CN102412614A - 蓄电池模块升压成组方法及蓄电池模块升压成组控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种由多个单体蓄电池所构成的蓄电池模块、超级电容、放电开关限流调压器、充电开关限流调压器、DC-DC电源升压器、蓄电池模块监测器、脉冲变压器、整流器、输出电源滤波器、温度调节器、蓄电池模块充电及温度调节控制器、蓄电池模块充放电控制器及微处理器所组成的蓄电池模块升压成组控制器，实现了一种蓄电池模块升压成组的工作方法，使得蓄电池模块在成组后能够相互隔离及独立工作，能够避免蓄电池模块在成组后的相互影响，提高蓄电池组寿命，且具有实施方便的特点。
Description
技术领域
本发明为蓄电池模块升压成组方法及蓄电池模块升压成组控制器，属于蓄电池控制技术领域。
背景技术
在现有的蓄电池成组方式中，为满足负载电压的要求，都是采用对单体蓄电池及蓄电池模块串联升压的方式予以组合，由于蓄电池目前的生产技术及工艺的限制，造成各个单体蓄电池的技术指标一致性较差，因此串联成组后单体蓄电池及蓄电池模块在充放电过程中相互影响，使得串联电池组中的部分电池容易过充电或过放电，造成蓄电池组的工作寿命远小于单体蓄电池及蓄电池模块的工作寿命，这在锂离子电池的应用中较为普遍；在现有的技术及解决方案中，都是采用对串联成组中的各个单体蓄电池的两极上并联一个均衡及测控支路，在微处理器及测控支路的监测控制下使得串联中的单体蓄电池的对外特性趋于一致，从而提高串联蓄电池组的寿命；这样做的缺陷是：均衡及测控支路的有效工作范围有限，因此当单体蓄电池的指标差别及变化过大时仍然会影响到整个串联蓄电池组的寿命，如果直接对单体电池进行独立升压后予以成组，由于单体电池的电压较低，直接采用电子技术予以升压会造成输出电能效率降低的后果。
发明内容
鉴于上述原因及问题，本发明的目的在于提供一种蓄电池模块升压成组方法及蓄电池模块升压成组控制器，采用多个由单体蓄电池组成蓄电池模块，然后对各个蓄电池模块独立采用电子技术升压达到负载所需的电压指标，对升压后的输出电流予以合并输出的成组方法，使得各个蓄电池模块能够相互隔离及独立工作，能够避免各个蓄电池模块在成组后的相互影响，提高蓄电池组寿命，且具有实施方便的特点。
为达到上述目的，本发明介绍一种蓄电池模块升压成组方法，包含有单体蓄电池、由单体蓄电池组成的蓄电池模块、由蓄电池模块组成的蓄电池组、蓄电池模块升压成组控制器、超级电容，其特征在于选择采用以下工作方法：
（1） 对蓄电池模块中的每一个单体蓄电池采用独立充电的工作方法，即采用对单体蓄电池进行充电的工作方法，避免单体蓄电池因个体差异造成充电不平衡的影响；
（2） 对蓄电池组中的每一个蓄电池模块的输出电压进行独立调压、升压、整流及滤波处理，即对蓄电池模块进行独立放电，并采用电子技术予以升压输出；
（3） 将蓄电池组中的各个蓄电池模块的调压、升压、整流及滤波处理后的输出电流合并汇集到一个超级电容上；
（4） 将超级电容的电能输出提供给负载使用，并将该电能电压进行变换后作为各个蓄电池模块升压成组控制器中的各个功能模块的工作电源；所述的电能电压变换为DC/DC变换，这样可以避免因为某个蓄电池模块损坏后导致该蓄电池模块升压成组控制器不能正常工作；
（5） 将蓄电池组中的对每一个蓄电池模块的充电输入电流的一部分用于对该蓄电池模块进行温度调节；
（6） 将蓄电池组中的每一个蓄电池模块的输出电流的一部分用于对该蓄电池模块进行温度调节；
（7） 对蓄电池组中的每一个单体蓄电池、蓄电池模块的状态数据进行汇集、处理及显示，对蓄电池组中的每一个单体蓄电池、蓄电池模块的工作参数进行统一管理、设置；
（8） 当蓄电池模块中的某一个单体蓄电池的监测数据出现不正常现象时，则对该单体蓄电池所在的蓄电池模块关闭其充放电功能；
