CN103248105A - 利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，与外部电网和通信设备相耦接，该系统包括：智能高频开关电源装置、磷酸铁锂蓄电池组以及电压监测装置；其中，所述智能高频开关电源装置，与所述磷酸铁锂蓄电池组、电压监测装置以及通信设备相耦接；所述磷酸铁锂蓄电池组，与所述高频开关电源装置、电压监测装置以及通信设备相耦接；所述电压监测装置，与所述磷酸铁锂蓄电池组和智能高频开关电源装置相耦接。本发明解决了在不使用BMS（蓄电池管理系统）的情况下控制磷酸铁锂蓄电池组单体电压平衡的问题。

Description

利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体地说，是涉及一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统。
背景技术
自磷酸铁锂蓄电池问世以来，由于和铅酸蓄电池相比拥有体积小、重量轻、寿命长以及节能环保等技术优势，受到人们的高度关注并广泛应用于各领域。但是，磷酸铁锂蓄电池组内每个单体电池的电压不平衡，如果像铅酸蓄电池一样直接使用会产生安全问题。
对此，现有技术中，通常采用蓄电池管理系统（简称BMS）对磷酸铁锂蓄电池组进行电压控制，但是，BMS带来许多不可避免的不利因素：
首先，BMS系统通常在蓄电池组输出端增加了可以断开的控制器件（如继电器），但是当该控制器件断开时，将对整个供电系统的输出造成影响，从而该控制器件变成了一个单点故障点，使得供电系统的安全系数大幅度下降，不能应用在供电要求较高的环境，如通信电源系统。
其次，BMS系统通常在蓄电池组内每个单体电池的两端安装一个平衡器（如MOS管），当某个单体电池电压较高时，MOS管通过形成放电回路控制单体电池的电压下降，从而达到整组电池端电压平衡。由于每个单体蓄电池电压不平衡的随机性，平衡器的工作将使某个或部分电池的容量减少，尤其对于蓄电池组长期工作在浮充状态的系统，单体电池容量减少的程度具有很大的不确定性，因蓄电池组是串联使用的，任何一只电池容量减少，就标志着该组蓄电池容量减少，从而供电系统的安全系数进一步下降。
而且，BMS系统不仅增加了投资成本，还增加了运行维护工作量，即增加了运营成本。
因此，如何解决在不使用BMS（蓄电池管理系统）的情况下控制磷酸铁锂蓄电池组单体电压平衡，便成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，以解决在不使用BMS（蓄电池管理系统）的情况下控制磷酸铁锂蓄电池组单体电压平衡的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，该系统包括：智能高频开关电源装置、磷酸铁锂蓄电池组以及电压监测装置；其中
所述智能高频开关电源装置，与所述磷酸铁锂蓄电池组、电压监测装置以及通信设备相耦接，用于将外部电网的电能传送至所述磷酸铁锂蓄电池组和通信设备上，接收所述电压监测装置发送的电压数据，根据该电压数据进行浮充电压的调节控制；
所述磷酸铁锂蓄电池组，与所述高频开关电源装置、电压监测装置以及通信设备相耦接，用于接收所述高频开关电源装置提供的电能进行浮充充电，接收所述电压监测装置发送的监测信号后将电压数据实时反馈至所述电压监测装置；
所述电压监测装置，与所述磷酸铁锂蓄电池组和智能高频开关电源装置相耦接，用于发送所述监测信号至所述磷酸铁锂蓄电池组后接收反馈的所述电压数据，将该电压数据发送至所述智能高频开关电源装置。
进一步地，所述智能高频开关电源装置，进一步包括：高频开关电源模块和智能控制模块，其中，
所述高频开关电源模块，与所述磷酸铁锂蓄电池组、电压监测装置以及通信设备相耦接，用于将外部电网的电能传送至所述磷酸铁锂蓄电池组和通信设备上，接收所述智能控制模块发送的控制信号进行浮充电压的调节控制；
所述智能控制模块，与所述高频开关电源模块和电压监测装置相耦接，用于接收所述电压监测装置发送的所述电压数据，将该电压数据与其内部设置的预置值进行比对生成比对数据，根据该比对数据生成所述控制信号发送至所述高频开关电源模块进行浮充电压的调节控制。
进一步地，所述智能控制模块，在所述电压数据高于所述预置值后生成所述控制信号控制所述高频开关电源模块降低所述浮充电压；在所述电压数据低于所述预置值后生成所述控制信号控制所述高频开关电源模块提高所述浮充电压。
进一步地，所述电压数据，进一步为所述磷酸铁锂蓄电池组中每个单体电池对应的电压值。
进一步地，述预置值，进一步为所述磷酸铁锂蓄电池组中每个单体电池充、放电过程中的偏差电压基准值。
进一步地，所述高频开关电源模块，进一步为由至少两个整流模块构成的高频开关电源模块。
进一步地，所述磷酸铁锂蓄电池组，进一步采用多节单体电池串联的方式构成。
进一步地，所述控制装置，进一步采用声音、发光或屏幕显示的方式在浮充电压调节时进行报警。
与现有技术相比，本发明所述的一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，达到了如下效果：
本发明所述的一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，可以实现在不使用BMS（蓄电池管理系统）的情况下控制磷酸铁锂蓄电池组单体电压平衡，有效地提升了供电系统的安全性；
