CN204928218U - 一种铅酸蓄电池控制系统及智能系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种铅酸蓄电池控制系统及智能系统，所述控制系统其包括内置于铅酸蓄电池单体内的采集单元和伺服单元，智能网关，获取各铅酸蓄电池单体出厂时的原始数据的原始数据采集单元，云数据管控平台。由于采集伺服单元和原始数据采集单元的引入，使得云数据管控平台可以获取各铅酸蓄电池单体的运行状态参数和出厂时的原始数据，从而可对各铅酸蓄电池单体从生产到使用过程中的全生命周期参数进行跟踪和检测，对各铅酸蓄电池单体的管理和维护提供了坚实的数据，可以使用户更好地管理和维护铅酸蓄电池，有效地延长了铅酸蓄电池的寿命。

Description

一种铅酸蓄电池控制系统及智能系统

技术领域

本申请涉及铅酸蓄电池管理控制领域。

背景技术

阀控铅酸蓄电池，常常作为后备电源广泛应用于电力机房、数据机房、移动基站等重要场所。近几年来，全球阀控铅酸蓄电池的市场容量已经达到上百亿元人民币/年的规模。

由于阀控铅酸蓄电池的运行环境差异性很大，对于许多重要场所，对阀控铅酸蓄电池的监测和维护是必须的。目前，业内对铅酸蓄电池的监测和维护主要有两种方式：

第一种是人工巡视，每隔一段时间(比如3个月或者半年)，工程人员到达现场，进行铅酸蓄电池电流、电压、温度等测试，人工记录测试测量数据。人工巡视存在几个缺点：由于很多基站地处偏远，人员车辆资源投入较大，费时费力；电力和机房是重要场所，人员进出管理很严格，人员进入机房可能存在机房故障隐患。

第二种：设置铅酸蓄电池监控系统，通过采集铅酸蓄电池的电流、电压和运行环境温度等数据来判断铅酸蓄电池的实时状况，并采用相应的应对措施。这种方法在一定程度上解决了人力巡视的缺点，取到了一定的效果。但也带来了新的不便：一是监控线缆接线复杂，容易和强电线缆形成干扰，甚至断路、短路；二是环境温度无法真实反映铅酸蓄电池的使用状况，无法准确的判断铅酸蓄电池的健康状况，导致无法科学的进行维护和保养。

在现有技术条件下，通讯基站的备用电源通常在使用大约2～3年后出现容量快速下降，被迫提前报废、造成大量的经济损失及环境污染。或者铅酸蓄电池处于低容量运行，缩短了基站备电时长，从而影响基站通信服务质量，存在通信中断隐患。

如何更好地维持及延长阀控铅酸蓄电池的使用寿命是目前铅酸蓄电池行业的一个迫切需要解决的问题。

发明内容

本申请提供一种铅酸蓄电池控制系统，方便安全地监测和管理铅酸蓄电池，不仅可以获取各铅酸蓄电池单体的运行状态参数，也可以获取各铅酸蓄电池单体出厂时的原始数据，从而为各铅酸蓄电池单体的寿命提升和日常管理提供了有效地数据支撑。

根据本申请的第一方面，本申请提供了一种铅酸蓄电池控制系统，包括：

内置于铅酸蓄电池单体的壳体内的采集单元和伺服单元，所述采集单元用于采集铅酸蓄电池单体使用过程中的状态参数，所述状态参数包括电压、电流和铅酸蓄电池单体的内部温度；所述伺服单元用于断开和导通所述铅酸蓄电池单体的充放电回路；

智能网关，通过有线通信环路或无线通信链路与采集单元通信，定时获取并上传采集单元采集的铅酸蓄电池单体的状态参数；原始数据采集单元，用于获取各铅酸蓄电池单体出厂时的原始数据；

云数据管控平台，获取和储存原始数据采集单元获取的各铅酸蓄电池单体出厂时的原始数据；云数据管控平台还通过有线或无线通信链路与智能网关通信，接收智能网关上传的铅酸蓄电池单体的状态参数；所述云数据管控平台定期驱动智能网关对铅酸蓄电池单体启动核对放电测试以得到放电曲线，通过各铅酸蓄电池单体的放电曲线、出厂时的原始数据和实时获取的状态参数，计算出各铅酸蓄电池单体的荷电率和健康度以定位和更换有故障的铅酸蓄电池单体