（9） 当蓄电池组中的某一个蓄电池模块的监测数据出现不正常现象时，则对该蓄电池模块关闭其充放电功能。
为实现本发明所述的工作方法，本发明还介绍一种蓄电池模块升压成组控制器，含有多个由单体蓄电池所构成的蓄电池模块，其特征在于有一个超级电容、多个蓄电池模块充电及放电升压控制器、一个蓄电池组监控器，每一个蓄电池模块的电流输入输出端与一个蓄电池模块充电及放电升压控制器的低压输入输出端相连接，每一个蓄电池模块充电及放电升压控制器的升压直流输出端都与超级电容相连接，每一个蓄电池模块充电及放电升压控制器中有一个放电开关限流调压器、一个充电开关限流调压器、一个DC-DC电源变换器、一个单体蓄电池监测器、一个蓄电池模块监测器、一个脉冲变压器、一个整流器、一个输出电源滤波器、一个温度调节器、一个蓄电池模块充电及温度调节控制器、一个蓄电池模块充放电控制器、一个微处理器，每一个放电开关限流调压器中有一个放电开关、一个限流器、一个调压器，每一个充电开关限流调压器中有多个充电开关、多个限流器、多个调压器, 每一个充电开关限流调压器具有对多个单体蓄电池进行独立充电的功能，蓄电池模块监测器中有一个温度传感器、一个电压传感器和一个电流传感器，每一个单体蓄电池监测器中有、多个温度传感器、多个电压传感器和多个电流传感器，每一个单体蓄电池监测器具有对多个单体蓄电池进行数据采集的功能，放电开关限流调压器的输入端与蓄电池模块的电流输入输出端相连接，放电开关限流调压器的输出端与脉冲变压器的低压输入端相连接，脉冲变压器的升压输出端与整流器交流输入端相连接，整流器的直流输出端与电源滤波器的输入端相连接，电源滤波器的输出端与超级电容相连接后与负载相连接，每一个充电开关限流调压器的各个充电输出端都分别与同一蓄电池模块中的各个单体蓄电池的输入输出端相连接，充电开关限流调压器的充电电流输入端与蓄电池模块充电及温度调节控制器的充电输出端相连接，蓄电池模块充电及温度调节控制器的充电输入端与充电电源的输出端相连接，蓄电池模块充电及温度调节控制器的温度调节电流输出端与温度调节器的工作电流输入端相连接，放电开关限流调压器、充电开关限流调压器、蓄电池模块充电及温度调节控制器、单体蓄电池监测器、蓄电池模块监测器、的工作状态及控制端分别与蓄电池模块充放电控制器的部分输入输出端相连接，蓄电池模块充放电控制器的其他部分工作控制输入输出端分别与微处理器的工作输入输出端相连接，DC-DC电源变换器的输入端与电源滤波器的输出端相连接，DC-DC电源变换器的电流输出端与蓄电池模块充放电控制器、单体蓄电池监测器、蓄电池模块监测器、微处理器的电源输入端相连接，各个微处理器的部分工作输入输出端分别与蓄电池组监控器、单体蓄电池监测器、蓄电池模块监测器的工作输入输出端相连接。
本发明的工作原理为：对每一个蓄电池模块设置放电升压控制器及单体充电控制器，这样，每个蓄电池模块的充放电工作就相对独立，尤其是采用对单体蓄电池进行充电的工作方法，避免单体蓄电池因个体差异造成充电不平衡的影响；这样既不会受到其他蓄电池模块的影响，也不会去影响到其他蓄电池模块，对每一个蓄电池模块的输出电流进行电子开关控制、调压、脉冲变压及整流输出，且并联连接、合并汇集到超级电容上，这样就实现了对各个蓄电池模块的独立供电、升压及电流汇集的功能，就实现了提升输出电压及加大输出电流的大功率供电功能；上述过程即为：采用蓄电池模块独立放电、电子开关控制产生脉冲信号、调压管进行电压调整、高频变压器对脉冲信号变压及整流的方式实现独立调压及升压输出、电流汇集的成组工作方式，使得各个蓄电池模块的工作各自独立，电流电压相互隔离，不会带来相互影响；在充电过程中，由于对各个蓄电池模块进行隔离独立充电，某一个蓄电池模块的充电状态不会影响其他蓄电池模块的充电工作；当通过蓄电池模块监测器、微处理器及蓄电池组监控器的监测处理发现某一个蓄电池模块或该模块中的某一单体蓄电池的工作监测数据出现不正常现象时，则可以通过对应的蓄电池模块充电及放电升压控制器对该蓄电池模块关闭其充放电功能，而其他的蓄电池模块仍然可以继续工作；这样，在一定蓄电池模块数量的冗余度配置下，个别蓄电池模块的指标变化甚至损坏的情况下也不会影响到其他的蓄电池模块及整个蓄电池组的工作及寿命。
