CN202259590U - 一种蓄电池在线维护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种蓄电池在线维护系统，该系统包括：蓄电池组，在线维护模块组，电池组采样模块，电流传感器，和管理主机，该系统提供一种分布式安装的电池监测与维护模式，由管理主机、电池组采样模块、在线电池维护模块组三部分组成RS485网络，通过监测蓄电池组的总电压，实时控制每一单体电池的电压。通过对单体电池进行充电或放电，使每一单体电池的电压趋向于电池组的动态平均电压，从而达到使电池组中单体电池的电压动态均衡的效果。

Description

一种蓄电池在线维护系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池组供电技术领域，特别是用于蓄电池在线维护系统，可对蓄电池组进行在线检测与维护。

背景技术

目前，蓄电池组作为设备的后备电源，长期处于备用状态致使电池容量和性能不均，在金融、电信、医疗、军事等领域中用到不间断电源或直接电池供电。当电池组长期供电使用时经常出现由于个别单体电池容量下降或损坏导致整个电池组无法放电的故障。此故障直接导致用电设备无法正常工作，影响整个系统的工作质量和效率。因此，有必要尽早发现电池组中的故障电池，并且对故障电池进行维护，使其放电能力达到整个电池组的放电要求。如果依靠人力从电池组中挑出故障电池存在很大困难，首先电池组的直流高压容易导致操作人员触电危险，其次对电池性能的判断是长期的过程，操作人员不可能长期对电池进行测量。因此，无法人为挑出故障电池，为此专利号为200720103569.6的专利提出了一种蓄电池组在线监测维护系统解决了电池组在线维护的问题，然而该专利所描述的方法仅限于一个维护系统只能对一组蓄电池进行维护，对于后备电源的使用中常会出现多组蓄电池同时使用的情况，而该专利未能解决多台电池组同时监测维护的问题，同时对所监测的电池数据只能通过上级监控系统进行查询或维护，如果在未装配上级监控系统的环境则不能实现监控数据实时维护，同时与其它现有的电池均衡方式相同，都是对电池组内的单体电池进行固定平均电压进行均衡，此种均衡模式不能完全保证蓄电池组在运行的过程中全部单体电池的过程一致。

发明内容

本实用新型为要解决上述提出的多台电池组同时监测维护和无上级监控系统进行查询或维护，以及全部单体电池过程一致性而产生的技术问题，提出一种蓄电池在线维护系统，该系统提供一种分布式安装的电池监测与维护模式，由管理主机、电池组采样模块、在线电池维护模块组三部分组成RS485网络。本实用新型的功能是通过监测蓄电池组的总电压，实时控制每一单体电池的电压。通过对单体电池进行充电或放电，使每一单体电池的电压趋向于电池组的动态平均电压，从而达到使电池组中单体电压动态均衡的效果。

本实用新型的组装方式是分布式安装的，从而使设备的安装非常方便和简单。管理主机可以安装在任意方便的固定在标准机架上，电池组采样模块和在线电池维护模块组靠近电池安装，不需要固定。

所述管理主机的控制单元是由WINCE为操作系统的嵌入式控制器，管理主机的控制软件具有电池信息数据，包括电池电压、充放电电流、电池状态等显示功能，具有管理的蓄电池组数量以及每一组电池所包含的单体电池节数设置功能，具有电池的历史数据查询功能，具有通过USB接口进行数据交换的功能，可以同时管理不多于十六组的蓄电池组，所述管理主机可以同时管理不多于128个以上的以RS485通讯方式的ID号。

本实用新型提供的技术方案是：

一种蓄电池在线维护系统，该系统包括：蓄电池组，在线维护模块组，电池组采样模块，电流传感器，和管理主机，蓄电池组作为设备的后备电源可以是多组同等参数的蓄电池组同时备用且须被监测，因此至少一组以上的所述蓄电池组与所述的管理主机相连接，所述蓄电池组中的每一块单体电池都与在线维护模块组中唯一的一块在线维护模块相连，用于每一块单体电池的维护，所述的电池组采样模块与相应的蓄电池组正负极相连，用于监测蓄电池组的总电压，并与相应的电流传感器连接，所述的电流传感器与相应的蓄电池组的负极串入连接，用于检测蓄电池组的过电流；

