一种蓄电池在线监测及活化装置，方法和存储介质与流程

1.本发明涉及电网安全检测技术领域，尤其是涉及一种蓄电池在线监测及活化装置，方法和存储介质。


背景技术：

2.电力行业大量使用蓄电池作为后备电源，但随着运行时间电池都会因为硫化等原因造成容量下降，尤其是在现有的电力的直流供电系统使用环境和应用场景中，蓄电池长期处于后备浮充电状态，随着时间的增加，当其容量低于80%时就会不符合电力行业相关标准要求，所以必需及时对退化的蓄电池及时活化，让其保证其最大的活性，最健康的状态。
3.根据相关行业标准和企业标准要求，对新安装的蓄电池组每两年才进行一次核容维护，超过四年的电池每年才进行一次核容维护，这样在这种长跨度的核容放电维护不能有效的保证蓄电池本身的活性即不能保证蓄电池的最健康状态，即使在年度核容时发现蓄电池容量不足的蓄电池需要进行活化时，需将其从蓄电池组中更换或停电活化，其活化工作比较麻烦，本发明则主要是为了解决蓄电池的实时监测与即时准确评估判断蓄电池容量为问题，以及如何实现在线及时活化激活退化电池，以提高蓄电池的在线活性特征。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明提出一种蓄电池在线监测及活化装置，方法和存储介质，用于异常蓄电池快速检测和在线活化，有效保障了直流母线供电的连续性。
5.具体的，本发明提供了一种蓄电池在线监测及活化系统，至少包括：连接于单个或多组电池单体两端极柱的参量采集单元和在线活化单元；所述两端极柱包括正极和负极。
6.所述参量采集单元将采集的电池单体的参数模拟量输出至控制管理器，通过控制管理器进行参量换算、内阻运算和电池容量运算后，判断当前的电池容量是否达到退化拐点，若达到，则通知所述在线活化单元开始电池活化；否则，继续监测。
7.其中，所述参量采集单元，至少包括：电压采集回路、温度采集回路和电流采集回路，具体的：所述电压采集回路连接于所述电池单体两端极柱，用于采集电压信号。
8.所述温度采集回路连接于所述电池单体的负极柱，用于采集电池单体当前温度。
9.所述电流采集回路与负载单元串联后，与所述电池单体的连接形成回路；所述负载单元由所述控制管理器进行负载参数设定。
10.所述参数模拟量至少包括电池单体的电压模拟值，电流模拟值和温度值。
11.所述控制管理器包括第一控制芯片，及分别与所述参量采集单元连接的电压采集通道，温度采集通道，电流采集通道和负载控制通道；所述第一控制芯片通过所述负载控制通道分别设定第一负载值和第二负载值，并分别采集第一负载值和第二负载下的电压模拟值和电流模拟值进行内阻运算，根据计算结
果通过信号指示单元进行不同信号提示。
12.本发明所述的控制管理器，还包括：第一通信电路，用于控制所述在线活化单元进行电池活化。
13.第二通信电路，用于将所述参量采集单元采集的数据结果发送至上位机监控系统端。
14.输出信号指示单元，用于连接信号灯进行信号提示。
15.数字时钟单元，提供和记录当前时间，用于统计故障时间。
16.优选的，所述在线活化单元，包括：第二控制芯片，脉冲负载驱动单元，充电电源生成单元和充电电源输出控制单元，具体的：所述第二控制芯片，响应于所述第一控制芯片发来的活化命令，实现活化逻辑判断，并生成脉冲负载驱动信号；所述脉冲负载驱动单元，用于驱动和控制电池单体活化时所需的活化所需负载；所述充电电源生成单元，根据所述脉冲负载驱动单元设置的活化参数生成对应的电源，并通过所述充电电源输出控制单元给电池单体活化；所述活化参数至少包括活化电压值，电流值和活化时长。
17.以及人机交互单元接口，用于连接外部监控端，供及时查看电池活化进程和当前状态。
18.优选的，本发明所述的电池单体可以是1个，可以是多个串联的电池组，但不限于此。
19.作为另一优选的，本发明还进一步提供了一种蓄电池在线监测及活化方法，包括以下步骤：s1：控制管理器通过所述负载控制通道分别设定第一负载值和第二负载值；s2：通过参量采集单元分别采集电池单体在第一负载值和第二负载下的参数模拟量，并发送至控制管理器；所述参数模拟量至少包括电池单体的电压模拟值，电流模拟值和温度值；s2：所述控制管理器对所述参数模拟量进行参量换算、内阻运算和电池容量运算；s3：判断当前的电池容量是否达到退化拐点，若达到，则通知在线活化单元开始电池活化；否则，继续监测。
20.其中，对所述电压模拟值和电流模拟值进行内阻运算，具体步骤包括：s201:分别统计第一负载值和第二负载值时的电压模拟值vn1和电压模拟值vn2，以及电流模拟值in1和in2；s202: 进行内阻运算公式为：；；上式中，vn1为第n次采集的所述电池单体的第一负载电压值，vn2为第n次采集的所述电池单体的第二负载电压值；in1为第n次采集的所述电池单体的第一负载电流值，in2
