一种具有数据化模型的蓄电池在线监测管理系统

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，具体为一种具有数据化模型的蓄电池在线监测管理系统。

背景技术

蓄电池广泛应用在各行各业，目前行业内电源对蓄电池组充电方式均采用整组总电压充电模式，不能保证蓄电池组中每节蓄电池电压的一致性，这将会导致蓄电池组中出现过充电或欠充电现象；随着充、放电的循环往复，这种差异会不断增大。蓄电池过充电会导致蓄电池充爆、鼓包、膨胀等现象发生，而欠充电则会导致整组蓄电池容量不足，达不到安全使用标准，最终造成蓄电池组的真实使用寿命变短，提前报废，污染环境。

传统的蓄电池检测系统只局限于在线检测电池的电压、电流与环境温度等参数，并不具备对蓄电池组进行在线主动均衡调节，智能维护管理蓄电池组。

除此之外，据数据统计目前电源事故原因中有65％都是由于蓄电池失效导致；铅酸蓄电池失效的原因有很多种，如硫化、失水、热失控、极板软化等，失水和热失控一般都是维护不当导致，极板软件是原材料制造原因，只有硫化是由于蓄电池在运行中长期处在浮充模式下产生的盐化物，叫硫酸盐结晶体。

硫酸盐结晶体是一种绝缘体，他附在极板上会减少板板的化学反应面积，同时隔绝硫酸与极板的化学，破坏原本可逆的循环，导致硫酸铅部分不可逆，蓄电池内阻变大，提前老化。

为防止硫化，电源设计是会采用定期均充的模式来减少老化率，使蓄电池的硫酸铅循环可逆，运行中数据统计，这种方式无法消除硫酸盐结晶体，整组的均充方式没有针对性，不能针对其中的某节进行去硫化；针对这单节活化市面上也有离线活化仪，但是采用离线活化仪活化需要把运行中的蓄电池组退出运行，并把需要活化的蓄电池拆出来在试验室进行活化，这种离线活化模式增加运行风险，得不到安全保障。

综上所述，对企业来说需要一种具有数据化模型的蓄电池在线监测管理系统能够解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有数据化模型的蓄电池在线监测管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种具有数据化模型的蓄电池在线监测管理系统，包括蓄电池在线监测管理装置、在线测量模块、CPU主控模块、显示操作模块、电池维护模块、工作电源模块和上位机通信模块；

在线测量模块用于采集到蓄电池组数据，能够对于蓄电池的电流、电压、电动势、内阻、电池容量等电力系数进行一个实时的在线监测，通过数值变化对于当前蓄电池的使用以及寿命有一个合理的预估；

CPU主控模块用于进行数据处理和控制对蓄电池的维护，能够通过采集到的数据对需要进行维护的蓄电池进行报警而后控制电池维护模块进行维护；

显示操作模块用于显示CPU主控模块处理之后得到的数据以及显示警告；

电池维护模块用于根据CPU主控模块处理之后得到的数据对蓄电池进行相应的维护处理，能够使得电池进行维护之后延长电池的使用寿命以及电池的使用效率；

工作电源模块用于所有工作模块提供稳定可靠的工作电源；

上位机通信模块用于把CPU主控模块处理之后得到的数据上传到上位机进行集中监控管理，方便操作人员通过上位机实现远程遥控，把信号上传到上位机进行集中监控管理；

工作电源模块的输出端与CPU主控模块的输入端相连接，CPU主控模块的输出端与在线测量模块、显示操作模块、电池维护模块、上位机通信模块的输入端相连接，电池维护模块的输出端与需要维护的蓄电池的输入端相连接。