其次，该系统实现了磷酸铁锂蓄电池组自放电小和容量保障的有益效果；
而且，该系统取消磷酸铁锂蓄电池组的BMS（蓄电池管理系统），使供电系统结构简化，有效节省投资和运营成本。
附图说明
图1为本发明实施例所述的利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统的结构框图；
图2为本发明实施例所述的智能高频开关电源装置101的具体结构框图；
图3为本发明实施例所述利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统的具体应用电路结构图；
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1所示，本发明所述一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统10，与外部电网和通信设备20相耦接；其中，所述通信设备20接收所述供电系统10的供电进行通讯工作。
具体地，所述利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统10包括：智能高频开关电源装置101、磷酸铁锂蓄电池组102以及电压监测装置103；其中，
所述智能高频开关电源装置101，与所述磷酸铁锂蓄电池组102、电压监测装置103以及通信设备20相耦接，用于将外部电网的电能传送至所述磷酸铁锂蓄电池组102和通信设备20上，接收所述电压监测装置103发送的电压数据，根据该电压数据进行浮充电压的调节控制。
所述磷酸铁锂蓄电池组102，与所述智能高频开关电源装置101、电压监测装置103以及通信设备20相耦接，用于接收所述智能高频开关电源装置101提供的电能进行浮充充电，并对蓄电池放电安全保障；接收所述电压监测装置103发送的监测信号后将电压数据实时反馈至所述电压监测装置103。
在本实施例中，所述磷酸铁锂蓄电池组102采用多节单体电池串联的方式构成，具体地，直流48V供电系统采用16节串联组成，直流240V供电系统采用80节串联组成。当然，在此对上述内容不作出限定。
所述电压监测装置103，与所述磷酸铁锂蓄电池组102和智能高频开关电源装置101相耦接，用于发送所述监测信号至所述磷酸铁锂蓄电池组102后接收反馈的所述电压数据，将该电压数据发送至所述智能高频开关电源装置101。
在本实施例中，所述电压监测装置103可以由具有电压监测功能的电路或芯片构成；所述电压数据具体为所述磷酸铁锂蓄电池组102中每个单体电池对应的电压值；在此对以上内容不作出限定。
具体地，如图2所示，所述智能高频开关电源装置101，进一步包括：高频开关电源模块1011和智能控制模块1012，其中，
所述高频开关电源模块1011，与所述磷酸铁锂蓄电池组102、电压监测装置103以及通信设备20相耦接，用于将外部电网的电能传送至所述磷酸铁锂蓄电池组102和通信设备20上，接收所述智能控制模块1012发送的控制信号进行浮充电压的调节控制。
在本实施例中，所述高频开关电源模块1011接入外部电网，为所述通信设备20提供电能的同时也为所述蓄电池组充电；所述高频开关电源模块1011可以由多个整流模块构成。在此对上述内容不作出限定。
所述智能控制模块1012，与所述高频开关电源模块1011和电压监测装置103相耦接，用于接收所述电压监测装置103发送的所述电压数据，将该电压数据与其内部设置的预置值进行比对生成比对数据，根据该比对数据生成所述控制信号发送至所述高频开关电源模块1011进行浮充电压的调节控制同时进行报警。
在本实施例中，所述智能控制模块1012可以是具有数据处理和控制功能的芯片或电路；所述预置值具体为所述磷酸铁锂蓄电池组102中每个单体电池充、放电过程中的偏差电压基准值；所述报警，可以采用声音报警、发光报警或屏幕显示报警等方式；在此对上述内容不作出限定。
实施例二
下面为采用本发明所述利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统的具体应用实施例。
如图2所示，本发明所述利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统可以由图中电路结构实现。另外，本实施例中各装置的连接关系与实施例一中相同，故在此不再进行描述。
所述高频开关电源模块1011，由N+1个整流模块构成（N的值由总电流除以单个模块额定电流确定，总电流按照0.25C充电电流+负载电流计算）。
所述智能控制模块1012由型号为RS485标准的控制芯片构成，总线与所述整流模块连接，完成模块均流、充电限流、定时充放电、故障报警等功能。
所述磷酸铁锂蓄电池组102，其中的每个磷酸铁锂蓄电池以单体电压3.375v/只计算，直流48V供电系统采用16节串联组成；直流240V供电系统采用80节串联组成；所述磷酸铁锂蓄电池组可以安装一组或多组，总容量按照负载电流数值放电不小于6小时计算。
所述电压监测装置103，接入所述磷酸铁锂蓄电池组102，实时监测每一只单体电池的电压。
结合图2，具体工作过程如下：
首先，当所述间隙式充放电系统在正常工作状态下，以浮充方式运行，运行过程中，所述电压监测装置103实时监测所述磷酸铁锂蓄电池组102中每只单体电池端电压，并将获得的所述电压数据发送至所述智能控制模块1012；
