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CN114924199A - 一种蓄电池远程监测系统及方法 - Google Patents

一种蓄电池远程监测系统及方法 Download PDF

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CN114924199A
CN114924199A CN202210606824.8A CN202210606824A CN114924199A CN 114924199 A CN114924199 A CN 114924199A CN 202210606824 A CN202210606824 A CN 202210606824A CN 114924199 A CN114924199 A CN 114924199A
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姚建锋
周平
唐明
黄立
刘高明
韩磊
卢冰
周星宇
张韩
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Huzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
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Shanghai Wudun Information Technology Co ltd
Huzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种蓄电池远程监测系统及方法，所述系统包括DC/DC装置、均衡仪、边缘物联代理、数据平台，所述DC/DC装置负责控制电池组的充放电，所述均衡仪负责采集电池组电流、电压等数据，并上报数据流给边缘物联代理，所述边缘物联代理用于读取和解析均衡仪上报的数据流，将解析后的可读数据上报给数据平台，并接收和解析数据平台发送的充放电指令，将所述充放电指令下发给所述DC/DC装置，所述数据平台用于展示边缘物联代理送入的数据、控制下发充放电指令，用于分析和计算数据，预测电池组剩余容量，并对异常电池进行报警。本发明可以实现对应的电池组的日常监控、预测预警、充放电实验以及性能评估等功能需求。

Description

一种蓄电池远程监测系统及方法
技术领域
本发明涉及蓄电池运行监测技术领域，具体地，涉及一种蓄电池远程监测系统及方法。
背景技术
直流系统电源作为作为变电站内继电保护及自动控制装置的主要供电电源，直接关系着变电站二次设备的正常运行。蓄电池组作为直流系统的唯一备用电源，是直流系统的核心组成部分，其设备的可靠性对电力系统的安全运行起着至关重要的作用。然而，蓄电池组的运行状况和电池寿命对外无法预知。
因此，急需开发实施一套对应的装置与方法，用以实现相对应的电池组的日常监控、预测预警、充放电实验以及性能评估等功能需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种实现电池组日常监控、预测预警、充放电实验以及性能评估需求的蓄电池远程监测系统及方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种蓄电池远程监测系统，所述系统包括DC/DC装置、均衡仪、边缘物联代理、数据平台，所述DC/DC装置负责控制电池组的充放电，所述均衡仪负责采集电池组电流、电压等数据，并上报数据流给边缘物联代理，所述边缘物联代理用于读取和解析均衡仪上报的数据流，将解析后的可读数据上报给数据平台，并接收和解析数据平台发送的充放电指令，将所述充放电指令下发给所述DC/DC装置，所述数据平台用于展示边缘物联代理送入的数据、控制下发充放电指令，用于分析和计算数据，预测电池组剩余容量，并对异常电池进行报警。
可选地，所述边缘物联代理的硬件参数为：操作系统Ubuntu 18.04.1LTS，CPUCortex-A53，硬盘8G，内存397MiB。
可选地，所述数据平台包括数据交互模块、数据分析模块、数据存储模块以及数据展示模块，所述数据交互模块负责数据上传与任务下发，所述数据分析模块负责统计分析电池组电压和电流、异常电池判断和放电时间和电池容量预测，所述数据存储模块用于存储电池的原始数据以及数据分析模块得到的数据，所述数据展示模块从数据库读取电池数据，负责将数据展示给用户，并为用户远程充放电提供接口。
可选地，所述数据分析模块统计分析电池组电压和电流的过程为：将多节电池分成若干电池小组，分别统计电池小组的电压和，并根据电池小组的当前状态计算出电池小组的放电电流
Figure BDA0003671663930000021
和充电电流
Figure BDA0003671663930000022
其中v放、c放、v充、c充、C的值分别为115V、10A、108V、10A和0.9，
Figure BDA0003671663930000023
表示为该小组多节电池的电压和。
可选地，所述异常电池判断方法为：横向对比所有单节电池的电压，发现同一时刻单节电池电压与电池组电压平均值相差大于5％的电池。
可选地，所述放电时间和电池容量预测过程为：用已收集的放电后180分钟内的单节电池数据，分为训练集和验证集，在训练集上进行多项式拟合，得到a，b，c的值，将结果使用验证集进行验证，然后将截止电压带入公式U(t)＝at2+bt+c，可求出放电时间t，再根据公式A＝10*T预测电池的剩余容量。
可选地，所述数据存储模块使用Elasticsearch作为数据库存储电池的原始数据以及数据分析模块得到的数据。
