CN114879059A - 一种蓄电池状态监控系统 - Google Patents

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CN114879059A CN202210650345.6A CN202210650345A CN114879059A CN 114879059 A CN114879059 A CN 114879059A CN 202210650345 A CN202210650345 A CN 202210650345A CN 114879059 A CN114879059 A CN 114879059A
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魏炯辉
黄杰明
林炜
张庆波
吴树平
赖日晶
罗俊杰
林文慧
陈宇奇
刘洋
柳广兴
李健聪
林玉凤
黄晓玲
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Abstract

本发明公开一种蓄电池状态监控系统，包括蓄电池组、电源模块、隔离模块、开关模块、负载、测量模块和控制模块，蓄电池组与电源模块通过母线连接，隔离模块连接在蓄电池组与电源模块之间，开关模块与母线连接，负载与开关模块连接，在需要检测蓄电池组的状态时，控制模块定时控制隔离模块动作，隔离蓄电池组与电源模块，控制模块定时控制开关模块动作，连通蓄电池组与负载。本发明在需要对蓄电池组的状态检测时，控制模块定时控制开关模块动作，连通蓄电池组与负载，无需卸下蓄电池组，实现在线检测，检测效率高，成本低。在需要对蓄电池组的状态检测时，可以临时隔离电源模块，避免电源模块对蓄电池组的波纹干扰影响检测结果的准确性。

Description

一种蓄电池状态监控系统
技术领域
本发明涉及电池技术，尤其涉及一种蓄电池状态监控系统。
背景技术
蓄电池作为直流系统的心脏，它的状态直接影响着UPS(不间断电源)等部件的正常工作和信息化设备供电系统的安全。因此，蓄电池的状态检测非常必要。
现有的检测方法是：定期用手持设备来测量蓄电池内阻、定期对蓄电池进行核对性充放电试验以及1-2年一次核对性放电等。现有的检测方式通常需要离线对蓄电池进行检测，即将蓄电池从工作位置卸下，再进行检测，且检测过程费时，成本较高。
发明内容
本发明提供了一种蓄电池状态监控系统，其无需卸下蓄电池组，实现在线检测，检测效率高，成本低。
本发明提供了一种蓄电池状态监控系统，包括蓄电池组、电源模块、隔离模块、开关模块、负载、测量模块和控制模块；
所述蓄电池组与所述电源模块通过母线连接，所述隔离模块连接在所述蓄电池组与所述电源模块之间；
所述开关模块与所述母线连接，所述负载与所述开关模块连接；
所述测量模块和所述控制模块均与所述母线连接，所述母线用于为所述测量模块和所述控制模块供电，所述测量模块与所述控制模块连接，所述测量模块用于测量所述蓄电池组的电流和/或电压，并将测量结果发送至所述控制模块；
所述开关模块和所述隔离模块均与所述控制模块连接；
在需要检测所述蓄电池组的状态时，所述控制模块定时控制所述隔离模块动作，隔离所述蓄电池组与所述电源模块，所述控制模块定时控制所述开关模块动作，连通所述蓄电池组与所述负载。
可选的，所述蓄电池组包括至少两个并联的，且由多个单体电池串联而成的电池组。
可选的，蓄电池状态监控系统还包括熔断器，所述熔断器连接在所述母线上，在所述母线电流大于所述熔断器的熔断电流时，所述熔断器熔断，断开所述母线。
可选的，所述隔离模块包括开关单元和隔离单元；
所述隔离单元设置于所述蓄电池组与所述电源模块之间的母线上，所述开关单元与所述隔离单元并联连接在所述蓄电池组与所述电源模块之间的母线上；
在需要检测所述蓄电池组的状态时，所述控制模块控制所述开关单元断开，以使所述隔离单元隔离所述电源模块与所述蓄电池组。
可选的，所述开关单元为第一继电器开关，所述第一继电器开关的线圈第一端与所述母线连接，所述第一继电器开关的线圈的第二端与所述控制模块连接，所述第一继电器开关的开关与所述隔离单元并联连接在所述蓄电池组与所述电源模块之间的母线上。
