CN112505553A - 一种铅酸蓄电池在线监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铅酸蓄电池在线监控系统，属于蓄电池技术领域，包括铅酸蓄电池管理模块、与所述铅酸蓄电池管理模块相连接的在线监测单元、与所述在线监测单元相连接的数据处理单元和与所述数据处理单元相连接的故障诊断单元。本发明采用自主安全可控边缘计算控制器采集和融合现场多元传感器及设备信息，汇集交流监测、直流蓄电池监测、设备系统运行的状态参数监控、环境监控等多元信息，实现集中综合监测、控制和管理。

Description

一种铅酸蓄电池在线监控系统

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，具体涉及一种铅酸蓄电池在线监控系统。

背景技术

随着近年来国内电力事业的快速进步和发展，各地电网规模不断扩大，为了确保电网运行的平稳性，为用电用户提供优质的供电服务，在此背景下对于电力企业的电网运维管理能力和水平提出了更高的要求。由于国内电力系统特殊的发展背景，和大多数国家的电力系统相比，电网中的二次设备数量和比例要显著更高，同时相关的保护装置数量也更多。蓄电池是变电站站用电源中直流供电系统的重要组成部分，主要担负为电力系统中二次负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保变电站控制、保护、通信设备的正常运行。目前蓄电池监控系统已比较落后，不能准确反映蓄电池实际状态、告警级别，不能智能辅助运维人员作出精确有效的运维措施，根据这种监控系统告警模式处理缺陷可能延误最佳抢修时机，造成蓄电池组缺陷扩大。

公开号为CN102879744A的专利文献公开了一种蓄电池在线监测系统及其监测方法。其中的系统包括：至少一个设置在对应监测点、连接蓄电池极柱的蓄电池监测终端，用于采集蓄电池的纹波电压；包含纹波信号注入模块的蓄电池监测中心，纹波信号注入模块用于同步给蓄电池注入纹波电流，蓄电池监测中心同时采集蓄电池组所在回路上的纹波电流，并根据纹波电压和纹波电流计算并显示对应蓄电池的内阻。该蓄电池在线监测系统及其监测方法中，由于对蓄电池进行纹波电压采集的蓄电池监测终端分布在各监测点，而纹波电流的采集由蓄电池监测中心独立完成，避免了由同一监测模块进行采集纹波电压和纹波电流的工作，减少了资源浪费，在保证精度的前提下降低了成本。

公开号为CN105044604A的专利文献公开了一种蓄电池组在线监测方法，方法包含以下步骤，采集蓄电池组的状态参数数据及每一蓄电池单体的状态参数数据；对采集到的集蓄电池组的状态参数数据及每一蓄电池单体的状态参数数据进行分析处理，得到分析处理结果；将蓄电池组的状态参数数据与预存储的蓄电池组状态标准值进行比对，得出蓄电池组状态反馈结果；将每一蓄电池单体的状态参数数与预存储的蓄电池单体状态标准值进行比对，得出蓄电池单体状态反馈结果。该文献还公开了一种蓄电池组在线监测系统，无须人工干预，实现对蓄电池组的性能进行在线监测，监测方法方便快捷，监测结果稳定、准确。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种铅酸蓄电池在线监控系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种铅酸蓄电池在线监控系统，包括铅酸蓄电池管理模块、与所述铅酸蓄电池管理模块相连接的在线监测单元、与所述在线监测单元相连接的数据处理单元和与所述数据处理单元相连接的故障诊断单元。

