CN213149510U - 一种电池运维管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及了一种电池运维管理系统包括上位机、监测主机、若干个单体采集模块以及若干与对应单体采集模块配合的电池组；所述的每个电池组包括若干节电池，所述单体采集模块用于对相应的电池组中的每节电池的电压、内阻进行采集并传输至监测主机；所述监测主机用于对电池组电压、电池组充放电流信息采集并采集单元通信，同时对所有数据进行分析、存储、显示、告警、及上传至上位机；所述上位机与监测主机之间以及监测主机与上位机之间通过RS485总线连接，本方案能及时可靠的对对电池组进行检测，以及维护电池系统的正常运行。

Description

一种电池运维管理系统

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及了一种电池运维管理系统。

背景技术

蓄电池作为电源系统的后备电源，为各种重要用电设备提供安全、稳定、可靠的保障，确保继电保护、通信设备的正常运行。如果不能妥善的管理使用蓄电池组，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容量下降，从而影响设备的正常供电。因此，及时可靠的对电池组进行检测对维护电池系统的正常运行具有十分重要的意义。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型提出了一种电池运维管理系统，以便于及时可靠的对对电池组进行检测，以及维护电池系统的正常运行。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是，一种电池运维管理系统，上位机、监测主机、若干个单体采集模块以及若干与对应单体采集模块配合的电池组；所述的每个电池组包括若干节电池，所述单体采集模块用于对相应的电池组中的每节电池的电压、内阻进行采集并传输至监测主机；所述监测主机用于对电池组电压、电池组充放电流信息采集并采集单元通信，同时对所有数据进行分析、存储、显示、告警、及上传至上位机；所述上位机与监测主机之间以及监测主机与上位机之间通过RS485总线连接。

作为优选，所述的电池组包括12节电池。

作为优选，所述的每个单体采集模块配设一路外置温度传感器单元输入接口。

作为优选，所述的监测主机包括电池均衡、内阻测试、电压巡检三种工作模式状态，并可自动切换；其中电池均衡包括：

电池均衡功能单元，开启电池均衡功能后，系统自动判断电池组的充放电状态，当蓄电池处于浮充状态时自动进入均衡模式，均衡完成后自动退出此模式进入电压巡检模式；

所述的内阻测试模式包括：

整组内阻测试单元，系统进入内阻测试模式后即逐一完成所监测电池的内阻测试，测试完成后自动保存测试数据；

单体内阻测试单元，系统可启动对设定单体电池进行内阻测试，而不需要对所有电池进行一次内阻测试；

所述的电压巡检模式包括：

电池状态监测单元，系统实时监测电池组的端电压及充放电电流，并实时判断电池的充放电状态：均充、浮充及放电状态，电池在浮充状态下可转入均衡模式；

多路温度监测单元，每个电池单体采集模块均配有一个外接温度传感器，可对电池温度进行监测；

单体电池信息分析单元，系统每秒会计算出最高电压的电池及其序号，最低电池电压及其序号，最大内阻电池及其序号，及单体平均电压，并显示在主界面，方便用户快速了解整组电池信息；

多种类型告警及告警记录单元，实时显示详细的系统及单体告警信息，并记录其发生的时间及详细信息；

多种操作时间记录单元，记录的系统操作事件包括系统启动时间、手动进入内阻测试时间、自动进入内阻测试时间；

历史储存及查询单元，电池单体信息可自动或手动存储到历史数据里面，可设置自动存储时间间隔，最快可设置每1分钟存储一组蓄电池单体数据；

电池开路及离线监测单元，对蓄电池模拟量采样信息分析，判断蓄电池是否处于开路或离线状态，并显示告警及记录；

通信中断提示单元，系统实时显示子系统及上位机系统通信状态，通信中断会提示告警；

用户权限管理单元，监测系统设有权限密码，用以验证用户身份，防止误操作；

参数设置单元，系统提供提供了详细的参数设置项，适用于各种运行环境下蓄电池组的监测要求；

充放电容量监测单元，可持续监测蓄电池组的充放电容量；

USB接口数据导出单元，系统监测的单体历史信息可通过USB接口导出；

多种数据上传接口单元，系统提供RS232、RS485或以太网接口的数据上传功能；

多方式呈现警告单元，系统具有声光报警功能，当测量数据超过参数越限设置值后，将实时显示出来，告警指示灯亮，并提供无源输出告警触点。上述各个功能单元均对应有各自的嵌入监测主机内的功能电路，以便于正常工作。