为第n次采集的所述电池单体的第二负载电流值；其中，n=1,2,3,.....,n，其中n为一正整数。
21.优选的，所述电池容量运算，还包括：基于所述当前内阻值采用五阶多项式拟合计算所述当前容量数据：y=ax5 bx4 cx3 dx2 ex1 fx0；其中x为所述当前内阻值，y为当前容量数据；a、b、c、d、e和f为拟合常数，这些常数是根据蓄电池样本的实际放电曲线与内阻数据库进行反运算得到，即通过测试某对应型号的电池的实际标称放电容量、及放电过程中的标准内阻数据，可绘制成实际容量与内阻的对应关系曲线图，通过这个关系曲线图形转换成五阶多项式拟合公式得到a、b、c、d、e和f拟合常数，再代入上式中，即可计算任一内阻值x时的容量y值。
22.本发明所采用的电池活化过程，包括以下步骤：s301：读取设定的标称内阻，读取经内阻运算得到的内阻值；s302：判断所述内阻值是否大于标称内阻，若大于标称内阻的30%，则直接输出活化命令； 否则，转s303；s303：读取电池容量当前运算结果，以及电池容量上一次运算结果，判断电池的容量下降值是否超过5%，若超过，则输出活化命令；若没超过，则转s304；s304：判断电池当前容量是否低于或等于标准容量的80%，若是，则输出活化命令；若高于标准容量的80%，则转s305；s305：判断电池单体电压与标准浮充电压差值是否大于50mv，若大于50mv，则输出活化命令；若小于50mv，则本轮活化结束，进入下一轮电池活化。
23.作为另一优选的，本发明还进一步提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机可读存储介质还包括：非易失性的半导体存储元件，用于读取参量采集单元采集的数据信息；数据处理单元，通过处理电路调用所述计算机程序执行并实现如上所述蓄电池在线监测及活化方法的步骤；数据分配电路，对从所述非易失性的半导体存储元件读取的待预测数据按每一处理单位经数据处理单元处理后，将得到的预测结果发送至一条或多条can总线，以通过网关发送至外部设备。
24.综上所述，本发明提供一种蓄电池在线监测及活化系统，方法和存储介质，所述系统包括参量采集单元，在线活化单元和控制管理器，其中，控制管理器通过所述负载控制通道分别设定第一负载值和第二负载值，通过参量采集单元分别采集电池单体在第一负载值和第二负载下的参数模拟量，并发送至控制管理器；由控制管理器对所述参数模拟量进行参量换算、内阻运算和电池容量运算，当电池容量达到退化拐点，则通知在线活化单元开始电池活化。通过本发明不但可以实时监控电池的安全状态，还能及时发现储能不足的电池，并在线实现激活，实现了蓄电池监管和激活一体化的功能，有效提高了蓄电池的在线活性特征。
附图说明
25.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具
体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。
26.图1为本发明所述一种蓄电池在线监测及活化系统示意图。
27.图2为本发明所述的参量采集单元示意图。
28.图3为本发明所述控制管理器示意图。
29.图4为本发明所述在线活化单元示意图。
30.图5为本发明所述的电池单体示意图。
31.图6为本发明所述一种蓄电池在线监测及活化方法示意图。
32.图7为本发明所述内阻运算流程。
33.图8为本发明所述电池容量运算流程。
34.图9为本发明所述电池活化流程。
具体实施方式
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
36.如图1所示，本发明提供了一种蓄电池在线监测及活化系统，至少包括：参量采集单元，在线活化单元，和控制管理器，具体的：参量采集单元和在线活化单元均分别连接于单个或多组电池单体两端正负极极柱上。
37.其中，参量采集单元将采集的电池单体的参数模拟量输出至控制管理器，通过控制管理器进行参量换算、内阻运算和电池容量运算后，判断当前的电池容量是否达到退化拐点，若达到，则通知所述在线活化单元开始电池活化；否则，继续监测。
