CN202453481U - 蓄电池容量在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓄电池容量在线监测系统，包括测试传输模块、电池组电压、温度和电流测试模块、接收器、服务器及客户端，测试传输模块包含了专有的容量测试线路、电压和温度电子测试线路，同时能够通过无线组网通讯技术将测试结果传输出去，该测试传输模块与接收器进行通信，接收器的作用是从测试传输模块上获取测试数据，并将获取的数据通过以太网或串口传输给服务器，再通过基于网络的蓄电池管理系统对蓄电池健康状况进行管理、预警和报告，用户可在任何地点登陆了解蓄电池信息。可提高后备电源系统的保障度，延长蓄电池使用寿命，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。

Description

蓄电池容量在线监测系统

技术领域

 本实用新型涉及蓄电池技术领域，具体是一种蓄电池容量在线监测系统。

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。随着通信及电力系统的快速发展，在传统的蓄电池的维护，将需要更多的人力、物力和财力。因此，在保证供电可靠性的前提下，探索先进的检修管理模式，减少过度检修，有效降低生产运营成本，建设一套满足通信及电力系统行业特殊运行管理需求和发展要求、先进的技术平台与成熟的应用方案相结合、国际行业管理机制与适合中国国情的管理模式相结合、高性能，高可靠性、界面友好美观、操作便捷、易用高效的蓄电池容量在线监控信息系统，使之能够直观、科学、准确、实时地反映蓄电池的信息数据，为蓄电池的维护管理提供决策依据，增强经济效益和提高现代化管理水平，从而全面提升变电站的数字化建设水平。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供一种蓄电池监控系统，采用预试、巡检、在线监测等多种形式以积极主动的方式维护蓄电池，实现变电站直流系统设备维护模式从计划检修到状态检修的转变，可满足蓄电池维护专业要求。

本实用新型通过以下技术方案予以实现：蓄电池容量在线监测系统，包括测试传输模块、电池组电压测试模块、温度测试模块、电流测试模块、接收器、服务器以及客户端，在每一只蓄电池极柱部位，测试传输模块包含了专有的容量测试线路、电压和温度电子测试线路，同时能够通过无线组网通讯技术将测试结果传输出去，该测试传输模块与接收器进行通信，接收器的作用是从测试传输模块上获取测试数据，并将获取的数据通过以太网或串口传输给服务器，再通过专业的、基于网络的蓄电池管理系统对蓄电池健康状况进行管理、预警和报告，用户可在任何地点登陆了解蓄电池信息。

上述测试传输模块配有6根电线，以开尔文连接方式捆绑连接，分别用于监测蓄电池电压、容量、温度、连接条内阻。

为了避免因测试线内阻造成测量结果不准，信号源与采样线分开，即采用四线法进行测试。

    容量测试实现过程如下:开始对蓄电池进行容量测试时，测试仪向被测蓄电池注入一已知频率的电压信号，并将同一时刻该电压信号在蓄电池上产生的电流信号进行采样，在连续完成多个周期的采样过程后，处理器调用内部的数字信号处理程序进行信号幅值分析与相位分析，并计算出被测电池容量值。

由于与蓄电池容量相关参数是非常微小的信号，为了获得准确的测试结果，在测试过程必需进行抗干抗处理。干扰源可能来自外部，也可能是测试电路本身产生的；外部: 附属于在线电池上面的充电或负荷电路、交流总线连接器、无线频率干扰等等；内部: 测试线缆产生的干扰。干扰可能以不同的形式出现：在线环境中动态负荷或者偶尔的射频（ RF）干扰，有可能产生随机的瞬态噪音；充电电路产生的导电交流纹波或者电线产生的辐射交流噪音，有可能造成周期性噪音。

抗干扰处理：一、通过使用周期性交流测试信号，对其进行滤波得数字信号处理可以有效解决各类干扰：根据分析，当在蓄电池两端施加一周期性交流信号后，由该信号产生的电流信号为与其具有相同频率的周期信号，根据这一特点，通过滤波与数字信号处理就能够很容易地将它与其他的干扰信号区分开来。蓄电池容量相关参数值与施加在其上的电压信号与该电压信号产生的电流信号的相位差有关的，如果不能准确的计算出该相位差，则无法计算出被测电池的容量值，采用正弦波的周期性信号非常有利于分析。二、分级硬件滤波。在硬件设计上，电压采样采用了多级滤波放大电路，有效的提高了信躁比。多级滤波放大电路包括原始高通滤波放大电路和低通滤波放大电路。

所述蓄电池管理系统通过对日常维护时使用远程容量监控系统所获得的蓄电池测试数据进行存储、分析和管理，使蓄电池维护工作更加高效、可靠和全面，其选择如下两种方式：第一种选择使用服务器通过标准以太网连接进行交流，在任何地方都可以随时很方便快速地获取系统的数据结果；第二种选择是使用一个独立的PC机，能通过以太网获取数据，或直接通过串口连接从接收器上获得数据，数据库软件将数据进行整理和报告。

