CN109148976A - 一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于蓄电池储能技术领域，具体涉及一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法。充分利用微电子技术发展成果，采用高性价比的嵌入式微处理器构成的蓄电池单体监测模块，安装在每一个单体蓄电池上，实现单体蓄电池的在线动态监测，大大方便了现场的系统安装与调试、省去了长短不齐的众多信号采集线束，增强了储能系统的可靠性，不仅大幅提升了监测精度，也提高了监测过程中的一致性，节省了现场的大量人力物力，缩短了安装调试的宝贵时间，取得了显著的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于蓄电池储能技术领域，具体涉及一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法。
背景技术
储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术。目前电力存储的主要介质是电化学电池储能系统，对电池性能的要求是大容量、长寿命、快速响应和可受控充放电，现有锂离子电池、铅炭蓄电池已具有市场可以接受的能量密度比和功率密度比、良好的充放电效率和灵活的成组方式，基本上可满足目前电力系统中的大规模储能要求。
不过由于蓄电池本身的固有特性，是具有明显的非线性、不一致性和时变特性，其在长期充放电过程中易受各单体电池间充电接受能力的差异影响，造成电池之间的离散性加大、性能衰减加剧，进而影响使用寿命并有可能会产生威胁安全的严重后果。因此，设计电池管理系统来对蓄电池进行有效管理尤为重要。
现有技术对储能系统的蓄电池组串进行管理大多采用分层集中监测管理，受到监测电路模块I/O接口数量限制，一个监测管理电路模块监测和管理蓄电池组串中的数十个单体蓄电池连接的蓄电池组或蓄电池包，再由多个连接监测管理电路模块的蓄电池组或蓄电池包串联构成蓄电池组串并由上一级管理模块进行管控，MW级的储能系统往往超过三个层级的管理控制；另外对于较大规模的储能系统，蓄电池单体和蓄电池包体量比较大，每个蓄电池(或蓄电池包)长达数十公分，每个监测电路模块需要连接数十个蓄电池单体，每一个蓄电池都要连接多个信号采集传感器并且连接距离不等，这样连接大量不等长的线束，不仅费工费时极易出错，而且还会影响监测精度和一致性，降低储能系统运行的可靠性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷与不足，充分利用微电子技术发展成果，采用高性价比的嵌入式微处理器构成的蓄电池单体监测模块，提出的具体技术方案是：一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，主要包括：单体蓄电池信号监测模块、正极电压信号采集传感器、负极电压信号采集传感器、温度信号采集传感器、电流信号采集传感器、单体蓄电池蓄电体、单体蓄电池正极接线柱、单体蓄电池负极接线柱、通信接口电路、外接通信链路、上位控制机，其中：
单体蓄电池信号监测模块连接正极电压信号采集传感器，并由正极电压信号采集传感器连接单体蓄电池正极接线柱，构成正极电压信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块连接负极电压信号采集传感器，并由负极电压信号采集传感器连接单体蓄电池负极接线柱，构成负极电压信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块连接温度信号采集传感器，并由温度信号采集传感器连接单体蓄电池负极接线柱，构成蓄电池温度信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块连接电流信号采集传感器，并由电流信号采集传感器连接单体蓄电池正极接线柱或蓄电池组串中的两个单体蓄电池正负极串联的连线上，构成蓄电池电流信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块通过通信接口连接外接通信链路并由外接通信链路与上位控制机连接，构成单体蓄电池信号监测模块与上位控制机交互信息的通信链路；
单体蓄电池蓄电体与单体蓄电池正极接线柱和单体蓄电池负极接线柱连接，构成单体蓄电池；
一种基于单体蓄电池的在线监测装置的主要控制方法为：
单体蓄电池的在线监测装置与单体蓄电池一对一安装后，上电开启，在运行异常时，进行异常报警；
在线监测装置上电开启，在运行正常时，单体蓄电池信号监测模块按照上位控制机设置的参数和指令运行并调用程序模块的相应程序；
