CN201029103Y - 一种蓄电池组在线监测维护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种蓄电池组在线监测维护系统，该系统包括：蓄电池组；蓄电池在线监测主机及在线监测维护装置，所述在线监测维护装置分别与所述的蓄电池组和在线监测主机相连接；所述的蓄电池在线监测维护装置，用于实时监测蓄电池的运行状态，并把监测结果转换成数字信号发送到在线监测主机，蓄电池在线监测主机根据所述信号判断蓄电池是否异常，当判断为是的时候，蓄电池在线监测主机发出指令到在线监测维护装置，使其对蓄电池进行维护。本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统，可以实时在线监测蓄电池组的工作状态，并对异常的单体电池进行在线充电、放电维护，从而保证整个蓄电池组有较好的一致性，保证蓄电池组达到出厂设计的使用寿命。

Description

一种蓄电池组在线监测维护系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池技术领域，特别是涉及蓄电池的检测及维护技术，具体地讲是一种蓄电池组在线监测维护系统。

背景技术

目前，现代的许多精密用电设备经常需要设置不间断电源系统，而在不间断电源系统中是利用大量蓄电池组来作为备用电源的。这些蓄电池组作为备用电源，已被广泛应用于金融、电力、通信、铁路、冶金、化工、医药等行业的供电系统中。

而在实际使用中，需要对上述的大量电池组进行适当地监测，其中包括电压监测、电流监测、温度监测等，以便估算该电池组的状态特性。而传统的蓄电池测量是利用工程人员现场测量，它有下列缺点：

一、由于蓄电池组通常是被安装于电池箱内或电池架上，且从空间成本考虑，每层蓄电池组装区内的空间不容许太大，故测量时若测量人员未做好隔离防护，恐有触电危险。

二、一套UPS经常含有几十只蓄电池，尤其是大型UPS更有可能高达200～500只蓄电池，由于各只电池状况通常差距不大，因此工程人员因怠惰而进行不实记录的情形时有所闻。

三、蓄电池的特性数据因需到用户现场逐一量取，因此甚为耗时，且通常需要2人一组，一人量取，另一人制作记录，故工时成本相当高。

四、由于通常在现场由人工记录下来的各项数据，仍需再制成易于阅读的报告或图表，同时也得由人工再分析检出异常，这些工作相当繁琐，因此有自动化的必要。

五、应急电源、不间断电源等设备上经常出现用蓄电池组作为主要能源或备用能源；通常使用蓄电池组作为能源的设备或装置对能源的可靠性等要求较高。当蓄电池组内的某个蓄电池出现故障不能正常使用的时候，整个蓄电池组就不能正常工作，这就导致了蓄电池组中蓄电池越多可靠性越差的现象。并且在上述换下来的蓄电池组中找出出现故障的蓄电池非常麻烦，操作不方便。

在中国专利授权公告号为CN 1246705C的专利中提出了一种多蓄电池组即时检测设备，但是这种设备的采集核心属于“集中”式，即需要将被测的八节蓄电池的电极通过导线连接到设备中，以此来采集8节单体蓄电池的相关参数，并且即使检测到了电池组的异常，也不能进行在线维护。

因此，实时在线监测蓄电池组的工作状态，对电压相对落后单体蓄电池进行在线充电维护、对电压相对超前的单体蓄电池进行放电维护具有重要意义。例如，通信行业早在1997年的《通信电源、机房空调集中监控管理系统暂行规定》中规定需要对机房中蓄电池组的工作状态进行在线监测。

而目前还没有公知的进行蓄电池组的在线监测维护的装置。

实用新型内容

根据上述问题，本实用新型提供一种分布式蓄电池组在线监测维护系统，用以实时在线监测蓄电池组的工作状态，对电压相对落后的单体电池进行在线充电维护，对电压相对超前的单体电池进行在线放电维护，从而保证蓄电池组各单体电池之间具有较好的一致性。

本实用新型的目的在于，提供一种蓄电池组在线监测维护系统，该系统包括蓄电池组，所述系统还包括：蓄电池在线监测主机及在线监测维护装置，所述在线监测维护装置分别与所述的蓄电池组和在线监测主机相连接；所述的蓄电池在线监测维护装置，用于实时监测蓄电池的运行状态，并把监测结果转换成数字信号发送到在线监测主机，蓄电池在线监测主机根据所述信号判断蓄电池是否异常，当判断为是的时候，蓄电池在线监测主机发出指令到在线监测维护装置，使其对蓄电池进行在线维护。

