CN217739415U - 一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，包括：通过物联网连接的主控制系统、DC‑DC双向转换模块、充电模块、逆变模块、功率采集模块和储能电池组，DC‑DC双向转换模块设有输入端和输出端，逆变模块设有DC输入端和AC输出端，储能电池组和DC‑DC双向转换模块输入端通过电气连接，DC‑DC双向转换模块输出端与储能电池组和逆变模块的DC输入端相连，逆变模块AC输出端与电网相连，电网与负载之间通过功率采集模块相连接，物联网通过WIFI模块实现与主控制系统进行远程通讯控制。增加并网逆变方式，将原本损耗掉的电能逆变后并入电网，既能满足放电的功能需要又达到节约能源的目的，综合能量再生利用率高，节能环保。

Description

一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，更具体地说，涉及一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统。

背景技术

放电仪是专门用于电力、电信、铁路、电池生产企业或其它行业对蓄电池(24V、48V、110V、220V、400V、600V等)进行日常维护、容量检测以及检验直流电源带载能力而设计的。常规的放电仪的放电方式是利用功率管、电阻丝等元器件将电能以热能的形式完全损耗，以达到放电的目的。这样造成热能损耗，不能节约能源，综合能量再生利用率差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述的缺陷，一方面，本实用新型提供一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，包括：

通过物联网连接的主控制系统、DC-DC双向转换模块、充电模块、逆变模块、功率采集模块和储能电池组电池，所述DC-DC双向转换模块设有输入端和输出端，说是逆变模块设有DC输入端和AC输出端，所述储能电池组电池和所述DC-DC双向转换模块输入端通过电气连接，所述DC-DC双向转换模块输出端与所述储能电池组、所述逆变模块的DC输入端相连和充电模块的DC输出端相连接，所述逆变模块AC输出端与充电模块的AC输入端和电网相连，所述电网与负载之间通过所述功率采集模块相连接，所述物联网通过WIFI模块实现与主控制系统进行远程通讯控制。

优选地，所述主控制系统包括：单片机，所述单片机用于所述DC-DC 双向转换模块、充电模块、逆变模块、功率采集模块和储能电池组电池的控制和传感器信息的采集、处理和发送。

优选地，所述DC-DC双向转换模块包括：DC-DC控制芯片，实时检测电池的电压、电流、温度值，通过传感器采集信号，然后将采集到的数据通过数模转换后传送到所述单片机进行数据分析和处理。

优选地，所述充电模块用于电网的电压电流，进行整流，以提供稳定的电压和电流。

优选地，所述逆变模块包括：并网逆变器。

优选地，所述功率采集模块包括：功率采集器。

优选地，所述储能电池组电池由多个电池单体经串/并联后形成电池模块，再将多个电池模块串联成电池串，最后由多个电池串经并联而成。

另一方面，本实用新型还提供了另一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，包括：通过物联网连接的主控制系统、DC-DC双向转换模块、双向变流器、功率采集模块和储能电池组电池，所述DC-DC双向转换模块设有输入端和输出端，所述双向变流器设有DC输入端和AC输出端，所述储能电池组电池和所述DC-DC双向转换模块输入端通过电气连接，所述 DC-DC双向转换模块输出端分别与所述储能电池组、所述双向变流器的DC 输入端相连、所述双向变流器的DC输出端相连接，所述双向变流器的AC 输出端和电网相连，所述电网与负载之间通过所述功率采集模块相连接，所述物联网通过WIFI模块实现与主控制系统进行远程通讯控制。

优选地，所述双向变流器包括通过电气连接的DC-DC直流变换器和 DC-AC逆变整流器。

实施本实用新型的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，具有以下有益效果：增加了储能电池组，可将放电过程中放出的电量存储在储能电池组中二次利用；优化了DC-DC单向模块，升级为双向模块，免去了开关切换电路，在缩减电路节约成本的同时，避免了开关失灵导致输入输出反接导致系统无法正常工作的隐患；通过增加并网逆变方式，将原本损耗掉的电能逆变后并入电网，从而达到既能满足放电的功能需要又达到节约能源的目的，综合能量再生利用率高，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的功能框图；