单体蓄电池信号监测模块的嵌入式微处理器通过内部总线连接信号采集处理电路，并由信号采集处理电路连接多传感器接口电路并分别连接相应的正极电压信号采集传感器、负极电压信号采集传感器、温度信号采集传感器、电流信号采集传感器采集电压、温度、电流信号，经采集处理电路处理后存储于数据存储电路中；
由单体蓄电池信号监测模块根据被监测的蓄电池固有充放电特性和数据存储电路中的电压、温度、电流采样数据以及温度补偿系数、功率修正系数，实时动态计算蓄电池的荷电状态并生成蓄电池的电量SOC值；
再由单体蓄电池信号监测模块通过通信接口连接外接通信链路并由外接通信链路与上位控制机连接，进行单体蓄电池信号监测模块与上位控制机交互信息，完成单体蓄电池的在线监测，上位控制机根据单体蓄电池信号监测模块提供的实时在线监测信息分析、判断并调控储能系统的充放电功率，确保蓄电池运行在安全工作范围内。
一种单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，所述单体蓄电池信号监测模块主要包括：嵌入式微处理器、时钟电路、程序模块、数据存储电路、信号采集处理电路、多传感器接口电路、外部通信接口电路、外部无线通信接口电路、电源电路、内部总线，其特征是：
嵌入式微处理器通过内部总线分别连接时钟电路、程序模块、数据存储电路、信号采集处理电路、外部通信接口电路电路、外部无线通信接口电路电路，构成监测模块监控链路；
通信接口电路连接嵌入式微处理器，构成监测模块供电电力路径；
嵌入式微处理器通过内部总线连接信号采集处理电路，并由信号采集处理电路连接多传感器接口电路，构成蓄电池信号采集链路；
嵌入式微处理器通过内部总线分别连接外部通信接口和外部无线通信接口，并由外部通信接口电路及外部无线通信接口电路与上位控制机链接交换信息，构成与上位控制机的通信链路。
一种单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，所述电流信号采集传感器的特征是：对于由多个单体蓄电池串联构成的蓄电池组串，只要在蓄电池组串的任意一个单体蓄电池正极接线柱或蓄电池组串中的任意相邻的两个单体蓄电池正负极串联的连线上连接一个电流信号采集传感器，即可完成蓄电池组串的电流信号采集。
本发明一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，充分利用微电子技术发展成果，采用高性价比的嵌入式微处理器构成的蓄电池单体监测模块，安装在每一个单体蓄电池上，实现单体蓄电池的在线动态监测，大大方便了现场的系统安装与调试、省去了长短不齐的众多信号采集线束，增强了储能系统的可靠性，不仅大幅提升了监测精度，也提高了监测过程中的一致性，节省了现场的大量人力物力，缩短了安装调试的宝贵时间，取得了显著的技术效果。
附图说明
图1是一种基于单体蓄电池的在线监测装置的构成原理框图。
图2是单体蓄电池信号监测模块的构成原理框图。
具体实施方式
作为实施例子，结合图1对一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
如图1所示，本发明提出一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，主要包括：单体蓄电池信号监测模块(1)、正极电压信号采集传感器(2)、负极电压信号采集传感器(3)、温度信号采集传感器(4)、电流信号采集传感器(5)、单体蓄电池蓄电体(6)、单体蓄电池正极接线柱(7)、单体蓄电池负极接线柱(8)、通信接口电路(9)、外接通信链路(10)、上位控制机(11)，其中：
单体蓄电池信号监测模块(1)连接正极电压信号采集传感器(2)，并由正极电压信号采集传感器(2)连接单体蓄电池正极接线柱(7)，构成正极电压信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块(1)连接负极电压信号采集传感器(3)，并由负极电压信号采集传感器(3)连接单体蓄电池负极接线柱(8)，构成负极电压信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块(1)连接温度信号采集传感器(4)，并由温度信号采集传感器(4)连接单体蓄电池负极接线柱(8)，构成蓄电池温度信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块(1)连接电流信号采集传感器(5)，并由电流信号采集传感器(5)连接单体蓄电池正极接线柱(7)或蓄电池组串中的两个单体蓄电池正负极串联的连线上，构成蓄电池电流信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块(1)通过通信接口(9)连接外接通信链路(10)并由外接通信链路(10)与上位控制机(11)连接，构成单体蓄电池信号监测模块(1)与上位控制机(11)交互信息的通信链路；
