CN219625667U - 一种蓄电池老化在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种蓄电池老化在线监测系统,其特征在于,包括:主控模块、采集模块与显示模块;所述采集模块,用于采集蓄电池的充电电压数据与充电电流数据并发送给所述主控模块;所述主控模块,用于接收所述充电电压与充电电流数据,得到所述蓄电池的蓄电池健康度SOH数据并发送给所述显示模块;所述显示模块,用于显示所述蓄电池的SOH数据。该装置能在线监测火电厂调频储能系统用磷酸铁锂蓄电池的老化情况提出维护建议,不影响蓄电池的正常使用,并且评估老化情况的时间短,能够实时显示蓄电池健康度。
Description
技术领域
本申请涉及蓄电池老化评估领域,尤其涉及一种蓄电池老化在线监测系统。
背景技术
双碳背景下,调频储能已然成为我国电力系统转型发展的重要组成部分和关键技术支撑,而磷酸铁锂蓄电池作为目前调频储能系统核心元器件,其使用过程中的老化和性能衰减关乎整个电站站的性能和调频指标,也成为电站运行中最为关注的焦点之一,行业内对蓄电池的老化评估均为针对常规蓄电池,不能完全适用于电力行业新形势下调频储能系统磷酸铁锂蓄电池的老化评估。
目前,行业内对磷酸铁锂蓄电池的老化评估普遍需要将蓄电池退出运行后单独隔离,使用专用设备对其进行详细评估,该方案退备磷酸铁锂蓄电池会影响蓄电池的投入率,并且退备磷酸铁锂蓄电池的时间较长,会造成较大的经济损失,同时受评估设备的限制,磷酸铁锂蓄电池老化评估也不够精准。行业内也有通过磷酸铁锂蓄电池内阻来评估磷酸铁锂蓄电池老化程度的方法,该方案需耗费很长时间建立磷酸铁锂蓄电池内阻和老化程度之间的关系,并且不能在线实时监控电池健康度的情况,影响磷酸铁锂蓄电池的正常运行和维护效率。
实用新型内容
为了解决这一技术问题,本申请提供了一种蓄电池老化在线监测系统,该系统能够在线监测火电厂调频储能系统用磷酸铁锂蓄电池的老化情况提出维护建议,不影响蓄电池的正常使用,并且评估老化情况的时间短,能够实时显示蓄电池健康度。
为实现本申请的目的,本申请通过以下技术方案实现:一种蓄电池老化在线监测系统,其特征在于,包括:主控模块、采集模块与显示模块;
所述采集模块,用于采集蓄电池的充电电压数据与充电电流数据并发送给所述主控模块;
所述主控模块,用于接收所述充电电压与充电电流数据,得到所述蓄电池的蓄电池健康度SOH数据并发送给所述显示模块;
所述显示模块,用于显示所述蓄电池的SOH数据。
可选的,显示模块为显示屏。
可选的,所述采集模块还用于采集蓄电池实时内阻并发送给主控模块;所述主控模块还用于根据蓄电池实时内阻得到SOH。
在一种可能的实现方式中,所述采集模块包括:电压采集元件,用于采集所述蓄电池的充电电压数据;电流采集元件,用于采集所述蓄电池的充电电流数据;温度采集元件,用于采集所述蓄电池的温度数据。
可选的,所述电压采集元件为电子专用445芯片。
可选的,所述电流采集元件为霍尔传感器。
可选的,所述温度采集元件为热电偶。
在一种可能的实现方式中,所述在线监测系统还包括:散热风扇,所述散热风扇设置在蓄电池箱内;所述主控模块还包括控制模块,用于接收所述蓄电池温度,在所述蓄电池温度升高到第一预设值时启动散热风扇,以及,还用于在所述蓄电池温度降低到第二预设值时关闭散热风扇。
可选的,所述第一预设值为27℃;所述第二预设值为24℃。
在一种可能的实现方式中,所述主控模块包括:处理元件,所述处理元件包括处理器、储存设备与系统时钟;所述系统时钟,用于获取充电时间;所述储存设备,用于储存数据;所述处理器,用于通过所述充电电压数据与所述充电电流数据计算得到充电功率并储存到所述储存设备,以及,用于通过所述充电功率与所述充电时间得到总充电量,以及,用于通过所述总充电量与预设的蓄电池容量得到循环充电次数,以及,用于将所述循环充电次数代入预设的电芯循环寿命衰减曲线得到所述蓄电池的SOH数据。