之后，所述智能控制模块1012将所述电压数据与其内部设置的预置阀值进行比对，当所述单体电池间浮充电压不平衡度大于预先设定的阀值时，所述智能控制模块1012便发出控制信号至所述高频开关电源模块1011，调整系统工作状态，降低浮充电压，使所述磷酸铁锂蓄电池组102工作在放电状态，并同时报警；
然后，随着放电过程的进行，所述单体电池的电压将逐渐降低，当所述电压监测装置103监测到所述单体电池间放电电压不平衡度小于预先设定的阀值时，所述智能控制模块1012调整系统工作状态，恢复正常的浮充电压运行。
从而，所述间隙式充放电系统便完成了一次在不使用BMS（蓄电池管理系统）的情况下控制磷酸铁锂蓄电池组单体电压平衡的调整，所述间隙式充放电系进入下一轮循环，并开始循环周期计时。
所述间隙式充放电系统的报警种类具体为：
1、一般报警
当所述间隙式充放电系统发生工作状态转换时，发出一般报警。
2、重要报警
所述间隙式充放电系统设置工作状态转换循环阀值（如7天），当该间隙式充放电系统发生工作状态转换循环时长小于循环阀值时，则实时发出重要报警。
与现有技术相比，本发明所述的一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，达到了如下效果：
本发明所述的一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，可以实现在不使用BMS（蓄电池管理系统）的情况下控制磷酸铁锂蓄电池组单体电压平衡，有效地提升了供电系统的安全性；
其次，该系统实现了磷酸铁锂蓄电池组自放电小和容量保障的有益效果；
而且，该系统取消磷酸铁锂蓄电池组的BMS（蓄电池管理系统），使供电系统结构简化，有效节省投资和运营成本。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，与外部电网和通信设备相耦接，其特征在于，该系统包括：智能高频开关电源装置、磷酸铁锂蓄电池组以及电压监测装置；其中
所述智能高频开关电源装置，与所述磷酸铁锂蓄电池组、电压监测装置以及通信设备相耦接，用于将外部电网的电能传送至所述磷酸铁锂蓄电池组和通信设备上，接收所述电压监测装置发送的电压数据，根据该电压数据进行浮充电压的调节控制；
所述磷酸铁锂蓄电池组，与所述高频开关电源装置、电压监测装置以及通信设备相耦接，用于接收所述高频开关电源装置提供的电能进行浮充充电，接收所述电压监测装置发送的监测信号后将电压数据实时反馈至所述电压监测装置；
所述电压监测装置，与所述磷酸铁锂蓄电池组和智能高频开关电源装置相耦接，用于发送所述监测信号至所述磷酸铁锂蓄电池组后接收反馈的所述电压数据，将该电压数据发送至所述智能高频开关电源装置。
2.如权利要求1所述的利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，其特征在于，所述智能高频开关电源装置，进一步包括：高频开关电源模块和智能控制模块，其中，
所述高频开关电源模块，与所述磷酸铁锂蓄电池组、电压监测装置以及通信设备相耦接，用于将外部电网的电能传送至所述磷酸铁锂蓄电池组和通信设备上，接收所述智能控制模块发送的控制信号进行浮充电压的调节控制；
所述智能控制模块，与所述高频开关电源模块和电压监测装置相耦接，用于接收所述电压监测装置发送的所述电压数据，将该电压数据与其内部设置的预置值进行比对生成比对数据，根据该比对数据生成所述控制信号发送至所述高频开关电源模块进行浮充电压的调节控制。
3.如权利要求2所述的利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，其特征在于，所述智能控制模块，在所述电压数据高于所述预置值后生成所述控制信号控制所述高频开关电源模块降低所述浮充电压；在所述电压数据低于所述预置值后生成所述控制信号控制所述高频开关电源模块提高所述浮充电压。
4.如权利要求3所述的利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，其特征在于，所述电压数据，进一步为所述磷酸铁锂蓄电池组中每个单体电池对应的电压值。
5.如权利要求3所述的利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，其特征在于，所述预置值，进一步为所述磷酸铁锂蓄电池组中每个单体电池充、放电过程中的偏差电压基准值。
6.如权利要求2所述的利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，其特征在于，所述高频开关电源模块，进一步为由至少两个整流模块构成的高频开关电源模块。
7.如权利要求1所述的利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，其特征在于，所述磷酸铁锂蓄电池组，进一步采用多节单体电池串联的方式构成。
8.如权利要求1至7中任一所述的利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统，其特征在于，所述控制装置，进一步采用声音、发光或屏幕显示的方式在浮充电压调节时进行报警。
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