CN108417910A - 一种锂电池组群远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂电池组群远程控制系统，包括最下层的锂电池组群、电池管理系统、储能双向变流器，中间层的锂电池组群就地监控系统，以及最上层的锂电池组群远程监控系统。本发明的控制系统能够对锂电池组群的使用状态进行实时监控和管理，有效避免电池的不安全使用，并且有效延长锂电池使用寿命，可以尽量发挥电池的性能，实现资源的充分利用，避免资源浪费。另外，本发明的锂电池组群远程控制系统，不仅能够处理庞大的数据，而且交互界面友好，还能够方便的实现锂电池组群的添加、删除、运行管理等诸多功能，系统更新维护简单快捷。

Description

一种锂电池组群远程控制系统

技术领域

本发明涉及一种能源管理系统，具体的，涉及一种锂电池组群远程控制系统。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等诸多优点，因此得到了广泛的应用。而在实际使用中，为了获得更高的放电电压，一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂离子电池组使用。目前，锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、电动自行车和备用电源等多种领域。

随着锂离子电池组的广泛应用，其安全性问题越来越受重视。因为一旦锂离子电池组出现问题，将有可能导致设备停运以及其他重大运行事故，所以对锂离子电池组的性能状态进行实时监控是十分重要的。对锂离子电池组的运行参数进行实时检测不仅可以有效避免电池的不安全使用，并且可以尽量发挥电池的性能，实现资源的充分利用，避免资源浪费。但是有些应用领域由于条件限制，难以铺设用于监控电池运行状态的线路，比如作为路灯蓄电池的锂离子电池组的管理，或者由于大量使用，逐个连接监测线路比较麻烦，如基站电源管理中电池的状态监测等。因此，需要对电池的运行状态进行远距离的监测。

现有技术中，公开号为CN203812997U的专利，公开了一种蓄电池远程维护系统，包括蓄电池远程监控主机、蓄电池本地维护主机、蓄电池组、数据分发器、蓄电池参数测量仪和智能蓄电池负载测试仪，通过蓄电池参数测量仪的数据采集和智能蓄电池负载测试仪的测试，使得蓄电池远程监控主机可远程或本地控制蓄电池充放电的状态转换和数据监控。

公开号为CN106427646A公开了一种电池智能管理系统及应用，包括：电压检测模块、电流检测模块、监控模块、中央处理模块、记录模块、数据交互模块，所述电压检测模块、电流检测模块通过数据交互模块与中央处理模块连接，所述记录模块、监控模块与中央处理模块连接。

上述现有技术存在共同的技术问题是，网络结构过于简单，所有的数据都要通过数据分发器或是数据交互模块进行发送，这种模式的缺陷在于，数据分发器或数据交互模块能够处理的数据量有限，难以用于庞大的电池组群的管理；而且如果一旦有新的电池组加入进来，就需要从中层的数据分发器或数据交互模块开始更新，不利于系统的更新维护；缺乏友好的交互界面，用户使用体验不佳。

发明内容

针对现有技术的不足，发明人自主研发了一种锂电池组群远程控制系统的网络化技术。该技术包括锂电池数据采集功能、数据处理与存储、实时信息交互、图形化人机界面及报警处理，实现锂电池组群远程管理与数据分析功能。本发明的目的旨在提供一种锂电池组群远程控制系统，能够对锂电池组群的使用状态进行实时监控和管理，有效避免电池的不安全使用，并且根据锂电池特有的性质，对其充放电进行管理，有效延长锂电池使用寿命，可以尽量发挥电池的性能，实现资源的充分利用，避免资源浪费。另外，本发明的锂电池组群远程控制系统，通过对系统物理结构组成、系统逻辑结构组成、系统功能结构三部分的设计，使得该系统不仅能够处理庞大的数据，而且交互界面友好，还能够方便的实现锂电池组群的添加、删除、运行管理等诸多功能，系统更新维护简单快捷。

作为锂电池组群远程监控系统，在保证锂电池组群的稳定、安全运行意义重大，在综合分析了锂电池组群系统的监控对象的基础上，设计了远程监控系统具体主要完成下述功能：

1、锂电池数据采集功能

锂电池组群远程监控系统通过Modbus协议实现锂电池组群就地监控系统的通信，锂电池组群就地监控系统完成对锂电池组群等相关信息的采集，采集的信息主要包括锂电池组群总电压、锂电池组群充放电总电流、锂电池组电压、锂电池组充放电电流、锂电池单体充放电电压、锂电池单体剩余电量、锂电池单体温度、电池管理系统运行参数、储能双向变流器运行参数、系统运行状态、报警等信息。

