一种直流系统蓄电池管理装置的制作方法

本实用新型涉及直流系统蓄电池管理领域，尤其涉及一种直流系统蓄电池管理装置。
背景技术：
：电力系统的发电厂和变电站内的直流电源系统主要由监控装置、充电装置、蓄电池组、直流母线及馈线部分等组成，为厂站内继电保护、控制回路、监控设备及通信设备等提供可靠的工作电源保障，对电力基础设施的安全稳定运行，起着非常重要的作用。近年来，电力系统直流电源系统因蓄电池问题而发生的故障日益增多，如何全面诊断蓄电池的潜在故障成为当务之急。常用的方法有蓄电池电压法、蓄电池内阻法、蓄电池核对容量法等。蓄电池电压法，使用蓄电池电压监测装置实时测量每节蓄电池的电压，根据蓄电池组内各节蓄电池电压的差异情况，对偏差较大的予以关注，当单节蓄电池电压超过报警阀值为异常。此方法的使用普及率较高，但采集精度不高，且稳定性较差，常出现误报和漏报的情况，仅具有指导意义，不能全面反映蓄电池存在的问题，特别是潜在问题。蓄电池内阻法，通过直流放电法或者交流注入法测量蓄每节蓄电池的内部阻抗，并通过与蓄电池使用时的首次原始数据进行比较，得到蓄电池组内各节蓄电池的内阻的差异情况，对于偏差较大的予以关注，当偏差比率超过一定范围为异常。此方法需要对现有直流系统和蓄电池测量装置进行改装，成本较高，实际应用的普及率也较低，蓄电池内阻数据仅限对所测蓄电池组纵向比较，无法进行横向对比，且测量重复度较低，具有一定的局限性，与蓄电池电压法一样，属于较为单一测试方法。蓄电池核对容量法，使用恒流放电设备，对蓄电池组进行100％核对性放电，如果其容量不足80％的时候则判定此组蓄电池不合格。正常情况下为1-2年进行1次100％核对性放电，以确保蓄电池组性能满足要求，但实际执行时费时费力，且临近2次核容时间间隔较长(12个月-24个月)，在间隔时间内难以发现的潜在问题，且发现问题时通常为时已晚。目前现有情况下，常规做法是采用上述方法中的某种方法对蓄电池进行管理，因为每种方法都存在一定的局限性，并不能真实和全面的反映蓄电池本身存在的潜在问题。特别是当蓄电池组进行充电/放电时，如果整组中个别蓄电池存在问题，监测参数(电压或内阻)偏差较大，监测装置则产生报警提示。此时，通常有两种处理方法：一是自动停止当前充电/放电，以防止个别蓄电池性能劣化而导致整组蓄电池工作异常。如果无人处理异常并恢复至原充电/放电状态，则蓄电池组处于未完成完整充电/放电过程的状态，即出现欠充的情况；二是继续进行当前充电/放电，若要及时处理个别蓄电池存在的问题则需要手动干预才能停止，否则将持续当前充电/放电过程，直至整个充电/放电过程完成，此时极易导致个别蓄电池的问题更加严重，即出现过充/过放的情况，但是充电/放电过程完成后报警信号大部分会消失，而隐患依旧存在。现阶段大部分变电站均为无人值守站，按照现行直流系统运行规程，每3个月直流系统须对蓄电池组自动进行定时均充。当个别蓄电池出现问题时或者直流系统其它部分异常(如充电机输出异常、监控采样异常等)，如果按照前述两种处理方法处置异常，因不能及时得到运行维护人员的关注和处理，会导致蓄电池的问题加剧，并不断劣化，导致蓄电池长期处于欠充电/过充电/过放电状态，进而影响蓄电池整组性能。传统直流蓄电池管理方案仅采用蓄电池电流与蓄电池电压两个参数进行分析处理，往往无法高效、全面地反映蓄电池荷电状态和当前运行状态，进而无法发现蓄电池潜在的隐患，因此，提供一种能够全面直观反映直流系统蓄电池状态的管理装置为本领域技术人员需要解决的技术问题。技术实现要素：本实用新型实施例公开了一种直流系统蓄电池管理装置，更全面的反映蓄电池的SOC参数及当前运行状态，可以更好的判断蓄电池的性能，发现潜在的故障隐患。本实用新型实施例提供了一种直流系统蓄电池管理装置，包括：蓄电池、第一霍尔电流传感器、温度探头、隔离开关、隔离开关辅助触点、熔断器和熔断器辅助触点；所述第一霍尔电流传感器与所述蓄电池的正母线连接，所述第一霍尔电流传感器用于测量所述蓄电池的浮充电流；所述温度探头与所述蓄电池连接；所述蓄电池的正母线、负母线设置有所述隔离开关，所述隔离开关两侧均连接有所述隔离开关辅助触点；所述蓄电池的正母线、负母线设置有所述熔断器，所述熔断器两侧均连接有所述熔断器辅助触点。