一种蓄电池组脱离母线和开路监测系统及方法与流程

本发明属于蓄电池故障诊断技术领域，涉及一种蓄电池组脱离母线和开路监测系统及方法。

背景技术：

站/厂用直流系统的蓄电池组作为直流系统后备电源，在直流系统中启动心脏式作用；直流系统在设计时设计有专用的在线监测设备同时还要求定期检测，纵然如此还是未能解决蓄电池突发事故。多年来电力系统不少事故是由于直流系统蓄电池故障引起的，究其原因是蓄电池在线监测技术未能发现蓄电池故障，蓄电池检修维护周期过长未能解决运行过程中的故障。所以有必要研究更为有效的蓄电池在线监测技术，在新技术基础上研制新设备，有效对蓄电池故障进行监测告警。

市面上有极少设备宣称能够监测蓄电池脱离母线故障和脱离母线故障，其主要技术采用电压比较法和电流大小判断；电压比较法是根据蓄电池组端电压和直流母线电压比较判断故障；电流大小法是采样蓄电池状态电流判断蓄故障。

电压对比方法的不足：由于蓄电池组与直流系统充电机电源特性，根据电压法判断脱离母线故障和蓄电池开路故障都有局限性，不能完全发现所有类型故障；蓄电池微开路故障不能有效判断、蓄电池开路故障不能及时判断、无法区分蓄电池开路故障和脱离母线故障等不足。

电流大小判断方法的不足：电流法判断理论是可行的，技术是受限的，原因是蓄电池组状态电流从毫安级别到几十上百安培，宽度区间大且是双向性，要采样双向极小电流和零电流是无法实现的。所以该技术现阶段还停留在理论简单，不能形成有效产品。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种能够实现判断蓄电池是否脱离母线故障、是否发生开路故障，并且能够准确、有效定位故障位置的蓄电池组脱离母线和开路监测系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种蓄电池组脱离母线和开路监测系统，包括壳体、电源模块、数据采集单元、主控模块、显示单元、功放电路、运放电路和脉冲发生单元；

所述的显示单元安装在壳体上；所述的电源模块、数据采集单元、主控模块、功放电路、运放电路、脉冲发生单元均安装在壳体内；所述的脉冲发生电路的输出端与运放电路的输入端相连，运放电路的输出端与功放电路的输入端相连；

所述的数据采集单元的输出端与主控模块的输入端相连；所述的主控模块与显示单元相连；所述的数据采集单元、主控模块、显示单元、功放电路、运放电路、脉冲发生单元分别与电源模块电相连。

作为本发明的进一步说明，所述的功放电路的两输出端上分别串接有电容和电阻；并且在电容的外端的导线上和电阻外端的导线上均安装有香蕉插头ⅰ；所述的数据采集单元的输出端的导线上安装有香蕉插头ⅱ；在母排端和蓄电池组中两两相邻的蓄电池的连接条上引出测试电缆，并在测试线缆上安装双孔连接头，方便香蕉插头ⅰ和香蕉插头ⅱ的接入。

作为本发明的进一步说明，所述的数据采集单元为采用pcl816数据采集卡；所述的主控模块主要由电路板、集成在电路板上的arm处理器和存储器组成；所述的显示单元为显示器。

作为本发明的进一步说明，所述的脉冲发生单元为脉冲信号发生电路。

作为本发明的进一步说明，所述的电源模块包括锂电池组或者电源适配器。

一种蓄电池组脱离母线和开路监测方法，包括以下步骤：

步骤一，在母排端和蓄电池组中两两相邻的蓄电池的连接条上共引出n条测试电缆；其中蓄电池组中蓄电池数量为n-1个，n>1，第一条测试线缆、最后一条测试线缆分别接在蓄电池组与母排连接主回路保护器件靠母排端正极端、负极端上，两两相连的蓄电池的连接条上引一条测试线缆；n为奇数时，考虑到线缆数要取整，第n/2条线缆补加1/2取整；

