CN105223517A - 一种蓄电池组在线均衡监测方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄电池组在线均衡监测方法，涉及电力领域。本发明是为了解决现有的蓄电池组存在一些蓄电池过充而另一部分蓄电池欠充的现象，并且现有需要人工检测蓄电池组的容量，工作量大，效率低的问题。本发明采用N个电池模块串联构成一个蓄电池组，采用N个反向放电单元使每个电池模块在开路情况下，能够正常放电，采用N个电池活化单元来监测每个电池模块的内阻，采用N个均衡模块实时监测每个电池模块的电压，采用采集控制单元实时采集每个电池模块的开路信号、内阻值、电容值和电压值，并做处理，将处理结果传送给主控箱，主控箱通过以太网与服务器进行数据交互，同时采用电流霍尔传感器采集整个蓄电池组的充放电电流。它用于电池组均衡监测。

Description

一种蓄电池组在线均衡监测方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池组在线均衡监测方法。属于电力领域。

背景技术

在电力行业,电力操作电源中蓄电池组的作用尤为重要。各单位通常将蓄电池比喻为运行安全的最后生命线。各单位设备维护管理部门要从确保运行质量，生产安全和财产安全的角度来重视蓄电池的维护，在电网出现故障时，将由蓄电池组直接对继电保护装置、合闸分路、控制分路及其它重要负载提供电力供应。由于电池出厂前的设计、工装设备、质量控制等因素造成每只蓄电池的内阻、容量及自放电程度并不相同，而使用时对每只蓄电池的浮充电流却完全相同，所有厂家的电力操作电源中又都没有蓄电池组运行质量控制管理系统,结果是一些蓄电池过充而另一部分蓄电池欠充，导致蓄电池活性物质脱落、变坏、正极栅格腐蚀及硫化等现象出现，从而会使得整组电池出现容量丢失，电压不均，以及单体电池落后等情况。这样将给安全生产带来极大的隐患，出现电网故障时需电池供电，而电池放不出电的恶性事故。

但目前，无法消除一些蓄电池过充而另一部分蓄电池欠充的现象，听任蓄电池容量下降而束手无策。同时,由于缺乏必要的专业仪器仪表，对蓄电池组容量测试还停留在人工检测水平上，这是一项操作繁琐、工作量大，效率极低的工作，造成未能按照规程要求对蓄电池进行容量测试维护。目前在用的蓄电池组从工程竣工交付使用后至今没有做过一次彻底容量测试的现象极为普遍。电池作为电力操作电源最后一道关口，如果听任其长期处于状态不明的情况下运行，那么隐患之处将多不胜数。随着时间的推移，电池使用年限的增加，由电池引起的中断事故将防不胜防。

发明内容

本发明是为了解决现有的蓄电池组存在一些蓄电池过充而另一部分蓄电池欠充的现象，并且现有蓄电池组的容量需要人工检测，工作量大，效率低的问题。现提供一种蓄电池组在线均衡监测方法。

一种蓄电池组在线均衡监测方法，该方法是基于下列系统实现的，所述系统包括N个电池模块、N个反向放电单元、N个电池活化单元、N个放电测容单元、N个均衡模块、N个采集控制单元、主控箱和电流霍尔传感器，N为正整数，