进一步的，在线测量模块包括单体电压测量单元、组电压测量单元、环境温度测量单元、内阻测量单元和电流采集单元；

单体电压测量单元用于测量单体蓄电池的电压；

组电压测量单元用于测量蓄电池组的电压；

环境温度测量单元用于测量蓄电池的温度；

内阻测量单元用于测量蓄电池内部电路的电阻；

电流采集单元用于采集蓄电池的电流；

单体电压测量单元、组电压测量单元、环境温度测量单元、内阻测量单元和电流采集单元的输出端与CPU主控模块的输入端相连接。

进一步的，CPU主控模块包括触发单元、数据评分单元、数据分析单元和通道切换单元；

触发单元用于控制在线测量模块的数据采集频率，能够在蓄电池出现问题需要维护的时及时将问题及时上报；

数据评分单元用于将采集到的数据与数据库中设定安全数据进行对比并且给予评分；

数据分析单元用于对采集到的数据根据数据库中的数据进行分析并得出该蓄电池是否需要进行维护的结果；

通道切换单元用于对需要维护的蓄电池进行电路切换，方便对需要进行维护的蓄电池进行脉冲活化或者电池均衡；

触发单元的输出端与数据评分单元的输入端进行连接，数据评分单元的是输出端与数据分析单元的输入端进行连接，数据分析单元的输出端与通道切换单元的输入端进行连接。

进一步的，电池维护模块包括脉冲活化单元和数字化DC/DC电源单元；

脉冲活化单元用于对需要维护的蓄电池进行脉冲活化，能够保证电池内部化学变化能够保持循环反应的活性，减少盐化的现状，稳定电池的性能；

数字化DC/DC电源单元用于对需要维护的蓄电池进行电池均衡，能够保证电池组内部单体电池间的差值符合使用范围，使得不影响电池组的使用以及预防差值过大引起的事故；

脉冲活化单元和数字化DC/DC电源单元的输出端与需要维护的蓄电池的输入端进行连接。

进一步的，显示操作模块为显示屏，显示屏用于显示CPU主控模块处理之后得到的数据。

进一步的，上位机通信模块包括上位机、信号上传单元和远程控制单元，信号上传单元用于将CPU主控模块处理之后的数据上传至上位机，远程控制单元用于实现通过上位机对CPU 主控模块进行控制；

信号上传单元的输出端与上位机的输入端进行连接，上位机的输处端与远程控制单元的输入端进行连接。

进一步的，所述数据评分单元将某时间段采集到的数据与数据库中设定安全数据进行对比，采集到的数据处在安全数据的范围内则给集合A中相对应时间段的数字加上t分；

所述数据分析单元根据以下公式进行分析：

其中，集合A＝{x

进一步的，蓄电池在线监测管理装置包括外箱体、内箱体、第一安装板、第二安装板、安装隔板、缓冲弹簧、滚珠和限位组件，内箱体放置于外箱体的内部，内箱体的两端设有第二安装板，外箱体的两侧设有第一安装板，第一安装板内部设有限位组件，限位组件能够使得内箱体在放入外箱体之后不会再脱离外箱体，外箱体的箱壁内部设有若干安装隔板，相邻安装隔板之间设有缓冲弹簧，缓冲弹簧能够将滚珠利用自身的弹性使得滚珠不会移动位置除非滚珠被外力顶回外箱体的箱壁中，缓冲弹簧的右端放置有滚珠，滚珠能够加减少将内箱体放入外箱体时的摩擦力，滚珠的一侧透过外箱体的箱壁。

进一步的，限位组件包括移动凹槽、磁性金属板、磁性相吸金属板、限定板和移动块，移动凹槽设在第一安装板的内部，移动凹槽的两端设有磁性金属板，移动凹槽中放置有移动块，移动块的两侧安装有磁性相吸金属板，磁性相吸金属板和磁性金属板相配合能够使得限定板在限定住内箱体或者不限定内箱体时限定板不会在移动凹槽中随着移动块移动，移动块的下方安装有限定板。

进一步的，外箱体可分为第一外箱体和第二外箱体，第一外箱体箱壁内部设有移动槽，第二外箱体的一端固定于移动槽中，第二外箱体能够通过在移动槽中移动适应不同尺寸的第一外箱体，移动槽通过拉力弹簧连接第二外箱体，拉力弹簧能够使得在放入内箱体之后将第二外箱体向第一外箱体拉扯保证第一外箱体和第二外箱体的两端与内箱体两端贴合，第二外箱体固定于移动槽的一端安装有限位凸起，第一外箱体在与第二外箱体相接触的一端设有限位块，限位块能够限定第二外箱体的一端不会脱离第一外箱体的内部。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、本发明的系统主要有3个功能，分别是在线实时监控、均衡功能、活化功能，在线实时监控功能能够对于蓄电池的电流、电压、电动势、内阻、电池容量等电力系数进行一个实时的在线监测，通过数值变化对于当前蓄电池的使用以及寿命有一个合理的预估；均衡功能能够在蓄电池的长期使用并且各自内部性能系数参差不齐时，为了不影响电池组的使用以及预防差值过大引起的事故，需要将蓄电池进行一个性能均衡，保证电池组内部单体电池间的差值符合使用范围；蓄电池的长期放电和充电，导致极板盐化，增大了电池内阻，降低了电压电流。活化功能能够保证电池内部化学变化能够保持循环反应的活性，减少盐化的现状，稳定电池的性能。

2、本发明的系统采用多参数、多视角、数据化模型智能判断蓄电池组运行情况；智能识别蓄电池组一致性，主动均衡蓄电池的电压容量，延长使用寿命；智能高频数字脉冲活化模式，可数字化调节活化强度，高精度控制；主动结合测量数据及蓄电池本身参数数据，智能匹配活化方案对蓄电池进行在线活化。

