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时代在发展,而你还在用落后的传统蓄电池管理系统?

    发布时间:2018-4-26     点击量:889


蓄电池在变电站交直流一体化电源系统中一直有着重要应用,作为后备电源提供市电停电故障后的电力支持以及电站直流设备供电电源,是保证供电安全不可或缺的部分。随着使用时间的推移,蓄电池老化失容、失水、盐化、不均衡、热失衡等问题成为直流系统重大安全隐患。如果不能及时预测到这些问题,一旦市电停电,由于电池组的短板效应,直流系统供电时间将达不到规定时间要求,特别是个别蓄电池内部严重腐蚀,在大电流冲击下,出现内部熔断,导致电池组开路现象,直接威胁到供电安全。

为了加强变电站蓄电池运行安全性,对电池的维护管理是必不可少的。早在十二五期间,按照国家电网“三集五大”的方针,变电站交直流一体化电源系统中实行统一监控平台,传统电池管理监控平台也统一纳入其中,方便又极大节约人工成本,也是变电站自动化系统发展要求。但是随着电池应用领域新的发展需求,传统电池监测系统采集、数据存储等功能与技术上存在诸多不足甚至缺陷,没能真正实现蓄电池状态分析,内阻分析,故障诊断,电池使用寿命得不到有效的保障,特别是在倡导节能减排,以及智能制造的时代背景下,需要用新的技术进行改进与创新。

为此深圳普禄科智能检测设备有限公司基于智慧电池技术,PLC通讯技术、物联网技术、以及云平台技术,建立一套智能的专家型的电池管理诊断系统——PITE3923智慧电池云管理系统图1为智慧电池云管理系统拓扑图:


如图1所示,智慧电池云管理系统的整个构架分为如下几个层次结构:


  • 采集设备层:智慧电池(智能采集模快,包含温度传感器),电流传感器等;

  • 本地通信层:PLC通信,485/232通信,WIFI通信等;

  • 本地控制层:数据集中器、控制器、企业服务器,现场显示器(人机界面)等;

  • 远程通信层:GPRS,LAN,3G、4G通信;

  • 云端主站层:云端服务器(数据服务器,应用程序服务器,管理服务器,WEB、 接口服务器,防火墙);

  • 用户应用层:PC客户端,手持式移动客户端。

    一、智慧电池应用

传统蓄电池纯粹是电化学能量转换装置,不带任何电子模快的。但是诸如锂电池,封装有相应的电源芯片,起到保护作用。由这一点出发,如果将传统蓄电池植入一块智慧采集模快,功能更加强大,能进行电池模型的辨识,状态的预估等,即具有功能性的“大脑”,蓄电池将变的“智慧”起来。

“智慧”电池理念把传统蓄电池管理系统的采集功能分离出去,做成单独的智能模块,嵌入到电池的整体结构中,低功耗模式自取电。每个智能模块可以写入、存储对应蓄电池的ID信息:包括序列号、生产日期、额定参数等,方便电池全寿命周期的物资管理。

基于多频点的蓄电池检测技术,实现每节电池的参数辨识:欧姆电阻、极化电阻、极化电容以及估算出的SOH、SOC的性能参数都在智慧模块处理完成。温度传感器直接在蓄电池结构内部,准确获得电池内部温度参数,及时防止热失控。

      
二、PLC技术的应用

PLCPower Line Carrier)即电力线载波通信,利用电力线路为载波信号的传输媒介,不需要重新架设通讯缆线网络进行数据传递的一种特殊通信方式。在后备电源系统(UPS)或者储能电站,蓄电池组是一个完整的直流环路系统,直流线路不存在变压器隔离以及如电网交流线路存在大的固定干扰。这种传输线路范围有限的应用环境下,采用PLC通信代替以往单独通信线路,实现智慧电池与电池监测控制模快相互通信,是一种最佳技术应用创新之一。智慧采集模快以及控制器,应用支持BPSKFSKOFDM-PRIMEOFDM-G3电力载波通信标准的载波芯片F28PLC83PNTAFE031,用户亦可以自定义的PLC通信协议。图2为智慧电池连接中,电力线载波信号传输示意。