N个电池模块串联，每个反向放电单元的两个开路信号输入/输出端同时连接一个电池模块的两端和一个采集控制单元的两个开路信号输出/输入端，

每个电池活化单元的两个内阻检测信号输入/输出端同时连接一个电池模块的两端和一个采集控制单元的两个内阻检测信号输出/输入端，

每个放电测容单元的两个容量检测信号输入/输出端同时连接一个电池模块的两端和一个采集控制单元的两个容量检测信号输出/输入端，

每个均衡模块的两个电压信号输入/输出端同时连接一个电池模块的两端和一个采集控制单元的两个电压信号输出/输入端，

N个采集控制单元均通过通讯总线与主控箱连接，

主控箱的电流信号输出端连接电流霍尔传感器的电流信号输入端，

主控箱的电压信号输出端连接电压霍尔传感器的电压信号输入端；

基于上述系统的一种蓄电池组在线均衡监测方法为：

步骤一、采用N个采集控制单元实时采集每个反向放电单元的开路信号，并控制每个反向放电单元使每个电池模块在开路情况下，能够正常放电；

同时，N个采集控制单元实时采集每个电池活化单元的内阻，当电池模块的内阻大于设定值时，控制电池活化单元对电池模块进行活化处理，

同时，N个采集控制单元实时采集并控制每个放电测容单元的容量，

同时，N个采集控制单元实时采集每个均衡模块的电压，当电池模块的电压大于设定值时，控制均衡模块对电池模块进行放电；

步骤二、所有采集控制单元通过通讯总线与主控箱进行信息交互，

步骤三、主控箱通过以太网与服务器进行数据交互，同时采用电流霍尔传感器采集整个蓄电池组的充放电电流，采用电压霍尔传感器采集整个蓄电池组的电压，根据该整个蓄电池组电压设置每个每块电池模块的均衡电压，实现对蓄电池组在线均衡监测。

本发明的有益效果为：对每一块电池模块都配备一个检测维护模块，即包括反向放电单元、电池活化单元、放电测容单元、均衡模块和采集控制单元，

采用反向放电单元使电池开路情况下，保证电池组可以正常放电，当电池模块处于开路状态时，在整组电池处于充电状态或放电状态下均可以自动旁路该电池维持整组电池的充放电状态；电池活化单元用于监测每个电池模块的内阻，当检测到电池内阻增大时，对蓄电池进行活化诊治，做到提前发现问题，从而解决问题；采用放电测容单元不需要对每个电池模块进行深度放电，不需要人工进行任何接线操作，检测电池容量只需要几分钟，采用均衡模块用于监测每个电池模块的电压，当电池模块的电压大于期望值时，对电池模块进行放电，以使电压稳定，从而改善了电池的使用条件，延长了电池的寿命，最后通过采集控制单元对每个均衡模块的电压信号、每个电池活化单元的内阻检测信号和每个放电测容单元的容量检测信号进行采集，通过通讯总线传给主控箱实现控制，主控箱采用智能电力设备标准，通过对每一块单体蓄电池监测模块的建模，将建模形成的IED节点提供给智能变电站系统等上游系统，供变电站统一操作。主控箱通过以太网信号传给服务器，并根据服务器下达的命令对每个电池进行在心维护，采用电流霍尔传感器实时监测整个蓄电池组的充放电电流情况，采用电压霍尔传感器采集整个蓄电池组的电压，根据该整个蓄电池组电压设置每个每块电池模块的均衡电压，实现对蓄电池组在线均衡监测。该系统采用均衡模块实现为每个单体电池实行一对一的电压调整，确保蓄电池组中每只电池端电压一致，避免过充和欠充，针对单体蓄电池可能出现的异常和故障，主动处理，在发生蓄电池组功能失效等故障之前，提前预防，降低损失。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种蓄电池组在线均衡监测方法的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种蓄电池组在线均衡监测方法，该方法是基于下列系统实现的，所述系统包括N个电池模块1、N个反向放电单元2、N个电池活化单元3、N个放电测容单元4、N个均衡模块5、N个采集控制单元6、主控箱7和电流霍尔传感器8，N为正整数，

