CN108400395A - 智能蓄电池及其远程管理系统 - Google Patents

Abstract

智能蓄电池及其远程管理系统，包括多个蓄电池单体，任意一蓄电池单体包括电池上盖，电池上盖上设置有切换开关、通信接口，多个蓄电池单体通过所述通信接口进行级联连接，构成蓄电池组。所述任意一蓄电池单体内部含集成芯片，集成芯片用于蓄电池单体电压、内阻、温度的在线实时监测；所述集成芯片包括：A/D芯片、CPU处理器、电压测量电路，内阻测量电路、温度测量电路，A/D芯片连接CPU处理器，所述CPU处理器连接通信接口。本发明智能蓄电池能够实时反映蓄电池自身运行工况，能够进行电压均衡。同时配备功能完备的蓄电池专业信息处理和综合分析互联网信息平台，可有效改善蓄电池运行状况，显著提高蓄电池供电可靠性，延缓蓄电池寿命。

Description

智能蓄电池及其远程管理系统

技术领域

本发明涉及智能蓄电池技术领域，具体是一种智能蓄电池及其远程管理系统。

背景技术

现有技术中的智能蓄电池已广泛应用于笔记本电脑、便携式电子产品、不间断电源、 汽车、安防、通讯、医疗、航空/航天、军事等领域，然而现有技术中的智能蓄电池仍然存在：缺少状态监测功能、外接监测系统安装复杂、运维成本高等缺陷。具体体现在：

(1)、当长期处于浮充状态的电池是否还具有带动负载的能力时，现有技术中的内阻测 量精度差，国内外先进测量装置均不能实现精确反映蓄电池的内阻变化。

(2)、电池失效无法预知时，现有技术中受限于内阻测量技术，无法有效找出失效电池。

(3)、电池运行过程发生漏液、电池故障不易察觉、连接片故障检查等，当前仍无明确 解决办法。

(4)、电池突然失效时，现有技术中受限于内阻测量技术，对失效电池的识别、把控能 力有限。

(5)、实时甄别落后电池时，现有技术中通过综合监测技术，可识别出落后电池，但预 知能力有限。

(6)、如何将物料管理延伸到每一只蓄电池单体、如何了解蓄电池的健康状态、如何合 理配组电池，当前仍无明确解决办法。

进一步来讲，现有技术中的智能蓄电池函待需要解决的技术问题有：

1：充电机电压不合适时如何处理。

2：充电机电流不合适时如何处理。

3：用户不能掌握蓄电池内部温度时如何处理。

4：如何调控串联蓄电池组单体电压差。

5：如何确立充电机均衡充电过程的两种充电模式转换。

6：蓄电池防盗。

7：如何方便完成蓄电池的日常运行维护的数据采集作业。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能蓄电池及其远程管理系统，智能蓄电池内 置支持内阻测量、电压测量、温度测量的集成芯片，支持定制内置传感器设计，能够实时 反映蓄电池自身运行工况，能够进行电压均衡，高内聚，低耦合。外观简洁，安装简便，安全性高，维护方便，可全面实现远程维护操作。同时配备功能完备的蓄电池专业信息处理和综合分析互联网信息平台，可有效改善蓄电池运行状况，显著提高蓄电池供电可靠性，延缓蓄电池寿命，进而提高蓄电池的性价比。

本发明采取的技术方案为：

智能蓄电池，包括多个蓄电池单体，任意一蓄电池单体包括电池上盖，电池上盖上设 置有切换开关、通信接口，多个蓄电池单体通过所述通信接口进行级联连接，构成蓄电池 组。

所述任意一蓄电池单体内部含集成芯片，集成芯片用于蓄电池单体电压、内阻、温度 的在线实时监测；所述集成芯片包括：A/D芯片、CPU处理器；

电压测量电路，用于获取蓄电池单体电压量，电压测量电路接A/D芯片，A/D芯片将模拟量转换成数字量；

内阻测量电路，用于获取蓄电池单体电压、电流信号，内阻测量电路接A/D芯片，A/D 芯片将模拟量转换成数字量；

温度测量电路，用于获取蓄电池单体温度信号，温度测量电路接A/D芯片，A/D芯片将模拟量转换成数字量；

A/D芯片连接CPU处理器，所述CPU处理器连接通信接口。

所述电池上盖上设置有两个RJ11标准通信接口，任意一蓄电池单体的CPU处理器均 与电池上盖上的两个RJ11标准通信接口连接，相邻两个蓄电池单体之间通过通信线通信 连接后均汇总连接至参数集中器。

所述相邻两个蓄电池单体之间通过联条串联或者并联，构成蓄电池组。

所述蓄电池组包括一个总电压/电流采集单元，用于对蓄电池组电池电压、充放电电 流、浮充电流进行监测；所述总电压/电流采集单元包括分压电路、霍尔传感器；

蓄电池组连接分压电路，分压获得总电压值，电压值输出给A/D转换器，将电压信号 转换成数字信号；

霍尔传感器获取总电流值，霍尔传感器输出信号给A/D转换器。

所述温度测量电路包括温度传感器，温度传感器通过线路引脚焊接在蓄电池单体一侧 极柱上。

所述蓄电池单体包括夹层壳体，监测线路安装于所述夹层壳体内。

所述蓄电池单体内置GPS模块、4G通信模块，GPS模块与CPU处理器进行通信连接。

所述电池上盖上设置有指示灯。

所述电池上盖上切换开关位置为凹面设计。

所述多个蓄电池单体排布在电池架上。

智能蓄电池远程管理系统，该系统包括多个蓄电池单体、参数集中器、智能蓄电池参 数传感器、远程放电负载、开关量监测控制单元、绝缘监察模块；任意一蓄电池单体对应连接一个智能蓄电池参数传感器，多个智能蓄电池参数传感器连接参数集中器；多个蓄电池单体连接总电压电路测量装置，总电压电路测量装置通过第一485总线连接参数集中器；参数集中器通过第二485总线连接绝缘监察模块、开关量监测控制单元；绝缘监察模块、 开关量监测控制单元连接远程放电负载。