根据本申请的第二方面，本申请提供了一种铅酸蓄电池智能系统，包括：

上述的铅酸蓄电池控制系统；

第一铅酸蓄电池单体，所述第一铅酸蓄电池内置有所述铅酸蓄电池控制系统中的采集单元和伺服单元；

至少一个第二铅酸蓄电池单体，所述第二铅酸蓄电池单体内置有所述铅酸蓄电池控制系统中的采集单元；所述第一铅酸蓄电池单体与第二铅酸蓄电池单体串联。

本申请的有益效果是：

依上述实施的铅酸蓄电池控制系统和智能系统，由于采集单元的引入，从而可以实时检测铅酸蓄电池单体使用过程中的状态参数，并将检测到的状态参数向外发送。

依上述实施的铅酸蓄电池控制系统和智能系统，由于原始数据采集单元的引入，从而可以获取各铅酸蓄电池单体出厂时的原始数据。

依上述实施的铅酸蓄电池控制系统和智能系统，由于采集单元和原始数据采集单元的引入，从而可以获取各铅酸蓄电池单体使用过程中的状态参数和出厂时的原始数据，从而可对各铅酸蓄电池单体从生产到使用过程中的全生命周期参数进行跟踪和检测，对各铅酸蓄电池单体的管理和维护提供了坚实的数据，可以使用户更好地管理和维护铅酸蓄电池，有效地延长了铅酸蓄电池的寿命。

依上述实施的铅酸蓄电池控制系统和智能系统，由于采集单元和智能网关的引入，使得用户通过云数据管控平台可以实时检测铅酸蓄电池单体的状态参数，对铅酸蓄电池单体进行维护，当获取的状态参数异常时向采集单元发送断开铅酸蓄电池单体的充电回路的命令以控制伺服单元断开充电回路，避免了酸蓄电池单体长期过充和高温不当充电，有效地延长了铅酸蓄电池的寿命。

附图说明

图1为本申请一种实施例的铅酸蓄电池控制系统的一种结构示意图；

图2为本申请一种实施例的铅酸蓄电池智能系统的一种结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

铅酸蓄电池常作为市电断电后的后备电源，为开关电源或不间断电源供电，而在市电正常的情况下，开关电源或不间断电源等又引入市电的电能对铅酸蓄电池进行充电。在实际使用的过程中，常常使用多个铅酸蓄电池组共同使用，一起作为后备电源，铅酸蓄电池组包括若干铅酸蓄电池单体，一般为4或6个。

请参考图1，本实施提供一种铅酸蓄电池控制系统，用于监测和管理各铅酸蓄电池单体50，其包括采集单元10、伺服单元11、智能网关20、云数据管控平台30、原始数据采集单元40。下面具体说明。

采集单元10和伺服单元11内置于铅酸蓄电池单体50的壳体内，其中采集单元10用于采集铅酸蓄电池单体50使用过程中的状态参数，状态参数包括电压、电流和铅酸蓄电池单体50的内部温度；伺服单元11用于断开和导通铅酸蓄电池单体50的充放电回路。采集单元10和伺服单元11电连接，采集单元10还用于响应智能网关20的控制命令以使伺服单元11导通或断开铅酸蓄电池单体50的充放电回路。需要说明的是，采集单元10和伺服单元11虽然由铅酸蓄电池单体50供电以工作，但采集单元10和伺服单元11具有优异的超低功耗性能，并且在铅酸蓄电池单体50的生产、储运和在线运行阶段，采集单元10和伺服单元11根据铅酸蓄电池单体50所处的阶段进行休眠或工作，所以采集单元10和伺服单元11的功耗相对铅酸蓄电池单体50的自放电功耗来说是非常小的，对铅酸蓄电池单体50的性能影响可以忽略不计。