单体蓄电池蓄电体(6)与单体蓄电池正极接线柱(7)和单体蓄电池负极接线柱(8)连接，构成单体蓄电池；
一种基于单体蓄电池的在线监测装置的主要控制方法为：
单体蓄电池的在线监测装置与单体蓄电池一对一安装后，上电开启，在运行异常时，进行异常报警；
在线监测装置上电开启，在运行正常时，单体蓄电池信号监测模块(1)按照上位控制机(11)设置的参数和指令运行并调用程序模块(103)的相应程序；
单体蓄电池信号监测模块(1)的嵌入式微处理器(101)通过内部总线(110)连接信号采集处理电路(105)，并由信号采集处理电路(105)连接多传感器接口电路(106)并分别连接相应的正极电压信号采集传感器(2)、负极电压信号采集传感器(3)、温度信号采集传感器(4)、电流信号采集传感器(5)采集电压、温度、电流信号，经采集处理电路(105)处理后存储于数据存储电路(104)中；
由单体蓄电池信号监测模块(1)根据被监测的蓄电池固有充放电特性和数据存储电路(104)中的电压、温度、电流采样数据以及温度补偿系数、功率修正系数，实时动态计算蓄电池的荷电状态并生成蓄电池的电量SOC值；
再由单体蓄电池信号监测模块(1)通过通信接口(9)连接外接通信链路(10)并由外接通信链路(10)与上位控制机(11)连接，进行单体蓄电池信号监测模块(1)与上位控制机(11)交互信息，完成单体蓄电池的在线监测，上位控制机(11)根据单体蓄电池信号监测模块(1)提供的实时在线监测信息分析、判断并调控储能系统的充放电功率，确保蓄电池运行在安全工作范围内。
如图2所示，一种单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，所述单体蓄电池信号监测模块(1)主要包括：嵌入式微处理器(101)、时钟电路(102)、程序模块(103)、数据存储电路(104)、信号采集处理电路(105)、多传感器接口电路(106)、外部通信接口电路(107)、外部无线通信接口电路(108)、电源电路(109)、内部总线(110)，其特征是：
嵌入式微处理器(101)通过内部总线(110)分别连接时钟电路(102)、程序模块(103)、数据存储电路(104)、信号采集处理电路(105)、外部通信接口电路电路(107)、外部无线通信接口电路电路(108)，构成监测模块监控链路；
通信接口电路(9)连接嵌入式微处理器(101)，构成监测模块供电电力路径；
嵌入式微处理器(101)通过内部总线(110)连接信号采集处理电路(105)，并由信号采集处理电路(105)连接多传感器接口电路(106)，构成蓄电池信号采集链路；
嵌入式微处理器(101)通过内部总线(110)分别连接外部通信接口(107)和外部无线通信接口(108)，并由外部通信接口电路(107)及外部无线通信接口电路(108)与上位控制机(11)链接交换信息，构成与上位控制机(11)的通信链路。
一种单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，所述电流信号采集传感器(5)的特征是：对于由多个单体蓄电池串联构成的蓄电池组串，只要在蓄电池组串的任意一个单体蓄电池正极接线柱(7)或蓄电池组串中的任意相邻的两个单体蓄电池正负极串联的连线上连接一个电流信号采集传感器(5)，即可完成蓄电池组串的电流信号采集。
本发明一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，充分利用微电子技术发展成果，采用高性价比的嵌入式微处理器构成的蓄电池单体监测模块，安装在每一个单体蓄电池上，实现单体蓄电池的在线动态监测，大大方便了现场的系统安装与调试、省去了长短不齐的众多信号采集线束，增强了储能系统的可靠性，不仅大幅提升了监测精度，也提高了监测过程中的一致性，节省了现场的大量人力物力，缩短了安装调试的宝贵时间，取得了显著的技术效果。
Claims (3)
1.一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，主要包括：单体蓄电池信号监测模块(1)、正极电压信号采集传感器(2)、负极电压信号采集传感器(3)、温度信号采集传感器(4)、电流信号采集传感器(5)、单体蓄电池蓄电体(6)、单体蓄电池正极接线柱(7)、单体蓄电池负极接线柱(8)、通信接口电路(9)、外接通信链路(10)、上位控制机(11)，其中：
