蓄電池在變電站交直流一體化電源系統中一直有著重要應用，作為后備電源提供市電停電故障后的電力支持以及電站直流設備供電電源，是保證供電安全不可或缺的部分。隨著使用時間的推移，蓄電池老化失容、失水、鹽化、不均衡、熱失衡等問題成為直流系統重大安全隱患。如果不能及時預測到這些問題，一旦市電停電，由于電池組的短板效應，直流系統供電時間將達不到規定時間要求，特別是個別蓄電池內部嚴重腐蝕，在大電流沖擊下，出現內部熔斷，導致電池組開路現象，直接威脅到供電安全。

為了加強變電站蓄電池運行安全性，對電池的維護管理是必不可少的。早在十二五期間，按照國家電網“三集五大”的方針，變電站交直流一體化電源系統中實行統一監控平臺，傳統電池管理監控平臺也統一納入其中，方便又極大節約人工成本,也是變電站自動化系統發展要求。但是隨著電池應用領域新的發展需求，傳統電池監測系統采集、數據存儲等功能與技術上存在諸多不足甚至缺陷，沒能真正實現蓄電池狀態分析，內阻分析，故障診斷，電池使用壽命得不到有效的保障，特別是在倡導節能減排，以及智能制造的時代背景下，需要用新的技術進行改進與創新。

為此深圳普祿科智能檢測設備有限公司基于智慧電池技術，PLC通訊技術、物聯網技術、以及云平臺技術，建立一套智能的專家型的電池管理診斷系統——PITE3923智慧電池云管理系統。圖1為智慧電池云管理系統拓撲圖：

如圖1所示，智慧電池云管理系統的整個構架分為如下幾個層次結構：

• 采集設備層：智慧電池（智能采集模快，包含溫度傳感器），電流傳感器等；

• 本地通信層：PLC通信，485/232通信，WIFI通信等；

• 本地控制層：數據集中器、控制器、企業服務器，現場顯示器（人機界面）等；

• 遠程通信層：GPRS，LAN，3G、4G通信；

• 云端主站層：云端服務器（數據服務器，應用程序服務器，管理服務器，WEB、 接口服務器，防火墻）；

• 用戶應用層：PC客戶端，手持式移動客戶端。
  
  一、智慧電池應用

傳統蓄電池純粹是電化學能量轉換裝置，不帶任何電子模快的。但是諸如鋰電池，封裝有相應的電源芯片，起到保護作用。由這一點出發，如果將傳統蓄電池植入一塊智慧采集模快，功能更加強大，能進行電池模型的辨識，狀態的預估等，即具有功能性的“大腦”，蓄電池將變的“智慧”起來。

“智慧”電池理念把傳統蓄電池管理系統的采集功能分離出去，做成單獨的智能模塊，嵌入到電池的整體結構中，低功耗模式自取電。每個智能模塊可以寫入、存儲對應蓄電池的ID信息：包括序列號、生產日期、額定參數等，方便電池全壽命周期的物資管理。

基于多頻點的蓄電池檢測技術，實現每節電池的參數辨識：歐姆電阻、極化電阻、極化電容以及估算出的SOH、SOC的性能參數都在智慧模塊處理完成。溫度傳感器直接在蓄電池結構內部，準確獲得電池內部溫度參數，及時防止熱失控。

      二、PLC技術的應用

PLC（Power Line Carrier）即電力線載波通信，利用電力線路為載波信號的傳輸媒介，不需要重新架設通訊纜線網絡進行數據傳遞的一種特殊通信方式。在后備電源系統（UPS）或者儲能電站，蓄電池組是一個完整的直流環路系統，直流線路不存在變壓器隔離以及如電網交流線路存在大的固定干擾。這種傳輸線路范圍有限的應用環境下，采用PLC通信代替以往單獨通信線路，實現智慧電池與電池監測控制模快相互通信，是一種最佳技術應用創新之一。智慧采集模快以及控制器，應用支持BPSK、FSK、OFDM-PRIME、OFDM-G3電力載波通信標準的載波芯片F28PLC83PNT、AFE031，用戶亦可以自定義的PLC通信協議。圖2為智慧電池連接中，電力線載波信號傳輸示意。