附图说明
图1是本发明一实施例的蓄电池模块升压成组控制器的系统构成电原理图；
图2是本发明一实施例的蓄电池模块升压成组控制器的构成电原理图；
在图1及图2中，对于具有同一功能的部件在各附图中采用相同的编号来表示，以避免编号过多而带来混乱。
具体实施方式
下面以附图为例说明本发明的实施例：
图1是本发明一实施例的蓄电池模块升压成组控制器的系统构成电原理图，其中：
A为蓄电池模块，采用常规单体蓄电池所串联而构成即可；B为蓄电池模块充电及放电升压控制器，其电路构成原理详见附图2所示；C为超级电容，采用大容量电容器及耐压与输出电压相匹配即可；D为负载；E为充电输入电源，采用输出与各个蓄电池模块充电指标相符合的充电输入电源即可；每一个蓄电池模块的电流输入输出端分别与一个蓄电池模块充电及放电升压控制器的低压输入输出端相连接，每一个蓄电池模块充电及放电升压控制器的升压直流输出端都与超级电容相连接；
图2是本发明一实施例的蓄电池模块升压成组控制器的构成电原理图，其中：
在蓄电池模块充电及放电升压控制器B中，1为蓄电池模块监测器，采用温度传感器、电压传感器和电流传感器构成，用于采集蓄电池模块的状态参数；2为放电开关限流调压器，采用晶闸管及可控调压管所构成，实现对蓄电池模块放电输出电流的输出开关、限流及调压的功能；3为充电开关限流调压器及单体蓄电池监测器，其中充电开关限流调压器采用晶闸管及可控调压管所构成，分别与各个单体蓄电池的输入输出端相连接，实现对蓄电池模块中各个单体蓄电池充电输入电流的输入开关、限流及调压的功能，其中的单体蓄电池监测器采用多个温度传感器、多个电压传感器和多个电流传感器构成，分别与蓄电池模块中的各个单体蓄电池相连接，用于采集各个单体蓄电池的状态参数；4为脉冲变压器，采用常规高频变压器即可；5为整流器，采用桥式整流器构成；6为输出电源滤波器，采用大功率低通电源滤波器即可； 7为温度调节器，采用电加热器及风扇即可；8为蓄电池模块充电及温度调节控制器，采用电子开关及放大驱动电路所构成；9为蓄电池模块充放电控制器，采用放大器、晶闸管驱动电路、分压电路构成，分压电路用于对输出直流电压进行分压测试，并由微处理器采集处理；10为微处理器，采用常规单片机系统构成；11为DC-DC电源变换器，采用常规DC-DC直流电源变换芯片或模块即可；另外，附图2中C为超级电容，采用大容量、耐压与输出电压相匹配的电容即可；放电开关限流调压器的输入端与蓄电池模块的电流输入输出端相连接，放电开关限流调压器的输出端与脉冲变压器的输入端相连接，脉冲变压器的升压输出端与整流器交流输入端相连接，整流器的直流输出端与电源滤波器的输入端相连接，电源滤波器的输出端与超级电容相连接，充电开关限流调压器的输出端与蓄电池模块的输入输出端相连接，充电开关限流调压器的充电电流输入端与蓄电池模块充电及温度调节控制器的充电输出端相连接，蓄电池模块充电及温度调节控制器的充电输入端与充电电源的输出端相连接，蓄电池模块充电及温度调节控制器的温度调节电流输出端与温度调节器的工作电流输入端相连接，放电开关限流调压器、充电开关限流调压器、蓄电池模块充电及温度调节控制器、蓄电池模块监测器的工作状态及控制端分别与蓄电池模块充放电控制器的部分输入输出端相连接，蓄电池模块充放电控制器的其他部分工作控制输入输出端分别与微处理器的工作输入输出端相连接，DC-DC电源升压器的低压输入端与蓄电池模块的电流输入输出端相连接，DC-DC电源升压器的升压电流输出端与蓄电池模块充放电控制器、蓄电池模块监测器、微处理器的电源输入端相连接，各个微处理器的部分工作输入输出端分别与蓄电池组监控器的工作输入输出端相连接；