单体蓄电池信号监测模块(1)连接正极电压信号采集传感器(2)，并由正极电压信号采集传感器(2)连接单体蓄电池正极接线柱(7)，构成正极电压信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块(1)连接负极电压信号采集传感器(3)，并由负极电压信号采集传感器(3)连接单体蓄电池负极接线柱(8)，构成负极电压信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块(1)连接温度信号采集传感器(4)，并由温度信号采集传感器(4)连接单体蓄电池负极接线柱(8)，构成蓄电池温度信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块(1)连接电流信号采集传感器(5)，并由电流信号采集传感器(5)连接单体蓄电池正极接线柱(7)或蓄电池组串中的两个单体蓄电池正负极串联的连线上，构成蓄电池电流信号采集链路；
单体蓄电池信号监测模块(1)通过通信接口(9)连接外接通信链路(10)并由外接通信链路(10)与上位控制机(11)连接，构成单体蓄电池信号监测模块(1)与上位控制机(11)交互信息的通信链路；
单体蓄电池蓄电体(6)与单体蓄电池正极接线柱(7)和单体蓄电池负极接线柱(8)连接，构成单体蓄电池；
一种基于单体蓄电池的在线监测装置的主要控制方法为：
单体蓄电池的在线监测装置与单体蓄电池一对一安装后，上电开启，在运行异常时，进行异常报警；
在线监测装置上电开启，在运行正常时，单体蓄电池信号监测模块(1)按照上位控制机(11)设置的参数和指令运行并调用程序模块(103)的相应程序；
单体蓄电池信号监测模块(1)的嵌入式微处理器(101)通过内部总线(110)连接信号采集处理电路(105)，并由信号采集处理电路(105)连接多传感器接口电路(106)并分别连接相应的正极电压信号采集传感器(2)、负极电压信号采集传感器(3)、温度信号采集传感器(4)、电流信号采集传感器(5)采集电压、温度、电流信号，经采集处理电路(105)处理后存储于数据存储电路(104)中；
由单体蓄电池信号监测模块(1)根据被监测的蓄电池固有充放电特性和数据存储电路(104)中的电压、温度、电流采样数据以及温度补偿系数、功率修正系数，实时动态计算蓄电池的荷电状态并生成蓄电池的电量SOC值；
再由单体蓄电池信号监测模块(1)通过通信接口(9)连接外接通信链路(10)并由外接通信链路(10)与上位控制机(11)连接，进行单体蓄电池信号监测模块(1)与上位控制机(11)交互信息，完成单体蓄电池的在线监测，上位控制机(11)根据单体蓄电池信号监测模块(1)提供的实时在线监测信息分析、判断并调控储能系统的充放电功率，确保蓄电池运行在安全工作范围内。
2.根据权利要求1一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，所述单体蓄电池信号监测模块(1)主要包括：嵌入式微处理器(101)、时钟电路(102)、程序模块(103)、数据存储电路(104)、信号采集处理电路(105)、多传感器接口电路(106)、外部通信接口电路(107)、外部无线通信接口电路(108)、电源电路(109)、内部总线(110)，其特征是：
嵌入式微处理器(101)通过内部总线(110)分别连接时钟电路(102)、程序模块(103)、数据存储电路(104)、信号采集处理电路(105)、外部通信接口电路电路(107)、外部无线通信接口电路电路(108)，构成监测模块监控链路；
通信接口电路(9)连接嵌入式微处理器(101)，构成监测模块供电电力路径；
嵌入式微处理器(101)通过内部总线(110)连接信号采集处理电路(105)，并由信号采集处理电路(105)连接多传感器接口电路(106)，构成蓄电池信号采集链路；
嵌入式微处理器(101)通过内部总线(110)分别连接外部通信接口(107)和外部无线通信接口(108)，并由外部通信接口电路(107)及外部无线通信接口电路(108)与上位控制机(11)链接交换信息，构成与上位控制机(11)的通信链路。
3.根据权利要求1一种基于单体蓄电池的在线监测装置以及控制方法，所述电流信号采集传感器(5)的特征是：对于由多个单体蓄电池串联构成的蓄电池组串，只要在蓄电池组串的任意一个单体蓄电池正极接线柱(7)或蓄电池组串中的任意相邻的两个单体蓄电池正负极串联的连线上连接一个电流信号采集传感器(5)，即可完成蓄电池组串的电流信号采集。
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