步骤二，整组蓄电池采用二分法注入特征信号，即在第1条和第n/2条线缆注入脉冲信号；

步骤三，通过数据采集单元采集相邻两条线缆的反馈信号vi（1≤i≤n-1）；

步骤四，相邻两条线缆均存在反馈信号vi（1≤i≤n-1），通过反馈信号vi判断蓄电池组间接开路故障情况；通过再测定对应两条线缆的电流i，通过欧姆定律公式r=u/i，即可计算每一节蓄电池的内阻r，将计算的内阻r与原厂默认的蓄电池内阻r0进行对比，内阻r与r0差值范围较小，证明蓄电池组不存在间接开路故障；内阻r远大于r0，证明蓄电池组存在间接开路故障；

步骤五，相邻两条线缆均不存在反馈信号vi（1≤i≤n-1），证明蓄电池组的正负极全脱离母线或者蓄电池组发生开路故障；

步骤六，前半组线缆中相邻两条线缆均存在反馈信号vi（1≤i≤n/2），而后半组线缆中相邻两条线缆均不存在反馈信号vj（n/2≤j≤n-1），证明主回路负端出现脱离母线故障或者后半组蓄电池发生全开路故障；

步骤七，前半组线缆中相邻两条线缆均不存在反馈信号vi（1≤i≤n/2），而后半组线缆中相邻两条线缆均存在反馈信号vj（n/2≤j≤n-1），证明主回路正端出现脱离母线故障或者前半组蓄电池发生全开路故障。

作为本发明的进一步说明，对存在故障的半组蓄电池重复采用二分法注入特征信号分隔故障区间进行判断，逐步缩小并确定故障范围。

作为本发明的进一步说明，在步骤五中，判断蓄电池组的正负极全脱离母线故障或者蓄电池组发生开路故障的步骤具体为：

（1）在第1条线缆和蓄电池组的首端注入脉冲信号，第1条线缆和蓄电池组的首端之间存在反馈信号v10，则蓄电池组不存在正极脱离母线故障；

在蓄电池组的末端和第n条线缆注入脉冲信号，蓄电池组的末端和第n条线缆之间存在反馈信号vn0，则蓄电池组不存在负极脱离母线故障；

（2）在第m条和第n-m+1条线缆上（m≤n-m+1，2≤m≤n/2）中注入脉冲信号；再采集相邻两条线缆的反馈信号vk（1≤k≤n-1）；

（3）反馈信号vk（m≤k≤n-m+1）均不存在，证明存在区间第m条到第n-m+1条线缆的蓄电池组发生开路故障；

（4）并且向第m+1条和第n-m条线缆上（m≤n-m+1，2≤m≤n/2）注入脉冲信号，再采集相邻两条线缆的反馈信号vh（1≤h≤n-1）；

（5）反馈信号vh（m+1≤k≤n-m）均存在，证明第m个蓄电池或者第n-m+1个蓄电池发生开路故障，在第m个蓄电池或者第n-m+1个蓄电池两端注入脉冲信号，采集对应的反馈信号，即可判断是第m个蓄电池还是第n-m+1个蓄电池发生开路故障，则不进行后续操作；反馈信号vh（1≤h≤n）均不存在，则重复步骤（3）和步骤（4）查找出第m条和第n-m+1条线缆之间发生开路故障的蓄电池；

（6）在步骤六中，判断主回路负端出现脱离母线故障的过程与步骤（1）相同；在步骤七中，判断主回路正端出现脱离母线故障的过程与步骤（1）相同。

作为本发明的进一步说明，在步骤六中，判断后半组蓄电池发生全开路故障的步骤具体为：

（1）在第m条和第3n/2-m条线缆上（m≤3n/2-m，n/2+1≤m≤3n/4）中注入脉冲信号；再采集相邻两条线缆的反馈信号vk（1≤k≤n-1）；

（2）反馈信号vk（m≤k≤3n/2-m）均不存在，证明存在区间第m条到第3n/2-m条线缆的蓄电池组发生开路故障；

（3）并且向第m+1条和第3n/2-m-1条线缆上（m≤3n/2-m，n/2+1≤m≤3n/4）注入脉冲信号，再采集相邻两条线缆的反馈信号vh（1≤h≤n-1）；

