CN204130657U - 蓄电池在线监测养护一体仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种蓄电池在线监测养护一体仪，包括依次相连接的中央控制及计算单元、放电控制单元、整流器通断动作单元；中央控制及计算单元分别与模数转换单元和数据发送单元相连接；模数转换单元与数据采集单元相连接。该养护一体仪通过切断直流电源屏电源输入的方式，模拟站点真实停电，通过站点的真实负载测试蓄电池供电能力，解决了以往电池供电能力测试费时费力的问题。测试过程中对电池各项数据的变化进行全程监测，掌握电池动态变化趋势，并从整组电池中及时准确发现落后电池，为电池维护提供有效指导。测试过程记录电池供电时间和每分钟的负载电流，可精确得到站点蓄电池的可供电时长，并准确计量出蓄电池的真实容量。

Description

蓄电池在线监测养护一体仪

技术领域

本实用新型属于电子信息技术领域，涉及一种集蓄电池充电监测、放电控制、在线养护功能于一体的蓄电池综合管理设备，具体涉及一种蓄电池在线监测养护一体仪。 

背景技术

电力系统使用蓄电池范围广、数量大，应用场景主要包括电力通讯、合闸电源、无人值守变电站、UPS供电系统等。

无论在哪种场合中使用，蓄电池均作为备电系统为设备供电提供最后一道保障，一旦蓄电池发生故障将会严重影响电网的安全稳定运行。因此，蓄电池是否具有持续可靠的供电能力，对设备的安全运行具有十分重要的意义。

现有的蓄电池维护遵循的是电源维护规程，维护依赖的手段是动力环境监控系统，存在以下问题和缺点：

1、传统的电源维护规程实现费时费力

电源维护规程规定每年需要对蓄电池进行核定性放电测试，即通过专用测试设备，将蓄电池的化学能转化为设备的热能，再进行计算，达到测定蓄电池容量的目的。这种方法有以下缺点：1）测试全程需要人工值守，有一定的安全隐患。2）设备拆接线繁琐，且测试过程往往长达数小时，费时费力，效率低下。

2、落后蓄电池隐患难以发现

无论是哪种场合使用的蓄电池组，都是由多节单体电池串联组成，而单节电池如同木桶的不同板块，电池组的真实容量是由最小容量的单节电池决定（木桶原理）。现有的动力环境监控系统只能监测到静态状况下蓄电池电压，而蓄电池在处于浮充充饱的状态时，其电压基本没有变化，许多落后电池在浮充状态下的电压也与合格电池无异，这就导致落后电池难以查找，隐患难以及时发现。

3、电池可供电时长无法做到精确化

蓄电池容量测试只是测定了蓄电池的容量，要准确掌握电池对站点设备的供电时长，还需要根据站点负载情况进行换算，而站点的实际负载是根据负载使用率实时变化的，换算会引入误差，导致电池供电时长无法准确计算。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种蓄电池在线监测养护一体仪，解决了现有技术中电池供电能力测试费时费力、落后电池隐患难以发现以及电池供电时长无法精确计量的问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种蓄电池在线监测养护一体仪，包括依次相连接的中央控制及计算单元、放电控制单元和整流器通断动作单元；中央控制及计算单元分别与模数转换单元和数据发送单元相连接，模数转换单元与数据采集单元相连接。