该系统包括充电机特性监测模块、规约转换模块。

所述参数集中器分别连接报警服务器、WEB端口服务器、应用程序通讯服务器、数据 库服务器、一级便携终端；所述报警服务器连接手持终端、和/或EMAIL邮箱；所述WEB 端口服务器连接二级便携终端、和/或台式机。

本发明一种智能蓄电池及其远程管理系统，技术效果如下：

1：通过巧妙设计测量电路，平衡了测量成本、噪声、精确度等指标，实现了精确反映 蓄电池的内阻变化。

2：通过对蓄电池内阻精确的、连续的测量，拟合出趋势变化曲线，可以在蓄电池失效前 两个月告警提示即将失效的蓄电池。

3：实时监控充电机的运行电压的，并结合单体蓄电池本身的运行参数，给充电机正确的 反馈，使蓄电池沐浴在良好电压环境下。避免因充电机电压不正确而造成后备蓄电池寿命 缩短。

4：监控充放电电流，找出用户不合理使用蓄电池的时段，分析蓄电池寿命缩短的原因。 通过对浮充电流的监控，反馈给运维部门，使蓄电池浮充状态工作在最合适的浮充电流下。

5：内置温度传感器于智能蓄电池内部，真正掌握蓄电池内部温度进而分析其健康状态。

6：可以对蓄电池的极柱端子溢酸情况进行监测。

7：通过对浮充电压、浮充电流、温度三个浮充关键参数的监测，在后备蓄电池的90％运 行时间内做好维护保养。

8：通过将最低单体电压、最高单体电压数据反馈给正在进行均衡作业的充电机，使充电 机精确把握恒流转恒压的时间节点。

9：智能蓄电池能够高精度采集蓄电池组的单体内部电压；监控系统能够高精度采集电池 组总电压；通过同时刻两个电压值的比较即可发现连接片故障。

10：通过在线平台，在电池被盗第一时间因通信异常产生告警。支持内置GPS和4G模 块，实时返回蓄电池的定位信息，帮用户追回被盗电池。

11、通过远程WEB发布平台，实现WEB发布、蓄电池云管理以及通过61850建模接入国网变电在线监控平台。

12：通过失效模型可以在电池失效2个月前，即还是落后电池的时候，就发出告警提示。 使失效电池对蓄电池组的影响降到最小。通过失效模型测算能够在一组正常使用的蓄电池 中，挑出性能最差的蓄电池，即最有可能先出现问题的蓄电池，加以特殊关注。通过失效 模型，能够对一组正常使用的蓄电池按照性能从最好到最坏的健康顺序排列，既能满足用 户的关注点，又能指导蓄电池合理配组。

13：测量芯片与蓄电池唯一绑定，固化唯一编码于蓄电池内部，使运维精细化到每一块 蓄电池运行档案。通过串联生产环节和使用环节的数据，形成完整的数据链，经大数据分 析，反过来再指导蓄电池生产和用户正确使用。

14、内部芯片自带保险，有效保障自身电气安全。

附图说明

图1为本发明蓄电池单体结构示意图。

图2为本发明蓄电池单体的电池上盖结构示意图。

图3(1)为本发明蓄电池单体连接示意图。

图3(1)中：1.1-正极连接线，1.2-负极连接线，1.3-排间连接线，1.4-电池连接螺栓，1.5- 层间连接线，6-联条。

图3(2)为本发明蓄电池带电池架安装示意图。

图4为本发明蓄电池单体的电压测量电路示意图。

图5为本发明蓄电池单体的内阻测量电路示意图。

图6为本发明蓄电池单体的温度测量电路示意图。

图7为本发明蓄电池单体的各路信号测量示意图。

图8为本发明多个蓄电池单体通信连接示意图。

图9为本发明总电压测量示意图。

图10为本发明总电流测量示意图。

图11为本发明充电机电压监测电路图。

图12为本发明总电流采集电路图。

图13为本发明蓄电池定位监测示意图。

图14为本发明蓄电池健康计算流程图。

图15为本发明蓄电池内部芯片自带保险示意图。

图16为本发明智能蓄电池在线监测系统网络拓扑图。

图17为本发明智能蓄电池远程管理系统组成示意图。

具体实施方式

智能蓄电池，包括多个蓄电池单体1，其特征在于：任意一蓄电池单体1包括电池上盖2，电池上盖2上设置有切换开关3、通信接口4，多个蓄电池单体1通过所述通信接口 4进行级联连接，构成蓄电池组。

切换开关3用于关掉整个电路，使得整个蓄电池单体1电压、内阻、温度的在线实时监测不工作。搬运时，断开切换开关3，关闭整个监测电路；使用时，开启切换开关3， 整个蓄电池单体1监测电路工作。切换开关3连接电源模块。

任意一蓄电池单体1内部含集成芯片、电源模块，集成芯片用于蓄电池单体1电压、内阻、温度的在线实时监测。

所述集成芯片包括：A/D芯片、CPU处理器。

电压测量电路，用于获取蓄电池单体1电压量，电压测量电路接A/D芯片，A/D芯片将模拟量转换成数字量，如图4所示。

内阻测量电路，用于获取蓄电池单体1电压、电流信号，内阻测量电路接A/D芯片，A/D芯片将模拟量转换成数字量，如图5所示。内阻最快每10分钟测量一次，多次测量数 据组成内阻数据曲线，长期测量内阻，阻值数据按照时间行程数据曲线即连续的内阻数据。

