CN205404760U - 蓄电池智能在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的蓄电池智能在线监测系统，包括监测服务器和监测终端，所述监测终端包括控制单元、内阻测试单元、用于采集电压电流的采集单元和用于检测电池剩余电量的放电监测单元；本实用新型可以自动记录监测数据和测试数据；自动监测电池组性能均衡性，诊断电池故障，当电池出现故障时可自动报警；自动分析内阻变化趋势，预测电池寿命。单体电池和电池组性能状态既可在现场观测，也可在数据中心观测；标志明确，显示直观；现场检测无需人工介入，避免了因人工检测误操作引起的短路、触电我负载断电风险；全隔离独立测试回路，既不受用户设备干扰，也不影响用户设备和电池组的正常运行；节约成本，经济环保。

Description

蓄电池智能在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力领域，尤其涉及一种蓄电池智能在线监测系统。

背景技术

随着社会不断向前发展，用电量越来越高，对电力系统的要求也越来越高，如系统的可靠性、稳定性和对电池管理的严密性是社会各行业目前最为关心的问题。蓄电池组作为重要的储能设备和应急不间断供电电源已经被广泛应用于各行各业。其具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富等优点。但蓄电池的化学储能方式必然受环境及外部供电条件等多种因素的影响，而且蓄电池长期处于后备待机状态，使其性能的变化不易被及时发现，很可能导致用电故障时其失效。目前对于供电保障重视的所有部门都会定期对蓄电池的性能进行排查，但这样的维护周期一般都比较长，如果希望实时了解蓄电池现有的工作情况，防范隐患于未然，就需要要一套在线监控系统，能完整的测试并记录蓄电池的单体电压，组电压及温度境况。这不但能大大降低故障的发生率，还可以协助维护人员开展定期蓄电池放电检测工作。随着电力行业的不断发展，蓄电池智能在线监测系统等系列产品市场需求也越来越得到广泛关注和发展应用。

目前，市场上在相关技术与产品上都有研究和涉及，其大多数公司都是为需求行业与企业定制生产与工程实施运用的。功能单一，不能满足统一的监测需求，由于电池密封，在使用方便的同时，也使得观测和维护更加困难，“免维护”的名称又导致用户放松了电池的日常维护管理，在实际应用中暴露了越来越多的问题。不合理的工作条件导致电池的使用寿命缩短，更加严重的是由于缺乏有效的检测维护手段，不能及时、准确地掌握电池状态，无法消除电池问题带来的隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种蓄电池智能在线监测系统。

本实用新型提供的蓄电池智能在线监测系统，包括监测服务器和监测终端，所述监测终端包括控制单元、内阻测试单元、用于采集电压电流的采集单元和用于检测电池剩余电量的放电监测单元；

所述采集单元与控制单元连接，所述控制单元分别与内阻测试单元和放电监测单元连接。

进一步，所述内阻测试单元包括信号发生电路、信号调理电路和峰值检测电路；

所述信号调理电路包括滤波电路、放大电路和AD转换电路；

所述信号发生电路与信号调理电路连接，所述信号调理电路与峰值检测电路连接，所述放大电路与滤波电路连接，所述滤波电路与AD转换电路连接。

进一步，所述采集单元包括电压检测模块和电流检测模块。

进一步，所述峰值检测电路包括用于对峰值电压进行采样的比较器和用于对电压进行保持的电压跟随器。

进一步，还包括报警单元，所述报警单元与控制单元连接用于当电压或电流值超过预设的阈值时，发出报警。

进一步，还包括通信单元，所述通信单元与控制单元连接用于远程在线监测。

进一步，还包括用于根据内阻变化趋势预测电池寿命的预测模块。

进一步，还包括用于检测电池温度的温度监测单元。

进一步，所述电压检测模块至少包括将电池电压转换为承受范围的电阻分压电路和用于对电压进行保持的电压跟随器，所述电流检测模块包括霍尔电流传感器。

进一步，还包括用于远程监控的移动监测终端。

本实用新型的有益效果：本实用新型可以自动记录监测数据和测试数据；自动监测电池组性能均衡性，诊断电池故障，当电池出现故障时可自动报警；自动分析内阻变化趋势，预测电池寿命。单体电池和电池组性能状态既可在现场观测，也可在数据中心观测；标志明确，显示直观；现场检测无需人工介入，避免了因人工检测误操作引起的短路、触电我负载断电风险；全隔离独立测试回路，既不受用户设备干扰，也不影响用户设备和电池组的正常运行；节约成本，经济环保。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1是本实用新型的原理示意图。