本实用新型在线监测养护一体仪与现有技术相比，其技术优势和积极效果在于：

1）采用切断直流电源屏电源输入的方法，模拟站点真实停电，通过站点的真实负载对蓄电池供电能力进行测试，解决了以往电池供电能力测试费时费力的问题。

2）对测试过程中电池各项数据的变化进行全程监测，从而可掌握电池动态变化趋势，并从整组电池中及时准确发现落后电池，为电池维护提供有效指导。

3）测试过程记录电池供电时间和每分钟的负载电流，不仅可精确得到站点蓄电池的可供电时长，还可计量出蓄电池的真实容量。

附图说明

图1是本实用新型在线监测养护一体仪的结构示意图。

图2是本实用新型在线监测养护一体仪中供电单元的电路原理图。

图3是本实用新型在线监测养护一体仪中中央控制及计算单元的电路原理图。

图4是本实用新型在线监测养护一体仪中数据发送单元的电路原理图。

图5是本实用新型在线监测养护一体仪中放电控制单元的电路原理图。

图6是本实用新型在线监测养护一体仪中整流器通断动作单元的电路原理图。

图7是本实用新型在线监测养护一体仪中模数转换单元的电路原理图。

图8～图12是本实用新型在线监测养护一体仪中数据采集单元的电路原理图。

图13是本实用新型在线监测养护一体仪的使用状态图。

图1中：1.供电单元，2.中央控制及计算单元，3.数据发送单元，4.放电控制单元，5.整流器通断动作单元，6.模数转换单元，7.数据采集单元，8.蓄电池单元。

图13中：9.蓄电池在线监测养护一体仪，10.电源输入接口，11.RS-232接口，12.电池电压采集接口，13.电流采样接口，14.级联接口，15.RJ45网络接口，16.放电控制接口，17.输入电源线，18.电池电压采样线，19.电池连接排，20.蓄电池，21.交流接触器，22.交流输入火线，23.放电控制线，24.接触器控制接口A，25.接触器控制接口B，26.接触器输入端口，27.接触器输出端口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型监测养护一体仪的结构，包括依次相连接的中央控制及计算单元2、放电控制单元4、整流器通断动作单元5；中央控制及计算单元2还分别与模数转换单元6和数据发送单元3相连接；模数转换单元6与数据采集单元7相连接。该监测养护一体仪还包括供电单元1，供电单元分别与中央控制及计算单元2、数据发送单元3、放电控制单元4、整流器通断动作单元5、模数转换单元6和数据采集单元7相连接。

使用时，将数据采集单元7与蓄电池单元8相连接。

供电单元1，用于给本在线监测养护一体仪中的其它各单元提供电能。

数据采集单元7，用于采集蓄电池单元8的各项运行参数，并将采集到的参数传递给模数转换单元6。

模数转换单元6，用于将数据采集单元7采集到的蓄电池各项参数模拟量转换为数字量，并传递给中央控制及计算单元2。

中央控制及计算单元2，用于接收模数转换单元6传递的蓄电池各项参数信息；并将接收到的各项参数信息汇总后，形成一帧完整的包含蓄电池各项运行参数以及设备编号、采集日期和时间的数据后，将得到的该数据传输给数据发送单元3；还用于向放电控制单元4发出控制指令。

数据发送单元3，用于接收中央控制及计算单元2传送的数据，并将接收到的数据通过网络进行数据传递。

放电控制单元4，用于接收中央控制及计算单元2发送的控制指令，并根据该控制指令处于接通或断开状态。

整流器通断动作单元5，根据放电控制单元4处于接通或断开状态，相应的处于接通或断开状态，控制蓄电池处于放电状态或正常充电状态。

本实用新型监测养护一体仪中供电单元1的电路，如图2所示，包括第一芯片U1和第二芯片U2，第一芯片U1为DC48V-DC±12V电源转换芯片（P±12），第二芯片U2为LM7805电源转换芯片（IC7805），用于将DC+12V转换为DC+5V。第一芯片U1的1脚接第一电源输入端DC+，3脚接第二电源输入端DC-，第一电源输入端DC+和第二电源输入端DC-的电源为外部供电电源，从图13中的电源输入接口10引入；在第一芯片U1的2脚得到DC+12V，在第一芯片U1的4脚得到DC-12V；第一芯片U1的2脚通过第一瓷片电容Cp1、第一电解电容Ep1组成的输入滤波电路接第二芯片U2的1脚作为输入，在第二芯片U2的3脚通过第二瓷片电容Cp2、第二电解电容Ep2组成的输出滤波电路后得到DC+5V，给本在线监测养护一体仪中的各个单元供应稳定的工作电源。