2、数据处理与存储

由于MySQL数据库体积小、速度快、总体拥有成本低，锂电池组群电池远程监控系统采用MySQL5.5实现对数据的处理与存储，并具备对系统采集的电池群组的电压、电流、温度值等数据，以及电池管理系统运行参数，储能双向变流器运行参数，系统运行状态，报警事件等实时数据和历史数据的集中存储和查询功能。

3、实时信息交互

锂电池组群远程监控系统采用web浏览器，实现用户与远程监控系统之间的信息交互，包括用户管理交互功能，设备管理功能、历史数据查询功能等。

4、图形化人机界面

锂电池组群远程监控系统利用Web浏览器实现图形化用户界面，向用户提供系统运行状态图、实时数据表格等不同种类的图形数据显示。

5、报警处理

锂电池组群远程监控系统为锂电池群组运行状况的报警信息提供图形、文字、语音等报警方式。

6、延长电池使用寿命

实时监控锂电池的剩余电量、温度、充电电压，当剩余电量过低，或电池温度过高或者充电电压过高时，发出报警信息，有效延长锂电池使用寿命，可以尽量发挥电池的性能，实现资源的充分利用，避免资源浪费。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂电池组群远程控制系统，其特征在于：所述控制系统包括最下层的锂电池组群、电池管理系统、储能双向变流器；中间层的锂电池组群就地监控系统；以及最上层的锂电池组群远程监控系统；所述锂电池组群包括多个锂电池组，每个锂电池组包括多个锂电池单体，每个锂电池组群对应一个电池管理系统、一个双向变流器和一个就地监控系统；所述中间层包括多个锂电池组群的多个就地监控系统；所述锂电池组群远程监控系统包括用户管理模块、数据展示模块、设备管理模块、日志服务模块、历史数据模块、远程查询与报警模块。

进一步的，所述锂电池组群就地监控系统完成锂电池组群的信息采集，采集的信息包括锂电池组群总电压、锂电池组群充放电总电流、锂电池组电压、锂电池组充放电电流、锂电池单体充放电电压、锂电池单体剩余电量、锂电池单体温度、电池管理系统运行参数、储能双向变流器运行参数、系统运行状态、报警信息。

进一步的，所述设备管理模块包括设备添加模块、设备监控模块、设备删除模块，所述设备监控模块监控锂电池组群就地监控系统采集的信息，并且根据监控的锂电池单体剩余电量、锂电池单体温度、锂电池单体充电电压，当锂电池剩余电量低于警戒值或锂电池单体温度高于警戒值或锂电池单体充电电压高于警戒值时，设备监控模块向远程查询与报警模块发送报警信息。

进一步的，其中所述锂电池剩余电量的警戒值为所述锂电池剩余电量低于10％，所述锂电池单体温度的警戒值为锂电池单体温度超过40℃，所述锂电池单体充电电压的警戒值为锂电池单体充电电压超过5V。

进一步的，所述远程查询与报警模块为锂电池群组运行状况的报警信息提供图形、文字、语音报警方式。

进一步的，所述锂电池组群远程监控系统通过Modbus协议实现与锂电池组群就地监控系统之间的通信，并且所述锂电池组群远程监控系统利用Web浏览器实现图形化用户界面，实现用户与所述锂电池组群远程监控系统之间的信息交互。

本发明的锂电池组群远程控制系统，由于每个锂电池组群对应一个电池管理系统、一个双向变流器和一个就地监控系统，因而能够处理庞大的数据，能够实现对数量庞大的锂电池组群的有效监控管理，有效避免电池的不安全使用，并且根据锂电池特有的性质，对其充放电进行管理，有效延长锂电池使用寿命，可以尽量发挥电池的性能，实现资源的充分利用，避免资源浪费。而且交互界面友好，能够方便的实现锂电池组群的添加、删除、运行管理等诸多功能，系统更新维护简单快捷。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。

图1为系统的物理结构组成示意图；

图2为锂电池组群远程监控系统逻辑结构图；

图3为锂电池组群远程监控系统功能结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

锂电池组群远程控制系统的网络化技术主要从三个方面进行总体设计：系统物理结构组成、系统逻辑结构组成、系统功能结构组成。

系统物理结构设计:

如图l所示，整个锂电池组群远程控制系统，从物理上主要被划分为三层结构。锂电池组群远程控制系统的最下层由锂电池组群、电池管理系统(BMS)、储能双向变流器(PCS)等设备组成。BMS能够给出电池剩余电量、电池温度、充放电电压、充放电电流等信息，PCS控制锂电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。电池组群远程控制系统的最下层主要完成对锂电池组群参数的采集，如：锂电池单体电压、锂电池组电压、锂电池组充放电电流、锂电池组群总电压等，以及电池管理系统、储能双向变流器等设备参数信息。

