CN102136751B - 蓄电池组在线均衡系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池组在线均衡系统，包括中央处理控制器、电量采集模块、电池切换模块、电压在线均衡模块以及内阻容量在线均衡模块等部分。本发明可对蓄电池组中单体蓄电池的电压、内阻、容量进行在线实时均衡调节，其能够确保蓄电池组中每一节电池运行在最优化的工作状态下，大大延长蓄电池组的运行寿命两倍以上，提高运行蓄电池组的可靠性及性能，减少因电池而造成的环境污染，具有良好的社会效益和环保性；本发明采用主动均衡方式，可以取消传统的周期性充电的均衡方式，减少电池失水，大大降低热失控的可能性，延长电池使用寿命，同时避免了电池的硫化，并能节省大量费用。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，特别是一种蓄电池组在线均衡系统。
背景技术
自从1859年法国科学家G..Plante发明铅酸蓄电池以来，电池问题和报废就一直困扰使用者。这些年来，蓄电池提前报废等问题变得越来越严峻，因蓄电池造成的重大事故也在屡屡增加。由于技术限制，目前蓄电池组在线均衡技术广泛采用充电机对一组串联的蓄电池组进行在线充电的方式，这种充电方式无法保证蓄电池组中每节电池的均衡充电，使各单节电池的物理结构、电解液密度出现差异，造成了电池的电压、内阻、容量的不一致，即不均衡性。并且随着充、放电的循环往复，这种差异会不断增大，形成所谓的“落后单节”。因此，维持蓄电池组的稳定性，保持蓄电池组中各单节电池的电压、内阻、容量等性能一致，提高在线运行蓄电池组的可靠性让蓄电池组始终保持在最佳运行状态是非常重要的，这样才能在突发事故时，及时获得应急用电，确保设备与网络的安全运行，延长蓄电池组的使用寿命，减少环境污染。
而传统的铅酸蓄电池组均衡方法是过充电，采用较高的均衡电压充电，充电后期电流逐渐下降，当充电电流不再下降时完成均衡充电，转浮充电。这种均衡方式为“被动均衡”。这种均衡方法的代价就是电压高的电池会失水，周期性均衡对电池造成损害，使电池容量下降，甚至造成电池热失控，并不能达到蓄电池组在线均衡的效益。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种能够对蓄电池组的电压、内阻、容量进行在线均衡的蓄电池组在线均衡系统，其能够保证各节电池的端电压、内阻、容量等性能均衡一致，防止因蓄电池组中个别电池的性能落后导致的“木桶效应”。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
蓄电池组在线均衡系统，包括：中央处理控制器；电量采集模块，电量采集模块采集蓄电池组以及蓄电池组中单个电池的电量参数，电量参数送入到中央处理控制器；电池切换模块，电池切换模块在中央处理控制器的控制下控制单个蓄电池的选通/切断；用于控制蓄电池组电压均衡的电压在线均衡模块；以及内阻容量在线均衡模块，内阻容量在线均衡模块包括数字高频脉冲发生单元以及数字脉冲均衡控制单元，数字高频脉冲发生单元发出用于活化蓄电池的数字高频脉冲，中央处理控制器基于检测的电量参数通过数字脉冲均衡控制单元改变数字高频脉冲发生单元所发出的数字高频脉冲。
进一步，所述电量采集模块采集的电量参数包括每个蓄电池的电压以及蓄电池组平均电压，电压在线均衡模块对电压低于平均电压的单个蓄电池进行充电，对电压高于平均电压的单个蓄电池进行放电。
所述数字脉冲均衡控制单元包括用于控制数字高频脉冲电压电流值的数字均衡脉冲控制单元以及用于控制数字高频脉冲频率值的均衡频率控制单元。