图2是本实用新型的峰值检测电路示意图。

图3是本实用新型的内阻测试原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：图1是本实用新型的原理示意图，图2是本实用新型的峰值检测电路示意图，图3是本实用新型的内阻测试原理示意图。

如图1所示，本实施例中的蓄电池智能在线监测系统，包括监测服务器和监测终端，所述监测终端包括控制单元、内阻测试单元、用于采集电压电流的采集单元和用于检测电池剩余电量的放电监测单元；

所述采集单元与控制单元连接，所述控制单元分别与内阻测试单元和放电监测单元连接。

在本实施例中，监测服务器作为数据中心，通过监测终端对电池进行在线监测管理，可以及时、准确地掌握电池状态，由于电池的容量越大，内阻就越小，因此可以根据内阻大小判断电池容量；电池老化和失效后突出的表现为内阻增大，因此测试电池内阻就可以快速判断出电池的老化程度；在电池组维护过程中，需要经常测试各电池单元的内阻，以便把内阻增大的单元挑选出来，

如图3所示，所述内阻测试单元包括信号发生电路、信号调理电路和峰值检测电路；所述信号调理电路包括滤波电路、放大电路和AD转换电路；所述信号发生电路与信号调理电路连接，所述信号调理电路与峰值检测电路连接，所述放大电路与滤波电路连接，所述滤波电路与AD转换电路连接。本实施例采用交流法测量内阻，即通过对电池注入一个低频交流电流信号，测出蓄电池两端的低频电压和流过的低频电流以及两者的相位差，从而计算出电池的内阻。交流法由于不需要放电，不用处于静态或脱机状态，可以实现安全在线监测管理，避免了对设备运行安全性的影响。同时施加的低频信号频率非常低，施加的交流电流也非常小，因此不会对电池的性能造成影响，并且不需要负载箱。

在本实施例中，采集单元包括电压检测模块和电流检测测模块，电压检测模块单元主要是由电阻分压电路和一个LM324组成的电压跟随器组成。通过精密电阻把要采集的电池电压转换为我们单片机可以承受的电压范围以内，方便AD采样。LM324系列由4个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，该四放大器可以工作在低于3.0V或者高于32V的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，电路简单。电流检测模块是采用闭环霍尔电流传感器在线采集蓄电池在线电流，闭环霍尔电流传感器的工作过程：磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。

如图2所示，本实施例中信号发生电路采用高精度定波形发生器ICL8038来产生36HZ的正弦波信号作为激励源信号，ICL8038输出稳定，失真率仅为1％，能有效适应温漂；当激励源注入蓄电池后，其输出带有强噪声。如何有效地抑制噪声对系统的精度和测量结果的有效性具有重要作用。由于有源滤波器能有效地消除谐波(到达95％以上)，具有响应迅速等优点，本实施例中采用有源滤波器。有源滤波器按通带滤波特性可分为巴特沃斯型滤波器、切比雪夫型滤波器和贝塞尔型滤波器，其中，巴特沃斯型滤波器的通带平坦度最为光滑，接近DC信号，适用于低频应用，对于维护增益的平坦性来说具有良好的效果。本实施例中的激励源频率为36HZ，所需要的有用响应频率是36HZ带宽为0.1HZ的带通滤波器，能够有效地滤出噪声影响。峰值检测电路由一个比较器和一个电压跟随器组成。比较器对峰值电压进行采样，跟随器是对电压进行保持。其原理如图2，其中电容C1为极性电容，对峰值电压起着稳定作用。

在本实施例中，还包括通信单元，所述通信单元与控制单元连接用于远程在线监测。蓄电池可能安装在各种设备上，检测设备的接口必须具有统一的标准。通信单元可以包括有线通信和无线通信，随着通信技术额不断加强，485通信以其成本低廉、通信时效性好、纠错能力强、灵活配置、抗干扰性强等优点而被广泛采用，能够方便灵活的实现远程监控。

