CN113504478A - 一种蓄电池组充放电测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池组充放电测试系统，包括：工作电源电路单元、全在线充放电电路与控制电路单元、驱动控制电路、MCU单元及其配套电路、单体采集单元与相关通信电路、采集电路、后台及其扩展电路、数据存储以及人机交互电路模块；MCU单元及其配套电路，用于通过以MCU单元的系统程序指令为控制模式，控制所有与所述MCU单元相连及相关的所有外围电路或模块；全在线充放电电路与控制电路单元，用于当被测蓄电池组进行在线测试工作状态时，保证被测的蓄电池组始终处于安全在线状态。本发明通过一种蓄电池组充放电测试系统，实现了电力通信站通信电源后备蓄电池组的全在线无人值守智能化监控管理。

Description

一种蓄电池组充放电测试系统

技术领域

本发明涉及蓄电池充放电的领域，尤其涉及一种蓄电池组充放电测试系统。

背景技术

电力行业现有通信基站通信电源后备蓄电池组，因其变电站数量，分布广阔，规模大的缘故，其维护工作劳动强度高、成本高、风险大、维护工作任务繁重，以及浪费能源问题，致使大部分的电池容量放电测试维护工作未能落实到位，导致对变电站后备蓄电池组的实际容量不了解，应急保障供电时长不清楚，常因市电中断不能有效地进行应急发电调度管理，往往导致变电站通信中断事故的发生，蓄电池被提前报废，这些问题一直困扰着整个电力行业中通信电源维护管理工作者和具体维护工作人员。

现有的蓄电池使用方式存在一定缺陷，通讯电源蓄电池组的现有串联运行方式，很容易造成蓄电池不均衡、一致性变差，造成部分蓄电池欠、过充，电池过充会造成电池失水、电解液干涸、热失控，导致发鼓、漏液、甚至爆炸，电池欠充将导致蓄电池极板硫化，电池容量下降，结果是高的越来越高、低的越来越低，恶性循环，最终导致蓄电池组很快报废，实际使用寿命远比理论设计的寿命要短。运行维护管理模式也比较落后，主要靠人工现场测量、巡查、记录，通过监控串口与变电站后台通讯，最多也只是实现了通信直流母线电压、蓄电池组电压、充电机交流电压，蓄电池组出口熔断器等部分遥测、遥信量的在线监测，但蓄电池单体电压、内阻一般没有上传，对电池的性能无法全面掌控，只能等出现问题就更换，这无疑给运营带来巨大的成本投入，而且存在极大的安全隐患，运维人员无法得到直流通讯电源运行状态的全面信息，特别对于无人值班变电站，无法远端准确判断其运行工况，这给直流通讯电源的安全运行留下了极大的隐患。近年来由于蓄电池故障引起的事件或事故时有发生，导致重大的经济损失，严重威胁着电力系统等的安全运行。

因此，为了实现电力通信站通信电源后备蓄电池组的全在线无人值守智能化监控管理，解决目前存在的蓄电池使用方式存在一定缺陷导致蓄电池组很快报废并且存在极大的安全隐患的技术问题，亟需构建一种蓄电池组充放电测试系统。

发明内容

本发明提供了一种蓄电池组充放电测试系统，解决了目前存在的蓄电池使用方式存在一定缺陷导致蓄电池组很快报废并且存在极大的安全隐患的技术问题。

本发明提供了一种蓄电池组充放电测试系统，包括：

工作电源电路单元、全在线充放电电路与控制电路单元、驱动控制电路、 MCU单元及其配套电路、单体采集单元与相关通信电路、采集电路、后台及其扩展电路、数据存储以及人机交互电路模块；

所述驱动控制电路的输入端与MCU单元及其配套电路连接；所述驱动控制电路的输出端与全在线充放电电路与控制电路单元的控制输入端连接；所述MCU单元及其配套电路还分别与单体采集单元与相关通信电路，采集电路，工作电源电路单元，后台及其扩展电路，数据存储、人机交互电路模块相连接；