3、本发明的均衡技术采用无损电量智能调节，通过内置数字化智能控制DC/DC电源把电量偏高的蓄电池电量转到电量偏低的蓄电池上面去，在线解决单体过压及欠压问题，电压均衡度可控制在0.5以内，确保运行中蓄电池组的电压差在国家行业标准范围内，解决以往人工维护不能处理的问题，有效减省蓄电池维护成本及更换成本的投入，减少蓄电池的报废率及环境污染，为环保增加一分力量。

4、本发明的装置的外箱体能够通过长度适应不同尺寸的内箱体，使得企业不需要根据不同尺寸的内箱体制造出多种尺寸的外箱体，方便企业以一种尺寸的模具进行制作，同时在制造时能够减少企业在模具制造方便的成本以及能够减少企业生产装置时的时间成本，同时本装置还方便内箱体的装卸，滚珠能够减少内箱体转入和拆卸时的摩擦力，除此之外滚珠还能帮助减少内箱体的磨损，延长内箱体的使用寿命。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的外箱体结构示意图；

图2是本发明的内箱体结构示意图；

图3是本发明的外箱体滚珠剖面结构示意图；

图4是图3的A放大结构示意图；

图5是本发明的第一安装板剖面结构示意图；

图6是本发明的图5的B放大结构示意图；

图7是本发明的移动槽剖面结构示意图；

图8是图7的C放大结构示意图；

图9是本发明系统的流程示意图。

图中：1、外箱体；2、内箱体；3、第一安装板；4、第二安装板；5、安装隔板；6、缓冲弹簧；7、滚珠；8、移动凹槽；9、磁性金属板；10、磁性相吸金属板；11、限定板；12、限位块；13、限位凸起；14、移动槽；15、拉力弹簧；16、移动块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图，本发明提供技术方案：

实施例一：

如图9所示，一种具有数据化模型的蓄电池在线监测管理系统，包括蓄电池在线监测管理装置、在线测量模块、CPU主控模块、显示操作模块、电池维护模块、工作电源模块和上位机通信模块；

在线测量模块用于采集到蓄电池组数据，能够对于蓄电池的电流、电压、电动势、内阻、电池容量等电力系数进行一个实时的在线监测，通过数值变化对于当前蓄电池的使用以及寿命有一个合理的预估；

CPU主控模块用于进行数据处理和控制对蓄电池的维护，能够通过采集到的数据对需要进行维护的蓄电池进行报警而后控制电池维护模块进行维护；

显示操作模块用于显示CPU主控模块处理之后得到的数据以及显示警告；

电池维护模块用于根据CPU主控模块处理之后得到的数据对蓄电池进行相应的维护处理，能够使得电池进行维护之后延长电池的使用寿命以及电池的使用效率；

工作电源模块用于所有工作模块提供稳定可靠的工作电源；

上位机通信模块用于把CPU主控模块处理之后得到的数据上传到上位机进行集中监控管理，方便操作人员通过上位机实现远程遥控，把信号上传到上位机进行集中监控管理；

工作电源模块的输出端与CPU主控模块的输入端相连接，CPU主控模块的输出端与在线测量模块、显示操作模块、电池维护模块、上位机通信模块的输入端相连接，电池维护模块的输出端与需要维护的蓄电池的输入端相连接。

在线测量模块包括单体电压测量单元、组电压测量单元、环境温度测量单元、内阻测量单元和电流采集单元；

单体电压测量单元用于测量单体蓄电池的电压；

组电压测量单元用于测量蓄电池组的电压；

环境温度测量单元用于测量蓄电池的温度；

内阻测量单元用于测量蓄电池内部电路的电阻；

电流采集单元用于采集蓄电池的电流；

单体电压测量单元、组电压测量单元、环境温度测量单元、内阻测量单元和电流采集单元的输出端与CPU主控模块的输入端相连接。

CPU主控模块包括触发单元、数据评分单元、数据分析单元和通道切换单元；

触发单元用于控制在线测量模块的数据采集频率，能够在蓄电池出现问题需要维护的时及时将问题及时上报；

数据评分单元用于将采集到的数据与数据库中设定安全数据进行对比并且给予评分；数据分析单元用于对采集到的数据根据数据库中的数据进行分析并得出该蓄电池是否需要进行维护的结果；

通道切换单元用于对需要维护的蓄电池进行电路切换，方便对需要进行维护的蓄电池进行脉冲活化或者电池均衡；

触发单元的输出端与数据评分单元的输入端进行连接，数据评分单元的是输出端与数据分析单元的输入端进行连接，数据分析单元的输出端与通道切换单元的输入端进行连接。

电池维护模块包括脉冲活化单元和数字化DC/DC电源单元；

脉冲活化单元用于对需要维护的蓄电池进行脉冲活化，能够保证电池内部化学变化能够保持循环反应的活性，减少盐化的现状，稳定电池的性能；

数字化DC/DC电源单元用于对需要维护的蓄电池进行电池均衡，能够保证电池组内部单体电池间的差值符合使用范围，使得不影响电池组的使用以及预防差值过大引起的事故；

脉冲活化单元和数字化DC/DC电源单元的输出端与需要维护的蓄电池的输入端进行连接。

显示操作模块为显示屏，显示屏用于显示CPU主控模块处理之后得到的数据。

上位机通信模块包括上位机、信号上传单元和远程控制单元，信号上传单元用于将CPU 主控模块处理之后的数据上传至上位机，远程控制单元用于实现通过上位机对CPU主控模块进行控制；

