一种智慧电池、智慧电池监测系统及监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种智慧电池、智慧电池监测系统及监测方法，每一智慧电池均包括一监测模块，通过第一测试线连接至正极柱并通过第二测试线连接至负极柱，第一测试线包括第一电流线和第一电压线，第二测试线包括第二电流线和第二电压线；监测模块包括控制单元，控制单元根据检测到的流经电池本体不同频率下对应的电流信号和电压信号，获取电池本体的欧姆电阻、极化电阻以及极化电容。实施本发明的有益效果是：不增加任何测试线，完全不改变电池传统的连接方式及使用方式，每一智慧电池内的控制单元将获取到的电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息以电力线载波方式发送给电池监测数据接收设备，以随时掌握每一电池本体当前的状态信息。
【专利说明】一种智慧电池、智慧电池监测系统及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池监测领域，更具体地说，涉及一种智慧电池、智慧电池监测系统及监测方法。
【背景技术】
[0002]目前，电力系统变电站操作电源、通信基站电源、机房UPS，以及储能电站、光伏电站、通讯基站、电动汽车等都大量使用蓄电池作为后备电源系统。在电池生命周期的各个阶段，现有测试技术检测电池的SOH(state of health,健康状态)>SOC(state of charge,剩余电量)、剩余寿命还很困难，如果无法获得这些关键数据，不及时发现落后的蓄电池并予以更换，则会存在安全隐患，甚至造成严重的安全事故，即影响供电的可靠性，也增加了供电的成本。
[0003]目前，电池使用者了解电池状态，主要有以下几种方式:
[0004]I)用电池检测仪表，采用人工方法对电池(组)进行测试；但该方法存在以下缺点:电池组往往电压较高，检测工作具有危险性，并且需要耗费大量的人力和物力，效率低，成本高，数据及时性差；
[0005]2)采用电池监测设备对电池(组)进行在线监测，电池监测设备一般具有通讯接口，电池监测数据可以就地显示，还可以通过网络传送到远端的监控平台，使用者和管理者可以实现掌握电池(组)的工作状态；但该主法存在如下缺点:需要安装电池监测设备，需要敷设大量的测试线、通信线、电源线等，施工复杂，维护工作量大，成本高。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电池监测不便、无法实现电池性能参数的互通互联以及电池使用者及管理者难以及时掌握电池当前工作状态数据的缺陷，提供一种智慧电池、智慧电池监测系统及监测方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种智慧电池，包括电池本体，所述电池本体包括正极柱和负极柱，该智慧电池还包括监测模块，且该监测模块通过第一测试线连接至所述正极柱并通过第二测试线连接至所述负极柱，其中:所述第一测试线包括第一电流线和第一电压线，所述第二测试线包括第二电流线和第二电压线；
[0008]所述监测模块包括控制单元、分别与所述控制单元连接的测量电路以及放电单元，且所述控制单元用于控制所述放电单元，使电池本体经由第一电流线和第二电流线向所述放电单元放电以产生多个频率的电流信号，所述测量电路用于通过第一电流线和第二电流线获取流经所述电池本体的每个频率下对应的电流信号、通过第一电压线和第二电压线获取所述电池本体正极柱与负极柱间的每个频率下对应的电压信号，并将所述电流信号和电压信号发送给所述控制单元，使所述控制单元根据接收到的所述每个频率下对应的电流信号和电压信号，获取所述电池本体的欧姆电阻、极化电阻以及极化电容。
[0009]在上述智慧电池中，所述监测模块还包括与所述控制单元连接的温度检测单元，所述温度检测单元用于检测所述电池本体的温度并发送给所述控制单元。
[0010]在上述智慧电池中，所述控制单元存贮有该智慧电池的ID信息，包括序列号、生产日期、额定容量、额定电压。
[0011]在上述智慧电池中，所述控制单元将所述电池本体的包括温度、电压、欧姆电阻、极化电阻、极化电容以及S0H、S0C的性能参数，以及所述该智慧电池的ID信息，通过所述第一电流线和第二电流线以电力线载波通信方式发送给电池监测数据接收设备。
[0012]在上述智慧电池中，所述SOH、SOC性能参数由所述控制单元根据所述电池本体的欧姆电阻、极化电阻以及极化电容获取。
[0013]在上述智慧电池中，该智慧电池还包括一带有上盖的检测室，所述监测模块安装在所述检测室内。