本实用新型蓄电池容量在线监控系统采用预试、巡检、在线监测等多种形式以积极主动的方式维护蓄电池，实现变电站直流系统设备维护模式从计划检修到状态检修的转变，可满足蓄电池维护专业要求，其功能如下：

     1、持续的在线监测：信息及时、有效、准确，加强分析、预测，提高管理计划的准确性，确保蓄电池系统安全。

    2、全面监测蓄电池容量、单体温度、电压等与电池健康状况密切相关的各项参数，以表格、曲线、柱状图等形式直观显示。

 3、测试信号到每一只电池单体，确切了解系统的健康状况。

    4、系统基本于Internet技术和大型数据库，能够进行远程实时访问和操作。在保证速度的情况下采用B/S方式，基于先进的网络计算技术，采用分布式处理模式。支持移动办公。选用面向对象的大型关系型数据库，进行集中管理。能够有效监控偏远站点状况。

    5、严格的权限控制，具备用户和数据的多种安全措施。做到每个操作员严格按照所分配的权限进行操作，并且每次操作有据可查，权责分明。网上安全身份认证采用安全数字证书的方式；核心数据加密存储和传送。

6、              全面监控充放电电流，以及电池的放电表现。根据工作状态不同，对

数据加以区分管理。

7、              先进的告警方法，可以email或手机短信方式进行告警。

    8、针对不同站点、制造商、型号等进行电池组的横向对比，为蓄电池的选购提供参考。

本实用新型蓄电池容量在线监测系统具备如下优点：

1、容量测试优点：安全、简单、精确、前瞻性。

2、实时、准确地反映设备在运行电压下的性能和健康水平，能够及时发现设备运行中的潜伏性缺陷，防止突发性事故发生，有效提高设备运行水平和可靠性，降低设备事故率，显著减少突发性事故。

    3、减少设备停电试验和维修的盲目性，从而减少设备因检修而引发故障的可能性，使设备维护更加科学，并延长设备运行寿命。

    4、显著减少停电时间和试验操作，提高通信及电力系统的供电可靠性和经济性。

    5、整体经济性：减少安装成本、合理的硬件价格、简单的系统维护。

    6、简单、方便、高效的安装方式，确保每一次的操作都可靠无误。

7、抗干扰性好，系统无线技术设计可以与Wi-Fi 网络兼容，已经成功地在有Wi-Fi网络的地点安装和使用。

使用本实用新型可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。

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为本实用新型系统拓扑图；

图2为本实用新型蓄电池容量在线监测系统原理示意图；

图3为本实用新型测试传输模块原理框图；

图4为本实用新型蓄电池容量在线监测系统分级硬件滤波框图。

具体实施方式

本实用新型蓄电池容量在线监测系统由三个基础部分组成，其系统拓扑图如图1所示，图2为其原理图。本实用新型安装和长期使用非常方便简单。系统的核心部分是测试传输模块，在每一只蓄电池极柱部位，测试传输模块包含了专有的容量测试线路、电压和温度电子测试线路等，同时能够通过无线方式将测试结果传输出去。该测试传输模块与接收器进行通信，接收器的作用是从测试传输模块上获取测试数据，并将获取的数据通过以太网或串口传输出去，最后，通过一个专业的、基于网络的数据库管理软件蓄电池管理系统对蓄电池健康状况进行管理、预警和报告等等。用户可在任何地点登陆了解蓄电池信息。测试传输模块配有6根电线，以开尔文连接方式捆绑连接，分别用于监测蓄电池电压、容量、温度、连接条内阻。为了避免因测试线内阻造成测量结果不准，信号源与采样线分开，即采用四线法进行测试。

    容量测试实现过程如下:开始对蓄电池进行容量测试时，测试仪向被测蓄电池注入一已知频率的电压信号，并将同一时刻该电压信号在蓄电池上产生的电流信号进行采样，在连续完成多个周期的采样过程后，处理器调用内部的数字信号处理程序进行信号幅值分析与相位分析，并计算出被测电池容量值。

由于反映蓄电池容量的参数是非常微小的信号，为了获得准确的测试结果，在测试过程必需进行抗干抗处理。干扰源可能来自外部，也可能是测试电路本身产生的；外部: 附属于在线电池上面的充电或负荷电路、交流总线连接器、无线频率干扰等等；内部: 测试线缆产生的干扰。干扰可能以不同的形式出现：在线环境中动态负荷或者偶尔的射频（ RF）干扰，有可能产生随机的瞬态噪音；充电电路产生的导电交流纹波或者电线产生的辐射交流噪音，有可能造成周期性噪音。