（4）反馈信号vh（m+1≤k≤3n/2-m-1）均存在，证明第m个蓄电池或者第3n/2-m个蓄电池发生开路故障，在第m个蓄电池或者第3n/2-m个蓄电池两端注入脉冲信号，采集对应的反馈信号，即可判断是第m个蓄电池还是第3n/2-m个蓄电池发生开路故障，则不进行后续操作；反馈信号vh（1≤h≤n）均不存在，则重复步骤（3）和步骤（4）查找出第m条和第3n/2-m条线缆之间发生开路故障的蓄电池。

作为本发明的进一步说明，在步骤六中，判断后半组蓄电池发生全开路故障的步骤具体为：

（1）在第m条和第3n/2-m条线缆上（m≤3n/2-m，n/2+1≤m≤3n/4）中注入脉冲信号；再采集相邻两条线缆的反馈信号vk（1≤k≤n-1）；

（2）反馈信号vk（m≤k≤3n/2-m）均不存在，证明存在区间第m条到第3n/2-m条线缆的蓄电池组发生开路故障；

（3）并且向第m+1条和第3n/2-m-1条线缆上（m≤3n/2-m，n/2+1≤m≤3n/4）注入脉冲信号，再采集相邻两条线缆的反馈信号vh（1≤h≤n-1）；

（4）反馈信号vh（m+1≤k≤3n/2-m-1）均存在，证明第m个蓄电池或者第3n/2-m个蓄电池发生开路故障，在第m个蓄电池或者第3n/2-m个蓄电池两端注入脉冲信号，采集对应的反馈信号，即可判断是第m个蓄电池还是第3n/2-m个蓄电池发生开路故障，则不进行后续操作；反馈信号vh（1≤h≤n）均不存在，则重复步骤（3）和步骤（4）查找出第m条和第3n/2-m条线缆之间发生开路故障的蓄电池。

作为本发明的进一步说明，在步骤七中，判断后前半组蓄电池发生全开路故障的步骤具体为：

（1）在第m条和第n/2-m+1条线缆上（m≤n/2-m+1，2≤m≤n/4）中注入脉冲信号；再采集相邻两条线缆的反馈信号vk（1≤k≤n-1）；

（2）反馈信号vk（m≤k≤n/2-m+1）均不存在，证明存在区间第m条到第n/2-m+1条线缆的蓄电池组发生开路故障；

（3）并且向第m+1条和第n/2-m条线缆上（m≤n/2-m+1，2≤m≤n/4）注入脉冲信号，再采集相邻两条线缆的反馈信号vh（1≤h≤n-1）；

（4）反馈信号vh（m+1≤k≤n/2-m）均存在，证明第m个蓄电池或者第n/2-m+1个蓄电池发生开路故障，在第m个蓄电池或者第n/2-m+1个蓄电池两端注入脉冲信号，采集对应的反馈信号，即可判断是第m个蓄电池还是第n/2-m+1个蓄电池发生开路故障，则不进行后续操作；反馈信号vh（1≤h≤n）均不存在，则重复步骤（3）和步骤（4）查找出第m条和第n/2-m+1条线缆之间发生开路故障的蓄电池。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果：

1.本发明本方案采用外加信号技术判断蓄电池故障，不依赖原直流系统任何电源产生的参数变量，不会受到直流电源系统充电模块电压和蓄电池电压限制，没有测试盲区。

2.本发明通过数据采集模块采集信号，并由主控模块处理脉冲信号，能够有效判断故障类型，还可以对故障点进行精确定位。

3.本发明以二分法为基础，对蓄电池组进行注入特征信号，并且通过反馈信号逐步定位故障区间，能够实现判断蓄电池是否脱离母线故障、是否发生开路故障，并且能够准确、有效定位故障位置。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明的结构示意图。

附图标记：1-香蕉插头ⅰ，2-香蕉插头ⅱ，3-壳体，4-显示单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例1：

一种蓄电池组脱离母线和开路监测系统，包括壳体3、电源模块、数据采集单元、主控模块、显示单元4、功放电路、运放电路和脉冲发生单元；

所述的显示单元4安装在壳体3上；所述的电源模块、数据采集单元、主控模块、功放电路、运放电路、脉冲发生单元均安装在壳体3内；所述的脉冲发生电路的输出端与运放电路的输入端相连，运放电路的输出端与功放电路的输入端相连；