进一步的，所述铅酸蓄电池管理模块包括电池信息管理和电池状态管理。

进一步的，所述在线监测单元包括集中主控模块、分别与所述集中主控模块相连接的电压检测模块、内阻检测模块和温度检测模块。

进一步的，所述数据处理单元包括数据接收和解析模块、数据存储模块。

进一步的，所述故障诊断单元包括故障检测模块、与所述故障检测模块相连接的故障识别模块、与所述故障识别模块相连接的故障分离与评估模块。

进一步的，所述电池信息管理对每一块电池的基本信息进行管理，包括品牌厂家、额定容量、额定电压、生产日期。

进一步的，所述电池状态管理对电池的状态进行管理，包括使用状态和下线状态。

蓄电池组作为发电厂、变电站和换流站直流电源系统的重要电源，是电力系统和通信系统中的直流系统向外供电的唯一设备，其性能的好坏直接关系到电力系统和通信系统的安全可靠性，其供电能力是厂站设备稳定运行的最后保障，蓄电池组的可靠性最终决定直流系统的可靠性，进而对电网稳定运行产生重大影响。蓄电池在线监测系统是一种通过对蓄电池的电池参数进行采集及分析，进而对蓄电池性能进行监测的系统。其中的电池参数一般是指电池内阻、端电压、温度以及工作电流等。蓄电池电压并不是准确反映电池性能的敏感指标。用蓄电池电压作为判断依据，准确性和全面性不够，不能有效地反映电池实际情况。据此施展运维策略，存在维护偏差甚至判断错误，导致蓄电池运行状态恶化、寿命缩短。公开号为CN111722124A的专利文献公开了一种蓄电池在线状态监测系统，包括单体蓄电池监测模块、蓄电池组监测模块、远程平台、移动设备、电源模块和防护模块，每个单体蓄电池检测模块对应一个单体蓄电池。该系统还提供了基于蓄电池在线状态监测系统的监测方法，通过对蓄电池组和电池单体的运行状态，包括组端电压、电流、交流窜入电压和单体电压、温度、内阻参数的采集，来实现对蓄电池组的在线实时监测；通过设定阈值对一般性的越限故障进行告警，并向上位机实时反馈异常信息，提高系统运行的稳定性，避免事故发生，替换人工定期检测，降低了维护成本。公开号为CN107037376A的专利文献公开了一种蓄电池组充放电电流监测系统及监测方法，它包括充电机和蓄电池组；充电机的直流端与蓄电池组充放电电流监测装置的第一直流端连接；蓄电池组充放电电流监测装置的第二直流端与蓄电池组的直流端连接；充电机和蓄电池组充放电电流监测装置的通讯接口之间通过以太网或RS485连接；解决了现有技术对蓄电池组充放电电流监测采用单一测量元件难以满足这样宽测量范围的精度要求，而且单一测量元件可靠性较差难以满足变电站对充放电电流实时监测的要求等技术问题。蓄电池运维多以人员到现场处理的方式进行，不利于蓄电池实时保持最佳运行状态。当监控发出蓄电池异常告警后，运维人员需赶到现场进行处理，耗费大量人力和时间。蓄电池发出异常告警后在短时间内恢复，未能反映蓄电池实际状态，也未引起足够重视。

本发明的有益效果是：

结合加快推进泛在电力物联网建设战略，应用“大云物移智链”等现代信息技术、先进通信技术，通过对蓄电池的数据远程采集、多元数据融合和人工智能算法，依托直流电源系统蓄电池远程运维及综合监控系统，实现蓄电池不同类别、不同级别的故障智能诊断、故障定位、态势预警、寿命预测，以及故障远程处理、远程核容、智能运维等功能。

本发明采用自主安全可控边缘计算控制器采集和融合现场多元传感器及设备信息，汇集交流监测、直流蓄电池监测、设备系统运行的状态参数监控、环境监控等多元信息，实现集中综合监测、控制和管理。采用人工智能深度学习技术，通过分析实时值、历史值，实现判断系统设备参数的异常、态势预警、故障定位、远程处置故障、远方核容、远程监控、智能运维等功能，预防问题发生，节省人力，提高运维效率，实现全寿命周期大数据管理。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明铅酸蓄电池在线监控系统的结构示意图。

图2是本发明集中主控模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-2，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-2所示，本实施例提供一种铅酸蓄电池在线监控系统，包括铅酸蓄电池管理模块、与所述铅酸蓄电池管理模块相连接的在线监测单元、与所述在线监测单元相连接的数据处理单元和与所述数据处理单元相连接的故障诊断单元。

所述铅酸蓄电池管理模块包括电池信息管理和电池状态管理。

所述在线监测单元包括集中主控模块、分别与所述集中主控模块相连接的电压检测模块、内阻检测模块和温度检测模块。

所述数据处理单元包括数据接收和解析模块、数据存储模块。

所述故障诊断单元包括故障检测模块、与所述故障检测模块相连接的故障识别模块、与所述故障识别模块相连接的故障分离与评估模块。

所述电池信息管理对每一块电池的基本信息进行管理，包括品牌厂家、额定容量、额定电压、生产日期。

所述电池状态管理对电池的状态进行管理，包括使用状态和下线状态。

电池管理模块采用Maven技术对电池进行管理，主要是信息增、删、改、查。分别点击电池的信息界面向服务器端发送各自的请求，系统显示查询相应的数据，并将默认电池信息列表或者电池组列表返回给客户端进行显示。

集中主控模块主芯片选择内核是 CORTEX-M3 ，型号是 STM32F103ZET6 的微处理器，主要由以下几部分组成：数据的接收与发送、数据的存储、 RS485通信电路、液晶显示以及按键操作。为了保证系统的稳定性与检修的方便，在电源部分采用光耦隔离技术，按电路模块功能分别进行供电。其中，报文的接收与下发通过STM32F103ZET6 处理器自带的串口以及后续电路操作实现；由于数据的存储量比较大，芯片内部自带的 FLASH 空间不足，所以，利用接口技术外扩了 NANDFLASH 芯片；RS485 通信电路部分通过线性光耦隔离，借鉴MAX485 典型电路进行设计；数据的显示经由处理器总线操纵液晶实现实时刷新；按键操作则是单片机直接控制，利用中断技术在程序上进行设计实现。