在一种可能的实现方式中,所述处理器,用于根将所述充电电压数据与所述充电电流数据输入第一公式计算得到充电功率并储存到所述储存设备,其中,所述第一公式为:P=V×I;其中,P为充电功率,V为充电电压,I为充电电流。
在一种可能的实现方式中,所述处理器,用于根将所述充电功率与所述充电时间数据输入第二公式计算得到总充电量,其中,所述第二公式为:Q=(P1+P2+…+Pn)×t;其中,Q为总充电量,P1为第一次充电功率,P2为第二次充电功率,Pn为第n次充电功率,t为充电时间。
在一种可能的实现方式中,所述处理器,用于根将所述总充电量与所述预设的蓄电池容量数据输入第三公式计算得到所述循环充电次数,其中,所述第三公式为:N=Q÷C;其中,N为循环充电次数,Q为总充电量,C为预设蓄电池容量。
在一种可能的实现方式中,所述在线监测系统,还包括:均衡模块,用于获取所述充电电压数据与所述充电电流数据,当所述充电电压数据超出电压预设范围时自动调整电压到所述电压预设范围内,当所述充电电流数据超出电流预设范围时自动调整电电流到所述电流预设范围内。
可选的,所述电压预设范围为3.2-3.65V;所述电流预设范围为0.5-2C。
在一种可能的实现方式中,所述均衡模块、主控模块、采集模块与显示模块通过CAN总线连接。
在一种可能的实现方式中,所述显示模块,还用于在所述蓄电池的SOH处于第一SOH预设范围时,显示第一预设文字,以及,在所述蓄电池的SOH处于第二SOH预设范围时,显示第二预设文字。
可选的,所述第一预设文字为正常;所述第二预设文字为维护。
在一种可能的实现方式中,所述采集模块,还用于采集蓄电池OCV、放电电压与放电电流并发送给所述主控模块;所述主控模块,还用于基于所述采集模块采集的所述充电电压数据、所述充电电压数据、所述蓄电池开路电压OCV、所述放电电压与所述放电电流,计算SOC、SOE、总放电量、可充电量、可放电量并指示所述显示模块显示。
可选的,通过开路电压OCV计算蓄电池SOC。
本申请提供的技术方案的技术效果如下:
通过采用本申请的蓄电池老化在线监测系统,能够实现以下技术效果:该系统能够通过采集蓄电池充电时的充电电压与充电电流计算出蓄电池的健康度SOH,并实时通过显示模块显示,并显示预设的蓄电池维护建议文本,并且还能够显示蓄电池的SOC、SOE、总放电量、可充电量、可放电量。监测老化情况的过程不影响蓄电池的正常使用,并且评估老化情况的时间短,能够实时显示蓄电池健康度,方便操作人员随时查看。
附图说明
图1为本申请蓄电池老化在线监测系统的结构示意图;
图2为本申请显示模块的显示界面示意图;
图3为本申请处理元件的结构示意图;
图4为本申请处理元件中预设的老化拟合曲线示意图。
附图标记:1-主控模块;2-CAN总线;3-采集模块;4-均衡模块;5-显示模块。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请中的附图,对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征;在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
图1为本申请实施例提供的蓄电池老化在线监测系统的结构示意图,如图1所示,本申请实施例提供一种蓄电池老化在线监测系统,包括:主控模块、采集模块与显示模块。
在本申请实施例中,所述采集模块,用于采集蓄电池的充电电压数据与充电电流数据并发送给所述主控模块;所述主控模块,用于接收所述充电电压与充电电流数据,得到所述蓄电池的蓄电池健康度SOH数据并发送给所述显示模块;所述显示模块,用于显示所述蓄电池的SOH数据,采用该实施方式能够实现对蓄电池的蓄电池健康度SOH进行在线监控。
