CN209417264U - 蓄电池监测模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及蓄电池监测模块，包括蓄电池组，包括中央处理器、多路电压采集电路、多路电阻测试电路、电源电路和通信电路，电源电路用于给中央处理器及其外围电路供电，多路电阻测试电路的每路输入端接于中央处理器的恒流输出端口，每路电阻测试电路的输出端分别接至相互串联的蓄电池组的两节电池之间，用于给电压采集电路提供恒定的电流，每路电压采集电路的输入端分别接至相互串联的蓄电池组的单节电池两端，用于采样蓄电池组两端的电压，每路电压采集电路的输出端接至中央处理器的电压测试端。由于采用通过多路电压采集电路和多路电阻测试电路测量电池组中的单节电池的内阻，从而合理判断蓄电池组是否完好，可以作到及时更换。

Description

蓄电池监测模块

技术领域

本实用新型涉及一种蓄电池监测模块，尤其涉及配网终端蓄电池监测模块。

背景技术

配网自动化终端设备中，蓄电池是重要的储能设备。它可以保证设备的不间断供电，但如果不能妥善地管理蓄电池组，例如过充电、过放电及电池老化等现象都会导致电池损坏或电池容量急剧下降，从而影响设备的正常供电。因此，及时可靠的对电池组进行巡回检测对维护设备的正常运转具有十分重要的意义。

由于相当数量的配电终端安装在户外环网柜内，工作环境恶劣，严重影响蓄电池的使用寿命，且蓄电池组长期处于浮充状态，蓄电池内阻增大，空载时测量蓄电池电压正常，当需要使用蓄电池时却无法放电，或者放电时间极短，这都使得蓄电池无法提供可靠的后备电源，形同虚设。随着配电自动化系统的大力发展，DTU建设规模不断增大，配套蓄电池组数量也越来越多，为了保证配电自动化系统的有效运行，做好蓄电池运行管控势在必行。

目前配网终端蓄电池维护主要依靠人工运维，主要存在以下问题：

1)到现场后不能检测此组蓄电池是否完好，盲目更换。

2)运维管理人员无法对运维巡视、工作任务完成情况等进行有效管理和监控。

3)配网终端设备繁多，无法按照流程有目的性的去更换已坏掉的电池，即使现场电池是坏掉的也无法得知，只能出现故障后要使用蓄电池时才可发现，导致无法对繁多的配电终端内的蓄电池进行有效管理。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种蓄电池监测模块，及时判断蓄电池组的好坏，做到及时更换。

本实用新型的技术实施方案是：蓄电池监测模块，包括蓄电池组，包括中央处理器、多路电压采集电路、多路电阻测试电路、电源电路和通信电路，电源电路用于给中央处理器及其外围电路供电，多路电阻测试电路的每路输入端接于中央处理器的恒流输出端口，每路电阻测试电路的输出端分别接至相互串联的蓄电池组的两节电池之间，用于给电压采集电路提供恒定的电流，多路电压采集电路的每路电压采集电路的输入端分别接至相互串联的蓄电池组的单节电池两端，用于采样蓄电池组两端的电压，多路电压采集电路的每路电压采集电路的输出端接至中央处理器的电压测试端，通信电路用于将采集的信号传输给控制中心。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：包括第一继电器模块和第二继电器模块，所述第一继电器模块包括继电器单体，所述继电器单体包括控制端口、继电器和继电器输出端，所述继电器单体的控制端口与中央处理器相连，继电器输出端分别串联于每路电压采集电路上，用于导通或者关断电压采集电路；所述第二继电器模块包括第二继电器单体，所述第二继电器单体包括第二控制端口、第二继电器和第二继电器输出端，所述第二继电器单体的第二控制端口与中央处理器相连，第二继电器两输出端分别串联于每路电阻测试电路上，用于导通或者关断单路电阻测试电路。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：还包括继电器控制电路，所述继电器控制电路主要完成接收中央处理器发来的命令控制继电器单体的控制端口，继电器控制电路经光耦隔离电路、功率放大电路到继电器单体的控制端口。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：还包括复位电路，复位电路的输出端接至继电器控制电路的输入端，在装置刚上电期间，装置电源输出不稳定，处于无序状态下，在装置电源未达到稳定前禁止继电器动作。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：还包括返校电路，本装置采用的是光耦返校。所述返校电路接收继电器控制电路的控制信号，经过光耦隔离电路到中央处理器，并与继电器输出状态进行比较，从而确定继电器的开合状态是否正常。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：多路电压采集电路还包括多路采样电路，所述多路采样电路的每路采样电路包括第一电阻、第二电阻、稳压管、运算放大器，所述第一电阻与第二电阻相串联，其两端分别接于单节电池的负极与运算放大器的输出端，在第一电阻和第二电阻相连端接于稳压管的正极，稳压管的负极接于运算放大器的负极输入端，单节电池的正极与运算放大器的正极输入端相连，运算放大器的输出端为每路电压采集电路的输出端。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：还包括温度采集电路，所述温度采集电路包括温度传感器，所述温度传感器用于测量电池的温度，温度传感器测得的温度值输入到中央处理器的温度采集端口。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述相关电路集成在一块板卡上。