N个电池模块1串联，每个反向放电单元2的两个开路信号输入/输出端同时连接一个电池模块1的两端和一个采集控制单元6的两个开路信号输出/输入端，

每个电池活化单元3的两个内阻检测信号输入/输出端同时连接一个电池模块1的两端和一个采集控制单元6的两个内阻检测信号输出/输入端，

每个放电测容单元4的两个容量检测信号输入/输出端同时连接一个电池模块1的两端和一个采集控制单元6的两个容量检测信号输出/输入端，

每个均衡模块5的两个电压信号输入/输出端同时连接一个电池模块1的两端和一个采集控制单元6的两个电压信号输出/输入端，

N个采集控制单元6均通过通讯总线与主控箱7连接，

主控箱7的电流信号输出端连接电流霍尔传感器8的电流信号输入端，

主控箱7的电压信号输出端连接电压霍尔传感器9的电压信号输入端；

基于上述系统的一种蓄电池组在线均衡监测方法为：

步骤一、采用N个采集控制单元6实时采集每个反向放电单元2的开路信号，并控制每个反向放电单元2使每个电池模块1在开路情况下，能够正常放电；

同时，N个采集控制单元6实时采集每个电池活化单元3的内阻，当电池模块1的内阻大于设定值时，控制电池活化单元3对电池模块1进行活化处理，

同时，N个采集控制单元6实时采集并控制每个放电测容单元4的容量，

同时，N个采集控制单元6实时采集每个均衡模块5的电压，当电池模块1的电压大于设定值时，控制均衡模块5对电池模块1进行放电；

步骤二、所有采集控制单元6通过通讯总线与主控箱7进行信息交互，

步骤三、主控箱7通过以太网与服务器进行数据交互，同时采用电流霍尔传感器8采集整个蓄电池组的充放电电流，采用电压霍尔传感器9采集整个蓄电池组的电压，根据该整个蓄电池组电压设置每个每块电池模块的均衡电压，实现对蓄电池组在线均衡监测。

本实施方式中，该系统的主要功能及特点：

1、蓄电池在线检测

蓄电池在线检测的内容包括电池组电压实时检测、电池组电流实时检测、单体电池电压检测、单体电池内阻检测、单体电池容量检测、智能模块温度监视、环境温度监视。能够在线检测每节蓄电池内阻，判断蓄电池优劣；预测蓄电池容量和寿命。在线实时监测单体电池电压﹑总电压、电流﹑环境温度；可定期自动测量内阻，测量过程无需人工干预。

2、蓄电池在线保护

蓄电池在线保护的内容包括单体电池电子备份、母线失压保护。

数字化保护均衡模块为每只单体电池实行一对一电子备份，当蓄电池内阻异常增大接近开路时，模块能自动将故障蓄电池旁路，避免直流母线失压。每个保护模块的旁路电流允许100A持续一小时，200A持续一分钟不损坏。交流停电放电过程中最多允许5只电池先后开路或同时开路而不影响电池组放电。

3、蓄电池在线均衡

蓄电池在线均衡的内容包括单体电池限压功能、同组电池自动均压功能。数字化保护均衡模块为每只单体电池实行一对一电压调节，确保蓄电池组中每只电池端电压一致，避免过充和欠充。

4、蓄电池在线维护

蓄电池在线均衡的内容包括单体电池在线活化、单体电池在线核对性放电、程控自动活化、蓄电池放电循环记数。

单体电池在线活化指远程或本地控制单体蓄电池按顺序在线活化可程序设置单体蓄电池自动顺序活化，活化过程中任何时刻蓄电池组保持99.4％以上的工作能力，任何时刻交流停电也不会使直流母线失压。

单体电池在线核对性放电指远程或本地控制单体蓄电池按顺序在线核对性放电，放电过程中任何时刻蓄电池组保持99.4％以上的工作能力，任何时刻交流停电也不会使直流母线失压。

5、蓄电池在线容错

蓄电池在线容错的内容是指允许新旧电池混用、允许不同厂家电池混用。

服务器包括用户管理用户信息设置、添加用户、组管理等，主要用于权限设置、干接点报警输出方便接入其他集中监控系统、客户端专家数据分析、客户端数据库服务器、日志服务记录运行过程中的历史事件，包括设备控制事件、用户设置事件、报警记录等、报表服务输出日报表、月报表。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种蓄电池组在线均衡监测方法作进一步说明，本实施方式中，通讯总线采用RS458或者CAN总线实现。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种蓄电池组在线均衡监测方法作进一步说明，本实施方式中，N个均衡模块5均采用型号为PJH-2的均衡模块实现。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种蓄电池组在线均衡监测系统作进一步说明，本实施方式中，电池模块的个数为108个。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种蓄电池组在线均衡监测系统作进一步说明，本实施方式中，步骤三中，根据该整个蓄电池组电压设置每个每块电池模块的均衡电压的过程为：