图2是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的DC-DC 双向转换模块电路图；

图3是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的充电模块电路图；

图4是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的逆变模块电路图；

图5是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的功率采集器电路图；

图6是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的储能电池组电池电路图。

图7是本实用新型另一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的功能框图；

图8是图7中双向变流器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

请参阅图1，为本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的功能框图。如图1所示，在本实用新型第一实施例提供的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统中，至少包括：通过物联网连接的主控制系统、 DC-DC双向转换模块、充电模块、逆变模块、功率采集模块和储能电池组电池，所述DC-DC双向转换模块设有输入端和输出端，说是逆变模块设有DC 输入端和AC输出端，所述储能电池组电池和所述DC-DC双向转换模块输入端通过电气连接，所述DC-DC双向转换模块输出端与所述储能电池组、所述逆变模块的DC输入端相连和充电模块的DC输出端相连接，所述逆变模块AC输出端与充电模块的AC输入端和电网相连，所述电网与负载之间通过所述功率采集模块相连接，所述物联网通过WIFI模块实现与主控制系统进行远程通讯控制。

主控制系统包括：单片机，所述单片机用于所述DC-DC双向转换模块、充电模块、逆变模块、功率采集模块和储能电池组电池的控制和传感器信息的采集、处理和发送。单片机包括但是不限于：80C31，80C51，87C51， 80C32，80C52，87C52，STM32系列单片机等。本实施例STM32系列单片机选取STM32G474。

图2是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的DC-DC 双向转换模块电路图。如图2所示，DC-DC双向转换模块包括：DC-DC控制芯片，实时检测电池的电压、电流、温度值，通过传感器采集信号，然后将采集到的数据通过数模转换后传送到所述单片机进行数据分析和处理。该电路可以实时检测电池的外特性参数(如电压、电流、温度等)，实现电池内部状态估算和监测，其工作原理是通过各类传感器采集信号，然后将采集到的数据通过数模转换后传送到单片机进行数据分析和处理；且在输入输出端添加了输入/输出切换开关，可在通过单片机控制开关，从而切换电路为充电模式或放电模式。DC-DC双向转换模块的主要功能在于可对输入端的电压进行升降压后稳压输出，且相较于DC-DC单向模块，免去了逆变模块和充电模块分别与模块连接时需要通过开关电路调整输入端和输出端的接线方式的步骤。

图3是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的充电模块电路图。如图3所示，充电模块包括：用于电网的电压电流，进行整流，以提供稳定的电压和电流。

图4是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的逆变模块电路图。如图4所示，逆变模块包括并网逆变器，当功率器件S2、S3导通S1、S4关断时，逆变全桥的输出电压Uab为Ud，当功率器件S1、S导通S2、S3关断时，逆变全桥的输出电压Uab为-Ud，逆变全桥的开关信号由调制波信号和三角载波信号相比较产生，当载波频率远大于调制波频率并且载波幅度大于调制波幅度时，逆变全桥输出的SPWM脉冲电压中包含了调制波的所有等量信息以及集中在开关频率及其倍数处的高频谐波分量。从而实现逆变。

图5是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的功率采集器电路图。如图5所示，功率采集模块包括功率采集器，，变压器110将 AC电源10的输出电压进行转换后，输出给侦测模组120，侦测模组120中的二极管及电容对变压器110输出的信号进行整流滤波处理后输出至运放器130，运放器130对侦测模组120输出的信号按预设的比例放大后输出至 MCU 30，MCU 30根据运放器130输出的侦测信号得出AC电源的输出电流或输出电压。电压侦测模组70侦测模组70侦测电源模组80输出给负载的电压，并将侦测到的电压信号给MCU 30，可避免因电源模组80的实际输出电压与预设输出电压值不同而产生的误差。

图6是本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的储能电池组电池电路图。如图6所示，储能电池组电池由多个电池单体经串/并联后形成电池模块，再将多个电池模块串联成电池串，最后由多个电池串经并联而成。