锂电池组群远程控制系统的中间层由各个锂电池组群的就地监控系统组成，就地监控系统实现对最底层锂电池组群、电池管理系统、储能双向变流器等采集信息的读取、上报相关数据给远程监控系统等功能，就地监控系统与远程监控系统之间的通信是采用Modbus实现的。其中的采集信息主要包括锂电池组群总电压、锂电池组群充放电总电流、锂电池组电压、锂电池组充放电电流、锂电池单体充放电电压、锂电池单体剩余电量、锂电池单体温度、电池管理系统运行参数、储能双向变流器运行参数、系统运行状态、报警等信息。

锂电池组群远程控制系统的最上层就是设计的核心部分，为锂电池组群远程监控系统。锂电池组群远程监控系统通过Modbus协议实现与锂电池组群就地监控系统的通信，本发明就是主要针对锂电池组群远程监控系统开发的，它的主要功能就是实现接收中间层就地监控系统的上报数据，并实现对其的处理和分类数据库存储，同时完成其逻辑设计，实现用户通过以Web浏览器方式对系统的访问和相关操作的功能。关于数据库存储，由于MySQL数据库体积小、速度快、总体拥有成本低，锂电池组群电池远程监控系统采用MySQL5.5实现对数据的处理与存储，并具备对系统采集的电池群组的电压、电流、温度值等数据，以及电池管理系统运行参数，储能双向变流器运行参数，系统运行状态，报警事件等实时数据和历史数据的集中存储和查询功能。采用web浏览器作为交互界面，实现用户与远程监控系统之间的信息交互，包括用户管理交互功能，设备管理功能、历史数据查询功能等，向用户提供系统运行状态图、实时数据表格等不同种类的图形数据显示。锂电池组群远程监控系统为锂电池群组运行状况的报警信息提供图形、文字、语音等报警方式。

系统的逻辑结构设计:

如图2所示，从逻辑结构上说，远程监控系统被划分为三层：数据层、业务逻辑层、表示层。

数据层：远程监控系统的数据层主要功能：一、通过业务逻辑层实现对就地监控系统上报数据的分类存储的相关工作，二、客户在Web浏览器通过HTTP协议发出查询、添加、修改、删除、统计分析等功能，到达业务逻辑层，进而业务逻辑层与数据层进行交互，完成向web浏览器传送数据的功能。

业务逻辑层：远程监控系统的业务逻辑层实现接收用户web浏览器发出的HTTP服务请求，业务逻辑层并将其发送给数据层。数据层接受到请求HTTP服务命令经处理后，将处理结果发送给业务逻辑层，然后业务逻辑层将处理的结果以数字或者图形的形式发送给客户端的web浏览器。同时业务逻辑层还包括用户登录处理模块、实时数据处理模块、历史数据处理模块、设备管理处理模块、报警处理模块等。其中的用户登录处理模块实现对用户信息的管理；实时数据处理模块实现对实时数据的处理和显示；历史数据处理模块处理所有的历史数据，包括日志服务模块和历史数据模块等。

表示层：远程监控系统的表示层为该系统的显示逻辑，根据用户在web客户端的操作，来生成用户所请求的页面。主要的实现过程是，用户通过HTTP协议发送服务请求命令，业务逻辑层接收到web请求后，完成对其的逻辑处理功能，从而将处理的结果，返回发送到表示层，表示层利用页面组装器，实现其结果页面的生成，最后通过HTTP协议将结果发送到web浏览器，表示层主要完成远程监控系统与用户的交互，用到的界面主要有用户登陆处理界面、历史数据处理界面、设备管理处理界面等。

系统功能结构设计：

锂电池组群远程监控系统功能结构图如图3所示。锂电池组群远程监控系统功能结构主要有六部分组成，分别为：用户管理模块、数据展示模块、设备管理模块、日志服务模块、历史数据模块、远程查询与报警模块。

对于各模块的具体功能，详述如下：用户管理模块管理用户的用户名、密码等登录信息，以及根据用户类型不同，分配不同的权限，包括普通用户，管理员等。为了方便用户的使用，数据展示模块实现对实时数据的处理和显示，通过表格、图像的形式，为用户提供图形化人机交互界面，向用户提供系统运行状态图、实时数据表格等不同种类的图形数据显示。

设备管理模块，实现设备添加、设备监控、设备删除等功能，当有新的锂电池群组添加进来时，通过设备管理模块添加相应的信息，包括锂电池单体电压、锂电池组群模块电压、锂电池组群模块充放电电流、锂电池组群总电压等，以及电池管理系统、双向变流器等设备参数信息等。同样的，当有锂电池群移除时，通过设备删除模块删除相应的信息。方便的实现锂电池组群的添加、删除等功能，系统更新维护简单快捷。设备监控模块完成对就地监控系统采集信息的远程监控，其中采集的信息主要包括锂电池组群总电压、锂电池组群充放电总电流、锂电池组电压、锂电池组充放电电流、锂电池单体充放电电压、锂电池单体剩余电量、锂电池单体温度、电池管理系统运行参数、储能双向变流器运行参数、系统运行状态、报警等信息。

