CN203981853U - 一种蓄电池在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓄电池在线监测系统，包括上位机、监测主机及若干个单体蓄电池采集模块，每个单体蓄电池采集模块可以实现对12只蓄电池单体电压、内阻测试及均衡操作，监测主机通过RS485与采集模块通讯，读取每节电池的电压及内阻值，通过TFT显示屏呈现给用户，监测主机提供了告警无源输出触点及RS232、RS485接口与上位机通讯。本实用新型蓄电池在线监测系统，可监测蓄电池的组电压、充放电状态及电流、单体电流电压、单体电池内阻等蓄电池的重要参数，并能对单体蓄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，延长蓄电池的使用寿命。

Description

一种蓄电池在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力检测设备领域，具体是一种蓄电池在线监测系统。 

背景技术

蓄电池作为通信电力系统的后备电源，为其各种重要系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的保障，确保继电保护、通信设备的正常运行。因此，蓄电池的稳定性和在放电过程中能提供给负载的实际容量对确保通信等重要设备的安全运行具有十分重要的意义。通信系统及电力系统随着中国城市化的发展，覆盖区域日益完善，稳定运行的重要性举足轻重，如何维护好电力局这一重要系统，蓄电池这一最后一道防线，已经成为了行业内最关心的问题之一。 

我公司研制出了YW-ZX101蓄电池组在线监测系统。该系统同时监测两组蓄电池的组电压、充放电状态及电流、单体电流电压、单体电池内阻等蓄电池的重要参数，并能对单体蓄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，延长蓄电池的使用寿命。 

该系统投入运行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，为蓄电池系统管理提供可靠有效的管理方法，同时将断电所引起的供电中断的危险降到最低。 

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种蓄电池在线监测系统，用于监测蓄电池的组电压、充放电状态及电流、单体电流电压、单体电池内阻等蓄电池的重要参数，并能对单体蓄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，延长蓄电池的使用寿命。 

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种蓄电池在线监测系统，包括上位机、监测主机及若干个单体蓄电池采集模块，每个单体蓄电池采集模块可以实现对12只蓄电池单体电压、内阻测试及均衡操作，所述监测主机通过RS485与采集模块通讯，读取每节电池的电压及内阻值，通过TFT显示屏呈现给用户，监测主机提供了告警无源输出触点及RS232、RS485接口与上位机通讯。 

    上述监测主机设有均衡工作模式、内阻测试模式、电压温度巡检模式三 

种工作模式状态，并可自动切换；开启均衡工作模式后，系统自动判断蓄电

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

后自动退出均衡模式进入电压内阻测试模式；

所述内阻测试模式包括蓄电池内阻测试及连接条内阻测试，系统进入内阻测试模式后即逐一完成所监测电池的内阻与连接条内阻的测试；

所述电压温度巡检模式在开启后可以检测每节蓄电池的单体温度。

上述蓄电池在线监测系统还设有蓄电池状态监测装置，蓄电池状态监测装置实时监测蓄电池组的端电压及充放电电流，并实时判断蓄电池的充放电状态是均充、浮充还是放电状态，蓄电池在浮充状态下可转入均衡模式。 

蓄电池在线监测系统还设有声光报警装置，当测量数据超过参数越限设置值后，将以不同的颜色显示出来，告警指示头亮，并提供无源输出告警触点。 

本实用新型蓄电池采集模块功能：1、单体电压监测功能,每个采集模块可对12只2V单体蓄电池电压进行巡检测试,电压测试精度可达0.1%；2、单体蓄电池内阻及连接条内阻测试功能,内阻测试分辨率可达1uΩ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；3、蓄电池电压均衡功能, 均衡技术采用间歇式优先充电的双闭环控制模型，内部采用固态开关而非触点继电器，无拉弧、无明火、寿命长；4、环境温度测试功能,每个模块配有一个数字温度传感器,可监测附近环境温度可选择其中一节蓄电池进行温度测试；5、上位机通讯功能,每个测试模块设有一个地址码,所有测试功能可通过上位机控制实现。 

本实用新型蓄电池智能监测系统具有如下功能： 

1．多种工作模式，蓄电池智能监测系统具有均衡工作模式、内阻测试模式、电压温度巡检模式三种工作模式状态，并可自动切换；

2．多组电池测量及均衡控制，每个本地系统可同时对两组蓄电池进行监测与控制；

3．蓄电池均衡功能，开启均衡功能后，系统自动判断蓄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均衡模式进入电压内阻巡检模式。