所述蓄电池组在线监测维护系统包括多个在线监测维护装置，各所述在线监测维护装置通过RS485总线互相连接，并最终通过所述RS485总线与蓄电池在线监测主机连接。

所述蓄电池在线监测主机是以单片机为核心的控制系统；并且所述蓄电池在线监测主机可以通过不同的地址，准确识别每一个在线监测维护装置。

所述的在线监测维护装置包括：电池电压取样电路，用于取样单体电池的电压；充电电流控制电路，用于控制充电电流；隔离电路，用于所述监测维护单元和所述蓄电池在线监测主机之间进行隔离通讯；充电电路，用于对单体电池进行充电；放电电路，用于使单体电池放电；以及单片机控制电路，其控制所述的充电电路和放电电路，对单体电池进行充电、放电。

所述的在线监测维护装置还包括：外部温度传感器，用于感测外部温度；以及通信接口，用于连接所述在线监测维护装置和所述蓄电池在线监测主机。

所述的充电电流控制电路采用D/A转换电路，因此，可以较为准确地控制充电电流的大小。

当检测到单体电池的电压低于蓄电池组平均单体电池电压一规定值时所述单片机控制电路控制充电电路使其给所述单体电池充电；当检测到单体电池的电压高于蓄电池组平均单体电池电压一规定值时所述单片机控制电路控制放电电路使其给所述单体电池放电。

一个在线监测维护装置可以安装在一只单体电池附近，是一种分布式安装结构；并且，在线监测维护装置与单体蓄电池之间的电气连接采用4线制连接，即电压检测导线与充放电导线分别单独进行连接。

所述的蓄电池组在线监测维护系统还包括：蓄电池总电流变送器，用于采集蓄电池组的总电流；蓄电池总电压变送器，用于采集蓄电池组的总电压；并且所述的蓄电池组是由不多于128只单体蓄电池组成，其标称电压可以是2V，或者4V，或者6V，或者12V。

所述蓄电池组平均单体电池电压是通过电压变送器直接检测蓄电池组总电压，然后再除以单体电池的数量计算而得，即使个别在线监测维护装置出现故障，也不会影响对其它在线监测维护装置的准确判定；并且，当检测到单体电池的电压趋于所述蓄电池组平均单体电池电压时所述在线监测维护装置进入低功耗待机状态。

本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统，可以实时在线监测蓄电池组的工作状态，并对相对落后的单体电池进行在线充电维护，对相对超前的单体电池进行在线放电维护，从而保证整个蓄电池组具有较好的一致性，保证蓄电池组达到出厂设计的使用寿命。

附图说明

图1所示的是本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统的框图。

图2所示的是本实用新型的一较佳实施例的蓄电池组在线监测维护系统的结构图。

图3所示的是上述本实用新型的一较佳实施例的蓄电池组在线监测维护系统的在线监测维护装置的电路结构图。

图4所示的是本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统工作流程图。

具体实施方式

以下参照附图说明本实用新型的具体实施方式。

图1所示的是本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统的框图。如图1所示，本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统具有：蓄电池组101、在线监测维护装置102、蓄电池在线监测主机103。所述在线监测维护装置102包括若干个在线监测维护单元206，该在线监测维护单元206分别与被监测维护的蓄电池组101中对应的单体蓄电池连接(如图2所示)，并且每个在线监测维护单元之间通过网络线互相连接，且第一个或者最后一个在线监测维护单元的另一端与蓄电池在线监测主机103连接。

图4所示的是本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统工作流程图。如图4所示，首先在线监测维护装置102实时监测蓄电池组101的每只单体蓄电池(步骤S401)，并且把监测结果进行处理(步骤S402)，然后把处理后的数据传输到蓄电池在线监测主机103(步骤S403)，然后蓄电池在线监测主机103对上述数据进行处理，判断蓄电池组的单体电池有没有异常，如电压偏低等(步骤S404)，当判断为单体电池有异常的话，蓄电池在线监测主机103发出指令到在线监测维护装置102使其对判断为有异常的单体电池进行维护，如充电、放电(步骤S405)。

图2所示的是本实用新型的一较佳实施例的蓄电池组在线监测维护系统的结构图。如图2所示，每个单体电池在线监测维护装置对应连接到每只单体电池两端，多个在线监测维护单元206之间采用RS485总线与在线监测主机103连接进行通信，在线监测主机103可以通过不同的地址准确识别每一个在线监测维护单元206；蓄电池总电流变送器207，用于采集蓄电池组的总电流；蓄电池总电压变送器208，用于采集电池组的总电压；以及分线盒209。并且蓄电池组装置201通过网络线202与蓄电池在线监测主机203相连接，该蓄电池在线监测主机203包括：四组模块接口210，用于连接在线监测维护单元206；四组变送器接口211，用于连接蓄电池总电流变送器207和蓄电池总电压变送器208；通信接口212，用于连接上级监控系统204；以及单片机及外围电路213。