智能网关20通过有线通信环路或无线通信链路与采集单元10通信，在智能网关20通过有线通信环路与采集单元10通信时，当通信环路的某个点出现故障，通信环路会断裂成2条通信链路，仍可保证智能网关20与通信环路发生故障的采集单元10之间的正常通信，在本实施例中，有线通信环路是通过RS485接口实现的；在智能网关20通过无线通信链路与采集单元10通信时，智能网关20与采集单元10、伺服单元11没有传统的接线复杂问题，从而不存在传统由于接线复杂而导致容易出现断路和短路等安全事故的问题。智能网关20定时获取采集单元10采集的铅酸蓄电池单体50的状态参数，在一具体实施例中，智能网关20采用主从通信方式每3秒获取一次各采集伺服单元10采集的状态参数。在智能网关20下挂的采集伺服单元10数量过多时，有时无法保证每3秒就可以与每一个采集伺服单元10通信一次，在一个较优的实施例中，可通过智能网关20定期向采集单元10发送对时同步命令来解决上述问题，具体地，智能网关20定期向与其通信连接的采集单元10广播对时同步命令，各采集单元10收到该对时同步命令后，其内的同步计数器清零，采集单元10每3秒采集一次铅酸蓄电池单体50的状态参数并与此时同步计数器的计数共同储存于采集单元10的内存中，采集单元10每采集一次状态参数，同步计数器就加1，在收到智能网关20要采集单元10上传其采集的状态参数后将内存中的状态参数和对应的同步计数器的计数打包上传给智能网关20，确定智能网关20收到打包的数据后清空内存，智能网关20收到采集单元10上传的数据包后，根据数据包中的同步计数器的计数，自动实现状态参数的同步。智能网关20判断当获取的状态参数异常时向采集单元10发送断开状态参数异常的铅酸蓄电池单体50的充电回路的命令，使伺服单元11断开此铅酸蓄电池单体50的充电回路，智能网关20同时还会将状态参数异常的警告发送给云数据管控平台30以供用户及时处理，从而避免铅酸蓄电池单体50长期过充和高温不当充电，有效地延长了铅酸蓄电池单体50的寿命，状态参数异常包括电压达到设定的电压阈值、电流达到设定的电流阈值和内部温度达到设定的温度阈值，用户可通过云数据管控平台30在智能网关20中设置工作参数，工作参数包括电压阈值、电流阈值和温度阈值等。

智能网关20还通过串口或网口与电源通信，电源为开关电源或不间断电源；智能网关20根据铅酸蓄电池单体50的环境温度、状态参数和出厂时的原始数据分析电源对铅酸蓄电池单体50的充电参数是否合理，并进行实时调节，充电参数包括均浮充电压和充电周期，智能网关20还将电源的工作参数上传到云数据管控平台30。上述的铅酸蓄电池单体50的环境温度可由智能网关20采集，铅酸蓄电池单体50出厂时的原始数据由原始数据采集单元40提供。

智能网关20将铅酸蓄电池单体50的状态参数和电源的工作参数上传到云数据管控平台30以供统计分析，在与云数据管控平台30通信中断时会存储电源参数和从各采集单元10获取的状态参数，在通信恢复后，再自动上传至云数据管控平台30，本实施例中，智能网关20与云数据管控平台30是通过通信运营商提供的2G/3G/4G通信网络通信，智能网关20下挂的采集伺服单元10最多128个，存储数据最长7天。

原始数据采集单元40获取各铅酸蓄电池单体50出厂时的原始数据；原始数据包括铅酸蓄电池单体50出厂时的识别号、容量、内阻、充放电特性曲线和配组信息数据等，由于原始数据特别是容量、内阻和充放电特性曲线越相似的铅酸蓄电池单体50，当其配组构成铅酸蓄电池组时其工作性能就越好，寿命也越长，因此在一个较优的实施例中，原始数据采集单元40根据获取的各铅酸蓄电池单体50出厂时的原始数据对各铅酸蓄电池单体进行配组。

云数据管控平台30获取和储存原始数据采集单元40获取的各铅酸蓄电池单体50出厂时的原始数据。云数据管控平台30还根据智能网关20的配置信息和原始数据采集单元40的原始数据的铅酸蓄电池单体50的识别号和配组信息，自动将智能网关20上传的数据引导到对应的云数据管控平台30中。

云数据管控平台30通过有线或无线通信链路与智能网关20通信，接收智能网关20上传的铅酸蓄电池单体的状态参数和电源的工作参数等数据。云数据管控平台30定期驱动智能网关20控制电源对铅酸蓄电池单体50启动核对放电测试以得到放电曲线，通过各铅酸蓄电池单体50的放电曲线、出厂时的充放电特性曲线和实时获取的状态参数如电压，计算出各铅酸蓄电池单体50的荷电率和健康度以定位和更换有故障的铅酸蓄电池单体50，十分地方便。