可选的，所述隔离单元包括单向二极管，所述单向二极管的阳极与所述蓄电池组的阳极输出端连接，所述单向二极管的阴极与所述电源模块的阳极输出端连接。
可选的，所述测量模块包括电压测量模块和/或电流测量模块。
可选的，所述开关模块为第二继电器开关，所述第二继电器开关的线圈第一端与所述母线连接，所述第二继电器开关的线圈的第二端与所述控制模块连接，所述第二继电器开关的开关的第一端连接在所述母线上，所述第二继电器开关的开关的第二端与所述负载连接。
可选的，蓄电池状态监控系统还包括直流变换器，所述直流变换器的输入端连接在所述母线上，所述直流变换器的输出端分别与所述测量模块和所述控制模块连接。
可选的，在所述测量模块测量的电压值或电流值异常时，所述控制模块控制所述开关模块断开。
本发明提供的蓄电池状态监控系统，包括蓄电池组、电源模块、隔离模块、开关模块、负载、测量模块和控制模块，蓄电池组与电源模块通过母线连接，隔离模块连接在蓄电池组与电源模块之间，开关模块与母线连接，负载与开关模块连接，测量模块和控制模块均与母线连接，母线用于为测量模块和控制模块供电，测量模块与控制模块连接，测量模块用于测量蓄电池组的电流和/或电压，并将测量结果发送至控制模块，开关模块和隔离模块均与控制模块连接，在需要检测蓄电池组的状态时，控制模块定时控制隔离模块动作，隔离蓄电池组与电源模块，控制模块定时控制开关模块动作，连通蓄电池组与负载。本发明在需要对蓄电池组的状态检测时，控制模块定时控制开关模块动作，连通蓄电池组与负载，无需卸下蓄电池组，实现在线检测，检测效率高，成本低。在需要对蓄电池组的状态检测时，可以临时隔离电源模块，避免电源模块对蓄电池组的波纹干扰影响检测结果的准确性。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种蓄电池状态监控系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明实施例提供了一种蓄电池状态监控系统，能够在线定时检测蓄电池的状态，节省了检测成本。图1为本发明实施例提供的一种蓄电池状态监控系统的结构示意图，如图1所示，蓄电池状态监控系统包括蓄电池组110、电源模块120、隔离模块130、开关模块140、负载150、测量模块160和控制模块170。
蓄电池组110与电源模块120通过母线L连接，隔离模块130连接在蓄电池组110与电源模块120之间。其中，蓄电池组110包括多个单体电池，多个单体电池可以直接串联组成蓄电池组，也可以采用两个独立的由单体电池串联方式组成的电池组并联，还可以采用串并混连方式，本发明在此不做限定。此外，蓄电池组可以是铅酸电池、镍电池、锂电池或氢电池，本发明实施例在此不做限定。电源模块120用于向负载150、测量模块160和控制模块170供电，以及为蓄电池组110充电。隔离模块130可用于在需要对蓄电池组110进行检测时，隔离蓄电池组110和电源模块120，避免电源模块120对蓄电池组110的波纹干扰影响检测结果的准确性。
开关模块140与母线L连接，负载150与开关模块140连接。在需要对蓄电池组110进行检测时，开关模块140闭合，蓄电池组110向负载150放电。
测量模块160和控制模块170均与母线连接，蓄电池组110和电源模块120通过母线L为测量模块160和控制模块170供电。测量模块160与控制模块170连接，测量模块160用于测量蓄电池组110的电流和/或电压，并将测量结果发送至控制模块170。
开关模块140和隔离模块130均与控制模块170连接。在需要检测蓄电池组110的状态时，控制模块170定时控制隔离模块130动作，隔离蓄电池组110与电源模块120，控制模块170定时控制开关模块140动作，连通蓄电池组110与负载150。