有益效果

本实用新型由于通过多路电压采集电路和多路电阻测试电路测量电池组中的单节电池的内阻，从而合理判断蓄电池组是否完好，可以做到及时更换。

附图说明：

图1为本实用新型实施例一蓄电池监测模块电路原理框图；

图2为本实用新型实施例一蓄电池监测模块电阻测试电路原理图；

图3为本实用新型实施例一蓄电池监测模块的继电器控制电路原理框图；

图4为本实用新型实施例一蓄电池监测模块的多路采样电路的原理图；

图5为本实用新型实施例一蓄电池监测模块的继电器控制电路的复位电路原理图；

图6为本实用新型实施例一蓄电池监测模块的多路采样电路电池电压、电流波形图。

具体实施方式：

为了使本实用新型的目的、技术方案的原理及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施方案，对本实用新型进行进一步详细说明。在本实施方式中，所描述的具体实施方案仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图1至图2所示，蓄电池监测模块，包括蓄电池组，其特征在于：包括中央处理器、多路电压采集电路、多路电阻测试电路、电源电路、通信电路、温度传感器、第一继电器模块和第二继电器模块，电源电路用于给中央处理器及其外围电路供电，多路电阻测试电路的每路输入端接于中央处理器的恒流输出端口，每路电阻测试电路的输出端分别接至相互串联的蓄电池组的两节电池之间，用于给电压采集电路提供恒定的电流，多路电压采集电路的的每路电压采集电路的输入端分别接至相互串联的蓄电池组的单节电池两端，用于采样蓄电池组两端的电压，多路电压采集电路的每路电压采集电路的输出端接至中央处理器的电压测试端，通信电路用于将采集的信号传输给控制中心。所述温度采集电路包括温度传感器，所述温度传感器用于测量电池的温度，温度传感器测得的温度值输入到中央处理器的温度采集端口。如图4所示，多路电压采集电路还包括多路采样电路，所述多路采样电路的每路采样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、稳压管D1、运算放大器，所述第一电阻R1与第二电阻R2相串联，其两端分别接于单节电池的负极与运算放大器的输出端，在第一电阻R1和第二电阻R2相连端接于稳压管D1的正极，稳压管D1的负极接于运算放大器的负极输入端，单节电池的正极与运算放大器的正极输入端相连，运算放大器的输出端为每路电压采集电路的输出端。所述第一继电器模块包括继电器单体，所述继电器单体包括控制端口、继电器和继电器输出端，所述继电器单体的控制端口与中央处理器相连，继电器输出端分别串联于每路电压采集电路上，用于导通或者关断电压采集电路；所述第二继电器模块包括第二继电器单体，所述第二继电器单体包括第二控制端口、第二继电器和第二继电器输出端，所述第二继电器单体的第二控制端口与中央处理器相连，第二继电器两输出端分别串联于每路电阻测试电路上，用于导通或者关断单路电阻测试电路。如图3所示，蓄电池监测模块还包括继电器控制电路，所述继电器控制电路主要完成接收中央处理器发来的命令控制继电器单体的控制端口。继电器控制电路经光耦隔离电路、功率放大电路到继电器单体的控制端口。如图5所示，还包括复位电路，复位电路的输出端接至继电器控制电路的输入端(图3中RESET回路)，在装置刚上电期间，装置电源输出不稳定，处于无序状态下，为保证继电器不误动作，使用TLC7733电源芯片，在装置电源未达到稳定前禁止继电器动作。为保证继电器是否可靠动作，需要返校来进一步监控，本装置采用的是光耦返校。所述返校电路接收继电器控制电路的控制信号，经过光耦隔离电路到中央处理器，并与继电器输出状态进行比较，从而确定继电器的开合状态是否正常。本方案采用一体化方式实现，所以功能集成于一个装置内。装置共分两块板卡，一块板卡为主板，用于实现蓄电池单体电压、单体温度、组压、环境温度的采集，实现告警信号的指示及远传，实现与DTU的通讯；另一块板卡为指示板，用于实现装置运行状态的指示、告警状态的指示的启动。

内阻采样原理如下：

如图6所示，蓄电池在线监测单元采用直流瞬间放电测量内阻方法，即对电池进行极短暂的恒流放电(放电时间约3s)，通过高速的采集手段测出电池极柱上电压的瞬间变化值，根据电池表现出来的欧姆特性，计算便可推导出其内阻，如下图所示：

电池内阻的计算公式为：

R＝ΔV/ΔI＝(V2-V1)/(I2-I1)

如图4所示，为多路采样电路原理图，

设电池电压为Vbat，采样电压为Vout，稳压管电压为V3，

则Vbat＝R2/(R1+R2)*Vout+V3。

蓄电池内阻R＝R2/(R1+R2)*(V2out-V1out)/(I2-I1)。

选取D1为合适的标准源，则Vout幅值不大于0.5V。合理配置 R1，R2的值可以将电池上电压的微小变化进行测量然后放大，可以充分保证小电流放电蓄电池微小电压的采样精度，保证内阻测量的可靠性。

