釩電池管理系統及其實現方法
【專利摘要】本發明涉及一種釩電池管理系統及其實現方法，系統包括：上位機、主控模塊、模擬量單元和數字量單元，其中模擬量單元和數字量單元與主控模塊進行通訊連接，主控模塊與上位機進行通訊連接；方法為：將上位機、主控模塊、模擬量模塊、數字量模塊進行通訊連接，手動設定各模塊的硬件地址；主控模塊對各模塊實時數據傳輸；設置設定值，啟動各釩電池循環系統；各釩電池循環系統中的所有反饋值傳輸到主控模塊處理，并上傳至上位機；如果系統運行不正常，則執行釩電池循環系統應急保護程序；返回到主控模塊查詢數字量單元和模擬量單元步驟。本發明數字量模塊和模擬量模塊可以盡量多個擴展，方法簡單、方便，提高了開發進度，可以實現與其他設備的實時信息交互。
【專利說明】釩電池管理系統及其實現方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種釩電池管理系統，具體的說是一種釩電池管理系統及其實現方 法。
【背景技術】
[0002] 現有釩電池循環運行系統包括釩電池堆、釩電池管理系統、充放電裝置、正極儲液 罐和負極儲液罐、正極循環泵和負極循環泵，如圖1所示。釩電池管理系統負責正極儲液 罐和負極儲液罐的循環泵啟停控制和釩電池電解液的流量、溫度、壓力、液位等的監測和報 警，該釩電池管理系統可以通過釩電池管理系統的控制柜上位機軟件實現監測、控制。充放 電設備負責對電池堆的充放電控制，其參數設置和控制由充放電設備的上位機實現。
[0003] 當前狀態下，對單個釩電池堆和多個釩電池堆的釩電池系統來說，由于每種主控 單元所帶的數字量和模擬量數目的限制，當釩電池系統中所包含的釩電池堆個數增加時， 釩電池管理系統就要對主控單元要進行截然不同的電氣選型和軟件編程，這就給后續調試 帶來很多不便，所以尋找一種可以實現足夠擴展的釩電池管理系統的問題便隨之產生。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術中釩電池管理系統針對不同數量的模擬量和數字量需要重新選擇 釩電池管理系統主控單元以及需要重新定義各個接口和重新編程的不足之處，本發明要解 決的技術問題是提供一種能夠實現盡量多個已預定義的模擬量模塊和數字量模塊的擴展， 并實現已預定義的硬件無源接點預留和已編程的通訊接口預留以方便和其他設備通訊的 釩電池管理系統及其實現方法。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0006] 本發明釩電池管理系統，其特征在于包括：
[0007] 上位機、主控模塊、模擬量單元和數字量單元,其中模擬量單元和數字量單元與主 控模塊進行通訊連接，主控模塊與上位機進行通訊連接。
[0008] 所述模擬量單元和數字量單元內分別包括多個模擬量模塊和數字量模塊，各模擬 量模塊和數字量模塊均與主控模塊通訊連接，且數量在1?64范圍內擴展。
[0009] 所述模擬量單元接收主控模塊對循環泵運行頻率的設定值，接收循環泵實際運行 頻率、釩電池狀態如電解液流量、管道壓力、電池溫度、儲液罐液位、釩電池電壓、充放電電 流、S0C檢測信號，并將數據通過通訊方式實時發送至主控模塊。
[0010] 所述數字量單元接收主控模塊對循環泵的啟停、充放電電路的通斷、釩電池系統 報警和故障指示數字輸出信號；接收釩電池循環系統現場來的急停信號、釩電池管理系統 的就地/遠程設置、控制柜內循環泵運行接觸器數字量反饋信號，同時將數據通過通訊方 式實時發至主控模塊。
[0011] 本發明釩電池管理系統的實現方法，其特征在于包括以下步驟：
[0012] 將上位機、主控模塊、一個或多個模擬量模塊、一個或多個數字量模塊進行通訊連 接，即各模擬量模塊和數字量模塊均與主控模塊通訊連接，主控模塊與上位機進行通訊連 接；
[0013] 手動設定各模擬量模塊、數字量模塊的硬件地址；
[0014] 系統上電，主控模塊通過各自的通訊接口實現對各模擬量模塊和數字量模塊的實 時數據傳輸；
[0015] 在上位機上設置好釩電池循環系統的相應設定值后，將設定值傳送到主控模塊， 并保存；