温度测量电路，用于获取蓄电池单体1温度信号，温度测量电路接A/D芯片，A/D芯片将模拟量转换成数字量，如图6所示。

A/D芯片连接CPU处理器，如图7所示。各个电路测量信号直接输入A/D芯片，A/D 芯片将模拟信号转换成数字信号，A/D芯片数据通信通道直接与CPU数据通信通道连接， 通过电平高低识别数字信号，实现数据通信。所述CPU处理器连接通信接口4。

所述电池上盖2上设置有两个RJ11标准通信接口，任意一蓄电池单体1的CPU处理器均与电池上盖2上的两个RJ11标准通信接口连接，相邻两个蓄电池单体1之间通过通 信线5通信连接后均汇总连接至参数集中器5，如图8所示。图8中RJ11为标准通信接口， 参数集中器通过ModBus通信规约与电池内CPU通信，不同电池通过CPU设置的ID区分。 参数集中器5采用YX-M03型的蓄电池参数集中器。

所述相邻两个蓄电池单体1之间通过联条6串联或者并联，构成蓄电池组。

所述蓄电池组包括一个总电压/电流采集单元，用于对蓄电池组电池电压、充放电电 流、浮充电流进行监测；所述总电压/电流采集单元包括分压电路、霍尔传感器型号QKC100EKA，南京强能。

蓄电池组连接分压电路，分压获得总电压值，电压值输出给A/D转换器，将电压信号 转换成数字信号，如图9所示。

霍尔传感器获取总电流值，霍尔传感器输出信号给A/D转换器。

所述温度测量电路包括温度传感器，温度传感器通过线路引脚焊接在蓄电池单体1一 侧极柱上。

所述蓄电池单体1包括夹层壳体，监测线路安装于所述夹层壳体内。

所述蓄电池单体1内置GPS模块、4G通信模块，GPS模块与CPU处理器进行通信连接。

所述电池上盖2上设置有指示灯5，所述指示灯5连接电源模块。

所述电池上盖2上切换开关3位置为凹面设计，防止误碰切换开关3。

所述多个蓄电池单体1排布在电池架7上，如图3(2)所示。电池架7为双层双排结构，共放置104只蓄电池单体1，蓄电池单体1为立式防止。连接时，首先将正负极连接 线与接线座组件上的连接铜排连接并紧固好。

智能蓄电池内部含集成芯片，可自测电压、内阻、温度，电池以标准Modbus规约通过 通信线连接与系统后台形成通信链路，实现单体电压、内阻、温度的在线实时监测。

总电压/电流采集单元安装在蓄电池组首/末端，对整组电池电压、电池电流(充放电电 流和浮充电流)进行监测。

智能蓄电池远程管理系统，本身可以实时在线获取：蓄电池单体1电压、单体内阻、单体温度、总电压、电流信号。

1、通过对蓄电池单体1内阻精确的、连续的测量，拟合出趋势变化曲线，可以在蓄电 池失效前两个月告警提示即将失效的蓄电池。一般的测量方法：根据欧姆定律R＝U/I，但 是测量线路本身也会引入内阻对测量结果造成误差。

智能蓄电池内阻测量电路：蓄电池内阻测量电路原理采用四线法，R_l表示测量线内阻， 电压与电流分别测量，内阻测量时采用瞬时脉冲放电法，使蓄电池短时间放电电流达到I_c， 此时电压值为电池内阻本身分压，根据欧姆定律R＝V/I_c求得电池内阻，该方法避免了测 量线路造成的内阻数据误差，精确度高，一致性好。

由于智能蓄电池本身带有内阻测量与数据通信功能，后台系统可通过测量电池内阻并 保存数据，对一段时间的内阻数据值进行处理，绘图，并结合数学算法模拟趋势变化。模 拟方法主要为对数据曲线斜率、斜率变化率进行高频计算并以计算数据为依据预测内阻变 化趋势。

2、实时监控充电机的运行电压的，并结合单体蓄电池本身的运行参数，给充电机正确 的反馈，使蓄电池沐浴在良好电压环境下。避免因充电机电压不正确而造成后备蓄电池寿 命缩短。

充电机电压监测由总电压总电流采集单元完成，由于电池正常投运期间需要处于浮充 状态，所以电池组与充电机本身是连接的，而总电压总电流采集单元本身对蓄电池组总电 压进行监测，其电压值即充电机电压值，电路图如图11所示。设电池总电压为U，电阻R2两端的电压为U2，当求得R2两端的电压U2，即可反求U。为了提高U2的采样精 度，抑制高频干扰，在R 2两端增加由电阻R 3和电容C1组成的低通滤波器，再经光耦 AQW214隔离后，将U2传给线性光电隔离放大环节ISO124，最终传给DP512的A/D， 经处理，求得U。电池本身运行参数是通过智能蓄电池体内部测量电路得到的。通过外部 通信接口上送至后台。

3、监控充放电电流，找出用户不合理使用蓄电池的时段，分析蓄电池寿命缩短的原因。 通过对浮充电流的监控，反馈给运维部门，使蓄电池浮充状态工作在最合适的浮充电流下。

电流监测由总电压总电流采集单元完成，通过霍尔传感器获取电流。

霍尔电流传感器：霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理，当原边电流 IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在 磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边IP产生的磁通，使得磁路中磁通始 终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变 化。

充放电电流采集采用的是霍尔电流传感器HEC100-C8，测量范围0---100A，4V输出， ±15V供电

输出电压的采集则采用公司自己研制的电流转换器，电流转换器与霍尔电流传感器联 动工作原理：

充放电霍尔电流传感器将0---100A的电流信号转换成0---4V的电压信号。0A电流输出 电压0V，100A电流输出电压4V，电流转换器采集霍尔电流传感器输出的电压信号按照4V/100A的比例进行换算，计算得出电池串的充放电电流。