此外，由于完全放电或者给电池频繁充电会大大缩短锂电池的使用寿命，因此不完全放电对锂电池是有益的。锂电池没有记忆效应，不需要周期性地完全放电循环来延长电池寿命。因此，避免锂电池群组完全放电，能够延长锂电池群组的使用寿命。通过设备监控模块，监控锂电池的剩余电量，当电池剩余电量低于10％，通过远程查询与报警模块发出报警信息，方便用户收到报警信息以后能够及时作出反应，避免锂电池完全放电。电池温度、充电电压也是影响锂电池使用寿命的关键因素，温度过高、充电电压过高会直接造成锂电池永久性的容量衰减，设备监控模块监控锂电池的温度、充电电压，当电池温度过高(例如超过40℃)或者充电电压过高(例如超过5V)，设备监控模块向远程查询与报警模块发送报警信息，通过远程查询与报警模块发出图形、文字、语音等方式的报警信息。

日志服务模块，提供了操作日志模块和报警日志模块，方便对用户的操作和报警信息进行管理和查看。历史数据模块用于对电池历史数据、运行数据、系统数据进行管理。远程查询与报警模块，包括远程查询响应和消息报警控制两部分内容；远程查询响应让用户能够在远程客户端随时查看锂电池群组的工作状态，便于管理；消息报警控制，根据锂电池组群的运行状态，提供图形、文字、语音等方式的报警信息。

本发明的锂电池组群远程控制系统，能够对锂电池组群的使用状态进行实时监控和管理，有效避免电池的不安全使用，并且根据锂电池特有的性质，对其充放电进行管理，有效延长锂电池使用寿命，可以尽量发挥电池的性能，实现资源的充分利用，避免资源浪费。该系统不仅能够处理庞大的数据，而且交互界面友好，还能够方便的实现锂电池组群的添加、删除、运行管理等诸多功能，系统更新维护简单快捷。

Claims (6)

1.一种锂电池组群远程控制系统，其特征在于：所述控制系统包括最下层的锂电池组群、电池管理系统、储能双向变流器；中间层的锂电池组群就地监控系统；以及最上层的锂电池组群远程监控系统；所述锂电池组群包括多个锂电池组，每个锂电池组包括多个锂电池单体，每个锂电池组群对应一个电池管理系统、一个双向变流器和一个就地监控系统；所述中间层包括多个锂电池组群的多个就地监控系统；所述锂电池组群远程监控系统包括用户管理模块、数据展示模块、设备管理模块、日志服务模块、历史数据模块、远程查询与报警模块。

2.如权利要求1所述的一种锂电池组群远程控制系统，其特征在于：所述锂电池组群就地监控系统完成锂电池组群的信息采集，采集的信息包括锂电池组群总电压、锂电池组群充放电总电流、锂电池组电压、锂电池组充放电电流、锂电池单体充放电电压、锂电池单体剩余电量、锂电池单体温度、电池管理系统运行参数、储能双向变流器运行参数、系统运行状态、报警信息。

3.如权利要求2所述的一种锂电池组群远程控制系统，其特征在于：所述设备管理模块包括设备添加模块、设备监控模块、设备删除模块，所述设备监控模块监控锂电池组群就地监控系统采集的信息，并且根据监控的锂电池单体剩余电量、锂电池单体温度、锂电池单体充电电压，当锂电池剩余电量低于警戒值或锂电池单体温度高于警戒值或锂电池单体充电电压高于警戒值时，设备监控模块向远程查询与报警模块发送报警信息。

4.如权利要求3所述的一种锂电池组群远程控制系统，其特征在于：其中所述锂电池剩余电量的警戒值为所述锂电池剩余电量低于10％，所述锂电池单体温度的警戒值为锂电池单体温度超过40℃，所述锂电池单体充电电压的警戒值为锂电池单体充电电压超过5V。

5.如权利要求3所述的一种锂电池组群远程控制系统，其特征在于：所述远程查询与报警模块为锂电池群组运行状况的报警信息提供图形、文字、语音报警方式。

6.如权利要求1所述的一种锂电池组群远程控制系统，其特征在于：所述锂电池组群远程监控系统通过Modbus协议实现与锂电池组群就地监控系统之间的通信，并且所述锂电池组群远程监控系统利用Web浏览器实现图形化用户界面，实现用户与所述锂电池组群远程监控系统之间的信息交互。