一种蓄电池综合智能管理系统

1.本发明涉及蓄电池监测技术领域，尤其是涉及一种蓄电池综合智能管理系统。


背景技术：

2.蓄电池组作为重要的储能设备和应急不间断供电电源，具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、使用范围广、原材料丰富等优点，已经被广泛应用于各行各业。
3.现有的对移动中的蓄电池状态进行监测的方法通常是在设备停止工作后将再对蓄电池进行相关各项检测。蓄电池组在使用时，使用者不能监测每个蓄电池组的累计充放电次数，也不能监测每个蓄电池组的当前剩余电量、充电温度和每个蓄电池组中单体蓄电池的电解液位等重要数据，这样无法实时对蓄电池进行管理，无法及时发现每个蓄电池组是否发生故障。若蓄电池在工作状态中发生异常，如大电流放电，而在工作结束后才对其进行检测，往往已错过蓄电池维护的最佳时机，甚至在组成蓄电池的某些电池单体报废后才检测出异常状况，因而无法精确推算出蓄电池的健康状况，由于不能对每个蓄电池组进行有效的监测，会降低每个蓄电池组的使用寿命，更加严重的是，由于缺乏有效的监测维护手段，不能及时、准确地掌握每个蓄电池组的状态，无法消除每个蓄电池组发生故障时带来的隐患影响对蓄电池的维护。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种蓄电池综合智能管理系统，旨在解决上述问题。
5.本发明提供一种蓄电池综合智能管理系统，包括：蓄电池监测模块、通信模块、蓄电池管理模块和智能维护模块；
6.所述蓄电池监测模块，包括多个监测板，所述监测板与蓄电池连接，用于实时采集蓄电池的充放电参数和内阻数据，并将采集的数据发送到所述通信模块；
7.所述通信模块，用于将接收到的所述充放电参数和内阻数据上传到所述蓄电池管理模块；将所述蓄电池管理模块的电池维护指令下发到所述智能维护模块；
8.所述蓄电池管理模块，用于根据接收到的充放电参数和内阻数据对所述蓄电池当前状态进行分析，根据分析结果判断电池状态是否需要进行智能维护，下发电池维护指令；
9.所述智能维护模块，用于根据接收的所述蓄电池管理模块的维护指令，选择相应的工作模式和控制参数对所述蓄电池进行维护。
10.采用本发明实施例，通过对蓄电池的远程监控，获取每个蓄电池组的电压、电流、充电温度和内阻等数据，实现对蓄电池的实时监测，避免对蓄电池监测的滞后性；在这些数据的基础上，进行蓄电池的soc估算、soh 评估、电池失效模式判断，根据分析结果推断蓄电池的健康状况，实现异常报警，方便对蓄电池组的维护和管理，延长了蓄电池组的使用寿命；通过对接收到的监测数据的保存实现数据回放和数据展现功能，实现蓄电池信息的全寿命管理。
11.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，
而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。
13.图1是本发明实施例的蓄电池综合智能管理系统的示意图；
14.图2是本发明实施例的蓄电池监测装置结构示意图；
15.图3是本发明实施例的集中主控单元硬件示意图；
16.图4是本发明实施例的蓄电池内阻检测电路；
17.图5是本发明实施例的蓄电池管理系统的功能架构示意图。
具体实施方式
18.下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，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做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。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.此外，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所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.系统实施例
22.根据本发明实施例，提供了一种蓄电池综合智能管理系统，图1是本发明实施例的蓄电池综合智能管理系统的示意图，如图1所示，根据本发明实施例的蓄电池综合智能管理系统具体包括：
23.蓄电池监测模块10，包括多个监测板101，所述监测板101作为蓄电池监测装置与蓄电池连接，用于实时采集蓄电池的充放电参数和内阻数据，并将采集的数据发送到所述通信模块，还可以用于存储一定量的数据，
24.通信模块12，用于将接收到的所述充放电参数和内阻数据上传到所述蓄电池管理