优选地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第一可编程增益放大器、第一高精度高速AD转换器；所述第一可编程增益放大器与所述第一霍尔电流传感器连接，所述第一可编程增益放大器用于获取到所述第一霍尔电流传感器测量得到的浮充电流，并将所述浮充电流进行放大得到放大后的浮充电流；所述第一高精度高速AD转换器与所述第一可编程增益放大器连接，所述第一高精度高速AD转换器用于获取到所述放大后的浮充电流，并将所述放大后的浮充电流转换成小电流蓄电池电流管理曲线。优选地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：显示器；所述第一高精度高速AD转换器与所述显示器连接；所述隔离开关辅助触点与所述显示器连接；所述熔断器辅助触点与所述显示器连接。优选地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第二霍尔电流传感器；所述第二霍尔电流传感器与所述蓄电池的正母线连接。优选地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第二高精度高速AD转换器；所述第二高精度高速AD转换器与所述第二霍尔电流传感器连接，所述第二高精度高速AD转换器用于获取到所述第二霍尔电流传感器测量得到的电流，并将所述电流转换成大电流蓄电池电流管理曲线；所述第二高精度高速AD转换器与所述显示器连接。优选地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：差分放大器；所述差分放大器与所述蓄电池连接。优选地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第三高精度高速AD转换器；所述第三高精度高速AD转换器和所述差分放大器连接，所述第三高精度高速AD转换器用于获取到所述差分放大器获取到的电压，并将所述电压转换为蓄电池荷电状态曲线；所述第三高精度高速AD转换器与所述显示器连接。优选地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第二可编程增益放大器；所述第二可编程增益放大器与所述温度探头连接。优选地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第四高精度高速AD转换器；所述第四高精度高速AD转换器与所述第二可编程增益放大器连接；所述第四高精度高速AD转换器与所述显示器连接。优选地，所述温度探头为预埋式温度探头。从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：本实用新型实施例提供了一种直流系统蓄电池管理装置，包括：蓄电池、第一霍尔电流传感器、温度探头、隔离开关、隔离开关辅助触点、熔断器和熔断器辅助触点；所述第一霍尔电流传感器与所述蓄电池的正母线连接，所述第一霍尔电流传感器用于测量所述蓄电池的浮充电流；所述温度探头与所述蓄电池连接；所述蓄电池的正母线、负母线设置有所述隔离开关，所述隔离开关两侧均连接有所述隔离开关辅助触点；所述蓄电池的正母线、负母线设置有所述熔断器，所述熔断器两侧均连接有所述熔断器辅助触点。传统方案仅采用蓄电池电流与蓄电池电压两个参数对蓄电池进行分析处理，本实用新型实施例增加浮充小电流专用的霍尔电流传感器、蓄电池温度探头、隔离开关辅助触点、熔断器辅助触点，更全面的反映蓄电池的SOC参数及当前运行状态，可以更好的判断蓄电池的性能，发现潜在的故障隐患。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置的结构示意图；图2为蓄电池管理特性曲线示意图；其中，图中标记如下所示：1.蓄电池2.第一霍尔电流传感器3.温度探头4.隔离开关辅助触点5.熔断器辅助触点6.正母线7.负母线8.第一可编程增益放大器9.第一高精度高速AD转换器10.显示器11.第二霍尔电流传感器12.第二高精度高速AD转换器13.差分放大器14.第三高精度高速AD转换器15.第二可编程增益放大器16.