[0014]还提供一种智慧电池监测系统，包括多个如上所述的智慧电池，对应的多个智慧电池通过智慧电池间的连接线串联成组，连接在正直流母线和负直流母线之间，该电池监测系统还包括套设在正直流母线或负直流母线上的电流传感器以及连接在正直流母线和负直流母线之间的电池监测数据接收设备；
[0015]所述电池监测数据接收设备用于接收由每一智慧电池内的控制单元通过第一电流线和第二电流线、其他智慧电池、智慧电池间的连接线、正直流母线和负直流母线，以电力线载波通信方式发送的对应电池本体的性能参数，以及所述该智慧电池的ID信息，所述电池本体的性能参数包括电压、温度、欧姆电阻、极化电阻、极化电容，以及SOH、SOC ;所述该智慧电池的ID信息包括序列号、生产日期、额定容量、额定电压。
[0016]在上述智慧电池监测系统中，还包括电池监测服务器以及一个或多个用户终端，所述电池监测服务器与所述电池监测数据接收设备采用RS485、以太网或GPRS通信连接方式，用于接收并存储由所述电池监测数据接收设备发送的每一电池本体的性能参数以及所述该智慧电池的ID信息，所述用户终端通过访问所述电池监测服务器以获取所述每一电池本体的性能参数以及所述该智慧电池的ID信息。
[0017]还提供一种智慧电池监测方法，所述方法包括以下步骤:
[0018]S1:提供如上所述的智慧电池监测系统；
[0019]S2:电池监测数据接收设备给对应的智慧电池内的控制单元，通过正直流母线、负直流母线、其他智慧电池、智慧电池间的连接线发送第一载波信号；
[0020]S3:对应的智慧电池内的控制单元接收到由电池监测数据接收设备发送过来的第一载波信号后，该控制单元获取对应电池本体的性能参数以及所述该智慧电池的ID信息，并将所述电池本体的性能参数以及所述该智慧电池的ID信息转化为第二载波信号，经第一电流线和第二电流线、其他智慧电池、智慧电池间的连接线发送到正直流母线和负直流母线；
[0021]S4:电池监测数据接收设备从正直流母线和负直流母线接收第二载波信号并转换为对应的电池本体的性能参数以及所述该智慧电池的ID信息。
[0022]在上述智慧电池监测方法中，所述方法还包括:
[0023]电池监测数据接收设备通过RS485、以太网或者GPRS通信方式将接收到的每一电池本体的性能参数以及所述智慧电池的ID信息发送给电池监测服务器，由电池监测服务器接收并存储。[0024]实施本发明的智慧电池、智慧电池监测系统及监测方法，具有以下有益效果:不增加任何测试线，完全不改变电池传统的连接方式及使用方式，每一智慧电池通过其他智慧电池、智慧电池间的连接线、正直流母线和负直流母线，将检测到的电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息以电力线载波通信方式发送给电池监测数据接收设备，实现了电池状态信息互联，电池使用者及管理者可以随时掌握每一电池当前的状态数据，提高了供电系统的安全性和可靠性。本发明的智慧电池可应用于电力变电站操作电源、控制电源蓄电池、机房UPS蓄电池以及储能电站、光伏电站、通讯基站、电动汽车等各类蓄电池全生命周期的监控管理。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0026]图1是本发明智慧电池实施例的示意图；
[0027]图2是图1中电池本体的电路模型；
[0028]图3是本发明多个智慧电池串联成电池组的示意图；
[0029]图4是图3中电力线载波信号发送和信号接收示意图；
[0030]图5是本发明智慧电池监测系统实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0031]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032]如图1所示，是本发明智慧电池实施例的示意图，其中，该智慧电池包括电池本体，该电池本体包括正极板10、负极板11、浸有电解液的夹在正极板10与负极板11之间的隔膜(图中未画出)以及连接条7，正极柱I通过连接条7与正极板10相连，负极柱6通过连接条7与负极板11相连。特别地，本实施例中的智慧电池还包括一具有上盖的检测室2，该检测室2内安装有监测模块3，该监测模块3通过第一测试线5连接到正极柱1，监测模块3通过第二测试线5’连接至负极柱6。
[0033]第一测试线5包括第一电流线和第一电压线，第二测试线5’包括第二电流线和第二电压线，这两根电流线和电压线均与电池本体的正、负极柱及监测模块3相连。