所述高频脉冲发生单元包括数字高频开关电源模块、正脉冲发生器以及负脉冲发生器，正脉冲发生器与负脉冲发生器分别与数字高频开关电源模块连接。
本发明还包括监控管理模块，所述监控管理模块包括显示/键盘部件、上位通讯部件以及下位通讯部件，中央处理控制器分别通过上位通讯部件和下位通讯部件与上位机和下位机通讯连接，显示/键盘部件与中央处理控制器连接。所述显示/键盘部件为触摸显示屏。
本发明的有益效果是：本发明可对蓄电池组中单体蓄电池的电压、内阻、容量进行在线实时均衡调节，是对传统的蓄电池组在线电压均衡的有益补充；其能够确保蓄电池组中每一节电池运行在最优化的工作状态下，大大延长蓄电池组的运行寿命两倍以上，提高运行蓄电池组的可靠性及性能，减少因电池而造成的环境污染，具有良好的社会效益和环保性；本发明可对UPS电源、电流操作电源、通讯电源等，采用主动均衡方式，可以取消传统的周期性充电的均衡方式，减少电池失水，大大降低热失控的可能性，延长电池使用寿命；同时，由于各单电池的电源趋于一致，不存在长期欠充的电池，从而避免了电池的硫化；如电池组中有电池损坏，只需更换该只电池，节省大量费用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：
图1为本发明的系统组成框图。
具体实施方式
参照图1，本发明的蓄电池在线均衡系统，包括中央处理控制器1、电量采集模块2、电池切换模块3、电压在线均衡模块4以及内阻容量在线均衡模块5等部分。
中央处理控制器1可以采用ARM处理芯片实现，如型号为STM32F103VBT6的芯片可以很好地满足本发明的使用要求。电量采集模块2采集蓄电池组以及蓄电池组中单个电池的电量参数，电量参数送到中央处理控制器1，ARM处理芯片一般带有模数转换模块，该模数转换模块可以很好地与电量采集模块2配合使用，实现各种采集电量的转换过程。电量采集模块2所检测的电量一般包括每个蓄电池的两端电压大小、蓄电池组的平均电压大小、充放电电流大小、每个蓄电池的内阻、容量大小等，上述部分电量的大小需要通过中央处理控制器1计算后得到。
电池切换模块3可以在中央处理控制器1的控制下控制单个蓄电池的选通/切断。在实际的产品中，此电池切换模块3一般集成于单电池测控模块中，该单电池测控模块除了实现电池选通/切断功能外，还能够实现对每个蓄电池两端电压测量的功能。单电池测控模块一般采用ARM作为主控芯片，如型号为STM32F103XX的系列芯片，其自带模数转换模块，可以很好地满足使用的要求，另外，当电池切换模块3采用继电器实现时，此芯片的IO口能够直接控制其工作。
电压在线均衡模块4用于控制蓄电池组电压均衡，其进行均衡的原理一般是基于每个蓄电池的电压以及蓄电池组平均电压进行的，当单个电池的两端电压低于平均电压时，电压在线均衡模块4控制其进行充电，当单个电池的两端电压高于平均电压时，控制其进行放电。在充电和放电过程中需要电池切换模块3进行配合切换工作。
内阻容量在线均衡模块5用于对蓄电池组的内阻容量进行均衡。内阻容量在线均衡模块5包括数字高频脉冲发生单元6以及数字脉冲均衡控制单元7，其中，数字脉冲均衡控制单元7包括用于控制数字高频脉冲电压电流值的数字均衡脉冲控制单元71以及用于控制数字高频脉冲频率值的均衡频率控制单元72，数字高频脉冲发生单元6包括数字高频开关电源模块61、正脉冲发生器62以及负脉冲发生器63，正脉冲发生器62与负脉冲发生器63分别与数字高频开关电源模块61连接。数字高频脉冲发生单元6发出用于活化蓄电池的数字高频脉冲，中央处理控制器1基于检测的电量参数通过数字脉冲均衡控制单元7改变数字高频脉冲发生单元6所发出的数字高频脉冲，改变高频脉冲的参数包括电压、电流、频率等。