由圖2所示，由連接條串聯的智慧電池組，正負直流母線，控制器或數據接收設備構成了一個環路。智慧電池內的智能模塊、控制器或數據接收設備，都設有唯一的地址，發送的數據包含有目標地址及源地址，只有與目標地址符合的設備才返回同樣含有目標地址及源地址應答信號。控制器與智慧電池之間是主從模式，即控制器為主設備，智慧電池為從設備。由于每節智慧電池具有獨立采集功能，可以通過控制器，實現整組電池同步檢測，保證一次上傳的整組數據同步性，有利于整組電池均衡性比較，較之傳統順次巡檢前后電池狀態在時間上產生的累積誤差具有徹底的改善。

      三、系統的物聯網特征

隨著新一代通信技術的發展，物聯網技術逐漸在工業監測、交通控制、環境監測等諸多領域開發應用。物物相連的互聯網簡稱物聯網（The Internet of Things），為了實現物與物、物與人、所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。物聯網基礎和核心依然是互聯網。物聯網亦是一種系統技術，其架構根據應用領域、范圍不同，從形式上是具有多樣性，復雜度也有所不同。如圖1所示系統拓撲圖，從結構上儼然是一個典型的三層結構模式的物聯網架構，即：

• 感控層——智慧電池（智能感知，辨識蓄電池狀態參數），控制器，電流傳感器、溫度傳感器等；

• 網絡層——PLC，GPRS，以太網（LAN），3G、4G通信，232/485通信等；

• 應用層——云服務器，本地服務器、客戶移動終端APP，PC監控管理等。
  
  四、云平臺技術應用

云平臺具有資源共享與整合的功能，能夠協同各設備的工作，提供強大存儲功能，其中云服務器是重要部分。云服務器為宏觀稱呼，按照功能具體分為數據服務器，應用程序服務器，管理服務器，WEB、接口服務器，防火墻等。云服務器主要通過租用獲得服務，租金低于傳統的物理服務器購買或者租用，且無需支付押金，具有快速供應和部署能力，用戶在提交云主機租用申請后可實時開通，立即獲得服務，極大節約成本。

云服務器應用，集中解決了大量蓄電池監測數據的存儲問題，形成蓄電池監測管理的大數據，而大數據（big data）無法在一定時間范圍內用常規軟件工具進行捕捉、管理和處理的數據集合。而對大數據處理是傳統BMS所不具備的能力。云計算技術應用，可以解決蓄電池大數據挖掘，分析等難題，實現縱向橫向數據分析分析。橫向，可以對比同組各節電池的均衡性，縱向可以通過歷史數據的挖掘，分析單體電池參數的變化趨勢，分析其全壽命周期內的失效模式。有了強大的數據分析平臺支持，極大提高電池在運維管理水平，可以有效做出相應的電池診斷維護策略，包括電池開路預測、失容、失水、鹽化等預測，均衡策略，梯次利用策略等，極富友好型終端應用程序，功能清晰，數據分析展示多樣化，PC終端可以提供電子表格下載或者PDF格式文檔下載。

云平臺應用保障了智慧電池全壽命周期管理，從智慧電池初始安裝使用到報廢回收整個生命周期精細化監測管理以及維護策略，最大程度延長電池使用壽命，提高使用效率，從蓄電池用戶企業來說，節約成本，實現節能環保，具有極大的社會經濟效益。只需提供用戶名跟密碼，用戶就可以在PC機終端應用軟件，查看電池監測，分析信息，下載電池診斷報告以及處理結論。另一方面，通過移動網接入，在移動手持設備下載電池管理系統APP應用，實現了隨時隨地查看電池監測信息的功能。如圖3所示為PC機應用軟件，如圖4所示，為手機終端APP應用軟件。

      五、結束語

智慧電池云管理系統將智能數據采集模快集成內置于蓄電池殼體內的智慧電池，能實現包括內阻檢測等多參數辨識，采用PLC通訊以及GPRS等現代無線通訊方式，與傳統的電池管理系統相比具有以下突出優點：

不增加任何測試線，完全不改變電池傳統的連接方式及使用方式，每一節智慧電池通過其他智慧電池、智慧電池間的連接線、正直流母線和負直流母線，將檢測到的電池本體的多維性能參數以及該智慧電池的ID信息以電力線載波通信方式發送給電池監測數據接收設備，實現了電池狀態信息互聯，云平臺的蓄電池管理技術，使得所有變電站電池能集中信息管理，使用者及管理者可以隨時掌握每一電池當前的多維狀態數據，并給出診斷報告，進行均衡維護，提高了變電站直流供電系統電池維護的信息化智能化，有利于蓄電池的使用壽命延長，提高了變電站蓄電池全生命周期的監控管理的效率，具有一定的經濟意義以及環保意義。

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