所述的数据采集单元的输出端与主控模块的输入端相连；所述的主控模块与显示单元4相连；所述的数据采集单元、主控模块、显示单元4、功放电路、运放电路、脉冲发生单元分别与电源模块电相连。

所述的功放电路的两输出端上分别串接有电容和电阻；并且在电容的外端的导线上和电阻外端的导线上均安装有香蕉插头ⅰ1；所述的数据采集单元的输出端的导线上安装有香蕉插头ⅱ2；在母排端和蓄电池组中两两相邻的蓄电池的连接条上引出测试电缆，并在测试线缆上安装双孔连接头，方便香蕉插头ⅰ1和香蕉插头ⅱ2的接入。

所述的数据采集单元为采用pcl816数据采集卡；所述的主控模块主要由电路板、集成在电路板上的arm处理器和存储器组成；所述的显示单元4为显示器。

所述的脉冲发生单元为脉冲信号发生电路。

所述的电源模块包括锂电池组或者电源适配器。

一种蓄电池组脱离母线和开路监测方法，包括以下步骤：

步骤一，在母排端和蓄电池组中两两相邻的蓄电池的连接条上共引出n条测试电缆；其中蓄电池组中蓄电池数量为n-1个，n>1，第一条测试线缆、最后一条测试线缆分别接在蓄电池组与母排连接主回路保护器件靠母排端正极端、负极端上，两两相连的蓄电池的连接条上引一条测试线缆；n为奇数时，考虑到线缆数要取整，第n/2条线缆补加1/2取整；

步骤二，整组蓄电池采用二分法注入特征信号，即在第1条和第n/2条线缆注入脉冲信号；

步骤三，通过数据采集单元采集相邻两条线缆的反馈信号vi（1≤i≤n-1）；

步骤四，相邻两条线缆均存在反馈信号vi（1≤i≤n-1），通过反馈信号vi判断蓄电池组间接开路故障情况；通过再测定对应两条线缆的电流i，通过欧姆定律公式r=u/i，即可计算每一节蓄电池的内阻r，将计算的内阻r与原厂默认的蓄电池内阻r0进行对比，内阻r与r0差值范围较小，证明蓄电池组不存在间接开路故障；内阻r远大于r0，证明蓄电池组存在间接开路故障；

步骤五，相邻两条线缆均不存在反馈信号vi（1≤i≤n-1），证明蓄电池组的正负极全脱离母线或者蓄电池组发生开路故障；

步骤六，前半组线缆中相邻两条线缆均存在反馈信号vi（1≤i≤n/2），而后半组线缆中相邻两条线缆均不存在反馈信号vj（n/2≤j≤n-1），证明主回路负端出现脱离母线故障或者后半组蓄电池发生全开路故障；

步骤七，前半组线缆中相邻两条线缆均不存在反馈信号vi（1≤i≤n/2），而后半组线缆中相邻两条线缆均存在反馈信号vj（n/2≤j≤n-1），证明主回路正端出现脱离母线故障或者前半组蓄电池发生全开路故障。

对存在故障的半组蓄电池重复采用二分法注入特征信号分隔故障区间进行判断，逐步缩小并确定故障范围。

实施例2：

一种蓄电池组脱离母线和开路监测系统，包括壳体3、电源模块、数据采集单元、主控模块、显示单元4、功放电路、运放电路和脉冲发生单元；

所述的显示单元4安装在壳体3上；所述的电源模块、数据采集单元、主控模块、功放电路、运放电路、脉冲发生单元均安装在壳体3内；所述的脉冲发生电路的输出端与运放电路的输入端相连，运放电路的输出端与功放电路的输入端相连；

所述的数据采集单元的输出端与主控模块的输入端相连；所述的主控模块与显示单元4相连；所述的数据采集单元、主控模块、显示单元4、功放电路、运放电路、脉冲发生单元分别与电源模块电相连。

