基于PLC的铝空气电池管理控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种电池管理系统，具体涉及到一种基于PLC的铝空气电池管理控制系统。

背景技术：

近年来，我国经济迅速发展，经济规模不断扩大，能源的消耗量急剧增长。然而，中国的能源结构极为不合理，煤和石油等化石燃料的消耗占了大部分，同时中国能源利用技术水平和效率低下，大量消耗化学燃料，造成了严重的环境问题，金属-空气燃料电池作为一种新型高能量绿色化学电源，有着优越的性价比，具备替代传统铅酸电池与锂电池的潜力。铝-空气电池金属-空气燃料电池的一种，它是以铝合金为负极、空气电极为正极、中性水溶液或碱性水溶液为电解质构成的一种新型高能量化学电源。铝空气电池具有能量密度大、质量轻、材料来源丰富、无污染、可靠性高、寿命长、使用安全等优点，其在应急电源，后备电源，军事便携电源，电动汽车电源和水下电源等各行各业都有广泛应用。如公开号为CN103296338A的专利文献公开了这样一种铝空气燃料电池的技术方案，如图1所示，它包括电解液箱、电池堆，通风系统、电解液上液系统，电解液回液系统、排氢系统、测温系统、过滤系统和散热系统。它可以实现电解液的循环，能有效的分离沉淀，控制氢气含量和电池的内部温度，提高了电池的稳定性和可靠性。但是该铝空气电池并没有配备相关的管理控制系统，智能化控制程度低，对铝空气电池缺少监控和保护功能。对此公开号为CN204905913U的专利文献公开了一种铝空气燃料电池管理系统，该系统可对铝空气电池的工作参数进行实时监控，并具有多重智能保护功能，该系统以单片机为控制核心，其稳定性和抗干扰能力较弱，很难满足铝空气电池对监控系统可靠性的要求。而可编程逻辑控制器PLC则具有构成灵活，扩展容易，使用方便，编程简单和抗干扰能力强等特点，可大大提高系统的可靠性。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术上存在的不足，本实用新型的目的是提供一种性能稳定，能对铝空气电池的各个功能单元进行有效协调管理的铝空气电池管理控制系统，该系统以PLC控制器为核心，具有更好的稳定性和抗干扰能力。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于PLC的铝空气电池管理控制系统，其特征在于：包括PLC控制器、上位机、触摸屏、以太网交换机、数据采集模块、停止模块、启动模块和执行模块，所述PLC控制器分别与以太网交换机、数据采集模块、执行模块、启动模块和停止模块相连；所述的执行模块包括分别连接在PLC控制器上的继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器五、继电器六、继电器七和驱动器模块。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的执行模块还包括分别连接在继电器一、继电器二、继电器四、继电器五、继电器六、继电器七上的过滤泵、排氢风扇、水泵、散热电磁阀、回流直通阀和声光报警器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的继电器三与负载相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的执行模块还包括散热风扇和轴流风机，所述散热风扇和轴流风机与所述驱动器模块相连。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的启动模块由延时启动开关电路和锂电池组成，所述的锂电池通过延时启动开关电路与所述PLC控制器相连。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的数据采集模块由温度采集模块、电压采集模块、氢气浓度采集模块、电流采集模块和模拟量输入模块组成，所述的温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、氢气浓度采集模块与所述模拟量输入模块相连，所述模拟量输入模块与所述PLC控制器相连。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的上位机和触摸屏与以太网交换机相连。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的PLC控制器上设置有模拟量输入接口、以太网通信接口、数字量输入接口、数字量输出接口、PWM输出接口，所述PLC控制器通过所述模拟量输入接口与所述模拟量输入模块相连以接收数据采集模块传送的工作参数数据，所述PLC控制器通过所述数字量输入接口与所述停止模块相连以接收系统停机的信号，所述PLC控制器分别通过所述数字量输出接口、PWM输出接口与所述执行模块相连以向执行设备发送控制参数数据，所述PLC控制器通过以太网通信接口与以太网交换机相连以实现PLC控制器与上位机、触摸屏的网络通信。

本实用新型有益效果是：

1)本实用新型采用PLC作为核心控制器，其稳定性和抗干扰能力强，易于控制系统的扩展和维护。

2)本实用新型采用触摸屏技术，可以直观的设置和显示各种参数，增加了用户操控的方便性。

3)本实用新型能对铝空气电池内各个功能单元进行有效协调管理，使铝空气电池稳定、安全、高效的工作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是公开号为CN103296338A专利文献的铝空气电池的结构示意图。

图2是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实新型进行进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

