一种蓄电池在线监测系统及方法与流程

本发明涉及电池监测，尤其涉及一种蓄电池在线监测系统及方法。

背景技术：

1、在电力系统和通信等领域发展初期，对蓄电池的监测相对简单和粗放；主要通过人工定期使用万用表等基础测量工具对蓄电池的电压进行测量，来大致判断蓄电池的状态；这种方式只能检测到电池的最基本电气参数，而且人工操作效率低下，容易出现测量误差和遗漏，无法及时发现蓄电池潜在的问题；随着电子技术和自动化技术的发展，出现了一些简单的在线监测设备；这些设备可以实时监测蓄电池的电压、电流等参数，并通过有线传输方式将数据传输到监控中心；同时，也开始关注蓄电池的温度对其性能的影响，部分监测系统增加了温度传感器；

2、近年来，随着大数据、人工智能和物联网技术的兴起，蓄电池在线监测技术得到了快速发展；现代监测系统不仅能够实时采集多种参数，如电压、电流、温度、内阻等，还能利用先进的算法对这些数据进行深度分析，实现对蓄电池状态的准确评估和预测；

3、然而，许多现有监测系统主要关注电压、电流和温度等常规参数，而对蓄电池内阻的变化监测不够重视或监测精度不高；然而，蓄电池内阻是反映其内部健康状况的重要指标，内阻的增大往往预示着电池极板老化、硫化、连接不良等问题，但现有技术难以准确及时地发现内阻变化带来的潜在风险；同时，现有技术对蓄电池有效性的评估方法较为简单，通常仅基于单一时刻的参数进行判断，这导致对蓄电池实际能够提供的有效功率和持续供电能力的评估不准确，无法为系统的可靠运行提供准确依据；

4、并且，不同厂家生产的蓄电池监测系统往往采用各自独立的通信协议和接口标准，这使得在一个复杂的电力或通信系统中，多个不同品牌或型号的蓄电池监测设备难以实现互联互通和集中管理；同时，当系统需要进行升级或扩展功能时，现有监测系统可能无法方便地与新的设备或技术进行兼容和对接，增加了系统升级和维护的成本和难度；

5、因此，如何提供一种蓄电池在线监测系统及方法成为本领域技术人员待于解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种蓄电池在线监测系统及方法，旨在解决上述现有技术中存在的问题，通过全面监测参数、精准评估有效性、智能预警和故障诊断以及提高系统兼容性和扩展性等方面的创新设计，提高蓄电池监测的准确性和可靠性，保障相关系统的稳定运行。

2、一方面，本发明提供一种蓄电池在线监测系统，包括：

3、常态监测模块，其与蓄电池组连接，用于在蓄电池正常运行状态下持续采集蓄电池相关的第一运行参数；

4、降压监测模块，其与蓄电池组连接，用于在蓄电池单独带负荷的运行状态下持续采集蓄电池相关的第二运行参数；

5、投切控制模块，其与所述常态监测模块、所述降压监测模块、蓄电池组以及直流母线电连接，用于周期性的切换蓄电池的运行状态，并在切换后控制所述常态监测模块和所述降压监测模块的监测动作；

6、汇总分析模块，其与所述常态监测模块和所述降压监测模块连接，用于汇总一个周期内第一运行参数和第二运行参数，并分析蓄电池有效性和内阻变化率；

7、预警模块，其与所述汇总分析模块连接，用于根据分析结果生成对应的预警信号。

8、根据本发明提供的一种蓄电池在线监测系统，所述常态监测模块包括：

9、电压采集单元，与蓄电池组和直流母线相连，用于采集蓄电池正常运行时的母线电压un1和蓄电池自身端电压un2；

10、电流采集单元，与蓄电池组的输出线路连接，用于采集正常运行时的输出电流in；

11、温度采集单元，安装在蓄电池组表面，用于采集蓄电池组的温度tn；

12、数据整合单元，与电压采集单元、电流采集单元和温度采集单元连接，用于将采集到的电压、电流和温度数据进行整合打包，形成第一运行参数集。

13、根据本发明提供的一种蓄电池在线监测系统，所述降压监测模块包括：

14、降压电压获取单元，连接在蓄电池组和直流母线之间，用于在蓄电池单独带负荷运行状态下采集降压后的母线电压ud1和蓄电池输出电压ud2；

15、单独带负荷电流获取单元，与蓄电池组输出线路连接，用于采集蓄电池单独带负荷时的输出电流id；

16、降压参数整合单元，其与降压后电压获取单元和单独带负荷电流获取单元连接，用于将采集到的降压后的电压和电流数据进行整合，形成第二运行参数集。

17、根据本发明提供的一种蓄电池在线监测系统，所述投切控制模块包括：

18、状态切换单元，与蓄电池组、直流母线、所述常态监测模块和所述降压监测模块连接，用于按照预设的周期或系统指令将蓄电池的运行状态在正常运行和单独带负荷运行之间进行切换；

19、监测控制单元，与所述常态监测模块、所述降压监测模块和所述状态切换单元连接，用于在所述状态切换单元完成运行状态切换后生成反馈信号，根据反馈信号向所述常态监测模块和降压监测模块发送控制指令，启动或停止相应的监测动作；

20、保护单元，与蓄电池组、直流母线、所述状态切换单元和所述监测控制单元连接，用于在投切控制过程中保护蓄电池组、直流母线以及相关电路设备免受异常电压、电流的损害。