抗干扰处理：一、通过使用周期性交流测试信号，对其进行滤波得数字信号处理可以有效解决各类干扰：根据分析，当在蓄电池两端施加一周期性交流信号后，由该信号产生的电流信号为与其具有相同频率的周期信号，根据这一特点，通过滤波与数字信号处理就能够很容易地将它与其他的干扰信号区分开来。反映蓄电池容量的参数是与施加在其上的电压信号与该电压信号产生的电流信号的相位差有关的，如果不能准确的计算出该相位差，则无法分析出被测电池的容量值，采用正弦波的周期性信号非常有利于分析。二、分级硬件滤波。在硬件设计上，如图4所示，电压采样采用了多级滤波放大电路，有效的提高了信躁比。多级滤波放大电路包括原始高通滤波放大电路和低通滤波放大电路。

本实用新型蓄电池容量在线监测系统适用于在各种极端环境下使用，同时在有害或通信拥挤的无线环境中，蓄电池容量在线监测系统会进行记录，以提供准确的蓄电池健康状况的信息。实际应用中，蓄电池容量在线监测系统的元器件在具有很高开关噪音的40个电池的电池柜中运行了1年多都很稳定，另外，蓄电池容量在线监测系统无线技术设计时就可以与Wi-Fi网络兼容，目前，有很多的蓄电池容量在线监测系统已经成功地在有Wi-Fi网络的地点安装和使用。并且监控系统中的VTC（监控电池组信息）和传感器（监控每个电池单体）都有保险管，以确保蓄电池不会出现短路情况。 

如图3所示，测试传输模块是系统的核心部分，在每一只蓄电池极柱部位。测试传输模块包含了专有的容量测试线路、电压和温度电子测试线路等，同时能够通过无线组网通讯技术将测试结果传输出去。在该系统中测试传输模块与接收器进行通信。

测试传输模块特点：兼容测试 2V 和 12V 电池 ；测试电路采用成熟的测试技术，不对电池进行放电 ；适用低干扰的直流电源系统，或产生25-50 Amps RMS电子干扰的系统中使用 ；定时测量 ；只需在蓄电池极柱部位以开尔文连接方式连接（无需另外接线） ；根据IEEE标准的无线频率和接收装置双向通讯 ；由被监控的蓄电池提供电能 （无需外接电源），耗电量极低 。

测试传输模块测试参数及频率：

1）.单体容量

蓄电池容量缺省测量频率为3-7天一次，根据使用电池的年数及电池品牌质量的实际情况，可增加到每天一次（设置范围为1-1024 小时）。

2).单体电压

单体电压是电池充电状态指标，可指示严重电池故障及充电系统故障，正常状态下其缺省测量频率为4小时间隔一次，放电状态下每秒一次（设置范围为1-2048分钟）。

3).负极柱单体温度

高温度是电池劣化的首要原因。测量温度可以确认电池严重故障或环境，控制系统故障。另外，放电过程中的单体温度不均衡预示着电池隐藏的问题。因此，负极柱单体温度的测量对蓄电池的监控维护有着重大的意义。正常状态下其缺省测量频率为4小时间隔一次，放电状态下每秒一次（设置范围为1-2048分钟），测量范围为0-65degrees Celsius。

4).电池间连接电阻

电池间连接是电源整体系统运行良好的关键，扭矩不够或其他问题可能导致能力下降或早期容量损失。其缺省测量频率为每周一次，可增加到每天一次 （设置范围为1-1024 小时），测量最小值为2 micro Ohms minimum。

测试传输模块安装：该传输模块配有6根电线，以开尔文连接方式捆绑连接，分别用于监测电池电压、容量、温度、连接条内阻。

电池组电压、温度和电流测试模块（VTC）：VTC模块测试获取系统总电压 (可测高至 600V)、环境温度，以及充电（浮充）/放电电流值：环境温度测量确保蓄电池的温度、或机房环境温度处于正常水平；放电电流和组电压测量使用户能够及时了解电池放电能力状况。当测试结果超出预置标准值，发出系统告警，以确保系统处于正常水平。

电池组电压、温度和电流测试模块测试参数及频率：1）.电池组电压（VTC )电池组电压是电池充电状态指标，可指示严重电池故障及充电系统故障及放电过程。正常状态下其缺省测量频率为4小时间隔一次，放电状态下每秒一次（设置范围为1-2048分钟），测量范围为20 到600 伏特。

2).电池组电流（VTC ):电池组电流可判断系统状态及放电率。正常状态下其缺省测量频率为4小时间隔一次，放电状态下每秒一次（设置范围为1-2048分钟）测量范围根据不同系统，不同型号而定。