本实用新型在线监测养护一体仪中的中央控制及计算单元2，如图3所示，包括第三芯片U3，第三芯片U3采用STC90C58AD单片机（ICCPU）；第三芯片U3的第38脚接+5V电压，第三芯片U3的第16脚接系统地，构成第三芯片U3的供电；第三芯片U3的第14脚分别接第一电容Cc1的一端和晶振JTc的一端，第三芯片U3的第15脚分别接第二电容Cc2的一端和晶振JTc的另一端，第一电容Cc1的另一端和第二电容Cc2的另一端均接地；第一电容Cc1、第二电容Cc2及晶振JTc构成外部时钟电路；第三芯片U3的第4脚接第一电阻RST的一端，第一电阻RST的另一端接地；第一电阻RST构成单片机复位电路；第三芯片U3的第5脚和第7脚作为串口0分别连接图4中第四芯片U4的第12脚和第11脚，用于给第三芯片U3写程；第三芯片U3的第2脚和第3脚作为串口1分别连接图4中第五芯片U5的第8脚和第7脚，用于数据通讯；第四芯片U4为串口电平转换芯片，第五芯片U5为RS-232转TCP/IP协转模块；第三芯片U3的第43脚作为I/O口，连接至图5中的电阻Rfd1，用于控制图5中继电器JD1的通断；第三芯片U3的第1脚、第17脚～第20脚、第22脚～第37脚以及第39～第42脚作为I/O口，分别接至图8～图11中数据采集单元7中具有相同网络标号的位置，通过驱动电路，以控制各继电器的通断；第三芯片U3的第8脚接图7中第六芯片U6的第19脚，作为模数转换芯片ICAD的时钟；第三芯片U3的第9脚接图7中第六芯片U6的第18脚，作为模数转换芯片ICAD的片选信号；第三芯片U3的第10脚和第11脚分别接第六芯片U6的第17脚和第15脚，作为模数转换芯片ICAD的数据输入/输出端。

本实用新型在线监测养护一体仪中的数据发送单元3，如图4所示，包括第四芯片U4和第五芯片U5；第四芯片为MAX232串口电平转换芯片，第五芯片为RS-232转TCP/IP协转模块；第四芯片U4的第13脚和第14脚分别接九芯端子RS232的第3脚和第2脚，九芯端子RS232即为图13中的RS-232接口11，该接口的第3脚和第2脚为RS232电平信号，通过第四芯片U4将RS232电平转换为TTL电平后，由第四芯片的第12脚和第11脚对图3中第三芯片U3进行本地通讯和写程；图3中第三芯片U3的第2脚和第3脚分别接第五芯片U5的第8脚和第7脚，通过第五芯片U5进行协议转换后由第22脚、第23脚、第25脚和第26脚分别接RJ45网络接口的第4脚、第3脚、第2脚、第1脚，将数据信号通过该接口以有线网络方式进行传输。该RJ45网络接口即为图13中的RJ45网络接口15。

第五芯片U5的第31脚接电阻Rmob，该电阻Rmob连接发光二极管MOB；第五芯片U5的第29脚接电阻Rlan，该电阻Rlan连接发光二极管LAN；第五芯片U5的第28脚接电阻Rtsl，该电阻Rtsl连接发光二极管TS1，组成协转工作状态指示电路。

数据发送单元3中的电解电容Er1、Er2、Er3和Er4组成第四芯片U4的自举电路；电阻R2f、三极管T2a、电阻R2g、发光二极管TX组成串口状态指示电路。

本实用新型在线监测养护一体仪中放电控制单元4的电路，如图5所示，包括第一三极管Tfd1，第一三极管Tfd1的基极与第一电阻Rfd1的一端相连接，第一电阻Rfd1的另一端接中央控制及计算单元2，即第一电阻Rfd1的另一端接第三芯片U3的第43脚，第一三极管Tfd1的发射极接+5V电源，第一三极管Tfd1的集电极接第二电阻Rfd2的一端，第二电阻Rfd2的另一端和第三电阻Rfd3的一端均与第二三极管Tfd2的基极相连接，第三电阻Rfd3的另一端和第二三极管Tfd2的发射极均接地，第二三极管Tfd2的集电极分别与第一二极管Dj1的正极和继电器JD1的控制线包一端相连接，继电器JD1的控制线包另一端和第一二极管Dj1的负极分别接+12V电源，继电器JD1的静节点与二芯接口RLCS的1脚连接，继电器JD1的常开节点与二芯接口RLCS的2脚连接。图3中第三芯片U3的第43脚通过依次相连接的电阻Rfd1、三极管Tfd1、电阻Rfd2和三极管Tfd2组成驱动电路，用于控制继电器JD1的通断，使二芯接口RLCS的第1脚和第2脚处于接通或断开状态，二芯接口RLCS的第1脚和第2脚分别与整流器通断动作单元5相连接。二芯接口RLCS即为图13中的放电控制接口16。