作为优选，所述监测主机还包括用于显示各项数据的显示面板，所述显示面板包括液晶显示屏以及电源灯、运行灯、告警灯、通讯灯。

作为优选，所述监测主机还包括背板，所述背板包括：

开关，用于开闭电源；电源端子，接入工作电源；

端子2：该端子包括1、2脚GPSB、GPSA为预留GPS校时信号输入，3、4、5脚X1、X2、XC为预留遥信输入端子，XC为公共端，6、 7脚X5-、X5+为遥控端子接点，8、9、10、11、12脚J4、3、J2、J1， JC为告警状态输出干接点，JC为公共点；

端子3：该端子包括1脚UH为接母线正，2、3、4脚B+、Mid、 B-分别连接蓄电池组的正电压端，中间点及负电源端，5、6、7、8 脚G、M、－、+对应电流传感器的COM、OUT、12V—、12V+，9、10 脚F+、F-为分流器75mV信号输入，11、12脚A2、B2为与采集均衡模块RS485通信接口，USB：为USB数据接口；

端子5，该端子包括1、2脚A1、B1为与上位机RS485通信接口； 3、4、5脚G2、R2、T2为与上位机RS232通信接口GND、RX、TX；6、 7、8脚R3、T3、G3为预留通信接口；LAN：预留以太网接口。

作为优选，所述单体采集模块可监测12只电池，每个模块有各自的地址编号，与电池连接时应按顺序接入。

技术原理：

上述的整个系统用工业级芯片和元器件进行设计和生产，主机为高速32位工控CPU，芯片型号为STM32FI03VET6，系统总处理能力随监测蓄电池数量动态调整，最多可支持数十个采集均衡模块同步运行；系统利用数字信号增强DSE技术，基于FIR数字信号处理方法对海量 AD采样数据进行滤波，筛选和增强，保证了电池电压与内阻测试精度；有蓄电池接入装置前都经过保险丝，确保不会损坏蓄电池；每个蓄电池都有各自独立的采样通道，隔离电压等级达到3000V；在线内阻测量，系统采用分段式小电流放电法测试电池内阻，不对系统注入任何信号，无需电池脱离系统；衡内部采用固态开关而非触点继电器，无拉弧、无明火、寿命长；件陷阱和监控芯片双重抗干扰设计，能保证在强电干扰环境下长时间稳定运行；单体采集模块支持热插拔和自动识别，主机定时校准采集模块时钟；各个部件之间通讯总线定时自检，并实时显示通信状态。

有益效果：

本电池运维管理系统可监测蓄电池组总电压、蓄电池组充放电电流、单体电池电压、单体电池内阻等重要参数，并能对单体电池的电压进行均衡操作，使蓄电池电压始终保持在合理的浮充范围内，提高后备电源系统的保障度，最大限度地延长蓄电池的使用寿命，节约运营成本。