3).环境温度(VTC):环境温度对照测试，也预示着整体环境系统问题，系统测量2 个区域的温度以增加准确度。正常状态下其缺省测量频率为4小时间隔一次，放电状态下每秒一次（设置范围为1-2048分钟），测量范围为0-65 摄氏度。

4).交流纹波电压峰值:交流纹波电压也对电池劣化产生影响，也常预示充电系统故障正常状态下缺省为4小时间隔一次，放电状态下每秒一次（1-2048分钟）根据系统大小

电池组电压、温度和电流测试模块安装:VTC模块由三个主要部分组成：电源线、双温度采集电缆、电流传感器及其电缆。

接收器:接收器与该测试传输模块和电池组电压、温度和电流测试模块进行通信，获取测试数据，并将获取的数据通过以太网或串口传输出去，最后，到达蓄电池管理系统。 

接收器功能：

直接通过RS232 串口输出数据到PC上 

TCP/IP 以太网输出 (可通过互联网进行通讯) 

接收模块，从所有的测试传输模块上接收数据

接收器规格表

接收器安装:接收器通过9 V变压器由市电供电或由VTC供电，正确连接好电源及网络后，通过RS-232或USB接口，可在PC机上运行安装配置向导，完成各个部件的连接设置，同时也可完成网络的配置。

安装向导有配置硬件、配置网络和维护三个选项。配置硬件选项中可对传感器、VTC模块、接收器进行配置，也可在此增加电池系统。配置网络选项调用网络安装程序，实现接收器与服务器的连接。维护选项用于添加或配置组件。

本实用新型一种实施例的配置：

测试传输模块： 2V/103个

电池组电压、温度和电流测试模块（VTC）：1个

接收器：1个

服务器：1台

服务器端软件：1套

技术规格:

通讯界面：

以太网 10 Mbps

RS232 或 USB (  57.6 kbps)

802.15.4 兼容 RF传输

 2.4 GHz 无线频率

温度：

操作温度： -10℃ ~ +65℃

存储温度： -10℃ ~ +80℃

保护：

采集器 (2 V & 12 V)

测试负载和电源路径保险保护

多元开关保护

电源要求

通过9 V变压器由市电供电

或由VTC供电 

VTC 电源

通过9 V 变压器由市电供电

应急由48V电池系统供电 (< 60 mA)

2 V 采集器电源

由被测电池供电，耗电微小

12 V 采集器电源

由被测电池供电，耗电微小

连接条测量

最小值 2微欧

电流测试

2V或12V采集器

测试电流约5A RMS

电压测试

2V采集器： 电压测试范围：1.4 V ～ 2.5 V

精度=＋/- 10 mV

12V采集器：电压测试范围：8.7 V ～ 14.7 V

精度=＋/- 20 mV

电池负极温度测试

温度测量范围：-10℃ ~ +65℃

准确度：+/- 2℃

电池组电压测试

42～ 600 V 直流 输入范围

电池组电流测试

浮充状态：300 m A ～10 A

充电状态：10～200 A

放电状态：10～200 A

尺寸

接收器：   12.9 cm x 13.3 cm x 5.7 cm

VTC 组监测器：    12.9 cm x 13.3 cm x 5.7 cm

2 V & 12 V 采集器： 11.3 cm x 8 cm x 3.8 cm

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 (4)

1.蓄电池容量在线监测系统，其特征在于：包括测试传输模块、电池组电压测试模块、温度测试模块、电流测试模块、接收器、服务器以及客户端，在每一只蓄电池极柱部位，测试传输模块包含了专有的容量测试线路、电压和温度电子测试线路，同时能够通过无线组网通讯技术将测试结果传输出去，该测试传输模块与接收器进行通信，接收器的作用是从测试传输模块上获取测试数据，并将获取的数据通过以太网或串口传输给服务器，再通过专业的、基于网络的蓄电池管理系统对蓄电池健康状况进行管理、预警和报告，用户可在任何地点登陆了解蓄电池信息。

2.根据权利要求1所述的蓄电池容量在线监测系统，其特征在于：所述电压测试模块采用了多级滤波放大电路提高信躁比，所述多级滤波放大电路包括原始高通滤波放大电路和低通滤波放大电路。

3.根据权利要求1或2所述的蓄电池容量在线监测系统，其特征在于：测试传输模块配有6根电线，以开尔文连接方式捆绑连接，分别用于监测蓄电池电压、容量、温度、连接条内阻。

4.根据权利要求1所述的蓄电池容量在线监测系统，其特征在于：所述蓄电池管理系统的网络有两种选择方式：选择使用服务器通过标准以太网连接进行交流，在任何地方都可以随时、方便快速地获取系统的数据结果；或选择使用一个独立的PC机，能通过以太网获取数据，或直接通过串口连接从接收器上获得数据，数据库软件将数据进行整理和报告。

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