所述的功放电路的两输出端上分别串接有电容和电阻；并且在电容的外端的导线上和电阻外端的导线上均安装有香蕉插头ⅰ1；所述的数据采集单元的输出端的导线上安装有香蕉插头ⅱ2；在母排端和蓄电池组中两两相邻的蓄电池的连接条上引出测试电缆，并在测试线缆上安装双孔连接头，方便香蕉插头ⅰ1和香蕉插头ⅱ2的接入。

所述的数据采集单元为采用pcl816数据采集卡；所述的主控模块主要由电路板、集成在电路板上的arm处理器和存储器组成；所述的显示单元4为显示器。

所述的脉冲发生单元为脉冲信号发生电路。

所述的电源模块包括锂电池组或者电源适配器。

一种蓄电池组脱离母线和开路监测方法，包括以下步骤：

步骤一，在母排端和蓄电池组中两两相邻的蓄电池的连接条上共引出n条测试电缆；其中蓄电池组中蓄电池数量为n-1个，n>1，第一条测试线缆、最后一条测试线缆分别接在蓄电池组与母排连接主回路保护器件靠母排端正极端、负极端上，两两相连的蓄电池的连接条上引一条测试线缆；n为奇数时，考虑到线缆数要取整，第n/2条线缆补加1/2取整；

步骤二，整组蓄电池采用二分法注入特征信号，即在第1条和第n/2条线缆注入脉冲信号；

步骤三，通过数据采集单元采集相邻两条线缆的反馈信号vi（1≤i≤n-1）；

步骤四，相邻两条线缆均存在反馈信号vi（1≤i≤n-1），通过反馈信号vi判断蓄电池组间接开路故障情况；通过再测定对应两条线缆的电流i，通过欧姆定律公式r=u/i，即可计算每一节蓄电池的内阻r，将计算的内阻r与原厂默认的蓄电池内阻r0进行对比，内阻r与r0差值范围较小，证明蓄电池组不存在间接开路故障；内阻r远大于r0，证明蓄电池组存在间接开路故障；

步骤五，相邻两条线缆均不存在反馈信号vi（1≤i≤n-1），证明蓄电池组的正负极全脱离母线或者蓄电池组发生开路故障；

步骤六，前半组线缆中相邻两条线缆均存在反馈信号vi（1≤i≤n/2），而后半组线缆中相邻两条线缆均不存在反馈信号vj（n/2≤j≤n-1），证明主回路负端出现脱离母线故障或者后半组蓄电池发生全开路故障；

步骤七，前半组线缆中相邻两条线缆均不存在反馈信号vi（1≤i≤n/2），而后半组线缆中相邻两条线缆均存在反馈信号vj（n/2≤j≤n-1），证明主回路正端出现脱离母线故障或者前半组蓄电池发生全开路故障。

在步骤五中，判断蓄电池组的正负极全脱离母线故障或者蓄电池组发生开路故障的步骤具体为：

（1）在第1条线缆和蓄电池组的首端注入脉冲信号，第1条线缆和蓄电池组的首端之间存在反馈信号v10，则蓄电池组不存在正极脱离母线故障；

在蓄电池组的末端和第n条线缆注入脉冲信号，蓄电池组的末端和第n条线缆之间存在反馈信号vn0，则蓄电池组不存在负极脱离母线故障；

（2）在第m条和第n-m+1条线缆上（m≤n-m+1，2≤m≤n/2）中注入脉冲信号；再采集相邻两条线缆的反馈信号vk（1≤k≤n-1）；

（3）反馈信号vk（m≤k≤n-m+1）均不存在，证明存在区间第m条到第n-m+1条线缆的蓄电池组发生开路故障；

（4）并且向第m+1条和第n-m条线缆上（m≤n-m+1，2≤m≤n/2）注入脉冲信号，再采集相邻两条线缆的反馈信号vh（1≤h≤n-1）；

（5）反馈信号vh（m+1≤k≤n-m）均存在，证明第m个蓄电池或者第n-m+1个蓄电池发生开路故障，在第m个蓄电池或者第n-m+1个蓄电池两端注入脉冲信号，采集对应的反馈信号，即可判断是第m个蓄电池还是第n-m+1个蓄电池发生开路故障，则不进行后续操作；反馈信号vh（1≤h≤n）均不存在，则重复步骤（3）和步骤（4）查找出第m条和第n-m+1条线缆之间发生开路故障的蓄电池；