示例性的，在正常运行时，控制模块170控制隔离模块130不工作，控制模块170控制开关模块140闭合，蓄电池组110与电源模块120并联，并浮充运行，为负载150供电。浮充是蓄电池组的一种供(放)电工作方式，系统将蓄电池组与电源并联连接到负载电路上，它的电压大体上是恒定的，仅略高于蓄电池组的端电压，由电源线路所供的少量电流来补偿蓄电池组局部作用的损耗，以使其能经常保持在充电满足状态而不致过充电。
在需要对蓄电池组110的状态进行检测时，控制模块170定时(即以一定的时间间隔)控制隔离模块130动作，隔离蓄电池组110与电源模块120，同时控制开关模块140动作(若开关模块140之前处于闭合状态，则无需动作)，连通蓄电池组110与负载150。此时，电源模块120被隔离，蓄电池组110单独向负载150供电。在蓄电池组110单独向负载150供电时，测量模块160测量蓄电池组110的输出电压和输出电流，并将测量结果发送给控制模块170。如此，多次重复上述过程，得到多次测量的测量结果，控制模块170基于多次测量的测量结果，确定蓄电池组110的状态。
需要说明的是，上述实施例中，蓄电池组的状态可以包括但不限于蓄电池组内部是否存在开路(即蓄电池组内的单体电池断开)、蓄电池组的内阻是否存在异常、蓄电池组的荷电状态(State of Charge，SoC)等，本发明实施例在此不做限定。
示例性的，以检测蓄电池组内部是否存在开路示例，正常情况下，蓄电池组能带足够负载电流并保持电压缓慢下降，若蓄电池组内部存在开路，则会出现蓄电池端电压(即输出电压)急速降低。因此，若控制模块接收到的输出电压迅速降低，则可以确定蓄电池组内部存在开路。
示例性的，以检测蓄电池组的内阻为示例，首先测量蓄电池组的开路电压V1，然后控制模块控制开关模块140闭合，测出此时蓄电池组的输出电压V2和输出电流I，控制模块基于以下公式计算蓄电池组的内阻R1：
Figure BDA0003685814340000071
将计算的内阻与预设的内阻阈值进行比较，当计算的内阻R1大于预设的内阻阈值时，则确定蓄电池组的内阻异常。
示例性的，以检测蓄电池组的荷电状态为例，通过测量蓄电池组两端的开路电压，根据开路电压与荷电状态的关系，确定蓄电池组的荷电状态。
在本发明实施例中，为了提高检测的荷电状态的准确性，提高预测精度，可以通过多种方法计算荷电状态，并进行加权处理。
具体的，放电曲线为非线性，为了更好分析蓄电池放电规律，对蓄电池的放电电压做归一化处理。将放电初始电压定为标准值，以后每次测量值除上标准值得到归一化的电压值，即：
Figure BDA0003685814340000072
其中，Vt为测量电压，Vs为放电初始电压。
在实际放电中，放电曲线遵循式理想的情况下，放出电量一定，消耗的硫酸量固定，产生的水液固定的规律。将放电时间变换成SoC(SoC＝1-t/tz，其中t为放电时长，tz为已知的终止放电电压1.8V时的放电总时长)，并做泰勒级数展开取二项式，放电归一化电压与SOC可以通过二项式表达，即：
V(t)＝A+B×SoC+C×SoC2
其中A、B、C为利用浅放电的电流、电压与时间节点拟合的待定参数，从而可以估算出剩余容量SoC1。
电解液浓度与蓄电池的开路电压呈线性相关，即蓄电池开路电压反应的时电解液的浓度。测试蓄电池的开路电压，建立开路电压与蓄电池容量的关系，从而得到预测的容量SoC2。
蓄电池内阻与SOC也存在一定关系，测试蓄电池内阻同样得到一个预测的SoC3。
为了提高预测的精度，减少误差。将三个方法预测的蓄电池组荷电状态做一个加权，即：
SOCT＝0.5SOC1+0.2SOC2+0.3SOC3