本发明集中主控模块采用多线程技术进行处理，依据 uC/OS-II 系统内核以及ARM 芯片权威指南将 uC/OS-II(Micro ControlOperation System Two) 操作系统移植到微处理器中。在程序设计上，整个程序由四部分组成，分别是，数据采集、按键响应，菜单刷新与网络通信。

电压检测模块采用 MMBT2907 三极管和 TLP227GA-2 光电耦合器对电池组电压进行隔离选通测量，再通过 ADS1110 芯片转变成数字信号传递给中央处理单元的主控芯片。

内阻检测模块采用多负载多循环在线测试技术，能够实现完全的直流大电流放电在线自动内阻测试。测试时系统主机控制一个放电模块对若干节蓄电池形成闭环瞬间恒电流放电，在放电过程中，由采集模块配合快速捕捉蓄电池两端的电压变化曲线以及流过两节电池间的连接电阻R的电压值，通过系统内部嵌入式微积分析取得蓄电池内阻。

温度检测模块采用 DS18B20 数字温度传感器测量电池的温度，把输出的数字信号经过Q端传送给主控芯片STM32F103C8T6的PA8引脚上。

数据接收和解析模块基于NET 平台的 Socket 通信服务接口，以及 Thread 多线程机制进行多线程的并发数据接收处理。

数据存储模块选用 EEPROM 芯片储存数据，系统会产生许多的历史信息，包括电池信息存储、历史报表信息、电池修复信息和电池组更换信息等。电池信息存储为了减轻监测数据服务器的负担，将前一个月或者固定期限内的数据进行转储，储存到专门的数据存储服务器中。已提供给后期蓄电池数据处理和新应用的数据支持。历史报表信息存储的之前生成的所有报表相关数据。电池修复信息存储的是蓄电池组除硫操作或者其它维护操作的信息。电池更换信息记录了更换故障单体电池的操作，以供当电池组损坏后对较好性能的单体电池进行重复利用。

所述故障诊断单元包括故障检测模块、与所述故障检测模块相连接的故障识别模块、与所述故障识别模块相连接的故障分离与评估模块。

所述故障检测模块包括环境温度传感器和环境湿度传感器，用于检测蓄电池室内的环境温度和湿度，并将检测数据传输给故障识别模块，故障识别模块与数据存储模块相连接，与历史数据对比，将异常数据进行筛选，传输给故障分离与评估模块，故障分离与评估模块对故障进行分类，评估故障级，并进行报警。

铅蓄电池在整个使用寿命期间内常见的故障有：极板硫酸盐化、极板翘曲与断裂、短路、反极性、活性物质脱落和电解液不足等。这些故障一般都是“慢性病”，初发时“症状”不明显，不易发现。因此，用户必须正确的使用、维护和早期诊断，及时采取补救措施。蓄电池故障诊断是根据监测到的多种参量对蓄电池运行状态和异常情况做出判断。在蓄电池发生故障前，要对其运行状态进行预测和预报；在蓄电池发生故障后，对故障的原因、部位、类型、程度等做出判断，并进行维修决策。通过研究安全可靠精准的蓄电池内阻测试技术，采集蓄电池多参量信息，采取比重算法和同比、环比以及知识库类比等故障诊断办法，结合铅酸蓄电池运行特性及衰减规律评价指标体系，实现蓄电池不同类别、不同级别的故障智能诊断、故障定位、态势预警、寿命预测。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种铅酸蓄电池在线监控系统，其特征在于：包括铅酸蓄电池管理模块、与所述铅酸蓄电池管理模块相连接的在线监测单元、与所述在线监测单元相连接的数据处理单元和与所述数据处理单元相连接的故障诊断单元。

2.如权利要求1所述的一种铅酸蓄电池在线监控系统，其特征在于：所述铅酸蓄电池管理模块包括电池信息管理和电池状态管理。

3.如权利要求2所述的一种铅酸蓄电池在线监控系统，其特征在于：所述在线监测单元包括集中主控模块、分别与所述集中主控模块相连接的电压检测模块、内阻检测模块和温度检测模块。

4.如权利要求3所述的一种铅酸蓄电池在线监控系统，其特征在于：所述数据处理单元包括数据接收和解析模块、数据存储模块。

5.如权利要求4所述的一种铅酸蓄电池在线监控系统，其特征在于：所述故障诊断单元包括故障检测模块、与所述故障检测模块相连接的故障识别模块、与所述故障识别模块相连接的故障分离与评估模块。

6.如权利要求5所述的一种铅酸蓄电池在线监控系统，其特征在于：所述电池信息管理对每一块电池的基本信息进行管理，包括品牌厂家、额定容量、额定电压、生产日期。

7.如权利要求6所述的一种铅酸蓄电池在线监控系统，其特征在于：所述电池状态管理对电池的状态进行管理，包括使用状态和下线状态。

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