所述的管理主机的控制单元是由WINCE为操作系统的嵌入式控制器实现控制流程的，该操作系统具有较一般单片机更高速的处理数据能力，在系统运行过程中除将所有蓄电池组内所有信息显示、保留或上传以外，还将蓄电池组的实时电压值进行平均，所得到的电压值作为维护模块的维护参考的电池动态平均电压，电池维护模块的监控根据此动态平均电压值与其所属的单体电池的实时电压值进行对比，如果所属单体电池的实时电压值高于动态平均电压值+ΔV电压则对其所属单体电池进行放电，如果所属单体电池的实时电池电压低于动态平均电压-ΔV电压，则对其所属单体电池进行充电，如果所属电池电压与动态平均电压差值在±ΔV范围内时，则停止对单体电池充放电，从而对整组中的所有单体电池达到动态均衡的效果，通过流程使管理主机查询电池组采样模块经电池组采样模块实时查询各蓄电池组的电压电流状态，将蓄电池组的总电压根据组内的单体电池数求平均，得到一动态平均电压值，并向在线维护模块组中的各维护模块传送蓄电池组的动态平均电压，通过在线维护模块中的各维护模块，实时查询各对应的单体电池的信息，同时在线维护模块对充放电工作模式进行判断，判断所属单体电池是否超出或低于蓄电池组的动态平均电压，如果是既对该单体电池进行充放电维护，否则停止电池维护。

所述的管理主机是由微控制器为核心的控制系统，设有直观显示设备，可用于运行数据显示，控制软件可以将电池信息数据，包括电池电压、充放电电流、电池状态等上传到显示设备上。具有运行数据保存能力，通过用户接口可以对电池的历史数据进行查询，该系统还带有USB数据接口，用于向上级监控设备传送监测数据，可以通过USB数据接口与系统外的管理设备进行数据交换。

所述的一蓄电池组是由一块以上的单体蓄电池组成，所述的在线维护模块组是由一块以上的在线维护模块组成，所述的在线维护模块的块数不少于所述的单体蓄电池的块数，一旦某个在线维护模块出现问题可用备用的在线维护模块进行在线插拔替换，所述的管理主机是通过RS485通讯与所述的在线维护模块组的各模块及电池组采样模块进行信息数据连接的，所述各模块具有一确定的RS485的ID号，管理主机可以同时管理不多于128个以上的ID号。

所述的蓄电池组配置连接在线维护模块组并与所述的电池组采样模块及电流传感器构成所述管理主机的一个管理单元，管理主机可以同时管理不多于十六组的所述管理单元，其中各管理单元可以被同时使用或被选择使用。

所述在线维护模块组中的各模块包括：维护单片机，单体电池电压温度采样电路，单体电池接口，充电电路，放电电路，维护电源通讯接口，RS485通讯电路和选择开关，所述的维护单片机具有AD采样接口及至少2路以上的IO控制接口，该维护单片机的采样接口与单体电池电压温度采样电路连接，所述的维护单片机的控制接口与选择开关连接，所述单体电池接口与对应的蓄电池组中的一确定单体电池连接，该通讯接口采用标准网线插座，以便于现场安装，通过维护单片机该单体电池电压温度采样电路分别对蓄电池组中的单体电池的电压及温度进行采集，所述的采样电路在单体电池输入端采用真四线连接，以减小充放电时线上的电压降对采样数据的误差，所述的充电电路和放电电路由选择开关选择与单体电池接口连接，所述的电池充电路采用恒压限流模式的电源模块，所述的电池放电电路采样功率电阻进行放电，充放电的选择开关控制是通过维护单片机根据电池采集所属单体电池电压与接受管理主机的动态平均电压数据判断后进行开关控制的，所述的RS485通讯电路拥有固定的ID号与维护单片机的通讯接口连接，该RS485电路采用隔离的方式通讯，以提高通讯的可靠性，同时通过维护电源通讯接口与所述系统的RS485通讯线连接，所述的维护单片机实时向管理主机传送当前所属单体电池的电池电压、温度及工作正常等数据同时接受管理主机向其发送的动态平均电压值，维护电源通讯接口除了实现与管理主机的通讯外还可完成向在线维护模块的供电。