4．内阻测试功能，内阻测试包括蓄电池内阻测试及连接条内阻测试，系统进入内阻测试模式后即逐一完成所监测电池的内阻与连接条内阻的测试； 

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

6．单体温度测试功能，开启单体温度测试功能后在电压温度巡检模式下可以检测每节蓄电池的单体温度；

7．数据分析功能，本地系统具有多种数据排序功能，包括内阻高低排序、连接条内阻高低排序、电压高低排序、温度高低排序；

8．参数设置功能，可实现各种监测数据高低越限参数设置，包括内阻高低越限、连接条内阻高低越限、电压高低越限、温度高低越限等，可能过参数设置界面开启或关闭均衡模式与单体温度测试功能。在参数设置界面可手动进入内阻测试功能；

9．多种数据上传功能，系统提供以太网接口及RS232、RS485、CAN接口的数据上传功能；

10．多种告警呈现方式，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，将以不同的颜色显示出来，告警指示头亮，并提供无源输出告警触点。

本实用新型蓄电池在线监测系统，可监测蓄电池的组电压、充放电状态及电流、单体电流电压、单体电池内阻等蓄电池的重要参数，并能对单体蓄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，延长蓄电池的使用寿命。 

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。 

附图说明  

图1为本实用新型结构原理示意图；

图2为本实用新型模块接线端子图；

图3为本实用新型模块连接24节蓄电池的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型为一种蓄电池在线监测系统，包括上位机、监测主机及若干个单体蓄电池采集模块，每个单体蓄电池采集模块可以实现对12只蓄电池单体电压、 内阻测试及均衡操作，监测主机通过RS485与采集模块通讯，读取每节电池的电压及内阻值，通过TFT显示屏呈现给用户，监测主机提供了告警无源输出触点及RS232、RS485接口与上位机通讯。 

监测主机设有均衡工作模式、内阻测试模式、电压温度巡检模式三种工作模式状态，并可自动切换；开启均衡工作模式后，系统自动判断蓄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均衡模式进入电压内阻测试模式。 

内阻测试模式包括蓄电池内阻测试及连接条内阻测试，系统进入内阻测试模式后即逐一完成所监测电池的内阻与连接条内阻的测试。 

电压温度巡检模式在开启后可以检测每节蓄电池的单体温度。 

设有蓄电池状态监测装置，蓄电池状态监测装置实时监测蓄电池组的端电压及充放电电流，并实时判断蓄电池的充放电状态是均充、浮充还是放电状态，蓄电池在浮充状态下可转入均衡模式。 

包括声光报警装置，当测量数据超过参数越限设置值后，将以不同的颜色显示出来，告警指示头亮，并提供无源输出告警触点。 

本实用新型每个采集模块可对12只2V单体蓄电池电压进行巡检测试,电压测试精度可达0.1%;单体蓄电池内阻及连接条内阻测试功能,内阻测试分辨率可达1uΩ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；蓄电池电压均衡功能, 均衡技术采用间歇式优先充电的双闭环控制模型，内部采用固态开关而非触点继电器，无拉弧、无明火、寿命长；环境温度测试功能,每个模块配有一个数字温度传感器,可监测附近环境温度可选择其中一节蓄电池进行温度测试；上位机通讯功能,每个测试模块设有一个地址码,所有测试功能可通过上位机控制实现。 

本实用新型整个系统采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，子机为单16位工控CPU。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CPU同步运行。蓄电池单体电压采用独立的高精度24位AD转换器，分辨率在1/50000以上。

本实用新型系统采用了独有的DADC构架，将现场工程实施的灵活性，系统扩展的灵活性和强大的处理能力相结合。DADC构架可根据用户需要灵活配置子机数量，节省了一次成本，并能灵活的进行系统升级。DADC构架可根据现场环境灵活安排子机安装位置，便于采集器的安装和布线，减小强电干扰。DADC构架将高速，高精度的AD采样和大负荷的运算量平衡的分配到主机和子机之间，是运行高效而复杂的SynSystem智能算法的基础平台。 

本实用新型数字信号增强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，保证了蓄电池电压与内阻测试精度。人性化的界面设计，装置采用4.3寸真彩液晶屏与高分辨率触摸屏做为人机交互界面的核心，使用舒适，操作方便快捷；多页面设计方式，各页面切换通触摸屏一键即可完成，各页面复杂功能也可以通过触摸屏一键完成。

高安全性，所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；均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；

高可靠性，软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。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。主机和子机之间SynBus总线定时自检，并实时显示通信状态。