浮充霍尔电流传感器将0---10A的电流信号转换成0---4V的电压信号。0A电流输出电 压0V，10A电流输出电压4V，电流转换器采集霍尔电流传感器输出的电压信号按照4V/10A 的比例进行换算，计算得出电池串的浮充电流电流。

总电流采集模块：如下图12所示AD采样，采集霍尔传感器输出电压，从而经过计算得出电流值得大小。

4、内置温度传感器于智能蓄电池内部，真正掌握蓄电池内部温度进而分析其健康状态。

温度采用0.1％的温度电阻RV，使用高精度AD采集温度电阻阻值变化，通过查表得出 蓄电池内部的确切温度。

5、通过现有的专利技术，可以对蓄电池的极柱端子溢酸情况进行监测。专利申请号： 201510550467.8，“一种具有漏酸检测功能的蓄电池”。在蓄电池体上安有正温度系数的 热敏电阻，正温度系数的热敏电阻两端分别与两根裸露的金属导线相连，该两根裸露的金 属导线经绝缘吸湿材料分别包裹后并排缠绕通过蓄电池的正极柱和/或负极柱后与测量电 路板相连。

6、通过对浮充电压、浮充电流、温度三个浮充关键参数的监测，在后备蓄电池的90％ 运行时间内做好维护保养。

温度测量电路，浮充电流测量，浮充电压测量(浮充电压即充电机电压，即浮充状态 下的总电压)。

7、通过将最低单体电压、最高单体电压数据反馈给正在进行均衡作业的充电机，使充 电机精确把握恒流转恒压的时间节点。

智能蓄电池本身内置测量电路，可实时在线采集电压数据并上传至后台。后台对一组 电池电压数据进行比较计算，将最高和最低电压数据反馈给充电机，充电机本身需要具备 通用通信接口，标准规约或已知规约，通过建立通信实现数据反馈。

8、独创不穿越定律，基本保证在电池发生断崖式崩溃前及早发现。即便未提前预警， 也可在发生崩溃后的第一时间及时发现。

同型号、批次、生产工艺等的电池，在同等出厂、投运和服役环境中，其劣化数据的变化应当是同步的，对组电池进行长期数据监测，数据曲线变化过程中发生曲线穿越，违背自然劣化变化的规律，则该曲线对应电池视为非正常劣化电池，应予以特殊关注，若一段时间后该电池曲线变化仍持续为异常状态，则认为该电池为隐患故障电池。

9、智能蓄电池能够高精度采集蓄电池组的单体内部电压；监控系统能够高精度采集电 池组总电压；通过同时刻两个电压值的比较即可发现连接片故障。通过高精度AD对蓄电 池电压信号进行采样。

电池内部电压测量通过高精度AD获取高精度数据，总电压测量由总电压总电流采集单 元完成，数据均上送至后台，由后台进行数据处理。当连接片故障时，整个电池组电阻发 生明显变化，总电压与各单体电压之和差异大，由此判断连接片故障。

10、通过在线平台，在电池被盗第一时间因通信异常产生告警。支持内置GPS和4G模块，实时返回蓄电池的定位信息，帮用户追回被盗电池。如图13所示。

11、通过远程WEB发布平台，实现WEB发布、蓄电池云管理以及通过61850建模接 入国网变电在线监控平台。

中心服务器后台系统分3大组件：

1)、数据集中收集通信组件

通过TCP协议，与站端的蓄电池在线监测装置通信，收集集中各个站点的电压、温度、 内阻等数据。

2)、数据计算组件

对1)中收集的数据，进行计算，通过预先建立的数据模型，分析计算蓄电池的SOH，SOC，内阻变化率等数据。

3)、WEB发布组件

通过http服务，对内网的计算机提供web服务，凡是所有连接在内网的计算机，都可 通过浏览器，登录系统，进行数据查看与分析，对蓄电池进行综合运维。

12、通过失效模型可以在电池失效2个月前，即还是落后电池的时候，就发出告警提 示。使失效电池对蓄电池组的影响降到最小。

通过不穿越定律定位隐患故障电池，当曲线变化趋势背离正常变化趋势到达一定程度 时(根据经验值进行判断具体程度)，认为电池即将失效。通过后台软件界面进行告警， 可增加短信告警、声光告警功能。短信告警需在后台增加短信模块，声光告警需在后台增 加声光发生模块，通过建立通信，控制告警内容。

13、通过失效模型测算能够在一组正常使用的蓄电池中，挑出性能最差的蓄电池，即 最有可能先出现问题的蓄电池，加以特殊关注。根据高精度数据和高密度历史数据曲线进 行分析和排序，通过健康排序实现，计算方法流程如图14所示。

14、测量芯片与蓄电池唯一绑定，固化唯一编码于蓄电池内部，使运维精细化到每一 块蓄电池运行档案。通过串联生产环节和使用环节的数据，形成完整的数据链，经大数据 分析，反过来再指导蓄电池生产和用户正确使用。

由于芯片内置于蓄电池体内部，并具有数据记录、测量、通信功能，所以可实现电池唯一编码。电池出厂相关参数(例如生产物料、批次等)在出厂时植入芯片内，出厂运 行后记录运行参数，通过系统可读取所有参数，形成数据链。分析主要依靠较大数量的电 池运行数据进行综合分析，横向对比不同生产厂家、物料、型号等的电池质量差异，纵向 比较不同应用环境的电池表现，后期可结合用户实际需求和运行环境指导选择性价比高的 电池。

15、通过失效模型，能够对一组正常使用的蓄电池按照性能从最好到最坏的健康顺序 排列，既能满足用户的关注点，又能指导蓄电池合理配组。根据高精度数据和高密度历史 数据曲线进行分析和排序，通过健康排序结合电池出厂信息可选出性能相近的电池进行配 组，排序方法，配组方法根据排序和电池出厂信息人工配组。