可选的,显示模块为显示屏。
在一种可能的实施方式中,所述采集模块包括:电压采集元件,用于采集所述蓄电池的充电电压数据;电流采集元件,用于采集所述蓄电池的充电电流数据;温度采集元件,用于采集所述蓄电池的温度数据,采用该实施方式能够实现对蓄电池各项参数的采集。
可选的,所述电压采集元件为电子专用445芯片。
可选的,所述电流采集元件为霍尔传感器。
可选的,所述温度采集元件为热电偶。
在一种可能的实施方式中,所述在线监测系统还包括:散热风扇,所述散热风扇设置在蓄电池箱内;所述主控模块还包括控制模块,用于接收所述蓄电池温度,在所述蓄电池温度升高到第一预设值时启动散热风扇,以及,还用于在所述蓄电池温度降低到第二预设值时关闭散热风扇,采用该实施方式能够在蓄电池过热时启动散热风扇,对蓄电池进行及时降温。
可选的,所述第一预设值为27℃;所述第二预设值为24℃。
在一种可能的实施方式中,所述主控模块包括:处理元件,所述处理元件包括处理器、储存设备与系统时钟;所述系统时钟,用于获取充电时间;所述储存设备,用于储存数据;所述处理器,用于通过所述充电电压数据与所述充电电流数据计算得到充电功率并储存到所述储存设备,以及,用于通过所述充电功率与所述充电时间得到总充电量,以及,用于通过所述总充电量与预设的蓄电池容量得到循环充电次数,以及,用于将所述循环充电次数代入预设的电芯循环寿命衰减曲线得到所述蓄电池的SOH数据,采用该实施方式能够实时、快速、精准的得到蓄电池的健康度。
在一种可能的实施方式中,所述处理器,用于根将所述充电电压数据与所述充电电流数据输入第一公式计算得到充电功率并储存到所述储存设备,其中,所述第一公式为:P=V×I;其中,P为充电功率,V为充电电压,I为充电电流,采用该实施方式能够得到充电功率。
在一种可能的实施方式中,所述处理器,用于根将所述总充电量与所述预设的蓄电池容量数据输入第三公式计算得到所述循环充电次数,其中,所述第三公式为:N=Q÷C;其中,N为循环充电次数,Q为总充电量,C为预设蓄电池容量,采用该实施方式能够得到循环充电次数。
在一种可能的实施方式中,所述在线监测系统,还包括:均衡模块,用于获取所述充电电压数据与所述充电电流数据,当所述充电电压数据超出电压预设范围时自动调整电压到所述电压预设范围内,当所述充电电流数据超出电流预设范围时自动调整电电流到所述电流预设范围内,采用该实施方式能够实现对电压与电流的自动调整,使电压与电流的数值保证在一定范围内。
可选的,所述电压预设范围为3.2-3.65V;所述电流预设范围为0.5-2C。
在一种可能的实施方式中,所述均衡模块、主控模块、采集模块与显示模块通过CAN总线连接。
在一种可能的实施方式中,所述均衡模块包括:主动均衡元件与被动均衡元件,所述被动均衡元件用于在一包蓄电池中的某一节蓄电池电压大于该包蓄电池的平均电压时,自动接通这一节蓄电池单独的放电电阻,通过40mA的电流对这一节蓄电池进行放电,直到这一节蓄电池电压返回平均值后,自动切除放电回路;所述主动均衡元件用于在一包蓄电池中的某一节蓄电池电压小于该包蓄电池的平均电压时,自动接通这一节蓄电池单独的充电电路,通过40mA的电流对这一节蓄电池进行充电,直到这一节蓄电池电压返回平均值后,自动切除放电回路,采用该实施方式能够实现对电压的自动调整,使电压的数值保证在一定范围内。
在一种可能的实施方式中,所述显示模块,还用于在所述蓄电池的SOH处于第一SOH预设范围时,显示第一预设文字,以及,在所述蓄电池的SOH处于第二SOH预设范围时,显示第二预设文字,采用该实施方式能够在蓄电池SOH达到预设范围时在显示模块上显示对应预设的维护建议。
可选的,所述第一预设文字为正常;所述第二预设文字为维护。