开启电源开关后进入监测系统主界面，系统监测主界面包括被测蓄电池组的端电压、充放电状态、充放电电流、电压最高蓄电池的编号及电压值、电压最低电池编号及电压值、内阻最高电池编号及内阻值、内阻最低电池编号及内阻值、连接内阻最高电池编号及内阻值、温度最高电池编号及温度值、蓄电池组的单体平均电压及平均电阻值； 

在主界面中点击对应的监测数据即可进入对应的蓄电池单体监测画面。点击不同的功能按键可以进入不同的监测画面或参数设置画面。每个单体电池监测画面显示18节电池的详细数据，包括电池序号、电压、内阻、连接条内阻、温度，通过点击该画面下的页面数字键可进入对应的单体电池监测画面，或者按“下一页”“上一页”键进入相应的单体电池监测画面；在第一页单体电池监测画面下点击“序号”“电压”“内阻”“连接条”“温度”可按相应对应的栏目由大到小或由小到大进行排序显示；在任一页单体电池监测画面下点南“返回”按键即返回监测主界面。在主界面中点击参数设置按钮即可进入参数设置界面，在该参数设置画面下通过点击对应的参数设置值可以对各种监测及告警参数进行设置。

单体电压上限/下限：单体电池电压上下限告警值设定； 

单体温度上限/下限：单体电池温度上下限告警值设定，该功能需配置单体温度采集传感器、开启单体的“温度测试”功能后才有效；

组电压上限/下限：蓄电池组电压上下限告警值设定;

电池内阻上限：电池内阻上限告警值设定，下限设定无效；

连接条内阻上限：电池连接条内阻上限告警值设定，下限设定无效；

子系统通信状态画面，在主界面中点击子机状态按钮即可进入子机状态显示界面，在该画面下显示每个子系统当前与主机的通信状态，通信成功显示“+++”，无通信状态显示“―――”；

在主界面中点击通信设置按钮即可进入通信设置显示界面，本机IP设置：该项设置值表示该监测系统处于局域网中的指定IP地址，同一局域网中的计算机可以通过该IP地址来该问监测系统。RS232与RS485波特率设置:设置与上位机通信接口的波特率；时间设置：设置时间后，通过点击“秒”后的空白处可以更新时间；电池组二的监测主画面与电池组一的监测主画面显示内容一样。系统监测数据与监测模式可以通过以态网、RS232、RS485接口进行读取各控制。

各端子接线说明如下： 

电源开关：电源可采用交直流供电方式，通过将开关拔向I，或II的位置实现直流供电或交流供电的选择择；

传感器1：接第一组蓄电池充放电电流采集传感器;

传感器2：接第二组蓄电池充放电电流采集传感器;

电源输入：直流电源输入端子，可采用第一组或第二组蓄电池组电压供电；

采样输入：电压采样输入端子，可采集第一组电池电压及第二组电池电压；

告警输出：无源告警输出触点；

RS485：两组RS485通信接口，一路与子系统通信，一路与上位机通信，实现数据上传或控制；

以态网：可通过以太网与上位机通信（未开放）；

CAN： CAN通信接口（未开放）；

RS232：可通过RS232接口与上位机通信。

每个子系统监测模块可监测12只蓄电池，每个模块有自己的地址编号，与蓄电池连接时应按顺序接入。比如地址编号为1号的模块监测第1—12节蓄电池，地址编号为2号的模块监测第13—24节蓄电池，依次类推。模块接线端子图2所示，1+,1-  -----------------12+,12-,13+:分别连接被测12节电池的正负端子，13+该模块所监测的12节蓄电池的下一节电池的正级，以便实现第12节与13节蓄电池之间的连接条内阻测试，最末一节电池可与12-接在一起；V,DQ,GND:连接一个DS18B20数字温度传感器；B,B,A,A:RS485接线端；Pow+,Pow-:电源供电端子；F+,F-:内阻测试放电端子,连接被测12节电池的正负端。 

如图3所示，模块连接24节蓄电池的示意图。最后一个模块监测不足12节蓄电池时，最后一个监测模块的F+接在其监测蓄电池序列的正极，F-接在其监测蓄电池序列的负极即可，但需保证最后一个模块所监测的蓄电池数量处于6-12只之间。 