16、内阻测量技术先进，测量精度高，给蓄电池健康分析提供可靠标准。

健康值分析包括内阻绝对值、内阻相对值、内阻变化绝对值、内阻曲线斜率变化值、 温度补偿系数等因素，根据对故障电池、落后电池长期数据跟踪的经验值，给健康值因素 分别设定2个上限值，当超过第1上限值时判定为落后电池，当超过第2上限值时判定为故障电池，所有因素均在限制范围内的电池，按照4:4:6:9:1的比例进行健康值综合测算。分析过程需要以较高测量频率的特高精度内阻数据、电池内部温度以及由内阻数据处理的曲线的导出量为依据。

17、温度传感器安装方式巧妙，直接测量准确反映蓄电池内部温度的物理量。电池内 部温度传感器通过线路引脚焊接在蓄电池一侧极柱上的方式获取温度数据，由于金属具有 较好的导热性，因此温度传感器获取的极柱温度即电池内部温度。

18、独创一体化设计，测量抗干扰能力强，保障数据准确性。此内容是指智能蓄电池 将测量电路内置于电池体内的设计，监测线路安装于电池体夹层壳体。

19、外观新颖，简洁实用，极大地简化了安装流程，减少了安全隐患。外部只有一处通信接口，无需外接测量线路。安装流程与现有流程相比，除了进行电池级联成组的安装外，只需对电池进行通信线手拉手方式安装，不对极柱进行测量线路安装等作业。图片见本文件开端对智能蓄电池的介绍。

20、低成本生产技术，高性能及优质服务提供，性能价格比极高。与具备相同测量精 度、测量功能和整体性能的装置或功能性能相近的装置进行对比。

21、独创蓄电池状态优劣分析模型，实现状态预知，提前告警，掐断隐患源头。

本算法主要建立在独创的不穿穿越定律基础上，在蓄电池历史数据曲线不穿越情况下， 对蓄电池的健康状态进行健康值判断。在蓄电池历史数据曲线发生穿越情况下，增加内阻、 内阻变化率计算频率，重点关注穿越曲线变化趋势，当曲线变化率超越一定限值时，认为 该电池在一段时间后(大于3个月)发生失效故障。限值的确定是根据蓄电池维护经验和 同型号电池运行数据长期跟踪得到的。

22、蓄电池终身监测，科学指导出厂配组，有效减少不均衡现象导致的各类问题。

电池本身含出厂参数、出厂日期、型号以及运行参数，运行一段时间的电池，后台会 根据电池历史数据进行健康排序和健康值计算，在电池更换时，可根据这些参数和健康值、 健康排序结果等进行近似匹配，电池组内电池差异性越小越好。

24、标准化通信协议，数据监测终端灵活，兼容性高。

Modbus通信协议

25、可扩展性强，支持选配定位、智能均衡、无线数据互联等功能。

定位功能的实现：通过增加GPS定位模块，实现定位信息，并与智能蓄电池体内监测 模块CPU进行通信，再通过电池与后台的通信链路将定位信息实时上送至后台系统；

智能均衡的实现：通过后台整定定值可修改均衡参数，自动控制均衡功能；

无线数据互联实现：通过在后台和各智能电池内增加4G通信模块，形成4G无线网络 通信链路，实现智能电池与后台之间的无线通信。

26、内部芯片自带保险，有效保障自身电气安全，如图15所示。

蓄电池部分

额定电压	2V
		额定容量	200Ah
外形尺寸	179mm×89.5mm×382.5mm
		重量	13.7kg
端子形式	M8内螺纹连接
		均充电压	2.30～2.35V/单体(25℃)
浮充电压	2.23～2.27V/单体(25℃)
		荷电保持能力	1个月99％；3个月93％；6个月84％
槽盖的材料	ABS阻燃工程塑料

电气部分

智能蓄电池远程管理系统，该系统包括多个蓄电池单体、参数集中器5、智能蓄电池 参数传感器、远程放电负载、开关量监测控制单元、绝缘监察模块。

任意一蓄电池单体对应连接一个智能蓄电池参数传感器，多个智能蓄电池参数传感器 连接参数集中器5；多个蓄电池单体连接总电压电路测量装置，总电压电路测量装置通过 第一485总线连接参数集中器5；参数集中器5通过第二485总线连接绝缘监察模块、开关量监测控制单元；绝缘监察模块、开关量监测控制单元连接远程放电负载。

该系统包括充电机特性监测模块、规约转换模块。

所述参数集中器5分别连接报警服务器、WEB端口服务器、应用程序通讯服务器、数据库服务器、一级便携终端；所述报警服务器连接手持终端、和/或EMAIL邮箱；所述 WEB端口服务器连接二级便携终端、和/或台式机。

一、系统概述：

本发明系统结合了最新的在线蓄电池内阻测量技术、充电机技术和计算机网络实时通 讯技术，成功地解决了蓄电池的远程监控、远程充放电和状态检修的问题，使得蓄电池的 日常维护工作均在网络监控终端完成。为蓄电池的使用者和管理者提供了一个方便、安全、 简捷、不限时、不限地的监控维护系统。

二、系统特点：

2.1、蓄电池组健康状况分析，通过测量蓄电池的电压、内阻、温度、浮充电流、充电电流、放电电流，经过数学模型分析，可以很好地判别蓄电池的潜在供电能力(剩余容量)，蓄电池的内部故障和失效电池。