38.其中，所述参量采集单元，如图2所示，至少包括：电压采集回路、温度采集回路和电流采集回路，所述参数模拟量至少包括电池单体的电压模拟值，电流模拟值和温度值，具体的：所述电压采集回路连接于所述电池单体两端极柱，用于采集电压信号，优选的，电压采集回路至少包括电压信号输入端，v/v变换电路以及隔离变换电路。其中，电压信号输入端负责读取电池单体的电压信号，经v/v变换电路处理后传送至隔离变换电路进行隔离和进行模数变换，获得的电压模拟值输出至控制管理器的电压采集通道。
39.所述温度采集回路连接于所述电池单体的负极柱，用于采集电池单体当前温度。优选的，温度采集回路至少包括温度信号感应端，t/v变换电路以及隔离变换电路。其中，温度信号感应端可选的采用任意的温度传感器或温度检测装置，均不限于此。将所采集的温度信号经t/v变换电路处理后传送至隔离变换电路进行隔离和进行模数变换，获得的温度值输出至控制管理器的温度采集通道。
40.所述电流采集回路与负载单元串联后，与所述电池单体的连接形成回路；所述负载单元由所述控制管理器进行负载参数设定。优选的，电流采集回路至少包括电流信号输入端，i/v变换电路以及隔离变换电路。其中，电流信号输入端负责读取电池单体的电流信号，经i/v变换电路处理后传送至隔离变换电路进行隔离和进行模数变换，获得的电流模拟
值输出至控制管理器的电流采集通道。
41.优选的，本发明所述控制管理器，如图3所示，具体包括第一控制芯片，及分别与所述参量采集单元连接的电压采集通道，温度采集通道，电流采集通道和负载控制通道；所述第一控制芯片通过所述负载控制通道分别设定第一负载值和第二负载值，并分别采集第一负载值和第二负载下的电压模拟值和电流模拟值进行内阻运算，其中内阻运算的算法实现由第一控制芯片完成执行，每次内阻测试命令执行时长为3~4秒，信号指示单元根据计算结果通过信号指示单元进行不同信号提示。
42.其中，在进行内阻运算时，同步执行负载控制通道的负载指令，并在该负载指令执行加载期间同步进行采集200个电压模拟值和电流模拟值，再根据采集时间点的200个电压模拟值和电流模拟值得用欧姆定律计算出对应时间点的200个内阻值，再对计算出的200个内阻值进行均方根计算得出的最终电池单体内阻运算结果。
43.所述电池容量运算，由第一控制芯片根据内阻数据和设置的电池标称容量，采用五阶多项式拟合计算得蓄电池可放电的当前电池容量。控制管理器判断当前的电池容量是否达到退化拐点，若达到，则通知在线活化单元开始电池活化；否则，继续监测。优选的，所述退化拐点可选为该电池单体标准电池容量c的80%，但不限于此，可根据具体电池单体需求和应用场景需求进行设定。也就是说，当电池单体的电池容量低于该电池单体标准电池容量c的80%，则电池单体存在硫化等原因造成容量下降，则需要进行活化，否则电池容易出现异常或造成电力系统故障。
44.本发明所述的控制管理器，还包括：第一通信电路，第二通信电路，蓝牙通信电路，总线通信电路，和复位和晶振单元，具体的：第一通信电路，用于控制所述在线活化单元进行电池活化。
45.第二通信电路，用于将所述参量采集单元采集的数据结果发送至上位机监控系统端。
46.输出信号指示单元，用于连接信号灯进行信号提示。
47.控制管理器端设置有2个通信接口，一个用于485总线通信，一个用蓝牙无线通信。
48.复位和晶振单元，为该第一控制芯片工作必需的基本时钟脉冲信号单元，提供和记录当前时间，用于统计故障时间。
49.优选的，本发明所述的在线活化单元，如图4所示，包括：第二控制芯片，脉冲负载驱动单元，充电电源生成单元和充电电源输出控制单元。
50.所述第二控制芯片，响应于所述第一控制芯片发来的活化命令，实现活化逻辑判断，并生成脉冲负载驱动信号。
51.所述脉冲负载驱动单元，用于驱动和控制电池单体活化时所需的活化所需负载。
52.所述充电电源生成单元，根据所述脉冲负载驱动单元设置的活化参数生成对应的电源，并通过所述充电电源输出控制单元给电池单体活化。
53.所述活化参数至少包括活化电压值，电流值和活化时长。
54.以及人机交互单元接口，用于连接外部监控端，供及时查看电池活化进程和当前状态。
55.优选的，本发明所述的电池单体如图5所示，可以是1个，可以是n个串联的电池组，但不限于此。
56.作为另一优选的，本发明还进一步提供了一种蓄电池在线监测及活化方法，如图6所示，包括以下步骤：s1：控制管理器通过所述负载控制通道分别设定第一负载值和第二负载值；s2：通过参量采集单元分别采集电池单体在第一负载值和第二负载下的参数模拟量，并发送至控制管理器；所述参数模拟量至少包括电池单体的电压模拟值，电流模拟值和温度值；s2：所述控制管理器对所述参数模拟量进行参量换算、内阻运算和电池容量运算；s3：判断当前的电池容量是否达到退化拐点，若达到，则通知在线活化单元开始电池活化；否则，继续监测。
