CN213988974U - 磷酸铁锂电池实时监测管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种磷酸铁锂电池实时监测管理系统，包括电池组和监控管理单元，所述电池组为磷酸铁锂电池组，所述监控管理单元包括隔离放大单元、AD采样单元、微处理器、CAN总线、上位机、温度传感器、控制选通单元、保护单元和电压开关矩阵。应用本实用新型可以根据实时检测的电池电压、电流、温度等参数，对电池的荷电状态进行预测，判断电池状态，为电池组均衡提供参考信息。根据电池荷电状态和电池参数检测，实现单体电池能量均衡，通过检测与均衡，最终实现整组电池组的能量均衡，确保变电站直流系统安全可靠运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力装置领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池实时监测管理系统。
背景技术
铅酸电池一直被广泛应用，但目前我国资源紧缺，现有铅资源的储量动态开采保证年限仅为6-8年，影响了铅酸电池工业的发展。未来铅酸电池的市场占有量及使用量将会减低。锂离子电池具有体积重量能量比高、电压高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长等优点，是一种“绿色环保”的二次能源电池。因此锂离子电池取代铅酸电池将是未来发展的新趋势。常规铅酸蓄电池的监测系统只实时监控蓄电池电压，没有监控蓄电池容量，当运维管理不到位时，会出现蓄电池事故，造成放电容量不足的“猝死”现象。同时随着物联网技术的不断发展，目前的监测系统难以做到利用电力物联网实现变电站直流系统的全面深度感知和精准控制，无法实现电力系统在线检测。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种可以确保变电站直流系统安全可靠运行的磷酸铁锂电池组实时监测系统，包括电池组和监控管理单元，其特殊之处在于，所述电池组为磷酸铁锂单体电池串联而成；所述监控管理单元包括隔离放大单元、AD采样单元、微处理器、CAN总线、上位机、温度传感器、控制选通单元、保护单元和电压开关矩阵；其中，所述隔离放大单元接收电池组内各单体电池电压信号，经过处理后传送至所述AD采样单元；所述AD采样单元接收经过隔离放大单元处理后的电压信号，并将其转换成电压数字信号传送至微处理器，同时AD采样单元接收电池组内各单体电池电流信号，并将其转换成电流数字信号传送至微处理器；所述温度传感器接收电池组内各单体电池温度信号，并将其转换为温度数字信号传送至微处理器；所述微处理器接收AD采样单元传送的电压数字信号和电流数字信号，同时接收温度传感器传送的温度数字信号，微处理器将接收的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将温度数字信号进行处理得到单体电池温度信息，并将的荷电状态信息和单体电池温度信息通过CAN总线传送至上位机；所述上位机接收微处理器传送的各单体电池荷电状态信息，若单体电池的荷电量低于设定值，则判定单体电池需要充电，此时生成调整信号通过CAN总线传回微处理器，微处理器接收调整信号经过处理后，将调整信号发送至控制选通单元，所述控制选通单元将调整信号传送至电压开关矩阵；所述上位机接收微处理器传送的单体电池组温度信息，若温度高于设定值，则判定单体电池处于故障状态，生成保护信号通过CAN总线传回微处理器，微处理器接收保护信号经过处理后，将保护信号发送至保护单元，保护单元将保护信号发送至电压开关矩阵；所述电压开关矩阵可以通过调整多组开关的通断状态将各单体电池的接入充电电路或将单体电池短路；当电压开关矩阵接收到选通单元发出的信号时，调整相应开关状态，将需要充电的单体电池接入充电电路；当电压开关矩阵接收到保护单元发出的信号时，调整相应开关状态，将故障的单体电池进行短路保护。
进一步地，所述微处理器为采用ARM Cortex M4内核的32位单片机。
进一步地，所述CAN总线为RS485通信总线，支持IEC61850通信功能。