所述电池组采样模块包括：总电压单片机，电池组电压、电流采样电路，电池组接口，总电压电源通讯接口和RS485通讯电路，所述的维护单片机具有AD采样接口及至少2路以上的IO控制接口，该总电压单片机的采样接口与电池组电压、电流采样电路连接，所述电池接口与对应的蓄电池组的电池正负极连接，该通讯接口采用标准网线插座，以便于现场安装，该采样电路分别对所对应的蓄电池组的总电压、总电流进行采集，该采样电路通过外接线连接到电池组的正负极，对蓄电池组的电压进行采样，其总电压可以为不超过250V标称电压值，电池组的充放电电流值是总电压单片机由电流传感器采集经电池组接口后通过电流采样电路进行数据采集的，所述的RS485通讯电路拥有固定的ID号与总电压单片机的通讯接口连接，同时通过总电压电源通讯接口与所述系统的RS485通讯线连接，所述的总电压单片机实时向管理主机传送当前所属蓄电池组的电池电压、电流、温度及工作正常等数据，总电压电源通讯接口除了实现与管理主机的通讯外还可完成向电池组采样模块的供电。

本实用新型所实现的功能如下：

本实用新型一种蓄电池在线维护系统，提供一种分布式安装的电池监测与维护模式，由管理主机、电池组采样模块、在线电池维护模块组三部分组成RS485网络。将蓄电池组配置连接在线维护模块组并与电池组采样模块及电流传感器构成所述管理主机的一个管理单元，本实用新型的功能是通过同时监测各管理单元中电池组的总电压，实时控制每一单体电池的电压。通过对单体电池进行充电或放电，使每一单体电池的电压趋向于电池组的平均电压，从而达到使电池组中单体电压均衡的功能，在监测的同时可将实时电池数据显示且进行保存以备随时被上级监控设备查询。

保证了本实用新型在蓄电池维护中的灵活性及多样性，从而提高了该系统的在线监控维护的便利。

附图说明

图1为本实用新型一种蓄电池在线维护系统示意框图；

图2为本实用新型系统功能流程示意框图；

图3为本实用新型在线维护模块电路结构示意图；

图4为本实用新型电池组采样模块电路结构示意图；

具体实施方式

下面结合参考图更详细地解释本实用新型，

请参考图1，一种蓄电池在线维护系统，该系统包括：蓄电池组(101)，在线维护模块组(102)，电池组采样模块(103)，电流传感器(104)，和管理主机(105)，蓄电池组作为设备的后备电源可以是多组同等参数的蓄电池组(101)同时备用且须被监测，因此至少一组以上的所述蓄电池组(101)与所述的管理主机(105)相连接，所述蓄电池组(101)中的每一块单体电池都与在线维护模块组(102)中唯一的一块在线维护模块相连，用于每一块单体电池的维护，所述的电池组采样模块(103)与相应的蓄电池组(101)正负极相连，用于监测蓄电池组(101)的总电压，并与相应的电流传感器(104)连接，所述的电流传感器(104)与相应的蓄电池组(101)的负极串入连接，用于检测蓄电池组(101)的过电流；

以某通讯机房蓄电池管理为例，该管理系统同时拥有A，B两组蓄电池进行维护管理，一组为标称电压为12V的4节蓄电池总标称电压为48V，电池组代号定为A组。另一组为标称电压为12V的6节蓄电池总标称电压为72V，电池组代号定为B组。

参照图1的方式对两组电池安装蓄电池组，所述的蓄电池在线维护系统中的管理主机(105)同时管理A组蓄电池(101)和B组蓄电池(101)，通过对应的A组和B组在线维护模块组(102)中唯一的一块在线维护模块测量出两组电池的初始各个单体电压值。