本发明实施例提供的蓄电池状态监控系统，包括蓄电池组、电源模块、隔离模块、开关模块、负载、测量模块和控制模块，蓄电池组与电源模块通过母线连接，隔离模块连接在蓄电池组与电源模块之间，开关模块与母线连接，负载与开关模块连接，测量模块和控制模块均与母线连接，母线用于为测量模块和控制模块供电，测量模块与控制模块连接，测量模块用于测量蓄电池组的电流和/或电压，并将测量结果发送至控制模块，开关模块和隔离模块均与控制模块连接，在需要检测蓄电池组的状态时，控制模块定时控制隔离模块动作，隔离蓄电池组与电源模块，控制模块定时控制开关模块动作，连通蓄电池组与负载。本发明在需要对蓄电池组的状态检测时，控制模块定时控制开关模块动作，连通蓄电池组与负载，无需卸下蓄电池组，实现在线检测，检测效率高，成本低。在需要对蓄电池组的状态检测时，可以临时隔离电源模块，避免电源模块对蓄电池组的波纹干扰影响检测结果的准确性。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，蓄电池状态监控系统还包括直流变换器(DC\DC)和空气开关ZK1，空气开关ZK1与母线L连接，直流变换器的输入端与空气开关ZK1连接，直流变换器的输出端分别与测量模块160和控制模块170连接。直流变换器用于将蓄电池组110和电源模块120输入的直流电转换为负载150所需的直流电。空气开关KZ1起到漏电保护的作用。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，蓄电池状态监控系统还包括熔断器，熔断器连接在母线L上，在母线L电流大于熔断器的熔断电流时，熔断器熔断，断开母线L回路，避免线路中电流过大烧毁器件。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，蓄电池状态监控系统还包括告警模块和蜂鸣器，告警模块与直流变换器的输出端连接，告警模块从直流变换器取电。告警模块还与控制模块170连接，控制模块170在确定蓄电池组110状态异常时，向告警模块发送报警信号，告警模块控制蜂鸣器报警。
在本发明的一些实施例中，隔离模块130包括开关单元和隔离单元。隔离单元设置于蓄电池组110与电源模块120之间的母线L上，开关单元与隔离单元并联连接在蓄电池组110与电源模块120之间的母线L上。
在需要检测蓄电池组的状态时，控制模块170控制开关单元断开，以使隔离单元隔离电源模块120与蓄电池组110。
在本发明的一些实施例中，开关单元为第一继电器开关ZJ1，第一继电器开关ZJ1的线圈第一端与母线L连接，第一继电器开关ZJ1的线圈的第二端与控制模块170连接，第一继电器开关ZJ1的开关与隔离单元并联连接在蓄电池组110与电源模块120之间的母线L上。
在本发明的一些实施例中，隔离单元包括单向二极管D1，单向二极管D1的阳极与蓄电池组110的阳极输出端连接，单向二极管D1的阴极与电源模块120的阳极输出端连接。
在本发明的一些实施例中，测量模块包括电压测量模块和/或电流测量模块。示例性的，如图1所示，测量模块160包括电压测量模块和电流测量模块。示例性的，电压测量模块和电流测量模块可以是接触式测量模块或感应式测量模块，本发明实施例在此不做限定。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，开关模块140为第二继电器开关ZJ2，第二继电器开关ZJ2的线圈第一端与母线L连接，第二继电器开关ZJ2的线圈的第二端与控制模块170连接，第二继电器开关ZJ2的开关的第一端通过空气开关ZK2连接在L母线上，第二继电器开关ZJ2的开关的第二端与负载150连接。
具体的，正常运行下，空气开关ZK1、ZK2投入运行，控制模块170控制继电器开关ZJ1和ZJ2的开关闭合，单向二极管D1被短接，蓄电池组110与电源模块120并联，并浮充运行，为负载150供电。
在需要检测蓄电池组110的状态时，控制模块170控制继电器开关ZJ1断开，单向二极管D1投入工作，隔离电源模块120与蓄电池组110，蓄电池组110单独向负载150供电。在蓄电池组110单独向负载150供电时，测量模块160测量蓄电池组110的输出电压和输出电流，并将测量结果发送给控制模块170。如此，多次重复上述过程，得到多次测量的测量结果，控制模块170基于多次测量的测量结果，确定蓄电池组110的状态。