[0034]上述监测模块3包括控制单元(如CPU)、测量电路以及放电单元(图未示)，测量电路和放电单元均与控制单元连接。监测模块中的放电单元在控制单元的控制下，使电池本体经第一电流线和第二电流线向放电单元放电，以产生多个频率的电流信号。此时通过测量电路经第一电流线和第二电流线获取电池本体每个频率下对应的电流信号以及通过第一电压线和第二电压线获取电池本体每个频率下对应的电压信号，并将获取到的电流信号和电压信号发送给控制单元，再根据图2所示的图1中电池本体的电路模型，控制单元在接收到电池本体每个频率下对应的电流信号和电压信号后，便可根据图2中的电路模型计算出该电池本体的欧姆电阻1、极化电阻Rp以及极化电容Cp的的具体数值。该监测模块还包括与控制单元连接的温度检测单元，用于测量电池本体的温度并发送给控制单元，之后监测模块便可根据电池本体的这些包括温度、电压、欧姆电阻、极化电阻以及极化电容的参数与电池的SOH(state of health,健康状态)>SOC(state of charge,剩余电量)、剩余寿命的关系，分析出电池当前的SOH、SOC以及剩余寿命。
[0035]SOH、SOC的定义为如下:
[0036]SOH =电池实际容量/电池额定容量，好的电池SOH接近100%，落后的电池SOH一般低于80%。
[0037]SOC =电池剩余电量/电池实际容量，充满电的电池SOC接近100%，充电不足的电池SOC —般低于90%。
[0038]特别地，上述监测模块的控制单元还存贮有该智慧电池的ID信息，包括序列号、生产日期、额定容量、额定电压。
[0039]特别地，上述两根与电池正、负极柱相连的第一电流线和第二电流线同时承担向监测模块3提供电源的任务，第一电流线和第二电流线还作为电力载波通信线，即该智慧电池中的监测模块可以直接通过第一电流线和第二电流线将获取到的电池本体的性能参数(包括电压、温度、欧姆电阻Rfl、极化电阻Rp以及极化电容Cp，以及SOH、S0C)以及该智慧电池的ID信息(包括序列号、生产日期、额定容量、额定电压)转换成载波信号发送给外部的电池监测数据接收设备，电池监测数据接收设备接收该载波信号并转换为对应的电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息，电池使用者及管理者根据电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息便可掌握电池当前的工作状态，在电池落后时可以及时予以更换，在电池充电不足时可以及时予以充电，从而提高了供电系统的安全性。
[0040]如图3及图4所示，是本发明多个智慧电池串联成为电池组的示意图，对应的多个智慧电池通过连接线12串联，第一节智慧电池的正极与正直流母线13相连，最后一节智慧电池的负极与负直流母线14相连。如图4所示，为电力线载波信号发送和信号接收示意图，电力线载波信号采用高频信号，对于该高频信号，智慧电池、智慧电池间的连接线，正直流母线、负直流母线、电池监测数据接收设备构成了 一个环路。电池监测数据接收设备发送的电力线载波信号，所有智慧电池都可以接收到；每个智慧电池发送的电力线载波信号，电池监测数据接收设备也可以接收到。由于智慧电池本体与安装于智慧电池检测室内的监测模块是并联的，因此流经智慧电池的电力线载波信号电流，一部分通过第一电流线、第二电流线流过监测模块(图4中未画出)，另一部分流过了智慧电池本体(图4中已画出)，其中，电池本体包括正极柱、负极柱、连接条、正极板、负极板以及浸有电解液的隔膜或胶凝状电解液。
[0041]另外，电池监测数据接收设备、所有的监测模块都设有不同的地址，电力线载波信号发送设备发送的信号含有目标地址及源地址，只有与目标地址符合的设备才返回应答信号(该设备返回的应答信号中同样含有目标地址及源地址)。
[0042]以第3节电池与外部电池监测数据接收设备进行数据发送与接收为例，在需要掌握第3节智慧电池所监测到的电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息时，电池监测数据接收设备发送第一电力线载波信号(即查询命令，查询命令的目标地址为第三节智慧电池监测模块的地址)，第三节智慧电池的监测模块接收到查询命令后，将发送第二电力线载波信号(即应答信号)，将第3节智慧电池内的控制单元获取到的电池本体的性能参数(包括电压、温度、欧姆电阻Ri2、极化电阻Rp、极化电容Cp，以及SOH、S0C)以及该智慧电池的ID信息(包括序列号、生产日期、额定容量、额定电压)转换成载波信号并通过第一电流线和第二电流线发送出去。应答信号通过其他智慧电池、智慧电池间的连接线、正直流母线和负直流母线，返回到电池监测数据接收设备。电池监测数据接收设备将该载波信号还原成与第3节智慧电池对应的电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息。图中箭头方向表示电力线载波信号的流向。其它节智慧电池发送代表对应电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息的载波信号给电池监测数据接收设备时与此类同，在此不再赘述。在本实施例中，智慧电池支持FSK、BPSK、OFDM-PRIME, 0FDM-G3电力载波(PLC)通信标准，即智慧电池可以采用PLC通信标准与电池监测数据接收设备进行相互通信，但并不限于此，也可以采用其他标准的或用户自定义的PLC通信协议，与电池监测数据接收设备进行相互通?目。