（6）在步骤六中，判断主回路负端出现脱离母线故障的过程与步骤（1）相同；在步骤七中，判断主回路正端出现脱离母线故障的过程与步骤（1）相同。

在步骤六中，判断后半组蓄电池发生全开路故障的步骤具体为：

（1）在第m条和第3n/2-m条线缆上（m≤3n/2-m，n/2+1≤m≤3n/4）中注入脉冲信号；再采集相邻两条线缆的反馈信号vk（1≤k≤n-1）；

（2）反馈信号vk（m≤k≤3n/2-m）均不存在，证明存在区间第m条到第3n/2-m条线缆的蓄电池组发生开路故障；

（3）并且向第m+1条和第3n/2-m-1条线缆上（m≤3n/2-m，n/2+1≤m≤3n/4）注入脉冲信号，再采集相邻两条线缆的反馈信号vh（1≤h≤n-1）；

（4）反馈信号vh（m+1≤k≤3n/2-m-1）均存在，证明第m个蓄电池或者第3n/2-m个蓄电池发生开路故障，在第m个蓄电池或者第3n/2-m个蓄电池两端注入脉冲信号，采集对应的反馈信号，即可判断是第m个蓄电池还是第3n/2-m个蓄电池发生开路故障，则不进行后续操作；反馈信号vh（1≤h≤n）均不存在，则重复步骤（3）和步骤（4）查找出第m条和第3n/2-m条线缆之间发生开路故障的蓄电池。

在步骤六中，判断后半组蓄电池发生全开路故障的步骤具体为：

（1）在第m条和第3n/2-m条线缆上（m≤3n/2-m，n/2+1≤m≤3n/4）中注入脉冲信号；再采集相邻两条线缆的反馈信号vk（1≤k≤n-1）；

（2）反馈信号vk（m≤k≤3n/2-m）均不存在，证明存在区间第m条到第3n/2-m条线缆的蓄电池组发生开路故障；

（3）并且向第m+1条和第3n/2-m-1条线缆上（m≤3n/2-m，n/2+1≤m≤3n/4）注入脉冲信号，再采集相邻两条线缆的反馈信号vh（1≤h≤n-1）；

（4）反馈信号vh（m+1≤k≤3n/2-m-1）均存在，证明第m个蓄电池或者第3n/2-m个蓄电池发生开路故障，在第m个蓄电池或者第3n/2-m个蓄电池两端注入脉冲信号，采集对应的反馈信号，即可判断是第m个蓄电池还是第3n/2-m个蓄电池发生开路故障，则不进行后续操作；反馈信号vh（1≤h≤n）均不存在，则重复步骤（3）和步骤（4）查找出第m条和第3n/2-m条线缆之间发生开路故障的蓄电池。

在步骤七中，判断后前半组蓄电池发生全开路故障的步骤具体为：

（1）在第m条和第n/2-m+1条线缆上（m≤n/2-m+1，2≤m≤n/4）中注入脉冲信号；再采集相邻两条线缆的反馈信号vk（1≤k≤n-1）；

（2）反馈信号vk（m≤k≤n/2-m+1）均不存在，证明存在区间第m条到第n/2-m+1条线缆的蓄电池组发生开路故障；

（3）并且向第m+1条和第n/2-m条线缆上（m≤n/2-m+1，2≤m≤n/4）注入脉冲信号，再采集相邻两条线缆的反馈信号vh（1≤h≤n-1）；

（4）反馈信号vh（m+1≤k≤n/2-m）均存在，证明第m个蓄电池或者第n/2-m+1个蓄电池发生开路故障，在第m个蓄电池或者第n/2-m+1个蓄电池两端注入脉冲信号，采集对应的反馈信号，即可判断是第m个蓄电池还是第n/2-m+1个蓄电池发生开路故障，则不进行后续操作；反馈信号vh（1≤h≤n）均不存在，则重复步骤（3）和步骤（4）查找出第m条和第n/2-m+1条线缆之间发生开路故障的蓄电池。