本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的工作原理是：

待测电池连接处首先将信息通过串口发送至主控制系统，主控制系统判断是否满足启动条件并等待启动指令，判断通过后且接受到启动指令，主控制系统控制多个DC-DC双向转换模块开启输入端通道，其输入端与待测电池相连，其输出端与逆变模块与储能电池组电池相连，即DC-DC双向转换模块的输出功率等于逆变模块的输入功率加储能电池组电池的输入功率，与负载相连接的功率采集器采集负载功率信息并发送到主控制系统，主控制系统接受到负载功率信息后，控制多个DC-DC双向转换模块的输出端将逆变模块的输入功率和采集到的负载功率到1∶1，若DC-DC双向转换模块的输出功率有盈余则盈余部分为储能电池组电池的输入功率，若缺少则将全部电量通过逆变模块返还电网后对负载供电，缺失部分由电网进行补偿。充电模式时，单片机控制DC-DC双向转换模块内的开关进行切换，使得原输入端变为输出端，原输出端变为输入端，现输入端连接电网和储能电池组，由充电模块进行整流后的国网电流经过现输出端对电池进行充电，实现电量补偿的功能。

本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的应用场景是：

1、首先将本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统与市电连接，开机系统进入自检程序、包括网络联网状态，若无故障则提示正常，如有则显示故障预判结果信息。

2、待本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统开机正常后，将各电池的与本本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统各通道的连接，确认各一一对应无误。

3、设置连接各通道电池的型号、额定电压、额定容量及充放电保护电压、电流、时间、循环工步等参数。当检测电池同型号规格时各通放电参数可统一设置或电池型号规格不一时也可单独区别性设置，待确认所设参数无误后，启动本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统。

4、本实用新型基于物联网的储馈型电池充放电测试系统自动地依据用户所预设的参数智能化的执行内部预设的程序，执行步骤：

(1)、当只执行放电动作时，本系统通过采样DC-DC双向模块输出端的实际功率，并结合功率采集模块所采集到的实时负载功率数据，进而实时控制逆变模块的并网功率，因要达到能量再生利用经济效率最大化，也就是再生能量要通过用户内部自身负载功率完全消耗从而达到经济效益最大化，所以系统并网功率要小于等于实际负载功率。如DC-DC双向模块输出端的实际功率大于并网模块的输入功率，多余的能量储存于储能电池组中。

(2)、当需执行充放动作时，放电所产生的能量系统优先控制储存于储能电池组之中，同时系统会智能合理的控制再生能量并网输出功率，结合功率采集模块所采集到的实时负载功率数据，进而实现再生能量利用经济效益最大化。当执行充电动作时，系统会自动优先利用储能电池组所储存的电能，通过DC-DC双向转换模块对电池进行充电，当储能电池组的电量消耗到一定的预设值后，则通过充电模块对电池所预设的参数进行精确的补偿充电，最终实现能量综合利用转换效率最大化。

5、本系统的工作实时状态(含电压、电流、容量、功率、温度及湿度等信息)及其故障信息，通过物联网定时上传至云端服务器，通过后端平台对所反馈信息进行及时的处理、预警、远程控制及按需进行大数据分析。进而为客户提供更安全、智能、可靠的技术支持及售后服务。

可见，通过实施本实用新型，极大地提升了能量综合再生利用率，实现了国家提倡的节能减排的基础上，为客户获得从零到有的能量再生；健全了物联网端的远程智能化预警、控制及大数据分析技术支持功能；新增了储能、充电、智能化的再生能量利用并网控制功能，灵活的提升了再生能量利用完全内部负载消耗，为客户实现了能量再生利用的最佳经济效益；并网模块可按实际需求进行便捷选配、安装及更换。

实施例二

图7是本实用新型另一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统的功能框图，图8是图7中双向变流器的电路图。如图7、图8所示，另一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，在实施例一的基础上，将充电模块和逆变模块整合成双向变流器。一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统包括：通过物联网连接的主控制系统、DC-DC双向转换模块、双向变流器、功率采集模块和储能电池组电池，所述DC-DC双向转换模块设有输入端和输出端，所述双向变流器设有DC输入端和AC输出端，所述储能电池组电池和所述DC-DC双向转换模块输入端通过电气连接，所述DC-DC 双向转换模块输出端分别与所述储能电池组、所述双向变流器的DC输入端相连、所述双向变流器的DC输出端相连接，所述双向变流器的AC输出端和电网相连，所述电网与负载之间通过所述功率采集模块相连接，所述物联网通过WIFI模块实现与主控制系统进行远程通讯控制。双向变流器包括通过电气连接的DC-DC直流变换器和DC-AC逆变整流器。双向变流器前级为DC/DC直流变换器，采用半桥式双向Buck-Boost电路将电池电压升压至直流母线电压，根据直流侧电流/功率指令的闭环控制实现直流功率的双向传递；后级为DC/AC逆变整流器，采用三相全桥电路和LCL滤波器将直流母线电压逆变为三相交流电网电压，其中滤波电感Lg可设计为隔离变压器漏感，以减小装置体积。由于LCL滤波器在谐振频率以上以60dB/dec斜率衰减，故可很好地抑制并网电流中的高频谐波。后级变流器采用电压外环、电流内环的双闭环控制方式。电压外环控制器通过稳定直流母线电压产生参考电流信号，再通过电流内环控制器实现交流侧有功和无功调节，以提高系统的动态性能并实现限流保护。前级变换器负责调节PCS直流侧充放电电流，仅通过直流母线与后级并网变流器相连。为减小直流电流纹波，前级DC/DC变换器可采用多重化载波移相方法进行多组并联。