2.2、系统具备为蓄电池维护提供详细可行的在线指导(包括继续使用、单节更换、组间整合、降电压等级使用、整组更换等方面指导)。

2.3、采用智能蓄电池参数(内阻、电压、温度)传感器，附带固态开关均衡模块，均衡电压压差控制<0.05V,内阻测量绝对误差<2uΩ,一致性误差<2uΩ。

2.4、具备除硫活化电池的功能。

2.5、总电流采集配备2种量程霍尔传感器，能精确测量浮充电流和充放电电流。

2.6、可自动定期测量蓄电池内阻，人工设置自动定期测试时间。或随时手工在线测 量蓄电池内阻。并可预设内阻、内阻变化率的告警阈值。

2.7、在线监测电池组的运行参数(总电压、单体电压、压差、充电电流、放电电流、浮充电流、极柱温度、环境温度)，测量精度高，并可设告警阈值。

2.8、软件采用可定制的柔性系统技术编制。

2.9、支持多种告警输出方式：节点、网络、手机、短信、邮件。

2.10、支持工程师站操作。

2.12、具有芯片级LAN口，10/100/100M自适应，收发自动交叉，支持订制103,104，IEC61850等协议。

2.13、远程放电核容单元的控制逻辑完全按照人工放电作业规程设置，可实现远程母 线并列、母线分段控制，可实现蓄电池投入、退出控制，并根据放电结果远方打印放电核 容报告书。

三、系统组成：

3.1、子站管理系统：柜式IBM服务器、操作系统、后台软件。系统网络拓扑图如图16所示。

3.2、站端监控配置：蓄电池参数集中器、智能蓄电池参数传感器、充电机特性监测模块、远程放电负载、开关量监测控制单元、规约转换模块、绝缘监察模块等，系统组成 如图17所示。

四、子站管理系统详细描述：

4.1功能描述：

4.1.1数据采集处理功能：

子站管理系统能够接收各个变电站的现场数据，并对数据加以分析处理，保存到数据 库中。主要包括以下数据。

模拟量：(1)交流输入电压；(2)直流母线电压；(3)充电装置输出电压、输出电流；(4)直流控制母线、合闸母线电压；(5)正负母线对地电压、正负母线对地电阻，各支路对 地电阻；(6)蓄电池组的端电压值；(7)蓄电池的单体电压值；(8)蓄电池的单体内阻值； (9)蓄电池单体温度；(10)蓄电池浮充电压、浮充电流；(11)蓄电池容量；(12)蓄电池健 康状态；(13)蓄电池室环境温度；

开关量：(1)母联开关状态；(2)直流断路器开关状态；(3)馈线运行状态；(4)直流母 线电压过高或过低；(5)直流母线接地；(6)充电装置故障；(7)直流绝缘监测装置故障；(8)交流电源电压异常；(9)蓄电池故障报警；(10)容量不足报警；(11)蓄电池组电压异常告警；(12)蓄电池的单体电压、内阻、温度异常告告警；(13)通讯中断告警；(14)蓄电池 熔断器熔断。

对于交直流一体化电源系统，除以上数据外，还包含交流馈线状态、UPS及DC/DC通信模块相关数据。

4.1.2画面显示功能：

子站管理系统可显示各变电站直流系统图。并以表格、图形等多种形式直观显示运行 数据。

直流系统图实时显示各测量数据和断路器、隔离开关的位置状态。包括直流母线电压、 电流、绝缘状态、充电机工作状态、蓄电池组电流、交流电压、电流、交流开关工作状态、 直流母线断路器合分状态、熔断器工作状态、重要馈线开关工作状态及报警状态等。

4.1.3报警功能：

系统报警项目包括遥测越限报警、遥信变位报警、远程维护故障告警等。

遥测越限报警的上、下限值可以由运行维护人员根据现场运行情况在线设置，当实际 运行数据越限时，发出报警信号。

遥信变位报警指蓄电池熔断器熔断、断路器脱扣等开关量变位信息。

远程维护故障告警指系统进行远程充放电维护时出现的设备故障或系统运行故障等。

系统报警时，能以声音提示报警，并将报警信号弹出显示在屏幕上。对画面上的告警 数据以不同的颜色或闪光进行提示。

4.1.4WEB浏览功能：

子站系统采用B/S结构设计，提供浏览功能。在浏览页面上能显示运行数据，进行远 程操作，并具备权限分级及密码保护功能。

4.1.5遥控功能：

系统能够远方控制变电站内的监控装置，实现如下功能：

a.远程控制蓄电池组核对性容量试验，能设置受试蓄电池组终止电压、单只蓄电池电 压、蓄电池组放电容量、放电时间等终止放电条件；

b.远程控制蓄电池内阻测试；

c.控制操作具有防误操作措施，至少包含口令保护、返校确认等，操作过程应作记录。

4.1.6历史数据管理功能：

历史数据存储是将直流系统中的重要参数，如蓄电池单体内阻、直流绝缘状态、稳压 精度、稳流精度数据等参数进行全寿命保存，供维护人员查阅。系统提供多种查询手段，并以表格或图形方式显示数据。

4.1.7用户管理功能：

系统具有用户管理功能，可增加或删除管理人员名单、管理权限设置等，系统提供不 同的管理权限，可分为系统管理员、操作人员、一般浏览人员等级别，确保系统的安全运行。系统应记录操作相关信息。

4.1.8报表及打印功能：

系统生成并打印各种统计报表。

4.1.9时钟同步功能：

子站系统具备时钟同步步接IRGB口，确保整个监控系统的时钟统一。

4.2子站系统技术参数：

4.2.1实时性指标：

1)遥信变化送到主站≤5秒

2)遥测全系统扫描10～60秒(可调)