模块；将所述蓄电池管理模块的电池维护指令下发到所述智能维护模块。
25.电池管理模块14，用于根据接收到的充放电参数和内阻数据对所述蓄电池当前状态进行分析，根据分析结果判断电池状态是否需要进行智能维护，下发电池维护指令。
26.智能维护模块16，用于根据接收的所述蓄电池管理模块的维护指令，选择相应的工作模式和控制参数对所述蓄电池进行维护。
27.图2为本发明实施例的蓄电池监测装置结构示意图，由图2可知，所述监测板101包括：电压采集单元1011、电流采集单元1012、温度采集单元1013、内阻采集单元1014、集中主控单元1015和电源1016，所述电压采集单元1011、电流采集单元1012、温度采集单元1013和内阻采集单元1014均与所述集中主控单元1015连接；所述电压采集单元1011、电流采集单元1012、温度采集单元1013和内阻采集单元1014分别用于采集所述蓄电池的电压、电流、温度和内阻数据，并分别将采集的数据发送到所述集中主控单元1015，通过与所述集中主控单元1015连接的所述通信模块12上传到所述蓄电池管理模块14；所述电源1016连接所述集中主控单元1015，用于通过所述集中主控单元1015对所述监测板101进行供电。
28.蓄电池单体具有射频标签1017，实现每一个蓄电池单体具有唯一身份识别号，便于蓄电池的使用管理。所述射频标签1017连接所述集中主控单元1015，用于储存所述蓄电池的基本信息，主要包括：蓄电池id、蓄电池容量、蓄电池电压和启用时间。
29.射频标签1017通过rfid技术，与阅读器和天线组成的读卡器构成射频识别系统，射频识别系统对应射频标签获取能量的方式分为有源、无源和半有源系统，本发明实施例选用无源系统，射频标签1017利用直流电源为卡内电路供电，直流电源由接收的射频能量转化，且无需电池。本发明实施例采用的射频标签1017内的存储器为只读卡，存储的信息不可更改，本发明实施例中射频标签1017采用的数据交换方式为被动式。
30.图3为本发明实施例的集中主控单元硬件示意图，如图3所示，集中主控单元1015主要由以下几部分组成：数据的接收与发送部分、数据的存储部分、rs485通信电路部分。主芯片选择内核是cortex-m4，型号是stm32f411cet6微处理器，包括uc/os-ii(microcontroloperationsystemtwo)操作系统，集中主控单元作为主机，通过数据收发部分发送各项检测命令，并接收来自各个检测单元的报文数据并对接收到的数据进行处理。其中，报文的接收与下发通过stm32f411cet6微处理器自带的串口以及后续电路操作实现；由于数据的存储量比较大，芯片内部自带的flash空间不足，所以，利用接口技术外扩了w25q32jvssiq芯片；rs485通信电路部分通过线性光耦隔离。
31.集中主控单元1015具体用于：设置所述监测板的采样周期，设置采集的充放电参数和内阻的越限值，向上位机软件发送告警信息；需同时执行多个任务时，根据设定的任务优先级别，多线程处理。
32.电压采集单元1011将被测电路与测试电路进行隔离，本发明实施例中电压采集单元1011采用opa340运放和线性光耦hcnr201搭建。
33.电流采集单元1012包括电流传感器，本实施例中选用fxky41霍尔电流传感器，由
±
12v电源供电，双向电流检测范围为0～200a，输出dc0～3v，其响应带宽可达50khz，非线性度《1％。霍尔电流传感器可以同时测量交流和直流电流信号，功耗低，响应时间快，测量原理及结构简单。
34.温度采集单元1013包括温度传感器，本实施例中为避免采用热敏电阻测温时导线
阻抗随温度变化对测量结果的影响选用ds18b20温度传感器，属于数字温度传感器。ds18b20温度传感器测量范围为-55℃～ 125℃，在
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10～ 85℃范围内，精度为
±
0.5℃，能直接读取温度值，拥有9～12位的分辨率，工作电压的范围为3.0v～5.5v，不需要额外的电源，由数据线提供电源。
35.内阻采集单元1014采用四线制接法的交流法蓄电池内阻检测电路，如图4所示，将检测电路中的激励电流注入回路与响应信号测量电路彻底分离，使两者相互独立。具体的，将参考电阻与蓄电池串联，通过四线制接法对蓄电池内阻检测电路中注入模拟信号激励蓄电池，并分别采集蓄电池和参考电阻的电压响应信号，两组信号分别利用高精度的放大器进行放大，同时在电路中加入耦合电容隔离直流噪声，消除噪声对小信号带来的影响，并通过相敏检波、低通滤波等一系列处理后，对结果进行简单计算得到蓄电池内阻值。