[0016] 在上位機上給出各釩電池循環系統啟動信號，該信號傳送到主控模塊，主控模塊 進而將該信號傳送到各數字量模塊啟動各釩電池循環系統；
[0017] 各釩電池循環系統中的所有模擬量和數字量的反饋值從模擬量模塊和數字量模 塊分別自動傳輸到主控模塊，由主控模塊集中進行數據處理，并上傳至上位機；
[0018] 在主控模塊中判斷釩電池循環系統是否運行正常；
[0019] 如果釩電池循環系統運行不正常，則通過已預定義的硬件無源接點預留和已編程 的通訊接口告知其他設備后，執行釩電池循環系統應急保護程序；
[0020] 應急保護程序執行完成后，返回到主控模塊查詢數字量單元和模擬量單元步驟， 等待執行下一次用戶操作。
[0021] 當釩電池循環系統運行正常，在上位機上給出停止釩電池循環系統命令時，判斷 釩電池循環系統是否符合停止條件；
[0022] 如果符合停止條件，則釩電池循環系統執行停止運行程序。
[0023] 如果不符合停止條件，則返回至各釩電池循環系統中的所有模擬量和數字量的反 饋值從模擬量模塊和數字量模塊分別自動傳輸到主控模塊，由主控模塊集中進行數據處 理，并上傳至上位機步驟。
[0024] 本發明具有以下有益效果及優點：
[0025] 1.本發明在制作工藝上，釩電池管理系統針對不同釩電池堆數目構成的釩電池循 環系統配置同樣的主控模塊，并且數字量模塊和模擬量模塊可以盡量多個擴展，方法簡單、 方便，省去了設計人員先前根據不同釩電池循環系統進行不同電氣件選型的麻煩，提高了 開發進度。
[0026] 2.本發明一方面具備釩電池管理系統應具有的所有功能，另一方面在調試時，只 需要設置好數字量模塊的數目和硬件地址，以及模擬量模塊的數目和硬件地址，便可實現 主控模塊和數字量模塊、模擬量模塊的自動通訊。
[0027] 3.本發明方法有預定義的硬件無源接點、預編程的支持Modbus RTU協議的通訊 接口，可以實現與其他設備的實時信息交互。
[0028] 作為一種靈活的釩電池管理系統，它可以實現盡量多個預定義的擴展模塊、并且 有預定義的硬件無源接點和預編程的通訊接口，適用于釩電池集成系統，可以大大節省釩 電池管理系統的從最初電氣設計到調試完成的時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1為釩電池循環系統運行圖；
[0030] 圖2為本發明釩電池管理系統框圖；
[0031] 圖3為本發明釩電池管理系統的運行流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合說明書附圖對本發明作進一步闡述。
[0033] 本發明方法應用于如圖1所示的釩電池循環運行系統中，該系統包括釩電池堆、 釩電池管理系統、充放電裝置以及正極儲液罐和負極儲液罐、正極循環泵和負極循環泵。其 中充放電裝置通過接觸器連接釩電池堆，正極循環泵負責正極電解液在正極儲液罐和釩電 池堆之間的循環，負極循環泵負責負極電解液在負極儲液罐和釩電池堆之間的循環，釩電 池管理系統負責正極循環泵、負極循環泵的啟停控制，以及充放電裝置和釩電池堆之間的 接觸器的控制。
[0034] 如圖2所示，本發明釩電池管理系統包括：
[0035] 上位機、主控模塊、模擬量單元和數字量單元,其中模擬量單元和數字量單元與主 控模塊進行通訊連接，主控模塊與上位機進行通訊連接。
[0036] 所述模擬量單元和數字量單元內分別包括多個模擬量模塊和數字量模塊，各模擬 量模塊和數字量模塊均與主控模塊通訊連接，且數量在1?64范圍內擴展。所述模擬量單 元接收主控模塊對循環泵運行頻率的設定值，接收循環泵實際運行頻率、釩電池狀態如電 解液流量、管道壓力、電池溫度、儲液罐液位、釩電池電壓、充放電電流、電池容量檢測信號， 并將數據通過通訊方式實時發送至主控模塊。
[0037] 所述數字量單元接收主控模塊對循環泵的啟停、充放電電路的通斷、釩電池系統 報警和故障指示數字輸出信號；接收釩電池循環系統現場來的急停信號、釩電池管理系統 的就地/遠程設置、控制柜內循環泵運行接觸器數字量反饋信號，同時將數據通過通訊方 式實時傳送至主控模塊。
