CN206818846U - 一种储能电池用检测管理装置 - Google Patents

Abstract

一种储能电池用检测管理装置，用于检测管理储能装置中的单体电池，其包括数据采集器和检测器，检测器具有电源模块A、微处理控制模块A、短距无线功放模块、地址拨码开关模块，微处理控制模块A具有电流采集单元、电压采集单元、温度采集单元、微处理器单元、地址输入单元和信号收发端口；所述的数据采集器具有电源模块B、微处理控制模块B、短距无线收发模块、存储模块、通信接口模块，短距无线收发模块的短距无线收发端通过短距无线信号与检测器中短距无线功放模块的短距无线收发端联接，通信接口模块上设有用于与上位机通讯连接的数据接口，应用该装置的储能电池，组建的成本低，测量的数据准确，运行时安全稳定，实现智能管理。

Description

一种储能电池用检测管理装置

技术领域

本实用新型提供一种储能电池用检测管理装置

背景技术

随着新能源的不断接入电网，储能行业得到了长远地发展。电池作为储能装置中重要的组成部分，其合理地使用直接影响储能装置的使用寿命。目前，储能装置中电池管理系统主要采用的“总线制”方式，即将所有的电池状态通过总线传送到上位机。该方式保证了与上位机通信的可靠性，但是，储能装置中的电池数目较多(例如某100KW的低压配电储能装置含有224块铅酸单体电池)，走线会相对困难，导致现有的储能电池管理系统存在一些缺点：由于储能装置中单体电池数目较多，测量电压、电流、温度的信号线数量庞大，走线很困难，易造成短路故障甚至安全事故，信号线需加屏蔽线，以减小测量数据的误差，导致储能电池组建成本较高；储能电池管理系统的子模块电源通常使用外加电源或电池，运行一段时间就要更换，维护繁琐、成本高。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决所述的技术缺点，从而提供了一种储能电池用检测管理装置，应用该装置的储能电池，组建的成本低，测量的数据准确，运行时安全稳定，可实现智能管理。

本实用新型的技术方案是：一种储能电池用检测管理装置，其特征在于：包括数据采集器和多个检测器，每个检测器具有电源模块A、微处理控制模块A、短距无线功放模块、地址拨码开关模块，其中，微处理控制模块A具有电流采集单元、电压采集单元、温度采集单元、微处理器单元、地址输入单元和信号收发端口，电流采集单元设有电流采集端，电压采集单元设有电压采集端，温度采集单元设有温度采集端，电流采集单元的信号输出端、电压采集单元的信号输出端、温度采集单元的信号输出端、地址输入单元的信号输出端各通过信号线与微处理器单元的信号输入端联接，微处理单元的信号输出端通过信号线与信号收发端口的信号输入端联接，信号收发端口的信号输出端通过信号线与短距无线功放模块的信号收发端联接，地址输入单元的信号输入端通过地址信号线与地址拨码开关模块的地址信号输出端联接，电源模块A设有电输入端，电源模块A的电输出端通过电线与各用电部件电连接；所述的数据采集器具有电源模块B、微处理控制模块B、短距无线收发模块、存储模块、通信接口模块，其中，短距无线收发模块的短距无线收发端通过短距无线信号分别与各检测器中短距无线功放模块的短距无线收发端联接，短距无线收发模块的信号收发端、通信接口模块的信号收发端各通过数据传输信号线与微处理控制模块B的信号收发端联接，微处理控制模块B的存储信号收发端通过存储信号线与存储模块的存储信号收发端联接，所述的通信接口模块上设有用于与上位机通讯连接的数据接口，电源模块B的电输出端通过电线与数据采集器中各用电部件电连接。

本实用新型的装配结构为：每个检测器对应一块单体电池，将检测器中电源模块A的电输入端通过电线与对应单体电池的正、负极电连接，将电流采集单元的电流采集端通过电线与对应单体电池的正极电联接，将电压采集单元的电压采集端通过电线与对应单体电池的正极电联接，将温度采集单元的温度采集端与对应单体电池的外表面贴/压接。

本实用新型的优点是：本申请采用无线通信方式，节省了线缆和电池管理系统从机，从而减少了电池管理系统的成本，节省了布线工序，避免了因人工布线不规范所带来的数据传送误差、安全故障隐患，测量的数据准确，运行时安全稳定；本申请中各用电部件由对应的单体电池提供稳定电源，节省了外部电源布线和电池，节省了更换管理供电电池的工序步骤；还可以通过库仑法对单体电池进行电池剩余容量的估算，将估算结果发送至上位机；本申请装置中的地址拨码开关模块通过编码的形式对每一块单体电池的数据地址设置，使其具有唯一的地址身份，当单体电池运行异常时，可以及早发现并处理，实现了智能管理。