本实用新型实现如下功能：

1、电压采集功能：模块具有四路电压采集通道，可同时采集4 节蓄电池单体电压。

2、温度采集功能：模块具有温度采集通道，可以同时采集4节蓄电池单体温度。

3、通信功能：模块带有1路485通信通道。

4、告警功能：可在电压、温度、等超过限值时候告警，并通过报文远传。

5、针对采集测量的精度问题，我们采用以下两种方案解决：

采用了无电位器设计，利用芯片内固化系数的技术，解决了时间飘移的问题；

采用稳定性高出五倍的5PPM基准源，确保测量电路的参考值的稳定性。

6、高安全性

我们对产品安全性能的一个基本设计原则就是即使设备发生任何故障也不能影响被监测系统的安全。所以除了在设备内部做了多重保护功能外，在每根采样线上都接有专用保险丝，一旦后端发生任何短路，保险就立刻断开。

7、高可靠性

通过设计而不是生产来确保系统的可靠性。我们采用一体化的设计，将所有线路集中在一块板上，这样避免了由于连接器与跳线造成系统不稳定。

在元器件选用上，90％以上采用国际知名厂家的工业级芯片，并在出厂前进行72小时的高温老化，确保系统的高可靠性。

8、数字化功能

在系统设计时充分考虑了目前智能电网的发展趋势，系统具备常规的数据接口，满足在线监测系统在数字化变电站中的通讯需求，实现在线监测系统数据的信息共享。

9、高效快速

在故障快速抢修工作上，大大缩短了电缆故障寻测时间，从而间接或者直接提高故障抢修的效果，从原来的平均3小时故障测寻时间下降到使用后的2.2小时，实际运用效果十分明显，达到了预期的目标。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.蓄电池监测模块，包括蓄电池组，其特征在于：包括中央处理器、多路电压采集电路、多路电阻测试电路、电源电路和通信电路，电源电路用于给中央处理器及其外围电路供电，多路电阻测试电路的每路输入端接于中央处理器的恒流输出端口，每路电阻测试电路的输出端分别接至相互串联的蓄电池组的两节电池之间，用于给电压采集电路提供恒定的电流，多路电压采集电路的每路电压采集电路的输入端分别接至相互串联的蓄电池组的单节电池两端，用于采样蓄电池组两端的电压，多路电压采集电路的每路电压采集电路的输出端接至中央处理器的电压测试端，通信电路用于将采集的信号传输给控制中心。

2.根据权利要求1所述的蓄电池监测模块，其特征在于：包括第一继电器模块和第二继电器模块，所述第一继电器模块包括继电器单体，所述继电器单体包括控制端口、继电器和继电器输出端，所述继电器单体的控制端口与中央处理器相连，继电器输出端分别串联于每路电压采集电路上，用于导通或者关断电压采集电路；所述第二继电器模块包括第二继电器单体，所述第二继电器单体包括第二控制端口、第二继电器和第二继电器输出端，所述第二继电器单体的第二控制端口与中央处理器相连，第二继电器两输出端分别串联于每路电阻测试电路上，用于导通或者关断单路电阻测试电路。

3.根据权利要求2所述的蓄电池监测模块，其特征在于：还包括继电器控制电路，所述继电器控制电路主要完成接收中央处理器发来的命令控制继电器单体的控制端口，继电器控制电路经光耦隔离电路、功率放大电路到继电器单体的控制端口。

4.根据权利要求3所述的蓄电池监测模块，其特征在于：还包括复位电路，复位电路的输出端接至继电器控制电路的输入端，在装置刚上电期间，装置电源输出不稳定，处于无序状态下，在装置电源未达到稳定前禁止继电器动作。

5.根据权利要求3所述的蓄电池监测模块，其特征在于：还包括返校电路，本装置采用的是光耦返校，所述返校电路接收继电器控制电路的控制信号，经过光耦隔离电路到中央处理器，并与继电器输出状态进行比较，从而确定继电器的开合状态是否正常。

6.根据权利要求3所述的蓄电池监测模块，其特征在于：多路电压采集电路还包括多路采样电路，所述多路采样电路的每路采样电路包括第一电阻、第二电阻、稳压管、运算放大器，所述第一电阻与第二电阻相串联，其两端分别接于单节电池的负极与运算放大器的输出端，在第一电阻和第二电阻相连端接于稳压管的正极，稳压管的负极接于运算放大器的负极输入端，单节电池的正极与运算放大器的正极输入端相连，运算放大器的输出端为每路电压采集电路的输出端。

7.根据权利要求3所述的蓄电池监测模块，其特征在于：还包括温度采集电路，所述温度采集电路包括温度传感器，所述温度传感器用于测量电池的温度，温度传感器测得的温度值输入到中央处理器的温度采集端口。

8.根据权利要求1至7所述任意一项权利要求所述的蓄电池监测模块，其特征在于：所述相关电路集成在一块板卡上。