进一步地，所述上位机为PC机或移动终端。
本实用新型提供的磷酸铁锂电池组实时监测系统，可以根据实时检测的电池电压、电流、温度等参数，对电池的荷电状态进行预测，判断电池状态，为电池组均衡提供参考信息。根据电池荷电状态和电池参数检测，实现单体电池能量均衡，通过检测与均衡，最终实现整组电池组的能量均衡。同时设计了电路保护可以实现电池组温度异常保护，确保变电站直流系统安全可靠运行。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为磷酸铁锂电池实时监测管理系统的结构示意图。
图中：1、隔离放大单元，2、AD采样单元，3、微处理器，4、CAN总线，5、上位机，6、温度传感器，7、控制选通单元，8、保护单元，9、电压开关矩阵，10、电池组。
具体实施方式
为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步详述。
如图1所示，本实施例中磷酸铁锂电池实时监测管理系统包括电池组10和监控管理单元，所述电池组10为磷酸铁锂单体电池串联而成；所述监控管理单元包括隔离放大单元1、AD采样单元2、微处理器3、CAN总线4、上位机5、温度传感器6、控制选通单元7、保护单元8和电压开关矩阵9；其中，所述隔离放大单元1接收电池组10内各单体电池电压信号，经过处理后传送至所述AD采样单元2；所述AD采样单元2接收经过隔离放大单元1处理后的电压信号，并将其转换成电压数字信号传送至微处理器3，同时AD采样单元2接收电池组10内各单体电池电流信号，并将其转换成电流数字信号传送至微处理器3；所述温度传感器6接收电池组10内各单体电池温度信号，并将其转换为温度数字信号传送至微处理器3；所述微处理器3接收AD采样单元2传送的电压数字信号和电流数字信号，同时接收温度传感器6传送的温度数字信号，微处理器3将接收的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将温度数字信号进行处理得到单体电池温度信息，并将的荷电状态信息和单体电池温度信息通过CAN总线4传送至上位机5；所述上位机5接收微处理器3传送的各单体电池荷电状态信息，若单体电池的荷电量低于设定值，则判定单体电池需要充电，此时生成调整信号通过CAN总线4传回微处理器3，微处理器3接收调整信号经过处理后，将调整信号发送至控制选通单元7，所述控制选通单元7将调整信号传送至电压开关矩阵9；所述上位机5接收微处理器3传送的单体电池组温度信息，若温度高于设定值，则判定单体电池处于故障状态，生成保护信号通过CAN总线4传回微处理器3，微处理器3接收保护信号经过处理后，将保护信号发送至保护单元8，保护单元8将保护信号发送至电压开关矩阵9；所述电压开关矩阵9可以通过调整多组开关的通断状态将各单体电池的接入充电电路或将单体电池短路；当电压开关矩阵9接收到选通单元7发出的信号时，调整相应开关状态，将需要充电的单体电池接入充电电路；当电压开关矩阵9接收到保护单元8发出的信号时，调整相应开关状态，将故障的单体电池进行短路保护。
所述微处理器3为采用ARM Cortex M4内核的32位单片机。
所述CAN总线4为RS485通信总线，支持IEC61850通信功能。
所述上位机5为PC机等固定终端或手机等移动终端。
应用磷酸铁锂电池实时监测管理系统进行监测和管理的步骤如下：
(1)隔离放大单元1接收电池组10内各单体电池电压信号，经过处理后传送至所述AD采样单元2；所述AD采样单元2接收经过隔离放大单元1处理后的电压信号，并将其转换成电压数字信号传送至微处理器3；
(2)AD采样单元2接收电池组10内各单体电池电流信号，并将其转换成电流数字信号传送至微处理器3；
(3)温度传感器6接收电池组10内各单体电池的温度信号，并将其转换成温度数字信号传送至微处理器3；
(4)微处理器3将接收到的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将单体电池温度信号进行处理得到各单体电池温度信息，同时将荷电状态信息和单体电池温度信息通过CAN总线4传送至上位机5；