附图说明

图1是本实用新型一种储能电池用检测管理装置的结构框图。

图2是本实用新型与上位机通讯连接的结构框图。

图3是微处理器CC430F5137引脚结构图。

图4是3.3V电压电源电路的示意图。

图5是微处理器的数字量、模拟量以及射频电源电路的示意图。

图6是电池电压采集电路的示意图。

图7是霍尔电流采集电路的示意图。

图8是拨码开关的电路的示意图。

图9是无线信号发射模块的电路的示意图。

图10检测器的安装状态示意图。

具体实施方式

一种储能电池用检测管理装置，包括数据采集器和多个检测器，每个检测器具有电源模块A、微处理控制模块A、短距无线功放模块、地址拨码开关模块，其中，微处理控制模块A具有电流采集单元、电压采集单元、温度采集单元、微处理器单元、地址输入单元和信号收发端口，电流采集单元设有电流采集端，电压采集单元设有电压采集端，温度采集单元设有温度采集端，电流采集单元的信号输出端、电压采集单元的信号输出端、温度采集单元的信号输出端、地址输入单元的信号输出端各通过信号线与微处理器单元的信号输入端联接，微处理单元的信号输出端通过信号线与信号收发端口的信号输入端联接，信号收发端口的信号输出端通过信号线与短距无线功放模块的信号收发端联接，地址输入单元的信号输入端通过地址信号线与地址拨码开关模块的地址信号输出端联接，电源模块A设有电输入端，电源模块A的电输出端通过电线与各用电部件电连接；所述的数据采集器具有电源模块B、微处理控制模块B、短距无线收发模块、存储模块、通信接口模块，其中，短距无线收发模块的短距无线收发端通过短距无线信号分别与各检测器中短距无线功放模块的短距无线收发端联接，短距无线收发模块的信号收发端、通信接口模块的信号收发端各通过数据传输信号线与微处理控制模块B的信号收发端联接，微处理控制模块B的存储信号收发端通过存储信号线与存储模块的存储信号收发端联接，所述的通信接口模块上设有用于与上位机通讯连接的数据接口，电源模块B的电输出端通过电线与数据采集器中各用电部件电连接。

本实用新型中，地址拨码开关模块将唯一地址编码通过地址输入单元发送给微处理控制模块A中的微处理器单元，微处理器单元按程序将电流采集单元、电压采集单元、温度采集单元采集到的数据标记地址编码后通过信号收发端口发送给短距无线功放模块，短距无线功放模块将收到的数据通过短距无线信号发送给数据采集器中短距无线收发模块，短距无线收发模块将该数据发送给微处理控制模块B，微处理控制模块B按程序将数据存入存储模块中，同时微处理控制模块B按程序设定间隔将数据通过通信接口模块利用数据线或无线信号发送至上位机，上位机也可通过该通信接口模块访问数据采集器并通过微处理控制模块B提取存储模块中的实时数据。

所述的电源模块B还具有电输入端，该电输入端通过电线与外部电源电联接。所述检测器或数据采集器中的模块/单元可按常规技术分别装配在各自的电路基板上，所述的信号线、电线等均为电路基板上的印刷电路，使各模块/单元运行稳定、可靠。所述的数据采集器的供电采用外部电源供电，数据采集器的电路基板上设有电源接口，通过印刷电路将外部电源的电力输送至数据采集器中的各用电部件，所述的电源接口包括有与其配套的稳压电路。

所述的微处理控制模块A采用MPU芯片，微处理控制模块B采用CPU芯片，均是现有技术产品。其中，MPU芯片可采用微处理器CC430F5137芯片(其引脚结构如图3所示)，CC430F5137芯片结构内部集成有CC1101无线电发射器；12 位AD转换，精度相对较高。

所述检测器的电源模块A采用的是TLV70433稳压芯片，由于电池的端电压会随着充电或者放电的深度不同变化(例如12V铅酸单体电池，在充电或放电过程中铅酸电池的端电压在10V～14V上下浮动)，需要采用宽电压带的稳压电路；其次整个无线电池状态无线采集单元电源系统是3.3V系统，CC430F5137的供电电源、霍尔电流传感器TBC30PS3.3的供电电源以及运算放大器OPA349的供电电源都是3.3V。TLV70433低压稳压器的输入电压范围2.5～24V，输出电压 3.3V。

如图4中所示，3.3V电压电源电路中，Vcc_Bat为单体电池的正极， GND_Bat为单体电池负极，TLV70433为电压稳压器。单体电池不稳定的直流电压通过稳压器达到无线电池状态无线采集单元系统所需3.3V。电容C24、C25起到滤波，稳定电压的作用。