如图6所示，本实用新型在线监测养护一体仪中整流器通断动作单元5，包括交流接触器JQC1，交流接触器JQC1的第4脚接二芯接口RLCS的第1脚和交流市电输入火线，交流接触器JQC1的1脚接二芯接口RLCS第2脚；交流接触器JQC1的第2脚接交流市电输入零线；交流接触器JQC1的第3脚接直流电源屏市电火线输入端。通过交流接触器JQC1的通断动作，即可控制直流电源屏处于工作状态或是停止工作状态。

本实用新型在线监测养护一体仪中模数转换单元6的电路，如图7所示，包括电流采样接口HR、继电器JQH和第六芯片U6，第六芯片U6为12位串行A/D转换器MAX186。控制继电器电路由继电器JQH以及图8中所示的电阻Rjc23、三极管Tjc23和达林顿管ICjc1组成，当继电器JQH接到第三芯片U3的第1脚的切离命令时进行切换。分两种情况说明：

1）当图13中蓄电池20为2V蓄电池时，第三芯片U3的第1脚通过图8中依次连接的电阻Rjc23、三极管Tjc23、达林顿管ICjc1组成驱动电路；达林顿管ICjc1的第16脚控制继电器JQH处于常开节点，蓄电池的电压采集不通过电阻Rv1和电阻Rv2组成的分压电路，直接通过图8数据采集单元7中的网络标号C186处，经过由电阻Rv5、电阻Rv6、电阻Rv7、电容Cv1、电容Cv2、电容Cv3、电解电容Ev1、电解电容Ev2、电解电容Ev3和电解电容Ev4组成的滤波电路，接至第六芯片U6的第1脚，完成对蓄电池电压信号的模数转换。

2）当图13中蓄电池20为12V蓄电池时，第三芯片U3的第1脚通过图8中依次连接的电阻Rjc23、三极管Tjc23、达林顿管ICjc1组成驱动电路；达林顿管ICjc1的第16脚控制继电器JQH处于常闭节点，蓄电池的电压采集通过图8数据采集单元7中的网络标号C186处，经过电阻Rv1和电阻Rv2组成的分压电路，再经过由电阻Rv5、电阻Rv6、电阻Rv7，电容Cv1、电容Cv2、电容Cv3、电解电容Ev1、电解电容Ev2、电解电容Ev3和电解电容Ev4组成的滤波电路，接至第六芯片U6的第1脚，完成对蓄电池电压信号的模数转换。

电阻Ra3、电阻Ra4、电位器Wa5和电容Ca2为12V蓄电池的采样基准电路；电阻Ra1、电阻Ra2、电位器Wa4和电容Ca1为2V蓄电池的采样基准电路，由第三芯片U3控制继电器JQH的通断，依蓄电池的电压等级控制接入第六芯片U6的第12脚。

电流采样接口HR（即图13中的电流采样接口13）可连接两路霍尔电流传感器，由霍尔电流传感器对电流进行采样并转换为电压信号，通过电流采样接口HR的第3脚连接由电阻Ri1、电容Ci11与电容Cil2组成的滤波电路，接至第六芯片U6的第2脚；通过电流采样接口HR的第2脚连接由电阻Ri2、电容Ci21与电容Ci22组成的滤波电路，接至第六芯片U6的第3脚，完成对电流数据的模数转换。

电阻Rfd4、电阻Rfd5、电阻Rfd6、电阻Rfd7、三极管Tfd3和三极管Tfd4组成泄能电路，通过第三芯片U3的第6脚控制第六芯片U6的第1脚进行放电。当采样结束时，将第六芯片U6第1脚的残余能量释放，避免造成误采样。