所述工作电源电路单元，用于为所述整个设备系统提供工作电源；

所述MCU单元及其配套电路，用于通过以MCU单元的系统程序指令为控制模式，控制所有与所述MCU单元相连及相关的所有外围电路或模块；

所述全在线充放电电路与控制电路单元，用于当被测蓄电池组进行在线测试工作状态时，保证被测的蓄电池组始终处于安全在线状态。

可选地，所述全在线充放电电路与控制电路单元包括预设数量的大功率二极管；

所述大功率二极管连接于蓄电池组与通信电源系统设备的直流配电屏之间。

可选地，所述全在线充放电电路与控制电路单元还包括等电位连接安全控制电路；

所述等电位连接安全控制电路，用于在完成被测蓄电池组放电测试结束后，以及自动完成在线限流充电后，进行等电位安全连接恢复被测蓄电池组至在线正常工作。

可选地，所述等电位连接安全控制电路包括蓄电池组、蓄电池组在线测试切换开关以及通信电源。

可选地，所述全在线充放电电路与控制电路单元还包括核心模块单元高频DCDC变换器；

所述核心模块单元高频DCDC变换器为全桥驱动变压器隔离的48V转 48VDCDC模块。

可选地，所述核心模块单元高频DCDC变换器的输入电压及输出电压的范围皆为40-60V。

可选地，所述系统还包括主控单元、接触器组通信接口单元、接触器组通信接口单元以及辅助电源单元；

所述主控单元、所述接触器组通信接口单元、所述接触器组通信接口单元以及所述辅助电源单元，用于控制电池组进行放电和充电。

可选地，所述主控单元包括升压放电模块和充电模块。

可选地，所述接触器组通信接口单元包括KD驱动单元，检测板，通信接口和电流检测元件。

可选地，所述辅助电源单元包括整流器模块。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供了一种蓄电池组充放电测试系统，实现了电力通信站通信电源后备蓄电池组的全在线无人值守智能化监控管理，由远程监控自动完成在线蓄电池充放电的容量测试，及时掌控现网所有在线电池组容量及保障供电时长的数据，降低维护人员的劳动强度，减少维护成本开支、提高变电站通信电源运行质量和整体维护工作效率，提升变电站安全运营的综合维护管理水平，采取科学有效的维护管理技术，延长蓄电池组使用寿命，实现电力通信站全网在线蓄电池组充放电容量自动检测及系统自动维护管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的结构框图；

图2为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的全在线充放电电路与控制电路单元的结构框图；

图3为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的设备系统拓补图；

图4为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的设备系统拓补图的放电电路结构图；

图5为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的设备系统拓补图的充电电路结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种蓄电池组充放电测试系统，用于解决目前存在的蓄电池使用方式存在一定缺陷导致蓄电池组很快报废并且存在极大的安全隐患的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的结构框图，其中，101为MCU单元及其配套电路，102为工作电源电路单元，103为单体采集单元与相关通信电路，104为采集电路，105为后台及其扩展电路，106 为数据存储以及人机交互电路模块，107为驱动控制电路，108为全在线充放电电路与控制电路单元；所述驱动控制电路107的输入端与MCU单元及其配套电路101连接；所述驱动控制电路107的输出端与全在线充放电电路与控制电路单元108的控制输入端连接；所述MCU单元及其配套电路101还分别与单体采集单元与相关通信电路103，采集电路104，工作电源电路单元102，后台及其扩展电路105，数据存储以及人机交互电路模块106相连接。