第四高精度高速AD转换器17.32.768KHz晶振具体实施方式本实用新型实施例公开了一种直流系统蓄电池管理装置，更全面的反映蓄电池的SOC参数及当前运行状态，可以更好的判断蓄电池的性能，发现潜在的故障隐患。请参阅图1，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置的一个实施例，包括：蓄电池1、第一霍尔电流传感器2、温度探头3、隔离开关、隔离开关辅助触点4、熔断器和熔断器辅助触点5；第一霍尔电流传感器2与蓄电池1的正母线6连接，第一霍尔电流传感器2用于测量蓄电池的浮充电流；温度探头3与蓄电池1连接；蓄电池1的正母线、负母线(图1中仅画出正母线6上设置有隔离开关，故正母线6的隔离开关连接隔离开关辅助触点4，实际上负母线7上也设置有隔离开关，因此负母线7上的隔离开关上也连接有隔离开关辅助触点)设置有隔离开关，隔离开关两侧均连接有隔离开关辅助触点，隔离开关辅助触点接在隔离开关两侧，通过光耦进行隔离采集和处理系统关键熔断器的状态，确保系统工作在稳定状态；蓄电池1的正母线、负母线(图1中仅画出负母线7上设置有熔断器，故负母线7的熔断器连接熔断器辅助触点5，实际上正母线6上也设置有熔断器，因此正母线6上的熔断器上也连接有熔断器辅助触点)设置有熔断器，熔断器两侧均连接有熔断器辅助触点，熔断器辅助触点在熔断器两侧，通过光耦进行隔离采集和处理系统关键熔断器的状态，确保系统工作在稳定状态。进一步地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第一可编程增益放大器8、第一高精度高速AD转换器9；第一可编程增益放大器8与第一霍尔电流传感器9连接，第一可编程增益放大器8用于获取到第一霍尔电流传感器2测量得到的浮充电流，并将浮充电流进行放大得到放大后的浮充电流；第一高精度高速AD转换器9与第一可编程增益放大器8连接，第一高精度高速AD转换器9用于获取到放大后的浮充电流，并将放大后的浮充电流转换成小电流蓄电池电流管理曲线。进一步地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：显示器10；第一高精度高速AD转换器9与显示器10连接；隔离开关辅助触点4与显示器10连接；熔断器辅助触点5与显示器10连接。进一步地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第二霍尔电流传感器11；第二霍尔电流传感器11与蓄电池1的正母线6连接。进一步地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第二高精度高速AD转换器12；第二高精度高速AD转换器12与第二霍尔电流传感器11连接，第二高精度高速AD转换器12用于获取到第二霍尔电流传感器11测量得到的电流，并将电流转换成大电流蓄电池电流管理曲线；第二高精度高速AD转换器12与显示器10连接。进一步地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：差分放大器13；差分放大器13与蓄电池1连接，需要说明的是，差分放大器13采用由精密电阻与运放构成，差分放大器13与蓄电池1两端连接。进一步地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第三高精度高速AD转换器14；第三高精度高速AD转换器14和差分放大器13连接，第三高精度高速AD转换器14用于获取到差分放大器13获取到的电压，并将电压转换为蓄电池荷电状态曲线；第三高精度高速AD转换器14与显示器10连接。进一步地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第二可编程增益放大器15；第二可编程增益放大器15与温度探头3连接。进一步地，本实用新型实施例提供的一种直流系统蓄电池管理装置还包括：第四高精度高速AD转换器16；第四高精度高速AD转换器16与第二可编程增益放大器15连接；第四高精度高速AD转换器16与显示器10连接。