电池的荷电率指的是SOC(StateofCharge)，电量充满的电池SOC为100％，随着电池在使用过程中的放电，电池的电量最终会减少到0，此时SOC为0％，SOC反映了电池的电量状况；电池的健康度指的是SOH(StateofHealth)，SOH＝当前电池最大容量/电池标称容量*100％，SOH以百分比反映了电池当前的容量能力，一块新电池，其SOH是大于或等于100％，随着电池的老化，SOH逐渐下降，IEEE标准1188-1996中规定当电池容量下降到80％或以下，即SOH≤80％时，电池就应该被更换。铅酸蓄电池单体50作为后备电源，随时了解后备电源中各个铅酸蓄电池单体50的SOH，对于保证备用电力系统的工作可靠有极大的作用，在市电断电，铅酸蓄电池单体50放电以供电时，随时了解到后备电源中各个铅酸蓄电池单体50的SOC，对于用户掌握后备电源还能提供多久的备用电力有十分重要的作用，通过了解后备电源还能提供多久的电力供应，用户可提前采取相应地措施。另外，本申请由于引入了原始数据采集单元40，从而可以将各铅酸蓄电池单体50使用过程中的状态参数和其出厂时的原始数据进行比对，从而对各铅酸蓄电池单体50的实时状态作一个更加准确地判断，如SOH是否过低以致需要更换等。

云数据管控平台30还提供各铅酸蓄电池单体50运行情况的月度报告，根据状态参数、放电曲线、各铅酸蓄电池单体50出厂时的原始数据，出具SOC和SOH的电子报告。

云数据管控平台30储存有状态参数、放电曲线、各铅酸蓄电池单体的荷电率及健康度等数据，云数据管控平台30提供了铅酸蓄电池单体50的全生命资产管理，即储存和可供调用各铅酸蓄电池单体50的运行状态参数和出厂时的原始数据，储存和可供调用各铅酸蓄电池单体50从生产到使用过程中的全生命周期参数的数据，这些数据对于专家进行铅酸蓄电池单体50管理维护和寿命分析有十分重要的作用，使用户可以对铅酸蓄电池单体50进行预防性的维护、更换和修复，这些数据也为铅酸蓄电池的基础研发提供了坚实的数据支持，例如，云数据管控平台30利用获取的铅酸蓄电池单体50的内部温度、电压、电流、容量、充放电深度、充放电次数等数据，对比分析铅酸蓄电池制造工艺与应用环境的关系，为后续的制造工艺的改进、充放电参数的改进和铅酸蓄电池容量的提升提供了数据支持。

以上就本申请提出的铅酸蓄电池控制系统的结构和原理说明。需要特意说明的是，图1中画出的铅酸蓄电池单体50、智能网关20、云数据管控平台30、原始数据采集单元40的数量是用于示意，并非表示实际数量，用户可以根据实情需要，将若干内置有采集单元10和伺服单元11的铅酸蓄电池单体50与智能网关20连接，将若干智能网关20与云数据管控平台30连接等。

本申请还公开了一种铅酸蓄电池智能系统，包括上述的铅酸蓄电池控制系统和铅酸蓄电池单体50，其中每个铅酸蓄电池单体50都内置有采集单元10和伺服单元11。为了节省器件，在一个较优的实施例中，如图2所示，铅酸蓄电池智能系统包括上述的铅酸蓄电池控制系统、第一铅酸蓄电池单体51和至少一个第二铅酸蓄电池单体52。第一铅酸蓄电池单体51内置有采集单元10和伺服单元11，而第二铅酸蓄电池单体52内置有采集单元10。第一铅酸蓄电池单体51与第二铅酸蓄电池单体52串联，因此第一铅酸蓄电池单体51内的伺服单元11可以导通和断开第一铅酸蓄电池单体51和第二铅酸蓄电池单体52串联后的充放电回路。