具体地，所述系统的单元作用包括：

所述工作电源电路单元102，用于为所述整个设备系统提供工作电源；

所述MCU单元及其配套电路101，用于通过以MCU单元的系统程序指令为控制模式，控制所有与所述MCU单元相连及相关的所有外围电路或模块；

所述全在线充放电电路与控制电路单元108，用于当被测蓄电池组进行在线测试工作状态时，保证被测的蓄电池组始终处于安全在线状态。

具体地，所述全在线充放电电路与控制电路单元包括预设数量的大功率二极管；

所述大功率二极管连接于蓄电池组与通信电源系统设备的直流配电屏之间。

具体地，所述全在线充放电电路与控制电路单元还包括等电位连接安全控制电路；

所述等电位连接安全控制电路，用于在完成被测蓄电池组放电测试结束后，以及自动完成在线限流充电后，进行等电位安全连接恢复被测蓄电池组至在线正常工作。

具体地，所述等电位连接安全控制电路包括蓄电池组、蓄电池组在线测试切换开关以及通信电源。

具体地，所述全在线充放电电路与控制电路单元还包括核心模块单元高频DCDC变换器；

所述核心模块单元高频DCDC变换器为全桥驱动变压器隔离的48V转 48VDCDC模块。

具体地，所述核心模块单元高频DCDC变换器的输入电压及输出电压的范围皆为40-60V。

具体地，所述系统还包括主控单元、接触器组通信接口单元、接触器组通信接口单元以及辅助电源单元；

所述主控单元、所述接触器组通信接口单元、所述接触器组通信接口单元以及所述辅助电源单元，用于控制电池组进行放电和充电。

具体地，所述主控单元包括升压放电模块和充电模块。

具体地，所述接触器组通信接口单元包括KD驱动单元，检测板，通信接口和电流检测元件。

具体地，所述辅助电源单元包括整流器模块。

在本发明实施例所提供的一种蓄电池组充放电测试系统，实现了电力通信站通信电源后备蓄电池组的全在线无人值守智能化监控管理，由远程监控自动完成在线蓄电池充放电的容量测试，及时掌控现网所有在线电池组容量及保障供电时长的数据，降低维护人员的劳动强度，减少维护成本开支、提高变电站通信电源运行质量和整体维护工作效率，提升变电站安全运营的综合维护管理水平，采取科学有效的维护管理技术，延长蓄电池组使用寿命，实现电力通信站全网在线蓄电池组充放电容量自动检测及系统自动维护管理。

请参阅图2，本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的全在线充放电电路与控制电路单元的结构框图，其中201为全在线充放电电路与控制电路单元， 202为核心模块单元高频DCDC变换器，203为常闭开关K1，204为在线二极管，205为高频DCDC输出切换开关K2，206为高频DCDC输出切换开关 K3，207为蓄电池组，P1、P2为高频DCDC输出切换开关K2的两端，P3、 P4为高频DCDC输出切换开关K3的两端，A、B、C为电流端点。

具体地，所述核心模块单元高频DCDC变换器202的DCDC模块为全桥驱动变压器隔离的48V转48VDCDC模块；输入的电压范围为40-60V，输出的电压范围也是40-60V。所述核心模块单元高频DCDC变换器202的输入的电压范围和输出的电压范围可以确保的电压输出的安全，绝对不会出现过压失控的异常状况，大大提升系统安全。同时由于其输入输出的特性，配合输入输出选择开关，可实现蓄电池组207的放电回路和充电回路的切换。并且充电过程也实现了真正的恒流，恒压，均充的三阶段充电解决方案。

具体地，所述全在线充放电电路与控制电路单元201对蓄电池组207的在线升压放电过程如下，在MUC单元的控制下，驱动控制电路将控制全在线充放电电路与控制电路单元中常闭开关K1断开，高频DCDC输出切换开关 K2投切到P2，高频DCDC输出切换开关K3投切到P3，蓄电池组207进入在线测试回路状态。MUC电源通过驱动控制电路控制全在线充放电电路与控制电路单元201中的DCDC模块输出设定的电压和电流值。MUC单元根据B 端电池放电测试电流，通过驱动控制电路来实时动态调整DCDC模块输出电压，从而实现蓄电池组207的升压，当所升的电压小幅度超过48V通信电源的电压时，蓄电池组207将实现对用电负载进行放电。放电电流大小取决于用电负载和MCU单元所设定的预放电电流大小。随着放电过程的进行，蓄电池组207的端电压持续下降，驱动控制电路具备硬件电流环路和电压环路监测能力，能动态实时调整DCDC模块的输出电压参数，使整个升压放电安全可控，最终完成整个深度在线节能放电的过程。而对于驱动电路而言，MCU 单元则是给一个DA的基准，包括电压基准和电流限流基准。