附图说明

图1：本实用新型一种电池运维管理系统的组成框架示意图；

图2：监测主机显示面板示意图；

图3：监测主机背板结构示意图一；

图4：监测主机背板结构示意图二；

图5：监测主机背板结构示意图三；

图6：监测主机的芯片STM32FI03VET6引脚示意图；

图7：供电电路图；

图8：电池组参数测量电路图；

图9：USB接口电路图；

图10：采集通道信号处理电路；

图11：本发明端子1结构示意图；

图12：本发明端子2结构示意图。

附图标记包括：上位机1、监测主机2、单体采集模块3、电池组4、液晶显示屏5、电源灯6、运行灯7、告警灯8、通讯灯9。

具体实施方式

实施例

如图1-12所示，本一种电池运维管理系统包括，上位机1、监测主机2、若干个单体采集模块3以及若干与对应单体采集模块配合的电池组4；所述的每个电池组包括若干节电池，所述单体采集模块用于对相应的电池组中的每节电池的电压、内阻进行采集并传输至监测主机；所述监测主机用于对电池组电压、电池组充放电流信息采集并采集单元通信，同时对所有数据进行分析、存储、显示、告警、及上传至上位机；所述上位机与监测主机之间以及监测主机与上位机之间通过RS485总线连接。

作为优选，所述的电池组包括12节单体电池。

作为优选，所述的每个单体采集模块4配设一路外置温度传感器单元输入接口。

作为优选，所述的监测主机2包括电池均衡、内阻测试、电压巡检三种工作模式状态，并可自动切换；

其中电池均衡模式包括：

电池均衡功能单元，开启电池均衡功能后，系统自动判断电池组的充放电状态，当蓄电池处于浮充状态时自动进入均衡模式，均衡完成后自动退出此模式进入电压巡检模式；

所述的内阻测试模式包括：

整组内阻测试单元，系统进入内阻测试模式后即逐一完成所监测电池的内阻测试，测试完成后自动保存测试数据；

单体内阻测试单元，系统可启动对设定单体电池进行内阻测试，而不需要对所有电池进行一次内阻测试；

所述的电压巡检模式包括：

电池状态监测单元，系统实时监测电池组的端电压及充放电电流，并实时判断电池的充放电状态：均充、浮充及放电状态，电池在浮充状态下可转入均衡模式；

多路温度监测单元，每个电池单体采集模块均配有一个外接温度传感器，可对电池温度进行监测；

单体电池信息分析单元，系统每秒会计算出最高电压的电池及其序号，最低电池电压及其序号，最大内阻电池及其序号，及单体平均电压，并显示在主界面，方便用户快速了解整组电池信息；

多种类型告警及告警记录单元，实时显示详细的系统及单体告警信息，并记录其发生的时间及详细信息；

多种操作时间记录单元，记录的系统操作事件包括系统启动时间、手动进入内阻测试时间、自动进入内阻测试时间；

历史储存及查询单元，电池单体信息可自动或手动存储到历史数据里面，可设置自动存储时间间隔，最快可设置每1分钟存储一组蓄电池单体数据；

电池开路及离线监测单元，对蓄电池模拟量采样信息分析，判断蓄电池是否处于开路或离线状态，并显示告警及记录；

通信中断提示单元，系统实时显示子系统及上位机系统通信状态，通信中断会提示告警；

用户权限管理单元，监测系统设有权限密码，用以验证用户身份，防止误操作；

参数设置单元，系统提供提供了详细的参数设置项，适用于各种运行环境下蓄电池组的监测要求；

充放电容量监测单元，可持续监测蓄电池组的充放电容量；

USB接口数据导出单元，系统监测的单体历史信息可通过USB接口导出；

多种数据上传接口单元，系统提供RS232、RS485或以太网接口的数据上传功能；

多方式呈现警告单元，系统具有声光报警功能，当测量数据超过参数越限设置值后，将实时显示出来，告警指示灯亮，并提供无源输出告警触点。上述各个功能单元均对应有各自的嵌入监测主机内的功能电路，以便于正常工作。

作为优选，所述监测主机还包括用于显示各项数据的显示面板，所述显示面板包括液晶显示屏5以及电源灯6、运行灯7、告警灯8、通讯灯9。

作为优选，所述监测主机还包括背板，如图3所示背板包括：

开关，用于开闭电源；电源端子(图4)，接入工作电源；

端子2(图4)：该端子包括1、2脚GPSB、GPSA为预留GPS校时信号输入，3、4、5脚X1、X2、XC为预留遥信输入端子，XC为公共端，6、7脚X5-、X5+为遥控端子接点，8、9、10、11、12脚J4、3、 J2、J1，JC为告警状态输出干接点，JC为公共点；