工作时，一旦中央处理控制器1判断某个蓄电池的内阻过大、容量过低，那么其会通过数字脉冲均衡控制单元7控制数字高频脉冲发生单元6向该蓄电池发出一与该蓄电池状态相匹配的数字高频脉冲（相应地该蓄电池的电池切换模块4切换到选通状态），令该节电池的内部产生变化，减少电池硫化物的沉淀，从而达到减少其内阻，增大其容量的目的。由于作用于单个蓄电池的活化数字高频脉冲都是基于蓄电池自身的工作状态发出的，因此该高频脉冲必然是最适合于该蓄电池的，这种活化方式可以真正实现蓄电池组的内阻和容量均衡。
为了更好地实现监控管理功能，本发明还优选包括监控管理模块8，所述监控管理模块8包括显示/键盘部件81、上位通讯部件82以及下位通讯部件83，中央处理控制器1分别通过上位通讯部件82和下位通讯部件83与上位机和下位机通讯连接，显示/键盘部件81与中央处理控制器1连接。作为优选，显示/键盘部件81采用触摸显示屏，可以达到方便操作的优点。系统在工作时，所检测得到的蓄电池组工作状态都可以显示在触摸显示屏上，包括电压、电流、内阻、容量大小等，让用户实时的看到每节电池工作状态的变化情况。基于上位通讯部件82和下位通讯部件83的设置本系统与上位机和下位机进行通讯连接，从而实现更加强大的管理监测功能。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，只要其以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.蓄电池组在线均衡系统，其特征在于包括：
中央处理控制器（1）；
电量采集模块（2），电量采集模块（2）采集蓄电池组以及蓄电池组中单个电池的电量参数，电量参数送到中央处理控制器（1）；
电池切换模块（3），电池切换模块（3）在中央处理控制器（1）的控制下控制单个蓄电池的选通/切断；
用于控制蓄电池组电压均衡的电压在线均衡模块（4）；以及
内阻容量在线均衡模块（5），内阻容量在线均衡模块（5）包括数字高频脉冲发生单元（6）以及数字脉冲均衡控制单元（7），数字高频脉冲发生单元（6）发出用于活化蓄电池的数字高频脉冲，中央处理控制器（1）基于检测的电量参数通过数字脉冲均衡控制单元（7）改变数字高频脉冲发生单元（6）所发出的数字高频脉冲，所述数字脉冲均衡控制单元（7）包括用于控制数字高频脉冲电压电流值的均衡数字脉冲控制单元（71）以及用于控制数字高频脉冲频率值的均衡频率控制单元（72）。
2.根据权利要求1所述的蓄电池组在线均衡系统，其特征在于所述电量采集模块（2）采集的电量参数包括每个蓄电池的电压以及蓄电池组平均电压，电压在线均衡模块（4）对电压低于平均电压的单个蓄电池进行充电，对电压高于平均电压的单个蓄电池进行放电。
3.根据权利要求1所述的蓄电池组在线均衡系统，其特征在于所述数字高频脉冲发生单元（6）包括数字高频开关电源模块（61）、正脉冲发生器（62）以及负脉冲发生器（63），正脉冲发生器（62）与负脉冲发生器（63）分别与数字高频开关电源模块（61）连接。
4.根据权利要求1所述的蓄电池组在线均衡系统，其特征在于还包括监控管理模块（8），所述监控管理模块（8）包括显示/键盘部件（81）、上位通讯部件（82）以及下位通讯部件（83），中央处理控制器（1）分别通过上位通讯部件（82）和下位通讯部件（83）与上位机和下位机通讯连接，显示/键盘部件（81）与中央处理控制器（1）连接。
5.根据权利要求4所述的蓄电池组在线均衡系统，其特征在于所述显示/键盘部件（81）为触摸显示屏。
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