由图2所示,由连接条串联的智慧电池组,正负直流母线,控制器或数据接收设备构成了一个环路。智慧电池内的智能模块、控制器或数据接收设备,都设有唯一的地址,发送的数据包含有目标地址及源地址,只有与目标地址符合的设备才返回同样含有目标地址及源地址应答信号。控制器与智慧电池之间是主从模式,即控制器为主设备,智慧电池为从设备。由于每节智慧电池具有独立采集功能,可以通过控制器,实现整组电池同步检测,保证一次上传的整组数据同步性,有利于整组电池均衡性比较,较之传统顺次巡检前后电池状态在时间上产生的累积误差具有彻底的改善。

      三、系统的物联网特征

随着新一代通信技术的发展,物联网技术逐渐在工业监测、交通控制、环境监测等诸多领域开发应用。物物相连的互联网简称物联网(The Internet of Things),为了实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接,方便识别、管理和控制。物联网基础和核心依然是互联网。物联网亦是一种系统技术,其架构根据应用领域、范围不同,从形式上是具有多样性,复杂度也有所不同。如图1所示系统拓扑图,从结构上俨然是一个典型的三层结构模式的物联网架构,即:

  • 感控层——智慧电池(智能感知,辨识蓄电池状态参数),控制器,电流传感器、温度传感器等;

  • 网络层——PLCGPRS,以太网(LAN),3G4G通信,232/485通信等;

  • 应用层——云服务器,本地服务器、客户移动终端APPPC监控管理等。

    四、云平台技术应用

云平台具有资源共享与整合的功能,能够协同各设备的工作,提供强大存储功能,其中云服务器是重要部分。云服务器为宏观称呼,按照功能具体分为数据服务器,应用程序服务器,管理服务器,WEB、接口服务器,防火墙等。云服务器主要通过租用获得服务,租金低于传统的物理服务器购买或者租用,且无需支付押金,具有快速供应和部署能力,用户在提交云主机租用申请后可实时开通,立即获得服务,极大节约成本。

云服务器应用,集中解决了大量蓄电池监测数据的存储问题,形成蓄电池监测管理的大数据,而大数据(big data)无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合。而对大数据处理是传统BMS所不具备的能力。云计算技术应用,可以解决蓄电池大数据挖掘,分析等难题,实现纵向横向数据分析分析。横向,可以对比同组各节电池的均衡性,纵向可以通过历史数据的挖掘,分析单体电池参数的变化趋势,分析其全寿命周期内的失效模式。有了强大的数据分析平台支持,极大提高电池在运维管理水平,可以有效做出相应的电池诊断维护策略,包括电池开路预测、失容、失水、盐化等预测,均衡策略,梯次利用策略等,极富友好型终端应用程序,功能清晰,数据分析展示多样化,PC终端可以提供电子表格下载或者PDF格式文档下载。

云平台应用保障了智慧电池全寿命周期管理,从智慧电池初始安装使用到报废回收整个生命周期精细化监测管理以及维护策略,最大程度延长电池使用寿命,提高使用效率,从蓄电池用户企业来说,节约成本,实现节能环保,具有极大的社会经济效益。只需提供用户名跟密码,用户就可以在PC机终端应用软件,查看电池监测,分析信息,下载电池诊断报告以及处理结论。另一方面,通过移动网接入,在移动手持设备下载电池管理系统APP应用,实现了随时随地查看电池监测信息的功能。如图3所示为PC机应用软件,如图4所示,为手机终端APP应用软件。



      五、结束语

智慧电池云管理系统将智能数据采集模快集成内置于蓄电池壳体内的智慧电池,能实现包括内阻检测等多参数辨识,采用PLC通讯以及GPRS等现代无线通讯方式,与传统的电池管理系统相比具有以下突出优点

不增加任何测试线,完全不改变电池传统的连接方式及使用方式,每一节智慧电池通过其他智慧电池、智慧电池间的连接线、正直流母线和负直流母线,将检测到的电池本体的多维性能参数以及该智慧电池的ID信息以电力线载波通信方式发送给电池监测数据接收设备,实现了电池状态信息互联,云平台的蓄电池管理技术,使得所有变电站电池能集中信息管理,使用者及管理者可以随时掌握每一电池当前的多维状态数据,并给出诊断报告,进行均衡维护,提高了变电站直流供电系统电池维护的信息化智能化,有利于蓄电池的使用寿命延长,提高了变电站蓄电池全生命周期的监控管理的效率,具有一定的经济意义以及环保意义。

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