图3所示的是上述本实用新型的一较佳实施例的蓄电池组在线监测维护系统的在线监测维护单元的电路结构图。如图3所示，在线监测维护单元包括：电压取样电路301，用于取样单体电池的电压；可控制的隔离充电电源306，用于对单体蓄电池进行充电维护；充电电流输出控制电路302，采用D/A转换电路控制，用于准确控制充电电流的大小；放电控制电路303，用于对单体蓄电池进行放电维护；隔离电路304，用于对RS485通信接口的隔离；隔离DC/DC电源305，为相关电路提供隔离供电电源；单片机及外围电路307，用于控制内部各单元，并对单体电池电压、充电电流、放电电流、模块温度、外部温度等相关参数进行实时监测；RS485通信接口电路308，用于在线监测维护单元和蓄电池在线监测主机的通信；外接温度传感器接口309，可以监测外部温度；外部接口电路310，用于在线监测维护单元之间及其与在线监测主机的连接。

以下分别举例说明本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统给单体电池充电和放电，以维护整个蓄电池组的过程。

充电过程：

首先，蓄电池在线监测主机通过蓄电池总电压变送器208检测到一组由24只标称为2V的蓄电池组总电压VB，假定检测值为VB＝52.8V(这里为了举例说明作出假定，实际应用中，本实用新型支持单体电池的个数可达128只，单体电池的标称电压可以是6V、12V或者其它数值，蓄电池组的总电压可以为其它值，下同)，通过计算蓄电池组单体电池平均电压Vp＝52.8V÷24＝2.2V；并且假定使用者设置系统维护操作电压门限为Vr＝30mV(这里为了举例说明作出假定，实际上使用者可以将Vr设置为其它值，下同)。

接着，在线监测维护单元通过电压采样电路301采样，单片机及外围电路307进行A/D转换，检测到某单体电池的电压为Vn＝2.15V。在线监测主机通过RS485总线读出该单体电池电压，经比较该单体电池电压低于平均电压Vp，并计算其差值ΔVn＝Vn-Vp＝2.15V-2.2V＝-0.05V＝-50mV。当在线监测主机根据结果判断到ΔVn＜0，且|ΔVn|＝50mV＞Vr(Vr＝30mV)，则在线监测主机将发出指令到相应的在线监测维护单元，使其对这一只单体电池单独进行充电维护，在线监测维护单元接到充电指令后，控制启动隔离充电电源306，并通过充电输出控制电路302对充电电流进行控制(如图3所示)，从而向单体电池充电，直到在线监测主机检测到该单体电池的电压恢复到ΔVn＝0即Vn＝2.2V时，在线监测主机将发出命令停止对该单体电池的充电维护，在线监测维护单元进入低功耗待机状态，降低系统损耗。

放电过程：

首先，蓄电池在线监测主机通过蓄电池总电压变送器208检测到一组由24只标称为2V的蓄电池组总电压VB，假定检测值为VB＝52.8V，通过计算蓄电池组单体电池平均电压Vp＝52.8V÷24＝2.2V；并且假定使用者设置系统操作电压门限为Vr＝30mV。

接着，在线监测维护单元通过电压采样电路301采样，单片机及外围电路307进行A/D转换，检测到某单体电池的电压为Vn＝2.15V。在线监测主机通过RS485总线读出该单体电池电压，经比较该单体电池电压低于平均电压Vp，并计算其差值ΔVn＝Vn-Vp＝2.25V-2.2V＝0.05V＝50mV。当在线监测主机根据结果判断到ΔVn＞0，且|ΔVn|＝50mV＞Vr(Vr＝30mV)，则在线监测主机将发出指令到相应的在线监测维护单元，使其通过放电控制电路303对该单体电池单独进行放电维护。直到在线监测主机检测到该单体电池的电压恢复到ΔVn＝0即Vn＝2.2V时，在线监测主机将发出指令停止对该单体电池的放电维护。放电维护过程中，在线监测维护单元处于低功耗状态。