在充电工况下，采用电压霍尔传感器采集蓄电池组实际电压值，该电压值除以电池组内电池模块个数，再加上允许向上浮动的电压差值，从而获得每块电池模块的均衡电压。

本实施方式中，电压霍尔传感器用于监视整个蓄电池组电压，避免仅通过求和计算组内蓄电池个体电压所造成的累积误差

因为对每块蓄电池的均衡电压设置的要求比较精准，所以需要计算每块蓄电池的均衡目标值，计算方法是，在充电工况下，采集蓄电池组实际电压值，该电压值除以电池组内蓄电池个数，再加上允许向上浮动的电压差值。

如整组蓄电池，充电电压235V，组内共108快蓄电池，则实时充电均衡目标值为，235/108+0.05＝2.22V，其中0.05是允许向上浮动电压值，由查询经验值表得到。

Claims (5)

1.一种蓄电池组在线均衡监测方法，该方法是基于下列系统实现的，所述系统包括N个电池模块(1)、N个反向放电单元(2)、N个电池活化单元(3)、N个放电测容单元(4)、N个均衡模块(5)、N个采集控制单元(6)、主控箱(7)、电流霍尔传感器(8)和电压霍尔传感器(9)，N为正整数，

N个电池模块(1)串联，每个反向放电单元(2)的两个开路信号输入/输出端同时连接一个电池模块(1)的两端和一个采集控制单元(6)的两个开路信号输出/输入端，

每个电池活化单元(3)的两个内阻检测信号输入/输出端同时连接一个电池模块(1)的两端和一个采集控制单元(6)的两个内阻检测信号输出/输入端，

每个放电测容单元(4)的两个容量检测信号输入/输出端同时连接一个电池模块(1)的两端和一个采集控制单元(6)的两个容量检测信号输出/输入端，

每个均衡模块(5)的两个电压信号输入/输出端同时连接一个电池模块(1)的两端和一个采集控制单元(6)的两个电压信号输出/输入端，

N个采集控制单元(6)均通过通讯总线与主控箱(7)连接，

主控箱(7)的电流信号输出端连接电流霍尔传感器(8)的电流信号输入端，

主控箱(7)的电压信号输出端连接电压霍尔传感器(9)的电压信号输入端；

其特征在于，基于上述系统的一种蓄电池组在线均衡监测方法为：

步骤一、采用N个采集控制单元(6)实时采集每个反向放电单元(2)的开路信号，并控制每个反向放电单元(2)使每个电池模块(1)在开路情况下，能够正常放电；

同时，N个采集控制单元(6)实时采集每个电池活化单元(3)的内阻，当电池模块(1)的内阻大于设定值时，控制电池活化单元(3)对电池模块(1)进行活化处理，

同时，N个采集控制单元(6)实时采集并控制每个放电测容单元(4)的容量，

同时，N个采集控制单元(6)实时采集每个均衡模块(5)的电压，当电池模块(1)的电压大于设定值时，控制均衡模块(5)对电池模块(1)进行放电；

步骤二、所有采集控制单元(6)通过通讯总线与主控箱(7)进行信息交互，

步骤三、主控箱(7)通过以太网与服务器进行数据交互，同时采用电流霍尔传感器(8)采集整个蓄电池组的充放电电流，采用电压霍尔传感器(9)采集整个蓄电池组的电压，根据该整个蓄电池组电压设置每个每块电池模块的均衡电压，实现对蓄电池组在线均衡监测。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池组在线均衡监测系统，其特征在于，通讯总线采用RS458或者CAN总线实现。

3.根据权利要求1所述的一种蓄电池组在线均衡监测系统，其特征在于，N个均衡模块(5)均采用型号为PJH-2的均衡模块实现。

4.根据权利要求1所述的一种蓄电池组在线均衡监测系统，其特征在于，电池模块的个数为108个。

5.根据权利要求1所述的一种蓄电池组在线均衡监测系统，其特征在于，步骤三中，根据该整个蓄电池组电压设置每个每块电池模块的均衡电压的过程为：

在充电工况下，采用电压霍尔传感器采集蓄电池组实际电压值，该电压值除以电池组内电池模块个数，再加上允许向上浮动的电压差值，从而获得每块电池模块的均衡电压。