[0043]如图5所示，为本发明智慧电池监测系统实施例的示意图，该智慧电池监测系统包括多个智慧电池，多个智慧电池通过智慧电池间的连接线串联连接在正直流母线13和负直流母线14之间，该电池监测系统还包括用于检测直流母线电流的电流传感器16以及用于接收每一智慧电池发送的性能参数以及该智慧电池的ID信息的电池监测数据接收设备15，该电流传感器16套设在正直流母线或负直流母线上。在需要获取某一智慧电池的性能参数以及该智慧电池的ID信息时，电池监测数据接收设备发送第一载波信号(查询命令)给对应的智慧电池监测模块内的控制单元，控制单元接收到该第一载波信号后，获取该电池本体的性能参数(包括该电池本体的温度、电压、欧姆电阻、极化电阻、极化电容以及SOH、S0C)以及该智慧电池的ID信息(包括序列号、生产日期、额定容量、额定电压)并转换为第二载波信号(应答信号)，再通过第一电流线和第二电流线、其他智慧电池、智慧电池间的连接线、正直流母线和负直流母线，送回到电池监测数据接收设备，电池监测数据接收设备接收到该代表这一智慧电池的性能参数以及该智慧电池的ID信息的第二载波信号后，又将其转换为相应的性能参数以及该智慧电池的ID信息进行存贮显示。
[0044]在本实施例中，智 慧电池监测系统还包括电池监测服务器17以及一个或多个用户终端18，电池监测数据接收设备与电池监测服务器采用RS485、以太网或GPRS通信连接方式，电池监测数据接收设备将接收到的每一智慧电池的性能参数以及该智慧电池的ID信息传送给电池监测服务器，由电池监测服务器接收并存储，每个用户终端再通过访问电池监测服务器便可读取每一智慧电池对应的电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息，从而掌握每一智慧电池当前的工作状态数据，提高供电系统的安全性和可靠性。
[0045]本发明还提供了一种智慧电池监测方法，基于上述智慧电池监测系统，该方法包括:
[0046]电池监测数据接收设备通过正直流母线和负直流母线发送第一载波信号(查询命令)给对应的智慧电池监测模块内的控制单元；
[0047]对应的智慧电池内的控制单元接收到由电池监测数据接收设备发送过来的第一载波信号后，该控制单元获取对应电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息，并将所述电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息转化为第二载波信号(应答信号)，经第一电流线和第二电流线、其他智慧电池、智慧电池间的连接线发送到正直流母线和负直流母线；
[0048]电池监测数据接收设备从正直流母线和负直流母线接收第二载波信号并转换为对应的电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息。[0049]电池监测数据接收设备通过RS485、以太网或者GPRS通信方式将接收到的每一电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息传送给电池监测服务器，由电池监测服务器接收并存储。之后每个用户终端再通过访问电池监测服务器便可读取每一智慧电池对应的电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息，从而掌握每一智慧电池当前的工作状态数据，提高供电系统的安全性和可靠性。
[0050]因此，实施本发明的智慧电池、智慧电池监测系统及监测方法，每一智慧电池通过其他智慧电池、智慧电池间的连接线、正直流母线和负直流母线，将检测到的该电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息以电力线载波通信方式发送给电池监测数据接收设备，实现了电池状态信息互联，电池使用者及管理者可以随时掌握每一智慧电池当前的工作状态数据，提高了供电系统的安全性和可靠性。本发明的智慧电池可应用于电力变电站操作电源和控制电源蓄电池、机房UPS蓄电池以及储能电站、光伏电站、通讯基站、电动汽车等各类蓄电池全生命周期的监控管理。