3)遥控命令传送时间≤10秒

4)画面调用响应时间≤5秒

5)画面实时数据刷新周期≤5秒

4.2.2历史数据保存：

1)历史数据自动存盘，数据保存期≥3年

2)报警数据永久存储

3)数据备份方式：定期自动或手动备份

4)运行数据保存间隔：时间间隔可设置

5)可连接变电站个数≥128座

4.2.3主机与服务器：

1)操作系统：Windows Server2008以上或linux

2)数据库：Mysql、SQL Server、ORACLE

3)服务器具有双路四核64位CPU,内存≥8GB,主频≥2.4GHz

4)服务器硬盘≥2000G

5)服务器1000M光口以太网卡≥2个

6)服务器1000M自适应以太网卡≥4个

7)串口(RS232或RS485)≥10个

8)CPU负载：全功能节点平均负载＜50％

五、站端监控装置详细描述：

5.1蓄电池参数集中器：

5.1.1功能概述：

A、采用液晶显示屏，实时显示母线电压、电流、绝缘状态、充电机模块工作状态、直流主回路断路器合分状态、各馈线开关工作状态及报警状态等。

B、蓄电池单体电压实时显示，可设定报警上下限。

C、母线电压、负荷电流、电池总电压、单体电池电压运行曲线。

D、蓄电池内阻显示、查看。

E、报警事件自动弹出、报警记录显示、查询。

F、能够自动记录充放电试验过程中总电压、单体电压、电流曲线，设定放电开始与截止条件及报警参数，放电数据自动生成报表并保存。

G、具备单体电压、内阻及放电试验等数据报表的下载功能。

5.1.2技术指标：

5.2智能蓄电池参数传感器：

5.2.1功能概述：

A、该装置负责完成单体电压、电流采集、内阻测量、极柱温度测量、电压均衡等功能。

B、采用小直流脉动放电法实现对单体蓄电池内阻进行在线测试，放电电流小于5A， 放电时间小于5秒,在线测量。蓄电池在均充、事故放电过程中，不进行内阻测量；内阻测量只在蓄电池浮充状态下进行。

C、单体电池电压采样采用双线制接线方法，具备单体电池内阻和连接条电阻测试功 能，内阻测试中具有过温、过流等异常报警保护功能。

D、均衡电路内部开关采用固态开关，均衡电压0.05V。

E、具备除硫等电池活化功能。

5.2.2技术指标：

1)电压：

A、单体电池电压采集范围: 0V～3V(2V模块)、0V～15V(12V模块)

B、单体电池电压采集精度: ≤±0.2％(在2V/12V±20％范围内)

2)内阻：

A、单体电池内阻测量范围：0.01～250mΩ

B、单体电池内阻采集精度:

单体电池内阻重复测量一致性：≤±2uΩ(该项技术指标全国第一)

与Alber公司CellcorderAlber-CLC200做对比性试验，

绝对误差≤±2uΩ。

C、单次内阻测量功耗：≤5焦耳

3)温度：

A、单体电池极柱温度测量范围：-55℃～85℃

B、单体电池极柱温度采集精度:0.2℃

4)均衡：

A、均衡压差：＜0.05V；

5.3充电机特性监测模块：

5.3.1功能概述：

在线监测充电机输出电压、电流、稳压精度、稳流精度、纹波系数，评价充电机动态响应特性。

5.3.2技术指标：

A、电压采集精度：±0.1％；

B、电压采集范围:0-300V；

C、电流采集精度：±0.2％；

D、电流采集范围:10A/100A/300A；可同时配备2个量程霍尔。精确测量浮充小电流。

纹波采集精度：±0.1％；

5.4远程放电负载：

5.4.1功能概述：

远程放电单元，可接收远程命令，设置受试蓄电池组终止电压、单只蓄电池电压、蓄 电池组放电容量、放电时间等终止放电条件。实现对蓄电池组的核对性容量试验。也可定 期对电池组进行核对性放电试验(放出容量80％以上)和定期放电容量测试(放出容量30％-50％)。

终端采取各种保护措施，确保远程放电可靠进行。保护措施包括：放电时间保护、放 电容量保护、单体电压低保护、整组电压低保护、通信中断保护、测试过程顺序保护等。带有网络通信故障、放电装置故障、装置通信故障、过热故障、风扇停转等保护机制。采 用负温度系数功耗元件，利用物理特性保护，功耗元件无明火，绝不会出现局部过热引发 火灾的情况。操作过程可分步控制。采用电动操作机构和开关辅助结点配合，实现硬件互 锁控制，杜绝两组蓄电池组同时脱离母线。可接收远程控制与本地手动控制，本地手动控 制权限高于远程权限，在通信中断或其它异常情况下，可人工完成切换。

放电采用恒流放电，放电电流可远程设置。

放电作业参考大多数省份下发的《两组阀控蓄电池核对性充放电标准化准作业指导 书》，完全按照人工作业逻辑设计放电程序和硬件配置，包括直流母线的并列\直流母线分段\单组蓄电池投入\单组蓄电池退出等操作。既保证了人工作业的精准与安全，又依 靠自动化技术彻底解放了人工劳动。

5.4.2技术指标：

A、接入负载电压：直流12V/24V/48V/110V/220V/400V/600V系列

B、放电电流：20A/40A/60A/80A/100A/200A/400A/500A/800A系列

C、电池组标称容量：50Ah-5000Ah系列

D、电流调节精度和范围：0.1A，1～0.1C10

E、恒流放电控制精度：±0.5％

工作电源：DC220V/DC48V或AC220V

冷却方式：强制风冷

H、环境温度：-10℃-+85℃

I、规格、电压DC12V-600V,电流20A-800A，可依需求选定

G、机内温度测量精度： ≤±1℃

K、机内温度分辨率： 0.1℃

L、定时范围： 0～99小时59分

5.5开关量监测模块：

5.5.1功能要求：

开关量采集模块采用下盘式安装结构，利用CAN/485总线与当地监控装置通讯，光电 隔离,具有硬件抗干扰措施,由通信电源提供主工作电源。接线采用插拔式接线端子,便于 更换和维护,带有自恢复保险丝以免烧毁模块和导致短路。