请参考图2，所述的管理主机(105)的控制单元是由WINCE为操作系统的嵌入式控制器实现控制流程的，该操作系统具有较一般单片机更高速的处理数据能力，在系统运行过程中除将所有蓄电池组内所有信息显示、保留或上传以外，还将A组和B组蓄电池组(101)中的各组中的实时电压值进行平均，所得到的电压值作为维护模块的维护参考的电池动态平均电压，因为A组和B组的电压时实时检测后进行的所以得到的动态平均电压也不同，电池维护模块的监控根据此动态平均电压值与其所属的单体电池的实时电压值进行对比，如果所属单体电池的实时电压值高于动态平均电压值+ΔV电压则对其所属单体电池进行放电，如果所属单体电池的实时电池电压低于动态平均电压-ΔV电压，则对其所属单体电池进行充电，如果所属电池电压与动态平均电压差值在±ΔV范围内时，则停止对单体电池充放电，其中ΔV可以设置为单体标称电压的0.5％，如12V的ΔV为12V*0.005＝60mV，从而对整组中的所有单体电池达到动态均衡的效果，通过流程使管理主机查询电池组采样模块(201)经电池组采样模块(103)实时查询各蓄电池组(101)的电压电流状态，将蓄电池组(101)的总电压根据组内的单体电池数求平均，得到一动态平均电压值，并向在线维护模块组(102)中的各维护模块传送蓄电池组(101)的动态平均电压(202)，通过在线维护模块(102)中的各维护模块，实时查询各对应的单体电池的信息，同时在线维护模块对充放电工作模式进行判断(203)，判断所属单体电池是否超出或低于蓄电池组(101)的动态平均电压(204)，如果是既对该单体电池进行充放电维护(205)，否则停止电池维护(206)。

请参考图1、图2，所述的管理主机(105)是由微控制器为核心的控制系统，设有直观显示设备，可用于运行数据显示，控制软件可以将电池信息数据，包括电池电压、充放电电流、电池状态等上传到显示设备上。具有运行数据保存能力，通过用户接口可以对电池的历史数据进行查询，该系统还带有USB数据接口，用于向上级监控设备传送监测数据，可以通过USB接口与系统外的管理设备进行数据交换。

所述的一蓄电池组(101)是由一块以上的单体蓄电池组成，以本具体实施通讯机房蓄电池管理为例，A组蓄电池(101)是由4节12V的单体电池构成，B组蓄电池(101)是由7节12V的单体电池构成，所述的在线维护模块组(102)是由一块以上的在线维护模块组成，所述的在线维护模块的块数不少于所述的单体蓄电池的块数，其中对应A组蓄电池(101)在线维护模块组(102)的在线维护模块的块数不少于4块，其中对应B组蓄电池(101)在线维护模块组(102)的在线维护模块的块数不少于7块，一旦某个在线维护模块出现问题可用备用的在线维护模块进行在线插拔替换，所述的管理主机(105)是通过RS485通讯与所述的在线维护模块组(102)的各模块及电池组采样模块(103)进行信息数据连接的，所述各模块具有一确定的RS485的ID号，管理主机(105)可以同时管理不多于128个以上的ID号，在本具体实施通讯机房蓄电池管理为例应用中管理主机(105)同时管理的ID号为13个。

请参考图3，所述的蓄电池组(101)配置连接在线维护模块组(102)并与所述的电池组采样模块(103)及电流传感器(104)构成所述管理主机(105)的一个管理单元，管理主机(105)可以同时管理不多于十六组的所述管理单元，以本具体实施通讯机房蓄电池管理为例，所管理的蓄电池组有A，B两组，因此管理单元也为两个，其中各管理单元可以被同时使用或被选择使用。