在一种可能的实施方式中,所述采集模块,还用于采集蓄电池OCV、放电电压与放电电流并发送给所述主控模块;所述主控模块,还用于基于所述采集模块采集的所述充电电压数据、所述充电电压数据、所述蓄电池开路电压OCV、所述放电电压与所述放电电流,计算SOC、SOE、总放电量、可充电量、可放电量并指示所述显示模块显示,采用该实施方式能够实现对SOC、SOH、总放电量、可充电量、可放电量的在线显示。
可选的,通过开路电压OCV计算蓄电池SOC。
实施例2
一种蓄电池老化在线监测系统用于调频储能系统的磷酸铁锂蓄电池老化情况检测,系统包括:主控模块、采集模块、均衡模块与显示模块;
所述采集模块,用于采集磷酸铁锂蓄电池的充电电压数据与充电电流数据并发送给所述主控模块,每个采集单元可测量19节蓄电池端电压与电流及6个测量点温度,安装在每个蓄电池箱内。
如图3为本实施例所述主控模块,用于接收所述充电电压、充电电流、开路电压OCV、放电电压与放电电流数据,得到所述磷酸铁锂蓄电池的蓄电池健康度SOH、SOC、SOE、总放电量、可充电量、可放电量数据并发送给所述显示模块,指示显示模块显示;
所述显示模块,用于显示所述磷酸铁锂蓄电池的蓄电池健康度SOH、SOC、SOE、总放电量、可充电量、可放电量数据并进行切换不同蓄电池组参数显示的操作。
所述均衡模块,用于获取所述充电电压数据与所述充电电流数据,当所述充电电压数据超出电压预设范围时自动调整电压到所述电压预设范围内,当所述充电电流数据超出电流预设范围时自动调整电电流到所述电流预设范围内。
在1个蓄电池箱内安装若干个采集单元、若干个均衡模块、1个主控模块、一个显示模块,所有模块都通过CAN总线相连,组成上述磷酸铁锂蓄电池老化在线监测系统。
蓄电池老化在线监测系统对磷酸铁锂蓄电池各项参数的采集,通过在主控模块处理单元内写入的磷酸铁锂蓄电池老化数据计算方法计算蓄电池SOH,具体如下:以蓄电池簇为单位,对蓄电池簇充电电压、电流进行采集,通过充电电压数据与所述充电电流数据计算得到充电功率并储存到所述储存设备,再通过所述充电功率与所述充电时间计算得到充电量,将蓄电池投运后的所有充电量进行累计可得到准确的总充电量,因调频储能系统是以簇为单位进行充放电,所以可用总充电量除以单簇容量得到磷酸铁锂蓄电池循环充电次数,再将蓄电池厂家提供的电芯循环寿命衰减曲线加入到逻辑计算后可在线得到蓄电池健康度即SOH。
实施例3
以某调频储能电站为例,蓄电池电芯容量为:180Ah、蓄电池包电压:3.2V、每包24节蓄电池、每簇19包蓄电池,以簇为单位进行充放电。蓄电池厂家提供的该型号蓄电池的老化拟合曲线(即电芯循环寿命衰减曲线)例如图4所示,从图4中可看出,SOH=0.900的循环次数为982,SOH=0.800的循环次数为4217。
单簇容量为3.2V×0.18Ah×24×19=0.2627MWh,总充电量为34.679kWh,故等效循环次数约为34.679÷0.2627=132次,代入电芯循环寿命衰减曲线可以计算得到,循环次数circle=132时,SOH衰减至0.961,现场SOH显示可设置取整逻辑“进1制”,即0.961显示为97%,蓄电池维护建议显示“正常”,显示界面如图2所示。
该评估系统方便快捷,简单实用,能够准确的对蓄电池老化进行计算,并快速生成SOH值,更直观的将蓄电池健康度显示出来,便于蓄电池的运行和维护。
工作原理如下:
以蓄电池簇为单位,首先,对蓄电池簇充电电压、电流进行采集,通过充电电压数据与所述充电电流数据代入第一公式P=V×I,计算得到充电功率并储存到所述储存设备,再通过所述充电功率与所述充电时间代入第二公式Q=(P1+P2+…+Pn)×t,计算得到总充电量,将总充电量与单簇容量代入第三公式N=Q÷C得到蓄电池循环充电次数,再将蓄电池循环充电次数代入蓄电池厂家提供的电芯循环寿命衰减曲线(即老化拟合曲线)得到蓄电池健康度SOH。