可提供干/湿接点报警信号，包括电压告警和内阻告警接点，可接入综合自动化系统。 接收新加母联开关、母线投切开关、充电开关、放电开关的开关状态等。

5.5.2技术指标：

5.6规约转换模块：

5.6.1功能概述：

可以将各种不同规约的直流设备转换成统一的通讯规约,

包括IEC61850/CDT/MODBUS规约的装置，实现数据的汇总和上传。

5.7绝缘监察模块：

5.7.1功能概述：

A、绝缘接地监测及选线，包括正负母线对地电压、正负母线对地电阻、各支路对地电阻监测等。本系统不但能够监测母线单极接地,还可监测母线双极接地,当监测到有接地的情况发生时,迅速启动选线装置,快速锁定发生故障的支路,并发出报警信号。

B、交流窜入监测及选线，实时监测母线对地电压，当交流窜入时，正负母线对地电压波形发生变化，迅速启动选线装置,快速锁定发生故障的支路,并发出报警信号。

C、交流窜入录波，当有交流窜入直流母线故障时，系统对直流母线对地电压波形进 行实时记录。

D、两段母线耦合故障监测，在两段直流系统独立运行方式中，能监测到相互之间是 否有寄生回路的存在。

E、母线电压监测功能。

F、GPS对时功能，系统接收GPS对时信号，确保系统时间正确。

G、告警输出功能，系统具有绝缘故障告警、交流侵入告警，正负母线对地电压告警， 母线过欠压告警等。

H、通信功能，系统具有RS232、RS485、网口通讯接口，与上位机进行通信。

I、本地查看功能，可以本地查看各个关键数据及波形。

5.7.2技术指标：

六、材料配置：

组部件材料配置表如下:

Claims (10)

1.智能蓄电池，包括多个蓄电池单体（1），其特征在于：任意一蓄电池单体（1）包括电池上盖（2），通信接口（4），多个蓄电池单体（1）通过所述通信接口（4）进行级联连接，构成蓄电池组。

2.根据权利要求1所述智能蓄电池，其特征在于：任意一蓄电池单体（1）内部含集成芯片，集成芯片用于蓄电池单体（1）电压、内阻、温度的在线实时监测；

所述集成芯片包括：A/D芯片、CPU处理器；

电压测量电路，用于获取蓄电池单体（1）电压量，电压测量电路接A/D芯片，A/D芯片将模拟量转换成数字量；

内阻测量电路，用于获取蓄电池单体（1）电压、电流信号，内阻测量电路接A/D芯片，A/D芯片将模拟量转换成数字量；

温度测量电路，用于获取蓄电池单体（1）温度信号，温度测量电路接A/D芯片，A/D芯片将模拟量转换成数字量；

A/D芯片连接CPU处理器，所述CPU处理器连接通信接口（4）。

3.根据权利要求1所述智能蓄电池，其特征在于：所述电池上盖（2）上设置有两个RJ11标准通信接口，任意一蓄电池单体（1）的CPU处理器均与电池上盖（2）上的两个RJ11标准通信接口连接，相邻两个蓄电池单体（1）之间通过通信线通信连接后均汇总连接至参数集中器（5）。

4.根据权利要求1所述智能蓄电池，其特征在于：相邻两个蓄电池单体（1）之间通过联条（6）串联或者并联，构成蓄电池组。

5.根据权利要求1所述智能蓄电池，其特征在于：所述蓄电池组包括一个总电压/电流采集单元，用于对蓄电池组电池电压、充放电电流、浮充电流进行监测；所述总电压/电流采集单元包括分压电路、霍尔传感器；

蓄电池组连接分压电路，分压获得总电压值，电压值输出给A/D转换器，将电压信号转换成数字信号；

霍尔传感器获取总电流值，霍尔传感器输出信号给A/D转换器。

6.根据权利要求6所述智能蓄电池，其特征在于：所述温度测量电路包括温度传感器，温度传感器通过线路引脚焊接在蓄电池单体（1）一侧极柱上。

7.根据权利要求1所述智能蓄电池，其特征在于：多个蓄电池单体（1）排布在电池架（7）上。

8.智能蓄电池远程管理系统，其特征在于该系统包括多个蓄电池单体、参数集中器（5）、智能蓄电池参数传感器、远程放电负载、开关量监测控制单元、绝缘监察模块；

任意一蓄电池单体对应连接一个智能蓄电池参数传感器，多个智能蓄电池参数传感器连接参数集中器（5）；

多个蓄电池单体连接总电压电路测量装置，总电压电路测量装置通过第一485总线连接参数集中器（5）；

参数集中器（5）通过第二485总线连接绝缘监察模块、开关量监测控制单元；

绝缘监察模块、开关量监测控制单元连接远程放电负载。

9.根据权利要求12所述智能蓄电池远程管理系统，其特征在于：所述参数集中器（5）分别连接报警服务器、WEB端口服务器、应用程序通讯服务器、数据库服务器、一级便携终端；

所述报警服务器连接手持终端、和/或EMAIL邮箱；

所述WEB端口服务器连接二级便携终端、和/或台式机。

10.智能蓄电池远程管理方法，其特征在于：

蓄电池单体（1）内部含集成芯片，可自测电压、内阻、温度，电池以标准Modbus规约；蓄电池单体（1）通过通信线连接与系统后台形成通信链路，实现单体电压、内阻、温度的在线实时监测；

总电压/电流采集单元，对蓄电池组电压、充放电电流、浮充电流进行监测；

智能蓄电池远程管理系统，本身实时在线获取：蓄电池单体（1）电压、蓄电池单体（1）内阻、蓄电池单体（1）温度、蓄电池组总电压、总电流信号。