[0038] 本實施例中，上位機為帶有觸摸屏（HMI)或工業控制機，主要負責釩電池循環系 統的各設定值設置、以及現場釩電池循環系統的各模擬量、數字量的顯示，以上數據均通過 通訊方式與主控模塊進行信息傳輸。
[0039] 主控模塊接收上位機傳輸來的釩電池循環系統的各設定值，以上設定值具有掉電 保持功能；同時負責通過查詢地址的方式實現與一個或多個數字量模塊、模擬量模塊的通 訊。
[0040] 模擬量模塊上的模擬量輸出接口功能固定，每個模擬量輸入接口也預定義好，但 用戶也可以通過上位機可以實現對其的可編程修改功能操作，并且有預留的模擬量輸入接 口以備用。本實施例中模擬量模塊可以最多擴展64個，每個模擬量模塊可以設定自己的唯 一硬件地址。
[0041] 數字量模塊上的數字量輸入和數字量輸出接口功能已預定義好，并且有預留的數 字量輸入和輸出接口以備用。數字量模塊可以最多擴展64個，每個數字量模塊可以設定自 己的唯一硬件地址。
[0042] 本發明釩電池管理系統的實現方法包括以下步驟：
[0043] 將上位機、主控模塊、一個或多個模擬量模塊、一個或多個數字量模塊進行通訊連 接，即各模擬量模塊和數字量模塊均與主控模塊通訊連接，主控模塊與上位機進行通訊連 接；
[0044] 手動設定各模擬量模塊、數字量模塊的硬件地址；
[0045] 系統上電，主控模塊通過其通訊接口實現對各模擬量模塊和數字量模塊的實時數 據自動傳輸；
[0046] 在上位機上設置好釩電池循環系統的相應設定值后，設定值自動傳送到主控模 塊，并保存；
[0047] 在上位機上給出各釩電池循環系統啟動信號，在電池系統無故障條件下，該信號 傳送到主控模塊，主控模塊進而將該信號傳送到各數字量模塊啟動各釩電池循環系統； [0048] 各釩電池循環系統中的所有模擬量和數字量的反饋值從模擬量模塊和數字量模 塊分別自動傳輸到主控模塊，由主控模塊集中進行數據處理，并上傳至上位機；
[0049] 在主控模塊中判斷釩電池循環系統是否運行正常；
[0050] 如果釩電池循環系統運行不正常，則通過已預定義的硬件無源接點預留和已編程 的通訊接口告知其他設備后，執行釩電池循環系統應急保護程序；
[0051] 應急保護程序執行完成后，返回到主控模塊查詢數字量單元和模擬量單元步驟， 等待執行下一次用戶操作。
[0052] 如圖3所示，本發明方法的具體實施步驟如下：
[0053] 在構建釩電池管理系統的構架后，手動設定各模擬量模塊、數字量模塊的硬件地 址，系統上電；
[0054] 主控模塊根據各模擬量模塊和數字量模塊的地址依次自動查詢數字量模塊和模 擬量模塊的各變量；
[0055] 在上位機上設置好對應的設定值，數據自動傳送到主控模塊；
[0056] 在上位機上給出啟動鑰;電池循環系統命令,數據自動傳送到主控模塊；
[0057] 主控模塊接收上位機的數據和命令后，在電池系統無故障條件下，下發該命令到 對應的數字量模塊，啟動釩電池循環系統；
[0058] 主控模塊對數字量模塊和模擬量模塊的各變量進行集中數據處理后上傳至上位 機；在上位機中進行設定值更改，設定值將自動、實時傳送到主控模塊；
[0059] 在主控模塊中判斷釩電池循環系統是否運行正常；
[0060] 如果釩電池循環系統運行不正常，則通過已預定義的硬件無源接點預留和已編程 的通訊接口告知其他設備后，執行釩電池循環系統應急保護程序；
[0061] 應急保護程序執行完成后，返回到主控模塊查詢數字量單元和模擬量單元步驟， 等待執行下一次用戶操作。
[0062] 當釩電池循環系統運行正常，在上位機上給出停止釩電池循環系統命令時，判斷 釩電池循環系統是否符合停止條件；
[0063] 如果符合停止條件，則釩電池循環系統執行停止電池系統運行程序。
[0064] 反之，如果不符合停止條件，則返回至主控模塊依次查詢數字量模塊和模擬量模 塊的各變量步驟。