在本实施例中，还包括报警单元，所述报警单元与控制单元连接用于当电压或电流值超过预设的阈值时，发出报警。还包括用于根据内阻变化趋势预测电池寿命的预测模块。电池的放电监测实际上就是电池容量的监测，在电池的工作过程中，电池的剩余电量能够更好地反映电池当前的工作状态，保证用电设备正常有序地运行，所以电池剩余电量的准确监测在整个电池管理系统中至关重要。但是由于电池内部特性复杂，要想精确地估测电池剩余电量难度很大。需要采集大量数据对电池进行监测，并且要求精度高、抗干扰能力强。在本实施例中，选取将开路电压法与安时积分法相结合的测量方法。两种方法的结合即弥补了开路电压法不能实现在线监测的不足，又克服了安时积分法因测量局限性而造成的不可避免的误差累积。在电池供电前或放电结束后用开路电压法估测静止电池容量，在电池工作状态下则采用安时积分法，并通过补偿电池自放电、不同温度下的容量变化等因素以期到达最佳测算效果。

电流监测电阻为mΩ量级，电池充放电时，对检测到的流过监测电阻上的电流进行时间上的积分，便可得到比较准确的剩余电量。当电池充电时，电池的剩余电量等于电池的初始电量与充入电池的电量的和；当电池放电时，电池的剩余电量等于电池的初始电量与电池放出电量的差。如果充放电的起始状态的电量为SOC0，则当前状态的SOC由如下公式求得：

在本实施例中，还包括用于根据内阻变化趋势预测电池寿命的预测模块，电池在使用初期，其电容量会随着对电池不断地充放电在额定容量标准下上浮5％～15％左右。但在电池使用后期，电池逐渐老化，其电池容量会随电池寿命的增加而逐渐减小，预测模块根据内阻的变化情况，对电池的使用寿命进行估算，自动分析内阻变化趋势，预测电池寿命。

在本实施例中采用电能管理芯片实现温度、电压、电流以及电量的测量，通过监控电池的温度、电压和电流，对电池的剩余电量进行跟踪。利用集成电流累加器中保存着流经电池的总电流，可以反映出电池的电量。

在本实施例中，还包括用于远程监控的移动监测终端，移动监测终端可以为安装有相应APP程序的智能手机或平板电脑，通过无线的方式，可以实现随时随地对蓄电池的状态进行在线监测。单体电池和电池组性能状态既可在现场观测，也可在数据中心观测；标志明确，显示直观；现场检测无需人工介入，避免了因人工检测误操作引起的短路、触电我负载断电风险，而且还具有网络报警、短信报警和声光报警的功能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：包括监测服务器和监测终端，所述监测终端包括控制单元、内阻测试单元、用于采集电压电流的采集单元和用于检测电池剩余电量的放电监测单元；

所述采集单元与控制单元连接，所述控制单元分别与内阻测试单元和放电监测单元连接。

2.根据权利要求1所述的蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：所述内阻测试单元包括信号发生电路、信号调理电路和峰值检测电路；

所述信号调理电路包括滤波电路、放大电路和AD转换电路；

所述信号发生电路与信号调理电路连接，所述信号调理电路与峰值检测电路连接，所述放大电路与滤波电路连接，所述滤波电路与AD转换电路连接。

3.根据权利要求2所述的蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：所述采集单元包括电压检测模块和电流检测模块。

4.根据权利要求1所述的蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：所述峰值检测电路包括用于对峰值电压进行采样的比较器和用于对电压进行保持的电压跟随器。

5.根据权利要求1所述的蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：还包括报警单元，所述报警单元与控制单元连接用于当电压或电流值超过预设的阈值时，发出报警。

6.根据权利要求1所述的蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：还包括通信单元，所述通信单元与控制单元连接用于远程在线监测。

7.根据权利要求1所述的蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：还包括用于检测电池温度的温度监测单元。

8.根据权利要求3所述的蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：所述电压检测模块至少包括将电池电压转换为承受范围的电阻分压电路和用于对电压进行保持的电压跟随器，所述电流检测模块包括霍尔电流传感器。

9.根据权利要求1所述的蓄电池智能在线监测系统，其特征在于：还包括用于远程监控的移动监测终端。