信号上传单元的输出端与上位机的输入端进行连接，上位机的输处端与远程控制单元的输入端进行连接。

数据评分单元将某时间段采集到的数据与数据库中设定安全数据进行对比，采集到的数据处在安全数据的范围内则给集合A中相对应时间段的数字加上1分；

所述数据分析单元根据以下公式进行分析：

其中，集合A＝{x

当集合A＝{5、3、4、5、2}时，计算结果如下：

根据计算结果在最后一次的采集数据大于2，即表示蓄电池出现问题需要维护,接着CPU 主控模块中的通道切换单元会将蓄电池切换进来并发出警告的信号，同时在显示屏上将对蓄电池的警告显示出来，并控制电池维护模块中的脉冲活化单元或者数字化DC/DC电源单元对蓄电池进行活化或者进行电池均衡，并且CPU主控模块会将警告的信号传送到把信号上传到上位机中，上位机可对进行发出的警告集中监控管理并远程遥控对蓄电池的维护操作。

实施例二：

如图1-8，蓄电池在线监测管理装置包括外箱体1、内箱体2、第一安装板3、第二安装板4、安装隔板5、缓冲弹簧6、滚珠7和限位组件，内箱体2放置于外箱体1的内部，内箱体2的两端设有第二安装板4，外箱体1的两侧设有第一安装板3，第一安装板3内部设有限位组件，限位组件能够使得内箱体2在放入外箱体1之后不会再脱离外箱体1，外箱体1 的箱壁内部设有若干安装隔板5，相邻安装隔板5之间设有缓冲弹簧6，缓冲弹簧6能够将滚珠7利用自身的弹性使得滚珠7不会移动位置除非滚珠7被外力顶回外箱体1的箱壁中，缓冲弹簧6的右端放置有滚珠7，滚珠7能够加减少将内箱体2放入外箱体1时的摩擦力，滚珠7的一侧透过外箱体1的箱壁。

限位组件包括移动凹槽8、磁性金属板9、磁性相吸金属板10、限定板11和移动块16，移动凹槽8设在第一安装板3的内部，移动凹槽8的两端设有磁性金属板9，移动凹槽8中放置有移动块16，移动块16的两侧安装有磁性相吸金属板10，磁性相吸金属板10和磁性金属板9相配合能够使得限定板11在限定住内箱体2或者不限定内箱体2时限定板不会在移动凹槽8中随着移动块16移动，移动块16的下方安装有限定板11。

外箱体1可分为第一外箱体101和第二外箱体102，第一外箱体101箱壁内部设有移动槽14，第二外箱体102的一端固定于移动槽14中，第二外箱体102能够通过在移动槽14中移动适应不同尺寸的第一外箱体101，移动槽14通过拉力弹簧15连接第二外箱体102，拉力弹簧15能够使得在放入内箱体2之后将第二外箱体102向第一外箱体101拉扯保证第一外箱体101和第二外箱体102的两端与内箱体2两端贴合，第二外箱体102固定于移动槽14 的一端安装有限位凸起13，第一外箱体101在与第二外箱体102相接触的一端设有限位块 12，限位块12能够限定第二外箱体102的一端不会脱离第一外箱体101的内部。

当需要将内箱体2装入外箱体1内部时，首先将第二外箱体102向外拉扯并且将第二外箱体102向外拉扯的同时会带着拉力弹簧15的一端变形，而后将内箱体2放入外箱体1的内部，在放入的过程中滚珠7会翻滚减少摩擦力，等到内箱体2完全放入外箱体1的内部，将移动块16沿着移动凹槽8移动至内箱体2所在一侧，移动块16移动的同时限定板11也会随着移动，并将内箱体2的下方挡住使得内箱体2无法脱离外箱体1。

本发明的工作原理：

当需要将内箱体2装入外箱体1内部时，首先将第二外箱体102向外拉扯并且将第二外箱体102向外拉扯的同时会带着拉力弹簧15的一端变形，而后将内箱体2放入外箱体1的内部，在放入的过程中滚珠7会翻滚减少摩擦力，等到内箱体2完全放入外箱体1的内部，将移动块16沿着移动凹槽8移动至内箱体2所在一侧，移动块16移动的同时限定板11也会随着移动，并将内箱体2的下方挡住使得内箱体2无法脱离外箱体1

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。