所述在线维护模块组(102)中的各模块包括：维护单片机(303)，单体电池电压温度采样电路(304)，单体电池接口(305)，充电电路(306)，放电电路(307)，维护电源通讯接口(301)，RS485(302)通讯电路和选择开关(309)，所述的维护单片机(303)具有AD采样接口及至少2路以上的IO控制接口，该维护单片机(303)的采样接口与单体电池电压温度采样电路(304)连接，所述的维护单片机(303)的控制接口与选择开关(309)连接，所述单体电池接口(305)与对应的蓄电池组(101)中的一确定单体电池连接，该通讯接口(305)采用标准网线插座，以便于现场安装，通过维护单片机(303)该单体电池电压温度采样电路(304)分别对蓄电池组(101)中的单体电池的电压及温度进行采集，并将采集后的电压及温度值替换保存以备管理主机(105)的实时查询调用，所述的采样电路(304)在单体电池输入端采用真四线连接，以减小充放电时线上的电压降对采样数据的误差，所述的充电电路(306)和放电电路(307)由选择开关(309)选择与单体电池接口(305)连接，所述的电池充电路(306)采用恒压限流模式的电源模块，所述的电池放电电路(307)采样功率电阻进行放电，充放电的选择开关(309)控制是通过维护单片机(303)根据电池采集所属单体电池电压与接受管理主机(105)的动态平均电压数据判断后进行开关控制的，请参见图2的动态平均电压判断流程，其判断方式由上述±ΔV描述进行，如果需要放电则充放电的选择开关(309)选择为放电电路(307)接通，如果需要充电则充放电选择开关(309)选择位充电电路(306)接通，所述的RS485(302)通讯电路拥有固定的ID号与维护单片机(303)的通讯接口连接，该RS485(302)电路采用隔离的方式通讯，以提高通讯的可靠性，同时通过维护电源通讯接口(301)与所述系统的RS485通讯线连接，所述的维护单片机(303)实时向管理主机(105)传送当前所属单体电池的电池电压、温度及工作正常等数据同时接受管理主机(105)向其发送的动态平均电压值，在本实施特例中，管理主机(105)从A电池组采样模块(103)中的总电压单片机(403)，读取到A组蓄电池(101)的实时总电压值，通过求4平均后得到的该A组蓄电池(101)的动态平均电压值为12V±ΔV，再发送到该A组蓄电池(101)的在线维护模块组(102)中的各模块所属的维护单片机(303)，同时管理主机(105)从B电池组采样模块(103)中的总电压单片机(403)读取到B组蓄电池(101)的实时总电压值，通过求7平均后得到的该B组蓄电池(101)的动态平均电压值为12V±ΔV，再发送到该B组蓄电池(101)的在线维护模块组(102)中的各模块所属的维护单片机(303)，维护电源通讯接口(301)除了实现与管理主机(105)的通讯外还可完成向在线维护模块的供电。

请参考图4，所述电池组采样模块(103)包括：总电压单片机(403)，电池组电压、电流采样电路(404)，电池组接口(405)，总电压电源通讯接口(401)和RS485(402)通讯电路，所述的总电压单片机(403)具有AD采样接口及至少2路以上的IO控制接口，该总电压单片机(403)的采样接口与电池组电压、电流采样电路(404)连接，所述电池接口(405)与对应的蓄电池组(101)的电池正负极连接，该通讯接口(405)采用标准网线插座，以便于现场安装，该采样电路(404)分别对所对应的蓄电池组(101)的总电压、总电流进行采集，该采样电路(404)通过外接线连接到电池组的正负极，对蓄电池组的电压进行采样，其总电压可以为不超过250V标称电压值，在本实施特例中A组蓄电池的总电压值48V的标称电压值，B组蓄电池的总电压值为72V的标称电压值，电池组的充放电电流值是总电压单片机(403)由电流传感器采集(104)经电池组接口(405)后通过电流采样电路(404)进行数据采集的，所述的RS485(402)通讯电路拥有固定的ID号与总电压单片机(403)的通讯接口连接，同时通过总电压电源通讯接口(401)与所述系统的RS485通讯线连接，所述的总电压单片机(403)实时向管理主机(105)传送当前所属蓄电池组的电池电压、电流、温度及工作正常等数据，总电压电源通讯接口(401)除了实现与管理主机(105)的通讯外还可完成向电池组采样模块的供电。

Claims (6)