端子3(图5)：该端子包括1脚UH为接母线正，2、3、4脚B+、 Mid、B-分别连接蓄电池组的正电压端，中间点及负电源端，5、6、7、 8脚G、M、－、+对应电流传感器的COM、OUT、12V—、12V+，9、10 脚F+、F-为分流器75mV信号输入，11、12脚A2、B2为与采集均衡模块RS485通信接口，USB：为USB数据接口；

端子5(图5)，该端子包括1、2脚A1、B1为与上位机RS485通信接口；3、4、5脚G2、R2、T2为与上位机RS232通信接口GND、RX、 TX；6、7、8脚R3、T3、G3为预留通信接口；LAN：预留以太网接口。

作为优选，所述单体采集模块可监测12只电池，每个模块有各自的地址编号，与电池连接时应按顺序接入，比如地址编号为0号的模块监测第1～12节蓄电池，地址编号为1号的模块监测第13～24节蓄电池，依次类推；本模块接线端子如图11-12示，其中：

连接1+，2+，3+…，到每节电池对应极柱正极。

连接1-，2-，3-…，到每节电池对应极柱负极。

P+,P-:电源供电端子，DC24V供电输入；

V,DQ,GND:连接一个DS18B20数字温度传感器；

A1,B1：与监测系统主机通信接口；

A+,A-:内阻测试放电端子,连接被测12节电池的正负端。

如图7-10为本方案中的部分功能电路示意图；其中所示各个电路中接线引脚与图6中监测主机的芯片STM32FI03VET6的引脚相对应。

实际工作过程中，本方案的整个系统用工业级芯片和元器件进行设计和生产，主机为高速32位工控CPU，芯片型号为STM32FI03VET6，系统总处理能力随监测蓄电池数量动态调整，最多可支持数十个采集均衡模块同步运行；系统利用数字信号增强DSE技术，基于FIR数字信号处理方法对海量AD采样数据进行滤波，筛选和增强，保证了电池电压与内阻测试精度；有蓄电池接入装置前都经过保险丝，确保不会损坏蓄电池；每个蓄电池都有各自独立的采样通道，隔离电压等级达到3000V；在线内阻测量，系统采用分段式小电流放电法测试电池内阻，不对系统注入任何信号，无需电池脱离系统；衡内部采用固态开关而非触点继电器，无拉弧、无明火、寿命长；件陷阱和监控芯片双重抗干扰设计，能保证在强电干扰环境下长时间稳定运行；单体采集模块支持热插拔和自动识别，主机定时校准采集模块时钟；各个部件之间通讯总线定时自检，并实时显示通信状态。本电池运维管理系统可监测蓄电池组总电压、蓄电池组充放电电流、单体电池电压、单体电池内阻等重要参数，并能对单体电池的电压进行均衡操作，使蓄电池电压始终保持在合理的浮充范围内，提高后备电源系统的保障度，最大限度地延长蓄电池的使用寿命，节约运营成本。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电池运维管理系统，其特征在于，包括上位机、监测主机、若干个单体采集模块以及若干与对应单体采集模块配合的电池组；所述的每个电池组包括若干节电池，所述单体采集模块用于对相应的电池组中的每节电池的电压、内阻进行采集并传输至监测主机；所述监测主机用于对电池组电压、电池组充放电流信息采集并采集单元通信，同时对所有数据进行分析、存储、显示、告警、及上传至上位机；所述上位机与监测主机之间以及监测主机与上位机之间通过RS485总线连接。