可选地，所述数据上传过程为：边缘物联代理通过RS485串口线连接均衡仪设备，持续接收均衡仪上报的电池数据流，解析RS485协议数据流，转换为JSON格式数据，数据包括电池组电压、电流、状态、温度、单节电池电压、单节电池均衡电流等信息，将以上数据通过MQTT协议送入到数据平台。
可选地，所述任务下发过程为：边缘物联代理解析数据平台通过MQTT协议下发的充放电指令，使用网线连接DC/DC装置，将解析后的指令通过MODBUS协议写入到DC/DC装置中，由DC/DC装置控制电池组的充放电。
进一步地，本发明还提供一种蓄电池远程监测方法，所述方法包括以下步骤：
将电池组与DC/DC装置和均衡仪连接，再将DC/DC装置和均衡仪与边缘物联代理连接，边缘物联代理与数据平台连接；
启动DC/DC装置、均衡仪、边缘物联代理和数据平台，输入预设地址，登陆数据平台；
通过边缘物联代理持续接收均衡仪上报的电池数据流，解析数据流并将数据流送入到数据平台；
通过边缘物联代理解析数据平台下发的充放电指令，将解析后的充放电指令写入到DC/DC装置中，由DC/DC装置控制电池组的充放电。
与现有技术相比，本发明以直方图和折线图的形式在数据平台实时展示电池组的电压总和与单节电池电压，对异常的电池进行报警，在电池放电过程中展示电池的放电电压曲线，并预测放电时间和剩余容量，本发明可以实现对应的电池组的日常监控、预测预警、充放电实验以及性能评估等功能需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的蓄电池远程监测系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的数据平台结构示意图；
图3为本发明实施例提供的蓄电池远程监测方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
具体地，图1为本发明实施例提供的一种蓄电池远程监测系统结构示意图，如图1所示，所述系统包括DC/DC装置1、均衡仪2、边缘物联代理3、数据平台4，所述DC/DC装置1负责控制电池组的充放电，所述均衡仪2负责采集电池组电流、电压等数据，并上报数据流给边缘物联代理3，所述边缘物联代理3用于读取和解析均衡仪上报的数据流，将解析后的可读数据上报给数据平台4，并接收和解析数据平台4发送的充放电指令，将所述充放电指令下发给所述DC/DC装置1；所述数据平台4用于展示边缘物联代理3送入的数据、控制下发充放电指令、分析和计算数据、预测电池组剩余容量、对异常电池进行报警。
如图2所示，所述数据平台4包括数据交互模块、数据分析模块、数据存储模块、数据展示模块。所述数据交互模块用于数据上传与任务下发；所述数据分析模块用于统计分析电池组电压和电流统计、异常电池判断、放电时间和电池容量预测；所述数据存储模块使用Elasticsearch作为数据库存储电池的原始数据以及数据分析模块得到的数据；所述数据展示模块从数据库读取电池数据，负责将数据展示给用户，并为用户远程充放电提供接口。
所述数据分析模块统计分析电池组电压和电流过程为：将54节电池分3组分别统计电池小组的电压和，并根据电池小组的当前状态计算出电池小组的放电电流和充电电流，如下公式所示，其中v放、c放、v充、c充、C的值分别为115V、10A、108V、10A和0.9，
Figure BDA0003671663930000041
表示为该小组18节电池电压和。
Figure BDA0003671663930000042
Figure BDA0003671663930000043
所述异常电池判断方法为：横向对比所有单节电池的电压，发现同一时刻单节电池电压与电池组电压平均值相差大于5％的电池。
所述放电时间和电池容量预测过程为：用已收集的放电后180分钟内的单节电池数据，分为训练集和验证集，比例为7:3，在训练集上进行多项式拟合，得到a，b，c的值，将结果使用验证集进行验证，然后将截止电压(1.8V)带入公式U(t)＝at2+bt+c，可求出放电时间t，再根据公式A＝10*T预测到电池的剩余容量。
分别以直方图和折线图的形式实时展示电池组的电压总和与单节电池电压；对异常的电池进行报警；在电池放电过程中展示电池的放电电压曲线，并预测放电时间和剩余容量。
具体地，以某变电站的一组54节蓄电池为例，每18节为一小组，展示本发明的具体实施流程，如图3所示，本发明一种蓄电池远程监测方法包括以下步骤：
S1：将电池组与DC/DC装置和均衡仪连接，再将DC/DC装置和均衡仪与边缘物联代理连接，边缘物联代理与数据平台连接；
具体地，硬件连接过程为：首先分别将DC/DC装置和均衡仪连接电池组，再使用485屏蔽双绞线和网线与边缘物联代理设备连接，边缘物联代理设备通过网线和数据平台相连，其中DC/DC装置、边缘物联代理设备和数据平台配置在同一局域网内，使得边缘物联代理设备可以访问到DC/DC装置和数据平台。
S2：启动DC/DC装置、均衡仪、边缘物联代理和数据平台，输入预设地址，登陆数据平台；
具体地，软件启动过程为：分别启动DC/DC装置、均衡仪、边缘物联代理和数据平台，其中的软件开机自启动，然后输入预设地址，登陆数据平台。所述数据平台的应用包括前端、后端、数据库和MQTT broker。
S3：通过边缘物联代理持续接收均衡仪上报的电池数据流，解析数据流并将数据流送入到数据平台；
具体地，所述均衡仪每40秒采集电池电压、电流、状态等数据流，通过RS485协议发送到固定端口，边缘物联代理对接均衡仪送上来的数据流，解析数据流到JSON格式，通过MQTT协议发送到数据平台，数据平台接受该数据流，并根据规则展示数据流，包括电池组电压及电流、单节电池电压、异常电池告警和电池放电时间预测、剩余电量预测部分。
S4：通过边缘物联代理解析数据平台下发的充放电指令，将解析后的充放电指令写入到DC/DC装置中，由DC/DC装置控制电池组的充放电。