所述全在线充放电电路与控制电路单元对蓄电池组207的在线限流充电过程如下，如图2所示，当在线升压放电过程结束后，蓄电池组207的端电压与48V通信电源相比低很多。需要通过全在线充放电电路与控制电路单元的限流充电电路对蓄电池组207进行充电，避免直接将亏电的蓄电池组207 直接并接到48V通信电源而造成的大电流冲击。其限流充电过程如下：保持常闭开关K1断开，高频DCDC输出切换开关K2投切到P1，高频DCDC输出切换开关K3投切到P4，MCU单元通过驱动控制电路调整DCDC模块的输出电压和电流，使其达到预设定的充电电压和电流值，此时，全在线充放电电路201与控制电路单元工作在对蓄电池组207的限流充电模式，48V通信电源将通过全在线充放电电路201与控制电路单元对蓄电池组207进行限流充电。等到蓄电池组207的端电压接近48V通信电源的端电压时，限流充电电流将逐渐下降，当下降到所设定的阀值时，MCU单元通过驱动控制电路继续调整DCDC模块输出电压和电流，实现对蓄电池组207进行均充充电。直到均充的电压和上限和均充电流的下限条件到，再停止均充。此时MCU单元 101通过驱动控制电路控制常闭开关K1闭合，然后关闭DCDC模块的输出，最后断开高频DCDC输出切换开关K2和高频DCDC输出切换开关K3。使蓄电池组207恢复到等电位在线连接状态，这样就完成了一次完整的节能充放电测试过程，特别是充电过程，实现了恒流限流充电，恒压充电，以及均充充电。整个过程都由MCU单元控制，驱动控制电路和全在线充放电电路与控制电路单元201被控制而自动完成实现，达到无人值守自动维护测试蓄电池组的目的。

请参阅图3，图3为图3为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的设备系统拓补图，其中，301为主控单元，302、303为接触器组通信接口，304为升压放电模块，305为充电模块，306为辅助电源，307为接触器组1，308为接触器组2，309、312为KD驱动单元，310、313为检测板，311、314为通信接口，315为辅助触点互斥信号模块，316为用户负载，317、318为整流器， k1、k2、ka1、ka2、ka3、ka4、ka5、kb1、kb2、kb3、kb4、kb5皆为开关。

具体地，设备系统拓补图为由主控单元，接触器组通信接口和辅助电源等单元模块组成。主控单元包括升压放电模块，充电模块；接触器组通信接口为控制电路，包括KD驱动单元，检测板，通信接口和电流检测元件；辅助电源包含整流器模块；由接触器组进行实施监测，告警，通信等工作，反馈至主控单元，根据监测数据来执行运维管理计划；同时在两组接触器组间添加辅助触点互斥信号模块，以保证各组接触器间通信独立性，互不干涉，互不影响。更准确，安全的执行运维管理计划。

请参阅图4，图4为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的设备系统拓补图的放电电路结构图，其中，401为主控单元，402、403为接触器组通信接口，404为升压放电模块，405为充电模块，406为辅助电源，407为接触器组a，408为接触器组b，409、412为KD驱动单元，310、313为检测板， 411、414为通信接口，415为辅助触点互斥信号模块，416为用户负载，417、 418为整流器，k1、k2、ka1、ka2、ka3、ka4、ka5、kb1、kb2、kb3、kb4、 kb5皆为开关。