一、本实用新型蓄电池采集模块功能：1、单体电压监测功能,每个采集模块可对12只2V单体蓄电池电压进行巡检测试,电压测试精度可达0.1%；2、单体蓄电池内阻及连接条内阻测试功能,内阻测试分辨率可达1uΩ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；3、蓄电池电压均衡功能, 均衡技术采用间歇式优先充电的双闭环控制模型，内部采用固态开关而非触点继电器，无拉弧、无明火、寿命长；4、环境温度测试功能,每个模块配有一个数字温度传感器,可监测附近环境温度可选择其中一节蓄电池进行温度测试；5、上位机通讯功能,每个测试模块设有一个地址码,所有测试功能可通过上位机控制实现。 

二、模块技术参数： 

型号: YW-ZX101；模块供电电压: DC36-72V；电压采集精度 : 0.1%；电压测量范围: 2V电池0-4V；电压采集分辨率: 1mV；内阻测试精度: 1%；内阻分辨率: 1uΩ；内阻测量范围: 0-65535 uΩ；电压均衡度≤0.03V；数据上传方式: RS485；串口波特率: 默认9600，可通过串口设置成1200、2400、4800、9600；校验位：偶校验； 数据位：8位； 停止位：1位。

三、模块测试指令 

模块有三种工作状态分别对应为:

工作模式（WORK_MODE）

01   巡检模式（电压巡检、温度巡检）

02   均衡模式（单体充电模式、单体放电模式）

03   内阻检测模式（电池内阻、连接条内阻）

串口通信//添加桢头桢尾：头：0xAA，尾：0xCC 0x33 0xC3 0x3C

下述串口控制指令均为16进制格式,描述时省略了0x.

电压温度群测指令

定义	桢头	功能码1	功能码2	桢尾
					数据	AA	80H	31H	CC 33 C3 3C
字节数	1	1	1	4

该指令下发后,所有模块进行一次电压温度的巡检动作,但不返回数据;

电压温度回读指令

定义	桢头	功能码1	地址	功能码2	桢尾
						数据	AA	81H	ADDR	31H	CC 33 C3 3C
字节数	1	1	1	1	4

ADDR:对应子机地址码

对应地址的子机收到该指令后回传电压温度信息

电压温度测试功能返回： 

定义	桢头	地址	功能码	返回数据	桢尾
						数据	AA	ADDR	31H	DATA	CC 33 C3 3C
字节数	1	1	1	50	4

返回DATA定义：

字节序号	定义	传输方式	放大系数	单位
					01~02	1#电池电压	H—L	10000	V
03~04	2#电池电压	H—L	10000	V
					05~06	3#电池电压	H—L	10000	V
07~08	4#电池电压	H—L	10000	V
					09~10	5#电池电压	H—L	10000	V
11~12	6#电池电压	H—L	10000	V
					13~14	7#电池电压	H—L	10000	V
15~16	8#电池电压	H—L	10000	V
					17~18	9#电池电压	H—L	10000	V
19~20	10#电池电压	H—L	10000	V
					21~22	11#电池电压	H—L	10000	V
23~24	12#电池电压	H—L	10000	V
					25~26	1#电池温度	H—L	100	°C
27~28	2#电池温度	H—L	100	°C
					29~30	3#电池温度	H—L	100	°C
31~32	4#电池温度	H—L	100	°C
					33~34	5#电池温度	H—L	100	°C
35~36	6#电池温度	H—L	100	°C
					37~38	7#电池温度	H—L	100	°C
39~40	8#电池温度	H—L	100	°C
					41~42	9#电池温度	H—L	100	°C
43~44	10#电池温度	H—L	100	°C
					45~46	11#电池温度	H—L	100	°C
47~48	12#电池温度	H—L	100	°C
					49~50	环境温度	H—L	100	°C

模块数据回传完成之后自动进入下一次数据采集,连续两次读取电压温度时间间隔需>20秒

上位机可以先发送一个群测指令,等待20秒之后再对每个模块电压温度进行巡检,在没有完成巡检时不响应串口指令.

均衡测试指令：

定义

桢头

ALL

功能码

电池组号

均衡电压

桢尾

数据

AA

80H

32H

TeamNo

CC 33 C3 3C

字节数

1

1

1

1

2

4

TeamNo  子机所属电池组号定义,此值已写入子机内部为1或2；

均衡电压：均衡电压值，以2个字节表示,放大1000倍,比如均衡电压为2.25V,则该值为0x08CA；

在均衡模式下发电压测试指令或内阻测试指令退出均衡模式,下次进入均衡模式需重新发送该指令。

接收到从均衡模式退出指令进入电压巡检模式时约有60秒的等待时间。 

内阻测试指令： 

定义

桢头

功能码1

地址

功能码2

电池序号

桢尾

数据

AA

81H

ADDR

33H

n

CC 33 C3 3C

字节数

1

1

1

1

1

4

ADDR：对应模块地址;