如图5所示，AVcc为微处理器正模拟电源，DVcc为微处理器正数字电源， RFAVcc为微处理器的射频电源。

所述的电压采集单元采用分压电路测量，其电路图如图6所示，Vcc_Bat为单体电池的端电压，电压值不符合MCU微处理器的AD转换引脚输入的电压的范围。CC430F5137的AD采样标准参考电压设定为3V，所以需要将单体电池的端电压降低到3V以下。采用分压电路的形式，是由于电路简单且线性变换。通过以下公式：U_{电池端电压}/U_{AD转换模拟量}＝R₁₂/(R₁₁+R₁₂)可以计算出R₁₁与R₁₂的比例关系，再通过可调电阻R₁₁调整。

所述的电流采集单元采用的霍尔电流传感器采集(如图7所示)，由于储能装置中铅酸电池的容量一般比较大(例如型号GFMJ-300的容量为300Ah，充放电流最大能到45A)。霍尔传感器TBC30PS3.3的直流测量范围0～60A，供电电源 3.3V。

在图7中，由于霍尔传感器的匝数比为1800:1，额定电流为30A，取样电阻为37.5欧姆，输出的电压范围为0.675～1.3V。为了测量更加精确，取样电阻换为75欧姆，输出电压范围为1.3～2.6V，符合MCU的AD转换引脚输入模拟量范围。

所述的温度采集单元采用的是CC430F5137的内部温度传感器，由于 CC430F5137为超低功耗芯片，芯片的内部温度与表面温度相差不大，同时也可以减少MCU外围器件，使得装置更加精简。通过MCU芯片的取样通道A10，来直接测得电池的工作状态时温度(温度采集单元由于使用MCU内部温度传感器，温度采集端要紧贴电池安装)。

本实施例中，所述的地址拨码开关模块采用8位拨码开关，拨码开关地址连接电路如图8所示：通过8位拨码设置，可以提供255个不同节点地址。通过不同的节点地址发送该节点位置单体电池的状态数据，上位机可以得到不同储能电池数据。如果发现电池问题，可以准确定位到问题电池位置，采取相应的处理措施。根据储能电池的规模，地址开关位可以随意设定。

所述的短距无线功放模块采用CC430F5137内部集成的CC1101无线电收发器，RF频率为432.999817MHz，信道间隔为199.951172kHz，数据传输速率为 38.383484kbps。在本系统设计中，可以设置无线发送功率。根据发射距离的远近去设置功率的大小，可以使功耗达到最低，实现低功耗。其电路图如图9 所示，CC430F5137的供电电源电压+3.3V，外接晶振为26MHz，RF_N和RF_P为 RF无线电发射引脚，两引脚外接天线，其功率可以达到-30dBm，传输距离可以达到100m左右。

本实施例中所述的数据采集器完成与各检测器分别通信、数据汇总和数据存储和数据打包上传，数据接口采用RS485或者GPRS无线远传等方式与上位机通信。

Claims (1)

1.一种储能电池用检测管理装置，其特征在于：包括数据采集器和多个检测器，每个检测器具有电源模块A、微处理控制模块A、短距无线功放模块、地址拨码开关模块，其中，微处理控制模块A具有电流采集单元、电压采集单元、温度采集单元、微处理器单元、地址输入单元和信号收发端口，电流采集单元设有电流采集端，电压采集单元设有电压采集端，温度采集单元设有温度采集端，电流采集单元的信号输出端、电压采集单元的信号输出端、温度采集单元的信号输出端、地址输入单元的信号输出端各通过信号线与微处理器单元的信号输入端联接，微处理单元的信号输出端通过信号线与信号收发端口的信号输入端联接，信号收发端口的信号输出端通过信号线与短距无线功放模块的信号收发端联接，地址输入单元的信号输入端通过地址信号线与地址拨码开关模块的地址信号输出端联接，电源模块A设有电输入端，电源模块A的电输出端通过电线与各用电部件电连接；所述的数据采集器具有电源模块B、微处理控制模块B、短距无线收发模块、存储模块、通信接口模块，其中，短距无线收发模块的短距无线收发端通过短距无线信号分别与各检测器中短距无线功放模块的短距无线收发端联接，短距无线收发模块的信号收发端、通信接口模块的信号收发端各通过数据传输信号线与微处理控制模块B的信号收发端联接，微处理控制模块B的存储信号收发端通过存储信号线与存储模块的存储信号收发端联接，所述的通信接口模块上设有用于与上位机通讯连接的数据接口，电源模块B的电输出端通过电线与数据采集器中各用电部件电连接。