在上述的充电维护过程当中，在线监测主机通过电压变送器208实时监测蓄电池组总电压，在线监测维护单元通过单片机及外围电路307实时监测单体电池电压，再通过通信接口电路308，把结果传输到在线监测主机，在线监测主机实时地对结果进行比较和判断，并将指令和单体电池平均电压Vp实时发送到相应的在线监测维护单元；如果在线监测维护单元判断到|ΔVn|较大，则通过充电输出控制电路302增大充电电流，尽快为落后较多的单体电池补充容量；如果在线监测维护单元判断到|ΔVn|较小，则通过充电输出控制电路302减小充电电流，保证对单体电池进行充电维护的过程比较平稳，最大限度地为相对落后的单体电池补充容量，以保证整个蓄电池组的一致性和稳定性。

并且，本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统还具有外接温度传感器接口，根据需要可以监测蓄电池外壳温度，并通过在线监测主机进行比较和判断给出相应告警。

另外，本实用新型的在线监测维护单元的体积小，且可以安装在一只单体电池附近，是一种分布式安装结构，所以在实际应用中的配置很灵活。并且，在线监测维护单元与单体蓄电池之间的电气连接采用4线制连接，即电压检测导线与充放电导线分别单独进行连接。

本实用新型的蓄电池组在线监测维护系统，可以实时在线监测蓄电池组的工作状态，并对落后单体电池进行在线充电、放电维护，从而保证整个蓄电池组有较好的一致性，保证蓄电池组达到出厂设计的使用寿命。

本实用新型以较佳实施例说明如上，但可以理解的是本实用新型的范围未必如此限定。相对的，任何基于相同精神或对现有技术者为显而易见的改良都在本实用新型涵盖范围内。因此专利要求范围必须以最广义的方式解读。

Claims (8)

1.一种蓄电池组在线监测维护系统，该系统包括蓄电池组，其特征在于，所述系统还包括：

蓄电池在线监测主机及在线监测维护装置，所述在线监测维护装置分别与所述的蓄电池组和所述在线监测主机相连接；

所述的蓄电池在线监测维护装置，用于实时监测蓄电池的运行状态，并把监测结果转换成数字信号发送到在线监测主机，蓄电池在线监测主机根据所述信号判断蓄电池是否异常，当判断为是的时候，蓄电池在线监测主机发出指令到在线监测维护装置，使其对蓄电池进行维护。

2.如权利要求1所述的蓄电池组在线监测维护系统，其特征在于，所述蓄电池组在线监测维护系统包括多个在线监测维护装置，各所述在线监测维护装置通过RS485总线互相连接，并最终通过所述RS485总线与蓄电池在线监测主机连接。

3.如权利要求2所述的蓄电池组在线监测维护系统，其特征在于，所述蓄电池在线监测主机是以单片机为核心的控制系统；

并且所述蓄电池在线监测主机通过不同的地址，准确识别每一个在线监测维护装置。

4.如权利要求2或3所述的蓄电池组在线监测维护系统，其特征在于，所述的在线监测维护装置包括：

电池电压取样电路，用于取样单体电池的电压；

充电电流控制电路，用于控制充电电流；

隔离电路，用于所述监测维护单元和所述蓄电池在线监测主机之间进行隔离通讯；

充电电路，用于对单体电池进行充电；

放电电路，用于使单体电池放电；以及

单片机控制电路，其控制所述的充电电路和放电电路，对单体电池进行充电、放电。

5.如权利要求4所述的蓄电池组在线监测维护系统，其特征在于，所述的在线监测维护装置还包括：

外部温度传感器，用于感测外部温度；以及

通信接口，用于连接所述在线监测维护装置和所述蓄电池在线监测主机。

6.如权利要求4所述的蓄电池组在线监测维护系统，其特征在于，

所述的充电电流控制电路采用D/A转换电路，因此，可以较为准确地控制充电电流的大小。

7.如权利要求2至6中的任意一项所述的蓄电池组在线监测维护系统，其特征在于，一个在线监测维护装置可以安装在一只单体电池附近，是一种分布式安装结构；

并且，在线监测维护装置与单体蓄电池之间的电气连接采用4线制连接，即电压检测导线与充放电导线分别单独进行连接。

8.如权利要求1所述的蓄电池组在线监测维护系统，其特征在于，所述的蓄电池组在线监测维护系统还包括：

蓄电池总电流变送器，用于采集蓄电池组的总电流；

蓄电池总电压变送器，用于采集蓄电池组的总电压；

并且所述的蓄电池组是由不多于128只单体蓄电池组成，其标称电压可以是2V，或者4V，或者6V，或者12V。

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