上述实施例仅用于说明本申请的技术方案,而非对其限制。本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示意的准确结构,不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,做出的各种改变和变形,都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种蓄电池老化在线监测系统,其特征在于,包括:主控模块、采集模块与显示模块;
所述采集模块,用于采集蓄电池的充电电压数据与充电电流数据并发送给所述主控模块;
所述主控模块,用于接收所述充电电压与充电电流数据,得到所述蓄电池的蓄电池健康度SOH数据并发送给所述显示模块;
所述显示模块,用于显示所述蓄电池的SOH数据。
2.根据权利要求1所述的在线监测系统,其特征在于,所述采集模块包括:
电压采集元件,用于采集所述蓄电池的充电电压数据;
电流采集元件,用于采集所述蓄电池的充电电流数据;
温度采集元件,用于采集所述蓄电池的温度数据。
3.根据权利要求1所述的在线监测系统,其特征在于,还包括:散热风扇,所述散热风扇设置在蓄电池箱内;
所述主控模块还包括控制模块,用于接收所述蓄电池温度,在所述蓄电池温度升高到第一预设值时启动散热风扇,以及,还用于在所述蓄电池温度降低到第二预设值时关闭散热风扇。
4.根据权利要求1所述的在线监测系统,其特征在于,所述主控模块包括:处理元件,所述处理元件包括处理器、储存设备与系统时钟;
所述系统时钟,用于获取充电时间;
所述储存设备,用于储存数据;
所述处理器,用于通过所述充电电压数据与所述充电电流数据计算得到充电功率并储存到所述储存设备,以及,用于通过所述充电功率与所述充电时间得到总充电量,以及,用于将所述总充电量与预设的蓄电池容量得到循环充电次数,以及,用于通过所述循环充电次数代入预设的电芯循环寿命衰减曲线得到所述蓄电池的SOH数据。
5.根据权利要求4所述的在线监测系统,其特征在于,所述处理器,用于根将所述充电电压数据与所述充电电流数据输入第一公式计算得到充电功率并储存到所述储存设备,其中,所述第一公式为:
P=V×I
其中,P为充电功率,V为充电电压,I为充电电流。
6.根据权利要求4所述的在线监测系统,其特征在于,所述处理器,用于根将所述充电功率与所述充电时间数据输入第二公式计算得到总充电量,其中,所述第二公式为:
Q=(P1+P2+…+Pn)×t
其中,Q为总充电量,P1为第一次充电功率,P2为第二次充电功率,Pn为第n次充电功率,t为充电时间。
7.根据权利要求4所述的在线监测系统,其特征在于,所述处理器,用于根将所述总充电量与所述预设的蓄电池容量数据输入第三公式计算得到所述循环充电次数,其中,所述第三公式为:
N=Q÷C
其中,N为循环充电次数,Q为总充电量,C为预设蓄电池容量。
8.根据权利要求1所述的在线监测系统,其特征在于,还包括:均衡模块,用于获取所述充电电压数据与所述充电电流数据,当所述充电电压数据超出电压预设范围时自动调整电压到所述电压预设范围内,当所述充电电流数据超出电流预设范围时自动调整电电流到所述电流预设范围内。
9.根据权利要求1所述的在线监测系统,其特征在于,所述显示模块,还用于在所述蓄电池的SOH处于第一SOH预设范围时,显示蓄电池正常预设文字,以及,在所述蓄电池的SOH处于第二SOH预设范围时,显示蓄电池维护预设文字。
10.根据权利要求1所述的在线监测系统,其特征在于,所述采集模块,还用于采集蓄电池开路电压OCV发送给所述主控模块;
所述主控模块,还用于基于所述采集模块采集的、所述蓄电池开路电压OCV计算蓄电池剩余容量SOC并指示所述显示模块显示。
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