2.根据权利要求1所述的一种电池运维管理系统，其特征在于，所述的电池组包括12节电池。

3.根据权利要求1所述的一种电池运维管理系统，其特征在于，所述的每个单体采集模块配设一路外置温度传感器单元输入接口。

4.根据权利要求3所述的一种电池运维管理系统，其特征在于，所述的监测主机包括电池均衡、内阻测试、电压巡检三种工作模式状态，并可自动切换；其中电池均衡包括：

电池均衡功能单元，开启电池均衡功能后，系统自动判断电池组的充放电状态，当蓄电池处于浮充状态时自动进入均衡模式，均衡完成后自动退出此模式进入电压巡检模式；

所述的内阻测试模式包括：

整组内阻测试单元，系统进入内阻测试模式后即逐一完成所监测电池的内阻测试，测试完成后自动保存测试数据；

单体内阻测试单元，系统可启动对设定单体电池进行内阻测试，而不需要对所有电池进行一次内阻测试；

所述的电压巡检模式包括：

电池状态监测单元，系统实时监测电池组的端电压及充放电电流，并实时判断电池的充放电状态：均充、浮充及放电状态，电池在浮充状态下可转入均衡模式；

多路温度监测单元，每个电池单体采集模块均配有一个外接温度传感器，可对电池温度进行监测；

单体电池信息分析单元，系统每秒会计算出最高电压的电池及其序号，最低电池电压及其序号，最大内阻电池及其序号，及

单体平均电压，并显示在主界面，方便用户快速了解整组电池信息；

多种类型告警及告警记录单元，实时显示详细的系统及单体告警信息，并记录其发生的时间及详细信息；

多种操作时间记录单元，记录的系统操作事件包括系统启动时间、手动进入内阻测试时间、自动进入内阻测试时间；

历史储存及查询单元，电池单体信息可自动或手动存储到历史数据里面，可设置自动存储时间间隔，最快可设置每1分钟存储一组蓄电池单体数据；

电池开路及离线监测单元，对蓄电池模拟量采样信息分析，判断蓄电池是否处于开路或离线状态，并显示告警及记录；

通信中断提示单元，系统实时显示子系统及上位机系统通信状态，通信中断会提示告警；

用户权限管理单元，监测系统设有权限密码，用以验证用户身份，防止误操作；

参数设置单元，系统提供了详细的参数设置项，适用于不同运行环境下电池组的监测要求；

充放电容量监测单元，可持续监测电池组的充放电容量；

USB接口数据导出单元，系统监测的单体历史信息可通过USB接口导出；

多种数据上传接口单元，系统提供RS232、RS485或以太网接口的数据上传功能；

多方式呈现警告单元，系统具有声光报警功能，当测量数据超过参数越限设置值后，将实时显示出来，告警指示灯亮，并提供无源输出告警触点。

5.根据权利要求4所述的一种电池运维管理系统，其特征在于，所述监测主机还包括用于显示各项数据的显示面板，所述显示面板包括液晶显示屏以及电源灯、运行灯、告警灯、通讯灯。

6.根据权利要求5所述的一种电池运维管理系统，其特征在于，所述监测主机还包括背板，所述背板包括：

开关，用于开闭电源；

电源端子，接入工作电源；

端子2：该端子包括1、2脚GPSB、GPSA为预留GPS校时信号输入，

3、4、5脚X1、X2、XC为预留遥信输入端子，XC为公共端，

6、7脚X5-、X5+为遥控端子接点，

8、9、10、11、12脚J4、3、J2、J1，JC为告警状态输出干接点，JC为公共点；

端子3：该端子包括1脚UH为接母线正，

2、3、4脚B+、Mid、B-分别连接蓄电池组的正电压端，中间点及负电源端，

5、6、7、8脚G、M、－、+对应电流传感器的COM、OUT、12V—、12V+，

9、10脚F+、F-为分流器75mV信号输入，

11、12脚A2、B2为与采集均衡模块RS485通信接口，

USB：为USB数据接口；

端子5，该端子包括1、2脚A1、B1为与上位机RS485通信接口；

3、4、5脚G2、R2、T2为与上位机RS232通信接口GND、RX、TX；

6、7、8脚R3、T3、G3为预留通信接口；

LAN：预留以太网接口。

7.根据权利要求6所述的一种电池运维管理系统，其特征在于，所述单体采集模块可监测12只电池，每个模块有各自的地址编号，与电池连接时应按顺序接入。

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