按照附图1及附图2所示元器件及模块构成及上述连线说明完成相互连接，对各个微处理器及蓄电池组监控器编制工作软件即可完成本发明的实施例。
本发明所述的单体升压蓄电池组工作方法，还可以是采用以下工作方法:
（1） 对蓄电池组中的每一个蓄电池模块的输出电压进行独立调压、限流及开关放电输出处理；
（2） 将蓄电池组中的各个蓄电池模块的输出电压进行独立调压、限流、开关放电输出电流分组合并汇集后进行变压及整流输出；
（3） 将上述各个分组合并汇集后进行变压及整流输出的电流进行合并输出到超级电容上，该超级电容为同一个超级电容；
（4） 对进行合并汇集后变压及整流输出的同一组蓄电池模块的开关放电输出采用同步开关输出的控制方法。
采用这样的工作方法可以简化本发明的实施工作、降低成本。
本发明的蓄电池模块升压成组控制器，还可以是有多个蓄电池模块的电流输出端分别通过多个二极管并接后与一个开关变压整流器的输入端相连接，这样可以在开关变压整流器容量允许的情况下由多个蓄电池模块共用，减少开关变压整流器的使用数量，降低本发明的实施成本。
本发明的蓄电池模块升压成组控制器，还可以是对一组蓄电池模块充电及放电升压控制器中的放电开关限流调压器的输出端并接后与同一个脉冲变压器的输入端相连接，在各个放电开关限流调压器中，调压器输入端与对应的蓄电池模块的输出端相连接，调压器输出端与限流器输入端相连接，限流器输出端与电子开关输入相连接，一组放电开关限流调压器的电子开关输出端并接后与一个脉冲变压器的输入端相连接，这样可以减少脉冲变压器的使用数量，使得本发明的实施更为简单，降低成本及减轻所述的蓄电池模块升压成组控制器的重量，便于实际应用。
本发明的蓄电池模块升压成组控制器，还可以是其中的放电开关限流调压器及充电开关限流调压器采用GTO或IGCT或MOSFET或IGBT器件及相应控制驱动电路实现其对通过电流的开关、限流及调压的综合功能，这样可以使得本发明的实施更为简单易行，降低成本。
本发明介绍了一种由多个单体蓄电池所构成的蓄电池模块、超级电容、放电开关限流调压器、充电开关限流调压器、DC-DC电源升压器、蓄电池模块监测器、脉冲变压器、整流器、输出电源滤波器、温度调节器、蓄电池模块充电及温度调节控制器、蓄电池模块充放电控制器及微处理器所组成的蓄电池模块升压成组控制器，实现了一种蓄电池模块升压成组的工作方法，使得蓄电池模块在成组后能够相互隔离及独立工作，能够避免蓄电池模块在成组后的相互影响，提高蓄电池组寿命，且具有实施方便的特点。
Claims (6)
1.一种蓄电池模块升压成组方法，包含有单体蓄电池、蓄电池模块、蓄电池组、蓄电池模块升压成组控制器、超级电容，其特征在于选择采用以下工作方法：
（1）对蓄电池模块中的每一个单体蓄电池采用独立充电的工作方法；
（2）对蓄电池组中的每一个蓄电池模块的输出电压进行独立调压、升压、整流及滤波处理；
（3）将蓄电池组中的各个蓄电池模块的调压、升压、整流及滤波处理后的输出电流合并汇集到一个超级电容上；
（4）将超级电容的电能输出提供给负载使用，并将该电能电压进行变换后作为各个蓄电池模块升压成组控制器中的各个功能模块的工作电源；
（5）将蓄电池组中的对每一个蓄电池模块的充电输入电流的一部分用于对该蓄电池模块进行温度调节；
（6）将蓄电池组中的每一个蓄电池模块的输出电流的一部分用于对该蓄电池模块进行温度调节；
（7）对蓄电池组中的每一个单体蓄电池、蓄电池模块的状态数据进行汇集、处理及显示，对蓄电池组中的每一个单体蓄电池、蓄电池模块的工作参数进行统一管理、设置；
（8）当蓄电池模块中的某一个单体蓄电池的监测数据出现不正常现象时，则对该单体蓄电池所在的蓄电池模块关闭其充放电功能；
（9）当蓄电池组中的某一个蓄电池模块的监测数据出现不正常现象时，则对该蓄电池模块关闭其充放电功能。