本实用新型在线监测养护一体仪中数据采集单元7的电路，如图8～图12所示，包括三极管Tjc1～Tjc20、三极管Tjc23、三极管Tjc01～Tjc04、达林顿管ICjc1～ICjc4、继电器Ja1～Ja4、继电器Jb1～Jb4、继电器Jc1～Jc4、继电器Jd1～Jd4，继电器Je1～Je4，继电器Jf1～Jf4以及5位输出/采样接口BEa～BEe。

5位输出/采样接口BEa～BEe共同组成在线监测养护一体仪的电池电压采集接口12，通过电池电压采样线18接至各蓄电池20；第三芯片U3的各I/O口，即第三芯片U3的第17脚～第20脚、第22脚～第37脚、第39脚～第42脚，通过三极管Tjc1～Tjc20、Tjc01～Tjc04，达林顿管ICjc1～ICjc4组成的驱动电路，分时依次控制继电器Ja1～Ja4、继电器Jb1～Jb4、继电器Jc1～Jc4、继电器Jd1～Jd4、继电器Je1～Je4和继电器Jf1～Jf4的吸合或断开，实现设备从各电池电压采样接口的数据采样。

达林顿管ICj1～ICj4的型号为ULN2003，主要作用是提高驱动能力。

使用本实用新型在线监测养护一体仪9时的线路连接，如图13所示，通过电池连接排19将多个蓄电池20串联组成蓄电池单元8，将监测养护一体仪9的电源输入接口10通过输入电源线17接入蓄电池单元8的正负极，将监测养护一体仪9的电池电压采集接口12通过多根电池电压采样线18与各蓄电池20的正负极相连接；将监测养护一体仪9的电流采样接口13接至霍尔电流传感器，用于电流信号的采样；如果所连接蓄电池20数量超过24节，则将设备级联接口14连接另外一台监测养护一体仪；如果所连接蓄电池20数量未超过24节，则设备级联接口14不接；将RJ45网络接口15通过网线接入网络；将放电控制接口16的左端通过交流输入火线22接入交流接触器21（即图6中的交流接触器JQC1）的接触器输入端口26；将放电控制接口16的右端通过放电控制线23接入交流接触器21的接触器控制接口A24；交流接触器21的接触器控制接口B25接交流输入零线；交流接触器21的接触器输出端口27接直流电源屏电源火线输入端。

上述各连线完成后，打开设备电源，设备开始正式加电工作；如需通过本地查看设备采集到的电池各项参数，可将PC机COM接口通过RS-232线与在线监测养护一体仪9的RS-232接口11连接后，即可利用PC机进行本地读取。

交流接触器21可通过控制直流电源屏（是一个将交流市电转换为直流48V的供电设备或系统）输入电源的火线是否接入进而控制直流电源屏电源输入有或没有，如有直流电源屏就工作，没有直流电源屏就不工作。直流电源屏工作，则电池处于正常充电状态，直流电源屏不工作，则电池处于放电状态。从而，对电池的工作状态进行控制。

本实用新型蓄电池在线监测养护一体仪采用蓄电池远程供电能力测试技术，通过网络远程控制，可对直流电源屏工作状态进行切换，使其处于正常工作或停止工作状态，从而使蓄电池处于充电状态或是放电状态。分两种情况说明：直流电源屏正常工作时，蓄电池处于正常状态，蓄电池在线监测养护一体仪实时监测蓄电池各项运行参数，起到对蓄电池进行在线日常监测的作用；一旦通过蓄电池在线监测养护仪控制直流电源屏停止工作，蓄电池即开始放电，蓄电池在线监测养护仪通过实时检测蓄电池放电时的各项工作参数，实现了以下几点作用：1、通过蓄电池在线监测养护一体仪可实现模拟站点真实停电，迫使蓄电池对负载供电的方法进行电池供电能力测试，不仅避免了传统的蓄电池测试时放电设备发热的安全隐患，而且极大的减少了维护人员测试蓄电池时的工作强度和难度。2、放电过程中蓄电池在线监测养护一体仪全程监测电池各项运行参数，可及时准确发现整组电池中的落后单体电池，从而有效解决落后电池隐患难以发现的问题。3、蓄电池在线监测养护一体仪直接通过站点实际负载对电池供电能力进行测试，可准确掌握电池对站点负载设备的供电能力，并且将测试过程记录的电池供电时长和每分钟的负载电流通过容量计算公式进行计算，可将供电时长转化为电池放出的容量。通过测试，不仅完成了蓄电池容量核定的任务，还解决了传统蓄电池容量测试中电池实际供电时长无法精确计量的问题。