(5)上位机5接收微处理器3传送的各单体电池荷电状态信息和单体电池温度信息并进行判断，若单体电池荷电量低于设定值则判定单体电池需进行充电，进入步骤(6)，若单体电池温度高于设定值，则判定单体电池处于故障，进入步骤(7)，若没有出现以上两种情况，组判定电池组10工作正常，完成本次监测，返回步骤(1)，进入下一次监测循环；
(6)上位机5生成调整信号通过CAN总线4传回微处理器3，微处理器3接收调整信号经过处理后，将调整信号发送至控制选通单元7，控制选通单元7将调整信号传送至电压开关矩阵9，电压开关矩阵9接收到选通单元7发出的信号时，调整相应开关状态，将需要充电的单体电池接入充电电路，完成电池组10状态调整；
(7)上位机5生成保护信号通过CAN总线4传回微处理器3，微处理器3接收保护信号经过处理后，将保护信号发送至保护单元8，保护单元8将保护信号发送至电压开关矩阵9，电压开关矩阵9接收到保护单元8发出的信号时，调整相应开关状态，将需要故障单体电池进行短路，完成电池组10状态调整。
本实施例提供的磷酸铁锂电池组实时在线监测系统，可以根据实时检测的电池电压、电流、温度等参数，对电池的荷电状态进行预测，判断电池状态，为电池组均衡提供参考信息。根据电池荷电状态和电池参数检测，实现单体电池能量均衡，通过检测与均衡，最终实现整组电池组的能量均衡。同时设计了电路保护可以实现电池组温度异常保护，确保变电站直流系统安全可靠运行。
以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种磷酸铁锂电池实时监测管理系统，包括电池组和监控管理单元，其特征在于，所述电池组为磷酸铁锂单体电池串联而成；所述监控管理单元包括隔离放大单元、AD采样单元、微处理器、CAN总线、上位机、温度传感器、控制选通单元、保护单元和电压开关矩阵；其中，所述隔离放大单元接收电池组内各单体电池电压信号，经过处理后传送至所述AD采样单元；所述AD采样单元接收经过隔离放大单元处理后的电压信号，并将其转换成电压数字信号传送至微处理器，同时AD采样单元接收电池组内各单体电池电流信号，并将其转换成电流数字信号传送至微处理器；所述温度传感器接收电池组内各单体电池温度信号，并将其转换为温度数字信号传送至微处理器；所述微处理器接收AD采样单元传送的电压数字信号和电流数字信号，同时接收温度传感器传送的温度数字信号，微处理器将接收的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将温度数字信号进行处理得到单体电池温度信息，并将的荷电状态信息和单体电池温度信息通过CAN总线传送至上位机；所述上位机接收微处理器传送的各单体电池荷电状态信息，若单体电池的荷电量低于设定值，则判定单体电池需要充电，此时生成调整信号通过CAN总线传回微处理器，微处理器接收调整信号经过处理后，将调整信号发送至控制选通单元，所述控制选通单元将调整信号生成传送至电压开关矩阵；所述上位机接收微处理器传送的单体电池组温度信息，若温度高于设定值，则判定单体电池处于故障状态，生成保护信号通过CAN总线传回微处理器，微处理器接收保护信号经过处理后，将保护信号发送至保护单元，保护单元将保护信号发送至电压开关矩阵；所述电压开关矩阵可以通过调整多组开关的通断状态实现电池组将各单体电池的接入充电电路或将单体电池短路；当电压开关矩阵接收到选通单元发出的信号时，调整相应开关状态，将需要充电的单体电池接入充电电路；当电压开关矩阵接收到保护单元发出的信号时，调整相应开关状态，将故障的单体电池进行短路保护。
2.如权利要求1所述磷酸铁锂电池实时监测管理系统，其特征在于，所述微处理器为采用ARM Cortex M4内核的32位单片机。
3.如权利要求1所述磷酸铁锂电池实时监测管理系统，其特征在于，所述CAN总线为RS485通信总线，支持IEC61850通信功能。
4.如权利要求1所述磷酸铁锂电池实时监测管理系统，其特征在于，所述上位机为PC机或移动终端。
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