[0065] 本發明釩電池管理系統無論對于單個釩電池循環系統還是多個釩電池循環系統， 釩電池管理系統的主控模塊規格型號、數量均不變，模擬量模塊和數字量模塊可以盡量多 個擴展。在調試時，只需要設置好數字量模塊的數目和硬件地址，以及模擬量模塊的數目和 硬件地址，便可實現主控模塊和數字量模塊、模擬量模塊的自動通訊。
[0066] 本發明方法利用釩電池管理系統的主控模塊固定，模擬量模塊和數字量模塊可以 盡量多個擴展的原理，根據各模擬量模塊和數字量模塊設定的硬件地址，主控單元可以自 動實現與其進行數據通訊，同時對各模擬量輸入輸出端子以及數字量輸入輸出端子進行了 預定義，方便了調試；另外還有預定義的硬件無源接點信號和已編程的通訊接口可以實現 與其他設備的信息交互。
[〇〇67] 本發明方法在制作工藝上，釩電池管理系統針對不同釩電池堆數目構成的釩電池 循環系統配置同樣的主控模塊，并且數字量模塊和模擬量模塊可以盡量多個擴展，方法簡 單、方便，省去了設計人員先前根據不同釩電池循環系統進行不同電氣件選型的麻煩，提高 了開發進度。
【權利要求】
1. 一種釩電池管理系統，其特征在于包括： 上位機、主控模塊、模擬量單元和數字量單元，其中模擬量單元和數字量單元與主控模 塊進行通訊連接，主控模塊與上位機進行通訊連接。
2. 按權利要求1所述的釩電池管理系統，其特征在于：所述模擬量單元和數字量單元 內分別包括多個模擬量模塊和數字量模塊，各模擬量模塊和數字量模塊均與主控模塊通訊 連接，且數量在1?64范圍內擴展。
3. 按權利要求1所述的釩電池管理系統，其特征在于：所述模擬量單元接收主控模塊 對循環泵運行頻率的設定值，接收循環泵實際運行頻率、釩電池狀態如電解液流量、管道壓 力、電池溫度、儲液罐液位、釩電池電壓、充放電電流、SOC檢測信號，并將數據通過通訊方式 實時發送至主控模塊。
4. 按權利要求1所述的釩電池管理系統，其特征在于：所述數字量單元接收主控模塊 對循環泵的啟停、充放電電路的通斷、釩電池系統報警和故障指示數字輸出信號；接收釩電 池循環系統現場來的急停信號、釩電池管理系統的就地/遠程設置、控制柜內循環泵運行 接觸器數字量反饋信號，同時將數據通過通訊方式實時發至主控模塊。
5. -種釩電池管理系統的實現方法，其特征在于包括以下步驟： 將上位機、主控模塊、一個或多個模擬量模塊、一個或多個數字量模塊進行通訊連接， 即各模擬量模塊和數字量模塊均與主控模塊通訊連接，主控模塊與上位機進行通訊連接； 手動設定各模擬量模塊、數字量模塊的硬件地址； 系統上電，主控模塊通過各自的通訊接口實現對各模擬量模塊和數字量模塊的實時數 據傳輸； 在上位機上設置好釩電池循環系統的相應設定值后，將設定值傳送到主控模塊，并保 存； 在上位機上給出各釩電池循環系統啟動信號，該信號傳送到主控模塊，主控模塊進而 將該信號傳送到各數字量模塊啟動各釩電池循環系統； 各釩電池循環系統中的所有模擬量和數字量的反饋值從模擬量模塊和數字量模塊分 別自動傳輸到主控模塊，由主控模塊集中進行數據處理，并上傳至上位機； 在主控模塊中判斷釩電池循環系統是否運行正常； 如果釩電池循環系統運行不正常，則通過已預定義的硬件無源接點預留和已編程的通 訊接口告知其他設備后，執行釩電池循環系統應急保護程序； 應急保護程序執行完成后，返回到主控模塊查詢數字量單元和模擬量單元步驟，等待 執行下一次用戶操作。
6. 按權利要求5所述的釩電池管理系統的實現方法，其特征在于： 當釩電池循環系統運行正常，在上位機上給出停止釩電池循環系統命令時，判斷釩電 池循環系統是否符合停止條件； 如果符合停止條件，則釩電池循環系統執行停止運行程序。
7. 按權利要求5所述的釩電池管理系統的實現方法，其特征在于： 如果不符合停止條件，則返回至各釩電池循環系統中的所有模擬量和數字量的反饋值 從模擬量模塊和數字量模塊分別自動傳輸到主控模塊，由主控模塊集中進行數據處理，并 上傳至上位機步驟。
【文檔編號】H02J7/00GK104113115SQ201410345058
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】劉建國, 馮興梅, 劉欣, 嚴川偉, 陳暉 , 張建國 申請人:中國科學院金屬研究所