蓄电池在线监测养护一体仪的动作过程及工作原理如下：

打开蓄电池在线监测养护一体仪电源后，该设备开始对蓄电池各项参数进行采样，设备采样间隔默认为1分钟，设备将每分钟采集到的蓄电池运行参数通过数据发送单元3发送至蓄电池在线监测养护一体仪的配套网络管理平台进行显示；需要进行蓄电池供电能力测试时，维护人员只需在网络管理平台的相应位置点击“开始放电”按钮，网管平台立即将开始放电指令通过网络和数据发送单元3传递给中央控制及计算单元2，中央控制及计算单元收到该指令后，立即控制放电控制单元4，使整流器通断动作单元5中的交流接触器吸合，从而控制直流电源屏输入电源切断，直流电源屏停止工作，蓄电池开始放电。放电全程蓄电池在线监测养护一体仪实时采集并上传蓄电池各项运行数据，并在网管侧实时显示；需要停止放电时，维护人员只需在网管侧点击“停止放电”按钮，网管平台立即将停止放电指令通过网络和数据发送单元3传递给中央控制及计算单元2，中央控制及计算单元收到该指令后，立即控制放电控制单元4，使整流器通断动作单元5中的交流接触器断开，从而控制直流电源屏输入电源接入，直流电源屏恢复工作，电池放电结束。 

Claims (4)

1.一种蓄电池在线监测养护一体仪，其特征在于，包括依次相连接的中央控制及计算单元（2）、放电控制单元（4）和整流器通断动作单元（5）；中央控制及计算单元（2）分别与模数转换单元（6）和数据发送单元（3）相连接，模数转换单元（6）与数据采集单元（7）相连接。

2.根据权利要求1所述蓄电池在线监测养护一体仪，其特征在于，该养护一体仪还包括供电单元（1），供电单元（1）分别与中央控制及计算单元（2）、放电控制单元（4）、整流器通断动作单元（5）、数据发送单元（3）、模数转换单元（6）和数据采集单元（7）相连接。

3.根据权利要求1或2所述蓄电池在线监测养护一体仪，其特征在于，所述的放电控制单元（4）包括第一三极管（Tfd1），第一三极管（Tfd1）的基极与第一电阻（Rfd1）的一端相连接，第一电阻（Rf d1）的另一端接中央控制及计算单元（2），第一三极管（Tfd1）的发射极接+5V电源，第一三极管（Tfd1）的集电极接第二电阻（Rfd2）的一端，第二电阻（Rfd2）的另一端和第三电阻（Rfd3）的一端均与第二三极管（Tfd2）的基极相连接，第三电阻（Rfd3）的另一端和第二三极管（Tfd2）的发射极均接地，第二三极管（Tfd2）的集电极分别与第一二极管（Dj1）的正极和继电器（JD1）的控制线包一端相连接，继电器（JD1）的控制线包另一端和第一二极管（Dj1）的负极分别接+12V电源，继电器（JD1）的静节点与二芯接口（RLCS）的1脚连接，继电器（JD1）的常开节点与二芯接口（RLCS）的2脚连接；二芯接口（RLCS）的第1脚和第2脚分别与整流器通断动作单元（5）相连接。

4.根据权利要求3所述蓄电池在线监测养护一体仪，其特征在于，所述的整流器通断动作单元（5）包括交流接触器（JQC1），交流接触器（JQC1）的第4脚接二芯接口（RLCS）的第1脚和交流市电输入火线，交流接触器（JQC1）的1脚接二芯接口（RLCS）第2脚；交流接触器（JQC1）的第2脚接交流市电输入零线；交流接触器（JQC1）的第3脚接直流电源屏市电火线输入端；使用时，通过交流接触器（JQC1）的通断动作，即可控制直流电源屏处于工作状态或是停止工作状态。