电池序号n取值 0—11,0对应该模块下的第一号电池,依此类推;

该下发指令完成对ADDR号模块所监测的第n号电池进行内阻测试

内阻测试时间约为40S,测试完成之后返回测试数据

内阻测试开始功能返回：

定义

桢头

地址

功能码

电池序号

电池内阻

连接条内阻

桢尾

数据

AA

ADDR

33H

n

CC 33 C3 3C

字节数

1

1

1

1

2

2

4

 

定义	传输方式	放大系数	单位
				n#电池内阻	H—L	1	uΩ
n#电池连接条内阻	H—L	1	uΩ

由于内阻测试时要对蓄电池进行放电,连续对一个模块所监测的蓄电池进行内阻测试会造成模块内电阻温度升高.

上位机进行内阻测试时可以先测第一个模块的第1个电池,再测第二个模块的第1个电池,测第3个模块的第1个电池直到测完最后一个模块的第一个电池后,再测第一个模块的第2个电池,依此类推,以确保模块发热量不会太大。

四、模块串口参数设置指令 

模块在通电5秒内可接受串口设置指令，串口设置指令包括对串口波特率、组地址、子机地址的设置及对电压、电池内阻、连接条内阻系数设置指令两条。

波特率设置指令： 

定义	桢头	功能码	设置值	桢尾
					数据	AA	0x83	XXH	CC 33 C3 3C
字节数	1	1	1	4

设置值：设置值为1个字节，该字节的8位表示的意义如下：

波特率设置位：

8位高，7位低  00：1200；01：2400；10：4800；11：9600；

组号设置：

6位高，5位低  00：0；01：1…

子机号设置：

由高到低位4—1，0000：0号子机0000；1号子机0001；………

比如设置波特率为1200，组号为1，子机号为1时，该字节各位设置如下：

8	7	6	5	4	3	2	1
								0	0	0	1	0	0	0	1

即为0x11

回传：

定义	桢头	子机号	功能码	标志	桢尾
						数据	AA	0xXX	0x83	0x01	CC 33 C3 3C
字节数	1	1	1	1	4

设置成功后，模块会回传上述设置成功的数据，并完成波特率与地址码的更新。

系数设置指令： 

定义

桢头

功能码

电压系数

内阻系数

连接条系数

桢尾

数据

AA

0x84

Xx  xx

Xx  xx

Xx  xx

CC 33 C3 3C

字节数

1

1

2

2

2

4

电压系数、内阻系数、连接条系数由2个字节组成，高位在前。该系数默认值为1000，即0x03E8

回传：

定义	桢头	子机号	功能码	标志	桢尾
						数据	AA	0xXX	0x84	0x01	CC 33 C3 3C
字节数	1	1	1	1	4

设置成功后，模块会回传上述设置成功的数据，并完成系数的更新。

常用指令如下： 

AA 81 01 31 CC 33 C3 3C   //电压巡检

AA 81 01 33 02 CC 33 C3 3C //内阻测试

AA 80 32 01 08 CA CC 33 C3 3C  //均衡

AA 84 03 e8 03 e8 03 e8  CC 33 C3 3C   系数1000

AA 84 04 b0 04 b0 04 b0  CC 33 C3 3C   系数1200

AA 83 11  CC 33 C3 3C   波特率1200 组号1  子机号1

AA 83 51  CC 33 C3 3C   波特率2400 组号1  子机号1

AA 83 91  CC 33 C3 3C   波特率4800 组号1  子机号1

AA 83 D1  CC 33 C3 3C   波特率9600 组号1  子机号1

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种蓄电池在线监测系统，其特征在于：包括上位机、监测主机及若干个单体蓄电池采集模块，每个单体蓄电池采集模块可以实现对12只蓄电池单体电压、内阻测试及均衡操作，所述监测主机通过RS485与采集模块通讯，读取每节电池的电压及内阻值，通过TFT显示屏呈现给用户，监测主机提供了告警无源输出触点及RS232、RS485接口与上位机通讯；还设有蓄电池状态监测装置，蓄电池状态监测装置实时监测蓄电池组的端电压及充放电电流，并实时判断蓄电池的充放电状态是均充、浮充还是放电状态，蓄电池在浮充状态下转入均衡模式，延长蓄电池的使用寿命；包括声光报警装置。