1.一种蓄电池在线维护系统，该系统包括：蓄电池组(101)，在线维护模块组(102)，电池组采样模块(103)，电流传感器(104)，和管理主机(105)，其特征在于：至少一组以上的所述蓄电池组(101)与所述的管理主机(105)相连接，所述蓄电池组(101)中的每一块单体电池都与在线维护模块组(102)中唯一的一块在线维护模块相连，所述的电池组采样模块(103)与相应的蓄电池组(101)正负极相连，并与相应的电流传感器(104)连接，所述的电流传感器(104)与相应的蓄电池组(101)的负极串入连接；

所述的管理主机(105)通过流程使管理主机查询电池组采样模块(201)经电池组采样模块(103)实时查询各蓄电池组(101)的电压电流状态，将蓄电池组(101)的总电压根据组内的单体电池数求平均，得到一动态平均电压值，并向在线维护模块组(102)中的各维护模块传送蓄电池组(101)的动态平均电压(202)，通过在线维护模块(102)中的各维护模块，实时查询各对应的单体电池的信息，同时在线维护模块对充放电工作模式进行判断(203)，判断所属单体电池是否超出或低于蓄电池组(101)的动态平均电压(204)，如果是既对该单体电池进行充放电维护(205)，否则停止电池维护(206)。

2.根据权利要求1一种蓄电池在线维护系统，其特征在于：所述的管理主机(105)是由微控制器为核心的控制系统，设有直观显示设备，具有运行数据显示，运行数据保存能力，该系统还带有USB数据接口，用于向上级监控设备传送监测数据。

3.根据权利要求1所述的一种蓄电池在线维护系统，其特征在于：所述的一蓄电池组(101)是由一块以上的单体蓄电池组成，所述的在线维护模块组(102)是由一块以上的在线维护模块组成，所述的在线维护模块的块数不少于所述的单体蓄电池的块数，所述的管理主机(105)是通过RS485通讯与所述的在线维护模块组(102)的各模块及电池组采样模块(103)进行信息数据连接的，所述各模块具有一确定的RS485的ID号，管理主机(105)可以同时管理不多于128个以上的ID号。

4.根据权利要求1所述一种蓄电池在线维护系统，其特征在于：所述的蓄电池组(101)配置连接在线维护模块组(102)并与所述的电池组采样模块(103)及电流传感器(104)构成所述管理主机(105)的一个管理单元，管理主机(105)可以同时管理不多于十六组的所述管理单元。

5.根据权利要求1所述一种蓄电池在线维护系统，其特征在于：所述在线维护模块组(102)中的各模块包括：维护单片机(303)，单体电池电压温度采样电路(304)，单体电池接口(305)，充电电路(306)，放电电路(307)，维护电源通讯接口(301)，RS485(302)通讯电路和选择开关(309)，所述的维护单片机(303)的采样接口与单体电池电压温度采样电路(304)连接，所述的维护单片机(303)的控制接口与选择开关(309)连接，所述单体电池接口(305)与对应的蓄电池组(101)中的一确定单体电池连接，该单体电池电压温度采样电路(304)分别对蓄电池组(101)中的单体电池的电压及温度进行采集，所述的充电电路(306)和放电电路(307)由选择开关(309)选择与单体电池接口(305)连接，所述的RS485(302)通讯电路拥有固定的ID号与维护单片机(303)的通讯接口连接，同时通过维护电源通讯接口(301)与所述系统的RS485通讯线连接。

6.根据权利要求1所述一种蓄电池在线维护系统，其特征在于：所述电池组采样模块(103)包括：总电压单片机(403)，电池组电压、电流采样电路(404)，电池组接口(405)，总电压电源通讯接口(401)和RS485(402)通讯电路，所述的总电压单片机(403)的采样接口与电池组电压、电流采样电路(404)连接，所述电池接口(405)与对应的蓄电池组(101)的电池正负极连接，该采样电路(404)分别对所对应的蓄电池组(101)的总电压、总电流进行采集，其总电压可以为不超过250V标称电压值，所述的RS485(402)通讯电路拥有固定的ID号与总电压单片机(403)的通讯接口连接，同时通过总电压电源通讯接口(401)与所述系统的RS485通讯线连接。

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