具体地，所述数据平台提供远程充放电按钮，用户点击按钮开始下发放电指令，该指令通过MQTT协议发送到MQTT broker，边缘物联代理接受并解析该指令，将解析后的充放电指令通过MODBUS协议写入到DC/DC装置中，由DC/DC装置控制电池组的充放电。其中，所述放电包括全部电池放电和小组电池放电，全部电池放电是3小组电池串行放电，例如第1小组放电到截止电压后进入充电模式，充电结束后第2小组开始放电，依次往后，直到第3小组充满电，完成一次全部电池放电；小组电池放电是指定小组完成一遍充放电循环。
与现有技术相比，本发明以直方图和折线图的形式在数据平台实时展示电池组的电压总和与单节电池电压，对异常的电池进行报警，在电池放电过程中展示电池的放电电压曲线，并预测放电时间和剩余容量，本发明可以实现对应的电池组的日常监控、预测预警、充放电实验以及性能评估等功能需求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述系统包括DC/DC装置、均衡仪、边缘物联代理、数据平台，所述DC/DC装置负责控制电池组的充放电，所述均衡仪负责采集电池组电流、电压等数据，并上报数据流给边缘物联代理，所述边缘物联代理用于读取和解析均衡仪上报的数据流，将解析后的可读数据上报给数据平台，并接收和解析数据平台发送的充放电指令，将所述充放电指令下发给所述DC/DC装置，所述数据平台用于展示边缘物联代理送入的数据、控制下发充放电指令，用于分析和计算数据，预测电池组剩余容量，并对异常电池进行报警。
2.根据权利要求1所述的蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述边缘物联代理的硬件参数为：操作系统Ubuntu 18.04.1 LTS，CPU Cortex-A53，硬盘8G，内存397MiB。
3.根据权利要求1所述的蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述数据平台包括数据交互模块、数据分析模块、数据存储模块以及数据展示模块，所述数据交互模块负责数据上传与任务下发，所述数据分析模块负责统计分析电池组电压和电流、异常电池判断和放电时间和电池容量预测，所述数据存储模块用于存储电池的原始数据以及数据分析模块得到的数据，所述数据展示模块从数据库读取电池数据，负责将数据展示给用户，并为用户远程充放电提供接口。
4.根据权利要求3所述的蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述数据分析模块统计分析电池组电压和电流的过程为：将多节电池分成若干电池小组，分别统计电池小组的电压和，并根据电池小组的当前状态计算出电池小组的放电电流
Figure FDA0003671663920000011
和充电电流
Figure FDA0003671663920000012
其中v放、c放、v充、c充、C的值分别为115V、10A、108V、10A和0.9，
Figure FDA0003671663920000013
表示为该小组多节电池的电压和。
5.根据权利要求3所述的蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述异常电池判断方法为：横向对比所有单节电池的电压，发现同一时刻单节电池电压与电池组电压平均值相差大于5％的电池。
6.根据权利要求3所述的蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述放电时间和电池容量预测过程为：用已收集的放电后180分钟内的单节电池数据，分为训练集和验证集，在训练集上进行多项式拟合，得到a，b，c的值，将结果使用验证集进行验证，然后将截止电压带入公式U(t)＝at2+bt+c，可求出放电时间t，再根据公式A＝10*T预测电池的剩余容量。
7.根据权利要求3所述的蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述数据存储模块使用Elasticsearch作为数据库存储电池的原始数据以及数据分析模块得到的数据。
8.根据权利要求1所述的蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述数据上传过程为：边缘物联代理通过RS485串口线连接均衡仪设备，持续接收均衡仪上报的电池数据流，解析RS485协议数据流，转换为JSON格式数据，数据包括电池组电压、电流、状态、温度、单节电池电压、单节电池均衡电流等信息，将以上数据通过MQTT协议送入到数据平台。
9.根据权利要求1所述的蓄电池远程监测系统，其特征在于，所述任务下发过程为：边缘物联代理解析数据平台通过MQTT协议下发的充放电指令，使用网线连接DC/DC装置，将解析后的指令通过MODBUS协议写入到DC/DC装置中，由DC/DC装置控制电池组的充放电。
10.一种蓄电池远程监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将电池组与DC/DC装置和均衡仪连接，再将DC/DC装置和均衡仪与边缘物联代理连接，边缘物联代理与数据平台连接；
启动DC/DC装置、均衡仪、边缘物联代理和数据平台，输入预设地址，登陆数据平台；
通过边缘物联代理持续接收均衡仪上报的电池数据流，解析数据流并将数据流送入到数据平台；
通过边缘物联代理解析数据平台下发的充放电指令，将解析后的充放电指令写入到DC/DC装置中，由DC/DC装置控制电池组的充放电。
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