在本发明的一些实施例中，在测量模块160测量的电压值或电流值异常(例如大于预设的电流阈值和电压阈值)时，控制模块170控制开关模块140断开。具体的，在测量模块160测量的电压值或电流值异常，控制模块170控制继电器开关ZJ2断开，断开负载150所在的回路，避免负载150受损。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄电池状态监控系统，其特征在于，包括蓄电池组、电源模块、隔离模块、开关模块、负载、测量模块和控制模块；
所述蓄电池组与所述电源模块通过母线连接，所述隔离模块连接在所述蓄电池组与所述电源模块之间；
所述开关模块与所述母线连接，所述负载与所述开关模块连接；
所述测量模块和所述控制模块均与所述母线连接，所述母线用于为所述测量模块和所述控制模块供电，所述测量模块与所述控制模块连接，所述测量模块用于测量所述蓄电池组的电流和/或电压，并将测量结果发送至所述控制模块；
所述开关模块和所述隔离模块均与所述控制模块连接；
在需要检测所述蓄电池组的状态时，所述控制模块定时控制所述隔离模块动作，隔离所述蓄电池组与所述电源模块，所述控制模块定时控制所述开关模块动作，连通所述蓄电池组与所述负载。
2.根据权利要求1所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，所述蓄电池组包括至少两个并联的，且由多个单体电池串联而成的电池组。
3.根据权利要求1所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，还包括熔断器，所述熔断器连接在所述母线上，在所述母线电流大于所述熔断器的熔断电流时，所述熔断器熔断，断开所述母线。
4.根据权利要求1-3任一所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，所述隔离模块包括开关单元和隔离单元；
所述隔离单元设置于所述蓄电池组与所述电源模块之间的母线上，所述开关单元与所述隔离单元并联连接在所述蓄电池组与所述电源模块之间的母线上；
在需要检测所述蓄电池组的状态时，所述控制模块控制所述开关单元断开，以使所述隔离单元隔离所述电源模块与所述蓄电池组。
5.根据权利要求4所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，所述开关单元为第一继电器开关，所述第一继电器开关的线圈第一端与所述母线连接，所述第一继电器开关的线圈的第二端与所述控制模块连接，所述第一继电器开关的开关与所述隔离单元并联连接在所述蓄电池组与所述电源模块之间的母线上。
6.根据权利要求4所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，所述隔离单元包括单向二极管，所述单向二极管的阳极与所述蓄电池组的阳极输出端连接，所述单向二极管的阴极与所述电源模块的阳极输出端连接。
7.根据权利要求1-3任一所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，所述测量模块包括电压测量模块和/或电流测量模块。
8.根据权利要求1-3任一所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，所述开关模块为第二继电器开关，所述第二继电器开关的线圈第一端与所述母线连接，所述第二继电器开关的线圈的第二端与所述控制模块连接，所述第二继电器开关的开关的第一端连接在所述母线上，所述第二继电器开关的开关的第二端与所述负载连接。
9.根据权利要求1-3任一所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，还包括直流变换器，所述直流变换器的输入端连接在所述母线上，所述直流变换器的输出端分别与所述测量模块和所述控制模块连接。
10.根据权利要求1-3任一所述的蓄电池状态监控系统，其特征在于，在所述测量模块测量的电压值或电流值异常时，所述控制模块控制所述开关模块断开。
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