21、根据本发明提供的一种蓄电池在线监测系统，所述汇总分析模块包括：

22、参数接收单元，与所述数据整合单元和所述降压参数整合单元连接，用于接收第一运行参数集和第二运行参数集；

23、有效性分析单元，与所述参数接收单元连接，用于根据接收到的参数按照预设的有效性分析模型计算当前蓄电池的有效性指标e；

24、内阻分析单元，与参数接收单元连接，用于根据接收到的参数按照预设的内阻变化率分析模型计算当前蓄电池的内阻变化率指标r。

25、根据本发明提供的一种蓄电池在线监测系统，所述有效性分析模型为：

26、

27、其中，e为当前蓄电池的有效性指标；un1为常态监测时的母线电压，ud1为降压监测时的母线电压；c为蓄电池的额定容量，由蓄电池的规格确定；kt为温度修正系数，且kt＝1+it*(t-25)，t为该周期内蓄电池组温度tn的平均温度，it为温度比例系数，基于实验确定，表示平均温度偏离基准温度对蓄电池性能的影响比例，基准温度设定为25摄氏度，所述温度修正系数kt用于反映温度对蓄电池性能的影响；aa为蓄电池老化系数，且aa＝it*y，y为蓄电池的使用年份，it为年度老化比例系数，基于长期跟踪或老化机理估算确定，表示使用年份对蓄电池性能的影响比例，所述蓄电池老化系数aa用于反映使用年份对蓄电池性能的影响；rs为蓄电池自放电率，由蓄电池的类型确定；t为一个监测周期的时间；η为蓄电池的充放电效率，根据蓄电池的型号确定；in为常态监测时的输出电流；

28、所述有效性指标e基于蓄电池在不同运行状态下的电压变化、自身容量、温度、老化程度、自放电率、充放电效率，全面评估蓄电池的有效程度。

29、根据本发明提供的一种蓄电池在线监测系统，所述内阻变化率分析模型为：

30、

31、其中，r为内阻变化率指标；为降压监测时计算得到的蓄电池内阻，ud2为降压监测时的蓄电池输出电压，id为降压监测时的输出电流；为常态监测时计算得到的蓄电池内阻，un2为常态监测时的蓄电池自身端电压，in为常态监测时的输出电流；(rc*l)为连接电阻，其中l为蓄电池连接线路的长度，rc为电阻长度系数，基于实验测量确定，用于反映单位长度的连接线路对电阻的贡献值；{rct*(1-kp)}为接触电阻，kp为接触压力系数，根据连接部位的接触压力估算得出，rct为接触电阻压力系数，表示接触压力系数kp对接触电阻影响的比例，基于实验模拟和拟合确定；

32、所述内阻变化率指标r通过对比蓄电池在不同运行状态下的内阻，并考虑连接电阻和接触电阻的影响，得到内阻变化率，从而评估蓄电池内部结构和连接的健康状况。

33、根据本发明提供的一种蓄电池在线监测系统，所述预警模块包括：

34、阈值比较单元，与所述有效性分析单元和所述内阻分析单元连接，用于接收有效性指标e和内阻变化率内阻变化率指标r，并将其与预先设定的有效性阈值e0和内阻变化率阈值r0进行比较；

35、当e<e0或r>r0时，生成相应的预警信号；

36、信号发送单元，与所述阈值比较单元连接，用于将预警信号发送给相关的监控设备、操作人员终端或者远程监控中心。

37、另一方面，本发明提供一种蓄电池在线监测方法，包括：

38、步骤一，预先设置各类参数，包括根据蓄电池规格确定的基本参数、基于实验或估算的系数以及阈值；完成硬件连接并进行检查，确保各模块连接正确且工作正常；

39、步骤二，持续采集并整合传输蓄电池正常运行时的电压、电流和温度参数；

40、步骤三，按周期或指令切换运行状态，采集并整合传输蓄电池单独带负荷时的相关电压和电流参数；

41、步骤四，接收参数后，分别计算蓄电池的有效性指标和内阻变化率指标；

42、步骤五，将计算得到的指标与阈值比较，若异常则生成并发送预警信号。

43、与现有技术相比，本技术的有益效果如下：

44、本发明不仅监测常规的电压、电流和温度参数，还对蓄电池内阻进行精确监测；通过常态监测模块和降压监测模块，分别在不同运行状态下获取全面的数据，能够更准确地反映蓄电池的实际工作情况；

45、本发明的有效性分析模型综合考虑了蓄电池在不同运行状态下的电压变化、自身容量、温度、老化程度、自放电率和充放电效率等多个因素；通过精确的公式计算，全面评估蓄电池的有效性，能够更准确地反映蓄电池在实际使用中的真实性能和能够提供的有效功率；

46、内阻变化率分析模型通过对比蓄电池在不同运行状态下的内阻，并考虑连接电阻和接触电阻的影响，准确计算出内阻变化率；能够更精准地评估蓄电池内部结构和连接的健康状况，及时发现由于内阻变化引起的性能问题；

47、基于全面的数据分析和准确的阈值设定，本发明能够及时准确地发出预警信号；当蓄电池的有效性指标低于设定阈值或内阻变化率超出正常范围时，系统立即启动预警机制；

48、系统采用模块化的设计架构，各个模块之间相互独立又协同工作，使得在进行系统功能扩展或升级时，可以方便地对单个模块进行修改或替换，而不影响整个系统的运行。

49、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

50、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。