36.蓄电池监测模块10工作状态包括离线状态与在线状态：
37.离线状态时：蓄电池监测模块10与后台蓄电池管理模块14通讯中断，如蓄电池随装离场，由于通讯距离超过433mhz无线传输模块的有效通讯范围，此种情况下，蓄电池监测模块10可将各种参数等信息进行存储，当蓄电池随车返场时，可及时将信息传递到后台蓄电池管理模块14。
38.在线状态时：蓄电池监测装置与后台的蓄电池管理系统通讯正常，如蓄电池在充电间进行日常维护、随车进入车场或车库，此种情况下，蓄电池监测装置可与蓄电池管理系统进行实时数据交互。
39.监测板101监测的最小单位为蓄电池单体，如果蓄电池组允许给蓄电池单体加装监测装置，则每个蓄电池单体加装监测板101，如果不允许则也可以对蓄电池组加装监测板101。
40.通信模块12，采用433mhz无线传输模块，用于将接收到的所述充放电参数和内阻数据上传到所述蓄电池管理模块；将所述蓄电池管理模块的电池维护指令下发到所述智能维护模块。
41.蓄电池管理模块14，具体用于对接收的蓄电池监测模块10采集的数据进行分析处理，包括：
42.1)数据监控：根据监测到的数据，进行蓄电池的soc估算、soh评估、电池失效模式判断，根据分析结果判断电池状态是否需要进行智能维护，给出相应的活化控制策略建议，方便管理人员进行相应的操作，下发电池维护指令；若蓄电池经维护处理后，蓄电池管理模块监测到其放电容量仍然低于额定容量的60％，则判断蓄电池处于报废状态，进行电池报废预警。
43.2)数据显示：对蓄电电池的电压、电流、温度、soc等数据进行实时显示。
44.3)数据存储：将电池信息进行存储，便于历史信息的查询。
45.4)位置检索：通过电池最新入场后位置记录，检索电池所在电池架的位置，如需出厂将位置信息发送管理人员，并向对应的监测板发送信号，通过监测板上的蜂鸣器和发光二极管进行报警提示。
46.蓄电池管理模块14还包括数据库，用于存储接收的蓄电池的充放电参数和内阻数据。不仅能够实现实时数据显示和异常报警，且能进行数据回放、数据展现等功能。
47.蓄电池管理模块14通过数据库存储每个电池独有的id号，每个id号代表的电池具
有4种质量等级：新品、堪用品、待报废品、废品；4种使用状态：未启用、在用、损毁待报废、已报废；两种时效：在线、离线。
48.当检测到新的id号后，提醒管理人员是否添加到id号数据库，对新添加的电池id，由于有一些参数属于未知量，如蓄电池额定电压、容量、存放位置、配属装备等，需要进行人工录入；如果蓄电池出厂时已经完成了相关内容的录入，也可直接读取射频卡的出厂记录。
49.蓄电池管理模块14安装于上位机或/和手持机上，通过上位机或/和手持机对接收到的所述充放电参数和内阻数据和分析结果，包括蓄电池荷电状态soc估算结果、蓄电池健康度soh评估结果和电池失效模式判断结果进行实时显示。
50.具体的，手持机和上位机通过安装的蓄电池管理模块14，可以实时查看已经注册的各个蓄电池的信息。手持机和上位机通过433mhz通信模块12与蓄电池监测模块10进行指令及数据传输，且手持机与上位机之间采用 ble实现数据共享。手持机上装有读卡器，可以实时扫描电池id，读取电池信息，通过手持机对电池进行出入库管理。手持机和上位机可以设置蓄电池的充电、修复策略，并通过无线通信将相应的控制参数下发到蓄电池智能维护，远程控制智能维护模块16对电池进行充电、放电以及维护。
51.智能维护模块16，用于根据接收的所述蓄电池管理模块的维护指令，选择相应的工作模式和控制参数对所述蓄电池进行维护，工作模式具体包括：常规充电、应急充电、脉冲修复和深度活化修复。
52.系统还包括巡检模块，可以根据设定时间定时对系统中的电池性能进行定时巡检，也可根据设置针对某一种型号的蓄电池或根据蓄电池批次对蓄电池的性能进行选择性巡检，如图5所示。
53.采用本发明实施例，通过对蓄电池的远程监控，获取每个蓄电池组的电压、电流、充电温度和内阻等数据，实现对蓄电池的实时监测，避免对蓄电池监测的滞后性；在这些数据的基础上，进行蓄电池的soc估算、soh 评估、电池失效模式判断，根据分析结果推断蓄电池的健康状况，实现异常报警，方便对蓄电池组的维护和管理，延长了蓄电池组的使用寿命；通过对接收到的监测数据的保存实现数据回放和数据展现功能，实现蓄电池信息的全寿命管理。
54.显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
55.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。