进一步地，温度探头3为预埋式温度探头(NTC型热敏电阻)，与采集连接线形成一体式安装，用于校正蓄电池SOC状态曲线。进一步地，显示器10连接有32.768KHz晶振17。在本实施例中，第一高精度高速AD转换器9、第二高精度高速AD转换器12、第三高精度高速AD转换器14、第四高精度高速AD转换器16为规格、参数相同的高精度高速AD转换器。第一可编程增益放大器8与第二可编程增益放大器15为规格、参数相同的可编程增益放大器。第一霍尔电流传感器2为浮充专用型，电流测量范围为0～1A。第二霍尔电流传感器11测量范围为0～200A。显示器10用于进行用于人机交互并显示蓄电池管理曲线及偏差报警情况，在显示曲线并发现隐患和蓄电池性能缺陷时进行报警。在本实施例中，直流系统通常采用阀控式密封铅酸蓄电池，其蓄电池管理特性曲线见图2所示。均充·初充，蓄电池处于初始状态，需要较长时间均衡充电，通常t1≈15h。浮充·日常，维持蓄电池自放电电流，根据规程为3个月，通常t2、t4、t7≈2160h。均充·定时，蓄电池处于满充状态，需要较少时间均衡充电，通常t3≈3h。放电·事故&核容，蓄电池出现非计划性或计划放电，通常t5为数分钟到15h不等。均充·补充，补充蓄电池放电损失的能量，均衡充电时间不定，通常t6与t5相关联。结合上述各阶段的特点，主要以下五种方法进行多维度状态评估和分析：1、安时积分法：SOC为蓄电池荷电状态，直接体现蓄电池容量的多少。采用高速高精度AD实时采集蓄电池充放电过程的瞬时电流，并通过计算公式进行积分运算，获得蓄电池实际SOC状态，从而判断和预估蓄电池当前剩余容量。公式：其中：SOC-蓄电池最终荷电状态；SOC0-蓄电池初始荷电状态；Cn-蓄电池n小时放电率容量；η-蓄电池充放电过程库仑效率；I-蓄电池充放电过程中瞬时电流。2、浮充电流法：If为浮充电流，用于补偿蓄电池自放电及维持氧循环复合。使用专用浮充电流传感器(高精度、抗冲击)，通过可编程增益放大器(PGA)将微小电流信号前置放大，并采用高速高精度AD实时采集，获得mA级蓄电池浮充电流，常规情况下约为1mA/Ah左右。浮充电流越大，则亦意味着对板栅的腐蚀电流和用于水损耗的电流也越大。公式：If＝Is+Ir其中：If为蓄电池浮充电流，Is为腐蚀电流，Ir为用于水损耗电流，If超过阀值越大则说明内部的损耗越大，代表状态不良。3、电压趋势法：Vn为蓄电池端电压，在蓄电池进行充放电过程中，随着其充放容量的变化，蓄电池端电压也跟随一并变化，具有较强相关性。对单节蓄电池使用差分采样前置放大，避免高共模电压对采集电路的影响，采用高速高精度AD实时采集，获得精度为mV级蓄电池端电压。可根据蓄电池充放电特征曲线，通过插值法分析单节蓄电池端电压变化趋势评估当前容量变化趋势。插值法是指对于蓄电池的容量与电压关系的表内的数据进行插值分析，及将表1内的50％，70％，100％等若干点进行插值，得出近似实测电压与容量的对应关系，相当于把原来n个点的表格，经过多次插值后，变成2n，4n，甚至更多的点，将离散测量对应的折线图表，转变为平滑的曲线，保证电压与容量的匹配更准确，举个例子(数据未必准确)：即原来有2.00V对应50％，2.06V对应53％，如果不插值，当电压为2.03时对应的关系无法确定，经过插值后，则可预估为51.5％。插值是针对目标曲线更平滑，而移动平均法是将已经测的实际曲线进行“延长"，表现是实际状态的未来趋势，与目标曲线无关。以放电为例，2V阀控式密封铅酸蓄电池放电容量与蓄电池端电压关系如表1所示：表1放电容量50％70％100％蓄电池端电压2.00V1.95V1.80V4、能量守恒法：蓄电池充放电过程是电化学反应过程，根据能量守恒原理，一部分以电能/化学能的形式体现，另一部分以热能的形式体现，每节蓄电池的内阻和性能不同，将导致其温度变化不同。Tn为蓄电池温度，以蓄电池负极柱温度为准。在每节蓄电池负极柱安装高精度温度传感器，采用高精度AD实时采集，获得每节蓄电池的温度信息。蓄电池温度的方差体现了蓄电池组内各蓄电池的一致性趋势。公式：E0＝EI+ET其中：E0-蓄电池总能量；EI-蓄电池电能/化学能；ET-蓄电池热能(温度)；公式：其中：σ-蓄电池温度方差；Ti-单节蓄电池温度；μ-蓄电池温度均值；N-全部蓄电池数量。