57.其中，对所述电压模拟值和电流模拟值进行内阻运算，具体步骤包括：s201:分别统计第一负载值和第二负载值时的电压模拟值vn1和电压模拟值vn2，以及电流模拟值in1和in2；s202: 进行内阻运算公式为：；；上式中，vn1为第n次采集的所述电池单体的第一负载电压值，vn2为第n次采集的所述电池单体的第二负载电压值；in1为第n次采集的所述电池单体的第一负载电流值，in2为第n次采集的所述电池单体的第二负载电流值；其中，n=1,2,3,.....,n，其中n为一正整数。
58.如图7所示，内阻运算的详细过程为：先启动内阻计算；加入第一负载值；确认第一负载值已经成功加入后，开始采集第一负载值条件下的电压模拟值和电流模拟值，直至采集200次数据；加入第二负载值；确认第二负载值已经成功加入后，开始采集第二负载值条件下的电压模拟值和电流模拟值，直至采集200次数据；开始计算内阻：分别统计得第一负载值和第二负载值时的电压模拟值vn1和电压模拟值vn2，以及电流模拟值in1和in2；再采用上述内阻运算公式进行电阻计算，其中，内阻运算公式根据数据量，分别进行200次的迭代计算，直至完成200次内阻计算后，输出结果。
59.本发明所述电池容量运算，由第一控制芯片根据内阻数据和设置的电池标称容量的基础上采用五阶多项式拟合公式计算所述当前容量数据：y=ax5 bx4 cx3 dx2 ex1 fx0；其中x为所述当前内阻值，y为当前容量数据；a、b、c、d、e和f为拟合常数，这些常数是根据蓄电池样本的实际放电曲线与内阻数据库进行反运算得到，即通过测试某对应型号的电池的实际标称放电容量、及放电过程中的标准内阻数据，可绘制成实际容量与内阻的对应关系曲线图，通过这个关系曲线图形转换成五阶多项式拟合公式得到a、b、c、d、e和f拟合常数，再代入上式中，即可计算任一内阻值x时的容量y值。
60.具体的电池容量运算，如图8所示，包括以下步骤：进入电池容量运算；读取设定的标称容量；并设定标称容量的分段值；建立如上述的五阶多项式数学模型，并进行多项式计算得电池容量值；对该电池容量值进行结果反验算，最终输出电池可放电容量值，用于判断当前电池是否满足正常作业需求，若电容达到预设拐点，则进入电池在线活化过程，实现在线实时测试，实时监管电池的状态，一旦电池容量下降到拐点，则自启动活化，从而能更加及时有效提高蓄电池的在线活性特征。
61.具体的，电池活化启动过程，如图9所示，包括以下步骤：s301：读取设定的标称内阻，读取经内阻运算得到的内阻值；s302：判断所述内阻值是否大于标称内阻，若大于标称内阻的30%，则直接输出活化命令； 否则，转s303；s303：读取电池容量当前运算结果，以及电池容量上一次运算结果，判断电池的容量下降值是否超过5%，若超过，则输出活化命令；若没超过，则转s304；s304：判断电池当前容量是否低于或等于标准容量的80%，若是，则输出活化命令；若高于标准容量的80%，则转s305；s305：判断电池单体电压与标准浮充电压差值是否大于50mv，若大于50mv，则输出活化命令；若小于50mv，则本轮活化结束，进入下一轮电池活化。
62.作为另一优选的，本发明还进一步提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机可读存储介质还包括：非易失性的半导体存储元件，用于读取参量采集单元采集的数据信息；数据处理单元，通过处理电路调用所述计算机程序执行并实现如上所述蓄电池在线监测及活化方法的步骤；数据分配电路，对从所述非易失性的半导体存储元件读取的待预测数据按每一处理单位经数据处理单元处理后，将得到的预测结果发送至一条或多条can总线，以通过网关发送至外部设备。
63.本发明所述方法及其实现功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
64.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执
行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
65.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
66.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
67.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。