参见图2，基于PLC的铝空气电池管理控制系统，包括PLC控制器、上位机、触摸屏、以太网交换机、数据采集模块、停止模块、启动模块和执行模块，所述PLC控制器分别与以太网交换机、数据采集模块、执行模块、启动模块和停止模块相连；所述的执行模块包括分别连接在PLC控制器上的继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器五、继电器六、继电器七和驱动器模块。所述的执行模块还包括分别连接在继电器一、继电器二、继电器四、继电器五、继电器六、继电器七上的过滤泵、排氢风扇、水泵、散热电磁阀、回流直通阀和声光报警器。所述的继电器三与负载相连接。所述的执行模块还包括散热风扇和轴流风机，所述散热风扇和轴流风机与所述驱动器模块相连。所述的启动模块由延时启动开关电路和锂电池组成，所述的锂电池通过延时启动开关电路与所述PLC控制器相连。所述的数据采集模块由温度采集模块、电压采集模块、氢气浓度采集模块、电流采集模块和模拟量输入模块组成，所述的温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、氢气浓度采集模块与所述模拟量输入模块相连，所述模拟量输入模块与所述PLC控制器相连。所述的上位机和触摸屏与以太网交换机相连。所述的PLC控制器上设置有模拟量输入接口、以太网通信接口、数字量输入接口、数字量输出接口、PWM输出接口，所述PLC控制器通过所述模拟量输入接口与所述模拟量输入模块相连以接收数据采集模块传送的工作参数数据，所述PLC控制器通过所述数字量输入接口与所述停止模块相连以接收系统停机的信号，所述PLC控制器分别通过所述数字量输出接口、PWM输出接口与所述执行模块相连以向执行设备发送控制参数数据，所述PLC控制器通过以太网通信接口与以太网交换机相连以实现PLC控制器与上位机、触摸屏的网络通信。

在本实施例中，PLC选用西门子S71200系列的CPU1214C。

在本实施例中，PLC控制器通过模拟量输入接口与数据采集模块相连接，温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、氢气浓度采集模块分别通过变送器调节4-20mA的电流信号或0-10V电压信号后输入到模拟量输入模块中，模拟量输入模块将模拟量转换后数字量后再将数据输入到PLC控制器中。模拟量输入模块选用SM1231。

在本实施例中，上位机通过以太网交换机与PLC控制器进行通讯，主要用于接收PLC控制模块传过来的铝空气电池工作参数，同时上位机也可以向PLC控制器发送命令信号来对执行模块进行控制。触摸屏通过以太网交换机与PLC控制器进行通讯，主要用于向PLC控制器输入命令信号并显示铝空气电池的运行状态，通过触摸屏可以向PLC控制器设置铝空气电池运行参数，如电解液温度上限报警阈值、氢气浓度上限报警阈值、电池输出电流上限报警阈值和电池输出电压下限报警阈值等。铝空气电池的运行状态包括电解液箱的氢气浓度、电解液的温度、电池输出的电压、电流、电池荷电状态SOC值以及各个执行机构状态等。触摸屏选用西门子的smart 700ie触摸屏。

在本实施例中，执行模块主要用于接收PLC控制器输出的控制指令，使铝空气电池工作高效，安全，稳定的工作，执行模块中的执行机构主要由过滤泵、排氢风扇、水泵、散热电磁阀、回流直通阀、声光报警器、散热风扇和轴流风机组成，电解液的温度和电池堆的氧气流量是影响铝空气电池工作的两个重要因素，要使铝空气电池工作在最佳的工作状态，必须对电解液温度和进入电池堆的氧气流量进行控制，散热风扇和轴流风机的转速可以分别控制这两个参数，PLC控制器通过自带的PWM输出模块与驱动器模块相连，驱动器模块是将PLC控制器输出的PWM信号进行放大，以输出足够的功率为目的，驱动散热风扇和轴流电机工作，控制系统根据所采集的电解液温度差和电池的输出功率变化，经PID运算后，PLC控制PWM输出模块，从而达到控制电解液温度和电池堆氧气流量的目的。

在本实施例中，启动模块由延时启动开关电路和锂电池组成，其主要作用一方面为铝空气电池管理控制系统和执行设备供电，激活铝空气电池，另一方面当铝空气电池输出在未达到额定功率前，锂电池补充部分功率，保证整个系统输出功率的连续性。

本实用新型的工作过程如下：在系统开始工作时，按下延时启动开关电路中的启动开关，则锂电池为整个系统供电，PLC控制器控制相关执行机构使铝空气电池堆开始反应产生电压，PLC通过数据采集模块检测铝空气电池的运行参数并通过触摸屏进行显示，随着铝空气电池堆两端电压逐渐升高，当铝电池两端电压达到一定值后，延时启动开关电路自动断开，锂电池自动断开系统，此后铝空气电池为整个电池管理系统和负载供电，通过触摸屏可以设置铝空气电池的运行参数区间，PLC根据所采集的铝电池的运行参数，通过内置控制算法自动控制各个执行机构，使铝空气电池高效、稳定、安全的运行。同时，上位机可以实时的接收PLC控制器发送的数据和向PLC控制器发送控制命令，实现对铝空气电池的工作状态进行监控。当系统出现过载、过流、过温和欠压时，系统自动切断铝空气电池的输出，并进行声光报警，提醒相关操作人员及时采取相应的安全措施。当铝空气电池需要停止工作时，按下停止模块中的停止按钮，PLC将控制相关的执行机构使铝空气电池停止工作。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。