯口2，另一端插入2号巡检模块的通讯口1。依次顺序将所有的巡检模块与主机串联完成。

(八)主机供电线连接采用适配器带插头端接入220V交流电源，另一端接入主机P1接口，打开开关，设备将自行通电启动。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种蓄电池在线监测系统，其特征在于，包括上位机、蓄电池信息综合管理主机、数据集中模块以及若干数据采集模块；数据采集模块用于对采集电池组单体电压、内阻、充放电电流和温度信息进行采集，同时对电池组进行电压均衡调整；蓄电池信息综合管理主机通过通讯单元分别与上位机和数据集中模块电连接，数据集中模块依次与若干数据采集模块相交互。

2.根据权利要求1所述的蓄电池在线监测系统，其特征在于，蓄电池信息综合管理主机包括微处理器MCU，以及与微处理器MCU相交互的数据存储单元、数据显示单元、系统参数设置单元、报警门限设置单元以及组网设置单元；微处理器MCU的电源端与DC-DC模块相连，通讯端连接通讯单元。

3.根据权利要求2所述的蓄电池在线监测系统，其特征在于，微处理器MCU上还连接有短信告警单元。

4.根据权利要求2所述的蓄电池在线监测系统，其特征在于，通讯单元采用以太网口和RS485通讯口通过网络或通信通道将采集数据进行远程传送。

5.根据权利要求1所述的蓄电池在线监测系统，其特征在于，通过继电器矩阵采集电池组单体电压。

6.根据权利要求1所述的蓄电池在线监测系统，其特征在于，通过在线充放电测试仪对电池进行电压均衡调整。

7.根据权利要求1所述的蓄电池在线监测系统，其特征在于，通过霍尔电流传感器监测充放电电流。

8.一种采用权利要求1所述系统的蓄电池在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用继电器矩阵逐节测试电池的电压；

步骤2：采用瞬间直流放电法原理在线进行内阻测量；

步骤3：采用在线充放电测试仪对电池进行电压均衡调整；

步骤4：采用霍尔电流传感器监测充放电电流；

步骤5：采用平衡桥电路测试电池的对地绝缘，实现电池的在线监测；

步骤6：测量各界电池的对地电压对比，快速定位故障电池。