2.如权利要求1所述的蓄电池模块升压成组方法，其特征在于采用以下工作方法:
对蓄电池组中的每一个蓄电池模块的输出电压进行独立调压、限流及开关放电输出处理；
将蓄电池组中的各个蓄电池模块的输出电压进行独立调压、限流、开关放电输出电流分组合并汇集后进行变压及整流输出；
将上述各个分组合并汇集后进行变压及整流输出的电流进行合并输出到超级电容上；
对进行合并汇集后变压及整流输出的同一组蓄电池模块的开关放电输出采用同步开关输出的控制方法。
3.一种蓄电池模块升压成组控制器，含有多个由单体蓄电池所构成的蓄电池模块，其特征在于有一个超级电容、多个蓄电池模块充电及放电升压控制器、一个蓄电池组监控器，每一个蓄电池模块的电流输入输出端与一个蓄电池模块充电及放电升压控制器的低压输入输出端相连接，每一个蓄电池模块充电及放电升压控制器的升压直流输出端都与超级电容相连接，每一个蓄电池模块充电及放电升压控制器中有一个放电开关限流调压器、一个充电开关限流调压器、一个DC-DC电源变换器、一个单体蓄电池监测器、一个蓄电池模块监测器、一个脉冲变压器、一个整流器、一个输出电源滤波器、一个温度调节器、一个蓄电池模块充电及温度调节控制器、一个蓄电池模块充放电控制器、一个微处理器，每一个放电开关限流调压器中有一个放电开关、一个限流器、一个调压器，每一个充电开关限流调压器中有多个充电开关、多个限流器、多个调压器，蓄电池模块监测器中有一个温度传感器、一个电压传感器和一个电流传感器，每一个单体蓄电池监测器中有、多个温度传感器、多个电压传感器和多个电流传感器，放电开关限流调压器的输入端与蓄电池模块的电流输入输出端相连接，放电开关限流调压器的输出端与脉冲变压器的低压输入端相连接，脉冲变压器的升压输出端与整流器交流输入端相连接，整流器的直流输出端与电源滤波器的输入端相连接，电源滤波器的输出端与超级电容相连接后与负载相连接，每一个充电开关限流调压器的各个充电输出端都分别与同一蓄电池模块中的各个单体蓄电池的输入输出端相连接，充电开关限流调压器的充电电流输入端与蓄电池模块充电及温度调节控制器的充电输出端相连接，蓄电池模块充电及温度调节控制器的充电输入端与充电电源的输出端相连接，蓄电池模块充电及温度调节控制器的温度调节电流输出端与温度调节器的工作电流输入端相连接，放电开关限流调压器、充电开关限流调压器、蓄电池模块充电及温度调节控制器、单体蓄电池监测器、蓄电池模块监测器、的工作状态及控制端分别与蓄电池模块充放电控制器的部分输入输出端相连接，蓄电池模块充放电控制器的其他部分工作控制输入输出端分别与微处理器的工作输入输出端相连接，DC-DC电源变换器的输入端与电源滤波器的输出端相连接，DC-DC电源变换器的电流输出端与蓄电池模块充放电控制器、单体蓄电池监测器、蓄电池模块监测器、微处理器的电源输入端相连接，各个微处理器的部分工作输入输出端分别与蓄电池组监控器、单体蓄电池监测器、蓄电池模块监测器的工作输入输出端相连接。
4.如权利要求3所述的蓄电池模块升压成组控制器，其特征在于在有多个蓄电池模块的电流输出端分别通过多个二极管并接后与一个蓄电池模块充电及放电升压控制器的输入端相连接。
5.如权利要求3或4所述的蓄电池模块升压成组控制器，其特征在于对一组蓄电池模块充电及放电升压控制器中的放电开关限流调压器的输出端并接后与同一个脉冲变压器的输入端相连接，在各个放电开关限流调压器中，调压器输入端与对应的蓄电池模块的输出端相连接，调压器输出端与限流器输入端相连接，限流器输出端与电子开关输入相连接，一组放电开关限流调压器的电子开关输出端并接后与一个脉冲变压器的输入端相连接。
6.如权利要求3所述的蓄电池模块升压成组控制器，其特征在于其中的充电开关限流调压器及充电开关限流调压器中有MOSFET或IGBT模块及相应的控制驱动模块。
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