具体地，当蓄电池组充放电测试系统进行放电操作时，由主控单元401 控制，对电池组进行升压放电时，接触器组内常闭开关k1，k2断开，接触器 a307的开关ka1，ka4，ka5闭合，接触器b308的开关kb1，kb4，kb5闭合，形成回路，由电池组直接给用户负载416放电。

请参阅图5，图5为本发明的一种蓄电池组充放电测试系统的设备系统拓补图的充电电路结构图，其中，501为主控单元，502、503为接触器组通信接口，504为升压放电模块，505为充电模块，506为辅助电源，507为接触器组a，508为接触器组b，509、512为KD驱动单元，510、513为检测板， 511、514为通信接口，515为辅助触点互斥信号模块，516为用户负载，517、 518为整流器，k1、k2、ka1、ka2、ka3、ka4、ka5、kb1、kb2、kb3、kb4、 kb5皆为开关。

具体地，当蓄电池组充放电测试系统进行充电操作时，由主控单元控制，对电池组进行充电时，接触器组内常闭开关k1，k2断开，接触器a507的开关ka1，ka2，ka3，ka5闭合，接触器b508的开关kb1，kb2，kb3，kb5闭合，形成回路，给电池组充电。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，本发明所揭露的系统、装置、电子设备及存储介质，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，包括：

工作电源电路单元、全在线充放电电路与控制电路单元、驱动控制电路、MCU单元及其配套电路、单体采集单元与相关通信电路、采集电路、后台及其扩展电路、数据存储以及人机交互电路模块；

所述驱动控制电路的输入端与MCU单元及其配套电路连接；其输出端与全在线充放电电路与控制电路单元的控制输入端连接；所述MCU单元及其配套电路还分别与单体采集单元与相关通信电路，采集电路，工作电源电路单元，后台及其扩展电路，数据存储、人机交互电路模块相连接；

所述工作电源电路单元，用于为所述整个设备系统提供工作电源；

所述MCU单元及其配套电路，用于通过以MCU单元的系统程序指令为控制模式，控制所有与所述MCU单元相连及相关的所有外围电路或模块；

所述全在线充放电电路与控制电路单元，用于当被测蓄电池组进行在线测试工作状态时，保证被测的蓄电池组始终处于安全在线状态。

2.根据权利要求1所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述全在线充放电电路与控制电路单元包括预设数量的大功率二极管；

所述大功率二极管连接于蓄电池组与通信电源系统设备的直流配电屏之间。

3.根据权利要求1所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述全在线充放电电路与控制电路单元还包括等电位连接安全控制电路；

所述等电位连接安全控制电路，用于在完成被测蓄电池组放电测试结束后，以及自动完成在线限流充电后，进行等电位安全连接恢复被测蓄电池组至在线正常工作。

4.根据权利要求3所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述等电位连接安全控制电路包括蓄电池组、蓄电池组在线测试切换开关以及通信电源。

5.根据权利要求1-3任一所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述全在线充放电电路与控制电路单元还包括核心模块单元高频DCDC变换器；

所述核心模块单元高频DCDC变换器为全桥驱动变压器隔离的48V转48VDCDC模块。

6.根据权利要求5所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述核心模块单元高频DCDC变换器的输入电压及输出电压的范围皆为40-60V。

7.根据权利要求1所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述系统还包括主控单元、接触器组通信接口单元、接触器组通信接口单元以及辅助电源单元；

所述主控单元、所述接触器组通信接口单元、所述接触器组通信接口单元以及所述辅助电源单元，用于控制电池组进行放电和充电。

8.根据权利要求7所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述主控单元包括升压放电模块和充电模块。

9.根据权利要求7所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述接触器组通信接口单元包括KD驱动单元，检测板，通信接口和电流检测元件。

10.根据权利要求7所述的蓄电池组充放电测试系统，其特征在于，所述辅助电源单元包括整流器模块。

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