本申请提出的铅酸蓄电池控制系统和智能系统，可对铅酸蓄电池单体50从生产到使用过程中的全生命周期参数进行跟踪检测，将铅酸蓄电池单体50出厂时的原始数据与实际应用过程中的状态参数等数据对比，对铅酸蓄电池单体50的维护和保养做出正确的判断，为计算铅酸蓄电池单体50的SOC和SOH提供了足够的数据依据，而传统的铅酸蓄电池监控系统是无法获取铅酸蓄电池单体50出厂时的原始数据，因此其作出的维护保养判断和计算的SOC和SOH是十分不精确的。本申请提出的铅酸蓄电池控制系统当铅酸蓄电池单体50的状态参数异常时，及时给云数据管控平台30发送警告信息，以提示用户及时处理，实现了对铅酸蓄电池单体50远程实时的控制和管理，并且用户可以通过云数据管控平台30向智能网关20设置工作参数，使铅酸蓄电池单体50工作在最佳状态。本申请通过以上的技术手段，使铅酸蓄电池的寿命得到极大的增加，不仅有直接的经济效益，而且减少了每年铅酸蓄电池的提前报废的数量和由此对环境造成的污染。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，包括：

内置于铅酸蓄电池单体的壳体内的采集单元和伺服单元，所述采集单元用于采集铅酸蓄电池单体使用过程中的状态参数，所述状态参数包括电压、电流和铅酸蓄电池单体的内部温度；所述伺服单元用于断开和导通所述铅酸蓄电池单体的充放电回路；

智能网关，通过有线通信环路或无线通信链路与采集单元通信，定时获取并上传采集单元采集的铅酸蓄电池单体的状态参数；原始数据采集单元，用于获取各铅酸蓄电池单体出厂时的原始数据；

云数据管控平台，获取和储存原始数据采集单元获取的各铅酸蓄电池单体出厂时的原始数据；云数据管控平台还通过有线或无线通信链路与智能网关通信，接收智能网关上传的铅酸蓄电池单体的状态参数；所述云数据管控平台定期驱动智能网关对铅酸蓄电池单体启动核对放电测试以得到放电曲线，通过各铅酸蓄电池单体的放电曲线、出厂时的原始数据和实时获取的状态参数，计算出各铅酸蓄电池单体的荷电率和健康度以定位和更换有故障的铅酸蓄电池单体。

2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，所述智能网关当判断获取的状态参数异常时向采集单元发送断开铅酸蓄电池单体的充电回路的命令以控制伺服单元断开充电回路，所述状态参数异常包括电压达到设定的电压阈值、电流达到设定的电流阈值和内部温度达到设定的温度阈值。

3.如权利要求2所述的铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，所述智能网关将状态参数异常的警告发送给云数据管控平台以供用户及时处理。

4.如权利要求2所述的铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，用户可通过云数据管控平台在智能网关中设置工作参数，所述工作参数包括电压阈值、电流阈值和温度阈值。

5.如权利要求1所述的铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，所述智能网关每n秒与和其通信连接的各采集单元通信一次，以获取各采集单元采集的状态参数；智能网关定期向与其通信连接的采集单元广播对时同步命令以保证每n秒就与和其通信连接的各采集单元通信一次，其中所述n为大于0的实数。

6.如权利要求1所述的铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，所述智能网关在与云数据管控平台通信中断时会存储从各采集单元获取的状态参数，在通信恢复后，再自动上传至云数据管控平台。

7.如权利要求1所述的铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，所述智能网关还通过串口或网口与电源通信；所述智能网关根据状态参数和出厂时的原始数据分析电源对铅酸蓄电池单体的充电参数是否合理，并进行实时调节，所述充电参数包括均浮充电压和充电周期。

8.如权利要求1所述的铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，所述原始数据采集单元根据获取的各铅酸蓄电池单体出厂时的原始数据对各铅酸蓄电池单体进行配组。

9.如权利要求1到8所述的任一项铅酸蓄电池控制系统，其特征在于，所述原始数据包括铅酸蓄电池单体出厂时容量和充放电特性曲线。

10.一种铅酸蓄电池智能系统，其特征在于，包括：

如权利要求1到9所述的任一项铅酸蓄电池控制系统；

第一铅酸蓄电池单体，所述第一铅酸蓄电池内置有所述铅酸蓄电池控制系统中的采集单元和伺服单元；

至少一个第二铅酸蓄电池单体，所述第二铅酸蓄电池单体内置有所述铅酸蓄电池控制系统中的采集单元；所述第一铅酸蓄电池单体与第二铅酸蓄电池单体串联。