本实用新型通过以上实施例的设计，其有益效果是：增加了储能电池组，可将放电过程中放出的电量存储在储能电池组中二次利用；优化了 DC-DC单向模块，升级为双向模块，免去了开关切换电路，在缩减电路节约成本的同时，避免了开关失灵导致输入输出反接导致系统无法正常工作的隐患；通过增加并网逆变方式，将原本损耗掉的电能逆变后并入电网，从而达到既能满足放电的功能需要又达到节约能源的目的，综合能量再生利用率高，节能环保。

本实用新型与常规放电仪相比起来，提高了80％以上的能量再生综合利用率；与馈能型放电仪相比在功能上，通过对内部实际功耗的实时采集、配套储能系统、智能化的能量再生利用实时控制系统，灵活的提升了能量再生利用的经济效益最大化(40％以上)及能量综合利用的效率(25％以上)；相比于以上两种设备，无需重复性的设置所检测的电池参数及人为重复性的更换动作，本系统可实现一台设备多通道同时挂载带检测电池及一次性设置各电池参数，从而极大提高生产效率；通过健全的物联网平台功能，实现了远程智能化的控制、预警及信息采集，为客户提供了更安全、更智能、更可靠的技术支持及服务；增添了为国家实现低碳减排目标的一种技术途径。

本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (9)

1.一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，包括：通过物联网连接的主控制系统、DC-DC双向转换模块、充电模块、逆变模块、功率采集模块和储能电池组电池，所述DC-DC双向转换模块设有输入端和输出端，说是逆变模块设有DC输入端和AC输出端，所述储能电池组电池和所述DC-DC双向转换模块输入端通过电气连接，所述DC-DC双向转换模块输出端与所述储能电池组、所述逆变模块的DC输入端相连和充电模块的DC输出端相连接，所述逆变模块AC输出端与充电模块的AC输入端和电网相连，所述电网与负载之间通过所述功率采集模块相连接，所述物联网通过WIFI模块实现与主控制系统进行远程通讯控制。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，所述主控制系统包括：单片机，所述单片机用于所述DC-DC双向转换模块、充电模块、逆变模块、功率采集模块和储能电池组电池的控制和传感器信息的采集、处理和发送。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，所述DC-DC双向转换模块包括DC-DC控制芯片，实时检测电池的电压、电流、温度值，通过传感器采集信号，然后将采集到的数据通过数模转换后传送到所述单片机进行数据分析和处理。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，所述充电模块用于电网的电压电流，进行整流，以提供稳定的电压和电流。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，所述逆变模块包括：并网逆变器。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，所述功率采集模块包括：功率采集器。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，所述储能电池组电池由多个电池单体经串/并联后形成电池模块，再将多个电池模块串联成电池串，最后由多个电池串经并联而成。

8.一种基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，包括：通过物联网连接的主控制系统、DC-DC双向转换模块、双向变流器、功率采集模块和储能电池组电池，所述DC-DC双向转换模块设有输入端和输出端，所述双向变流器设有DC端和AC端，所述电池和所述DC-DC双向转换模块输入端通过电气连接，所述DC-DC双向转换模块输出端分别与所述储能电池组、所述双向变流器的DC端相连，所述双向变流器的AC端和电网相连，所述电网与负载之间通过所述功率采集模块相连接，所述物联网通过WIFI模块实现与主控制系统进行远程通讯控制。

9.根据权利要求8所述的基于物联网的储馈型电池充放电测试系统，其特征在于，所述双向变流器包括通过电气连接的DC-DC直流变换器和DC-AC逆变整流器。

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