[0051]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种智慧电池，包括电池本体，所述电池本体包括正极柱和负极柱，其特征在于:该智慧电池还包括监测模块，且该监测模块通过第一测试线连接至所述正极柱并通过第二测试线连接至所述负极柱，其中:所述第一测试线包括第一电流线和第一电压线，所述第二测试线包括第二电流线和第二电压线； 所述监测模块包括控制单元、分别与所述控制单元连接的测量电路以及放电单元，且所述控制单元用于控制所述放电单元，使电池本体经由第一电流线和第二电流线向所述放电单元放电以产生多个频率的电流信号，所述测量电路用于通过第一电流线和第二电流线获取流经所述电池本体的每个频率下对应的电流信号、通过第一电压线和第二电压线获取所述电池本体正极柱与负极柱间的每个频率下对应的电压信号，并将所述电流信号和电压信号发送给所述控制单元，使所述控制单元根据接收到的所述每个频率下对应的电流信号和电压信号，获取所 述电池本体的欧姆电阻、极化电阻以及极化电容。
2.根据权利要求1所述的智慧电池，其特征在于，所述监测模块还包括与所述控制单元连接的温度检测单元，所述温度检测单元用于检测所述电池本体的温度并发送给所述控制单兀。
3.根据权利要求2所述的智慧电池，其特征在于，所述控制单元存贮有该智慧电池的ID信息，包括序列号、生产日期、额定容量、额定电压。
4.根据权利要求3所述的智慧电池，其特征在于，所述控制单元将所述电池本体的包括温度、电压、欧姆电阻、极化电阻、极化电容以及SOH、SOC的性能参数，以及所述智慧电池的ID信息，通过所述第一电流线和第二电流线以电力线载波通信方式发送给电池监测数据接收设备。
5.根据权利要求4所述的智慧电池，其特征在于，所述SOH、SOC性能参数由所述控制单元根据所述电池本体的欧姆电阻、极化电阻以及极化电容获取。
6.根据权利要求1所述的智慧电池，其特征在于，该智慧电池还包括一带有上盖的检测室，所述监测模块安装在所述检测室内。
7.一种智慧电池监测系统，其特征在于，包括多个如权I至权6任一项所述的智慧电池，多个智慧电池通过智慧电池间的连接线串联成电池组，所述电池组连接在正直流母线和负直流母线之间，该电池监测系统还包括套设在正直流母线或负直流母线上的电流传感器以及连接在正直流母线和负直流母线之间的电池监测数据接收设备； 所述电池监测数据接收设备用于接收由每一智慧电池内的控制单元通过第一电流线和第二电流线、其他智慧电池、智慧电池间的连接线、正直流母线和负直流母线，以电力线载波通信方式发送的对应电池本体的性能参数，以及所述智慧电池的ID信息，所述电池本体的性能参数包括电压、温度、欧姆电阻、极化电阻、极化电容，以及SOH、SOC ;所述智慧电池的ID信息包括序列号、生产日期、额定容量、额定电压。
8.根据权利要求7所述的智慧电池监测系统，其特征在于，还包括电池监测服务器以及一个或多个用户终端，所述电池监测服务器与所述电池监测数据接收设备采用RS485、以太网或GPRS通信连接方式，用于接收并存储由所述电池监测数据接收设备发送的每一电池本体的性能参数以及对应智慧电池的ID信息，所述用户终端通过访问所述电池监测服务器以获取所述每一电池本体的性能参数以及对应智慧电池的ID信息。
9.一种智慧电池监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:51:提供如权利要求7和8任一项所述的智慧电池监测系统； 52:电池监测数据接收设备给对应的智慧电池内的控制单元，通过正直流母线、负直流母线、其他智慧电池、智慧电池间的连接线发送第一载波信号； 53:对应的智慧电池内的控制单元接收到由电池监测数据接收设备发送过来的第一载波信号后，该控制单元获取对应电池本体的性能参数以及该智慧电池的ID信息，并将所述电池本体的性能参数以及所述智慧电池的ID信息转化为第二载波信号，经第一电流线和第二电流线、其他智慧电池、智慧电池间的连接线发送到正直流母线和负直流母线； 54:电池监测数据接收设备从正直流母线和负直流母线接收第二载波信号并转换为对应的电池本体的性能参数以及对应智慧电池的ID信息。
10.根据权利要求9所述的智慧电池监测方法，其特征在于，所述方法还包括: 电池监测数据接收设备通过RS485、以太网或者GPRS通信方式将接收到的每一电池本体的性能参数以及对应智慧电池的ID信息发送给电池监测服务器，由电池监测服务器接收并 储。
【文档编号】H01M10/48GK104009268SQ201410189445
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】王汝钢, 杨忠亮, 白海江 申请人:深圳市普禄科智能检测设备有限公司