5、时长估算法：在蓄电池管理曲线内各阶段的时长都可根据蓄电池参数计算获得，可根据前一状态估算和推断下一状态所用时长。如：当蓄电池性能下降时，导致其容量下降，在定时均充或补充均充过程中，其时长t6则会明显低于计算理论值，发现此问题，并跟踪其时长变化，即可发现蓄电池性能劣化的趋势，从而发现其潜在故障隐患。蓄电池管理曲线中蓄电池运行主要有三种状态：浮充、均充、放电。本实用新型根据上述五种方法对蓄电池进行多维参数管理。蓄电池处于浮充状态时，采用浮充电流法，实时监测其浮充电流，并采用移动平均预测法进行趋势分析，当其增长趋势的预期将超出规定阀值时则为异常，表示其内部极板腐蚀进度较快，存在潜在劣化隐患，尤其是蓄电池内部开路的风险较高。需要说明的是，蓄电池的浮充电流与其容量有近似的比例关系，当蓄电池的容量一定时，其浮充电流应在一个近似的范围内，可设置预警阀值，将实际检测的浮充电流与理论值进行拟合和匹配，适当的偏差为允许，但如果超过预警阀值则表示存在隐患。蓄电池处于均充状态和放电状态时，采用安时积分法和电压趋势法，通过SOC估算和电压变化趋势拟合蓄电池管理曲线的幅值，即曲线Y轴情况。能量守恒法主要起辅助校正作用：计算热量损失，以校正SOC估算存在的能量偏差；计算温度方差，以校正电压等参数对于蓄电池一致性的评估。采用时长估算法，根据前一状态的SOC估算值来计算当前状态蓄电池管理曲线的持续时长，即为曲线X轴情况。当蓄电池管理曲线的X轴和Y轴拟合方差超过设定阀值时，则表示蓄电池性能与其标称性能存在偏差，存在潜在劣化隐患。记录蓄电池实际运行曲线，并显示实际曲线与管理曲线的偏差，以提醒运行维护人员引起关注，并作为异常处理后继续执行蓄电池管理曲线的参考依据。当蓄电池存在潜在隐患时，在均充状态和放电状态中，最容易出现的情况是未出现报警，但X轴和Y轴未能按蓄电池管理曲线达到预期时长或幅值。因直流系统未报警，也未产生报警记录，且无人值守站点无人在现场，导致很多潜在隐患并忽略。显示和提醒实际曲线与管理曲线的偏差，有助于运行维护人员发现并关注此类潜在故障隐患。当蓄电池存在性能异常时，在均充状态和放电状态中，最容易出现的情况是出现报警，蓄电池管理曲线被强制中断或强制继续执行。若强制中断，则导致正常的蓄电池未能完成正常的蓄电池管理曲线，出现欠充的情况。若强制执行，则导致异常的蓄电池带病运行，出现过充或者过放的情况。正确的做法是强制中断现有蓄电池管理曲线，处理异常并恢复正常后，继续执行原蓄电池管理曲线，直至结束。因出现异常，此时直流系统产生报警，但无人值守站点无人在现场，无法人工干预并处理，异常未被发现和处理，导致蓄电池劣化的问题更加严重。显示和提醒实际曲线与管理曲线的偏差，有助于运行维护人员发现并处理异常，也为恢复正常后的继续执行蓄电池管理曲线提供重要的参考依据。以上五种方法都是实际曲线与目标曲线拟合的过程。对于Y轴，主要是幅值，是采用定时的方式，直接计算差值，然后做特定时间(固定或者可设置)内的方差计算，得出在特定时间内，实际曲线与目标曲线拟合的程度，以此为判断依据，这样可避免突然的阶越变化带来的误差和误判。对于X轴，主要是时间，是根据预估时间与实际时间的差值，直接判断，在容差内则无问题，偏差越大，说明过程时间变化较大，越需进行关注和处理。蓄电池多维参数管理装置，结合上述五种方法来分析和诊断蓄电池运行状态，并根据实际运行状态拟合蓄电池管理特征曲线，利用模糊数学对不同参数进行综合而形成判断和分析，进而形成全生命周期状态曲线跟踪和评估。全生命周期曲线将实际运行中未知的蓄电池状态，进行数字化统计和信息化分析，具有可视化效果，可以直观反映目前蓄电池在全生命周期内的故障和问题以及发展趋势情况，特别是对于蓄电池潜在隐患的及早发现，以及提前布控和预防用重要的作用和意义。上述装置对于蓄电池组从不同的维度，根据多参数对蓄电池状态进行全面和完整的描述和体现，可提高系统运行可靠性，降低运行维护工作强度，发现蓄电池的潜在隐患，具有现实和积极意义。以上对本实用新型所提供的一种直流系统蓄电池管理装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。当前第1页1 2 3