CN103545568A

CN103545568A - 免维护电池

Info

Publication number: CN103545568A
Application number: CN201310516768.XA
Authority: CN
Inventors: 刘洪涛
Original assignee: LDC TECHNOLOGY Inc
Current assignee: LDC TECHNOLOGY Inc
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-01-29

Abstract

本发明涉及一种免维护电池。本发明的免维护电池，包括通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、平衡调制器、积分器、直流放大器、交流恒流信号产生电路、方波转换电路、取样电路、单片机控制系统、CAN接口、温度检测模块、串口和均衡充放电模块，通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、平衡调制器、积分器、直流放大器顺次电连接，单片机控制系统分别与直流放大器、交流恒流信号产生电路、CAN接口、温度检测模块、串口、均衡充放电模块电连接，交流恒流信号产生电路分别与方波转换电路、取样电路电连接，方波转换电路与平衡调制器电连接。本发明使得电池能够自动均衡调节电气参数，并且对电池进行实时维护。

Description

免维护电池

技术领域

本发明涉及一种电池，尤其涉及一种免维护电池。

背景技术

阀控铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、锂电池等储能电池自投入使用以来，出现了较多很难解决的问题：

1、蓄电池的电气参数不均衡问题：

蓄电池成组使用时，要求每节电池的电气参数高度一致，实际上是无法实现的；而当成组使用的蓄电池电气参数不一致时，参数漂移的单节电池很容易出现过充或过放问题，加剧该电池的参数漂移，且该电池寿命将很快缩短至无法使用。此时因单节电池损坏造成电池组不能正常使用，只能更换成组的蓄电池，不能只对单节的故障蓄电池进行维护或者更换，不然会造成成组蓄电池电气参数更为严重的不一致。

2、蓄电池的难以维护问题：

如果蓄电池组3-4年都不进行一次充/放电，蓄电池组电解液就会出现分层现象，即电解液会分解为酸溶液浓度各不相同的液体层，这种现象会最终导致在硫酸浓度较高的区域出现极板腐蚀，影响到蓄电池的供电能力。所以目前对蓄电池维护的常规做法是每年对蓄电池组进行至少一次的计划性核对性放电测试。

采取这种计划性的维护，只能解决蓄电池组的整体维护问题，对单节电池的失效无法维护。且一般两次维护间隔时间很长，并不能连续监测蓄电池的状态，对于蓄电池的失效过程无法实时监控，所以无法避免发生蓄电池组成批的损坏。

蓄电池组的计划性放电、充电测试通常会消耗几个小时甚至几天的时间，这是一个高成本、对电池具有破坏性、不安全的过程，其间蓄电池组的后备直流电源功能将无法实现，易造成严重的停电事故。

3、蓄电池的参数难以检测问题：

在使用蓄电池直流供电的场合，一般要求安装对蓄电池监测的必要装置，比如电压巡检仪、电池巡检仪等，一般可以检测蓄电池的端电压、充放电电流、蓄电池温度。但对反应蓄电池剩余寿命的关键参数蓄电池内阻，一般无法实现在线实时监测；检测蓄电池内阻时，必须将蓄电池拆下，使用专门的内阻测试仪器经行测量。因为操作复杂，检测蓄电池内阻的间隔期一般很长，在内阻测试间隔期，同样有可能电池已经失效而电池使用者无法获知故障信息。

因此，针对上述存在的问题，急需一种新型的电池维护技术来解决这些问题。

发明内容

本发明旨在解决目前电池存在的电气参数不均衡、电池难以维护、电池电气参数难以检测的问题，提供一种免维护电池。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、平衡调制器、积分器、直流放大器、交流恒流信号产生电路、方波转换电路、取样电路、单片机控制系统、CAN接口、温度检测模块、串口和均衡充放电模块，通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、平衡调制器、积分器、直流放大器顺次电连接，单片机控制系统分别与直流放大器、交流恒流信号产生电路、CAN接口、温度检测模块、串口、均衡充放电模块电连接，交流恒流信号产生电路分别与方波转换电路、取样电路电连接，方波转换电路与平衡调制器电连接，取样电路与通路选择开关电路电连接。

电池组内每节蓄电池的关键运行参数将全部通过蓄电池参数检测模块检测、运算后，综合同组其它蓄电池的实时电气参数，由蓄电池生命周期管理模块预测蓄电池的剩余寿命，并计算出合适的单节电池维护方式，通过高频脉冲式的均衡充放电模块完成单节电池的合理维护。本发明使用小信号交流阻抗法测量蓄电池的内阻。蓄电池参数检测模块在线产生高频mV级正弦波信号，注入被检测的蓄电池，通过对输出的高频正线电流信号响应进行一系列的滤波、正峰值检测、放大以及AD转换和采集，然后根据测量到的电压比来推算出电池内阻。该技术采用在线内阻检测，测试时无需人工干预、无需将蓄电池拆下、无需使用专门的内阻测试仪器即可径行测量，测量精度高，解决了单节蓄电池的在线实时检测内阻问题。

当信号源给电池注入一个交流电流信号时，测量出在电池两端产生的交流电压信号和输入电流，就可计算出电池的内阻。采用交流法测量电池内阻，不需要对电池进行放电，从理论上讲电池在任何状态下都能对其实施测量。在实际测量中，由于电池的内阻在微欧或毫欧级，注入一定的电流后，在电池两端产生的电压信号非常微弱,往往被噪声淹没，放大后再测量，用交流电压表很难区分出来有用的信号，需要用相关检测的原理，才能测量出电池两端的交流电压信号。

蓄电池内阻检测具体工作过程为：相关器检测微弱信号，它由开关式乘法器和积分器组成，蓄电池两端检测到的微弱信号经过前置放大滤波后输入到乘法器信号输入端，注入蓄电池的正弦波信号通过电路变换形成方波信号后，输入到乘法器参考信号端。根据相关检测的原理，通过乘法器相乘运算，信号和噪声、噪声和噪声之间是互相独立的，它们的相关函数为零，只有信号和信号相关，且可从噪声中检出。通过乘法器和积分器以后，抑制了噪声。在输入信号和电路传输系数一定的情况下，输出信号的大小只与电池的内阻成比例，只要测出蓄电池两端交流电压值和通过蓄电池的交流电流值，就能计算出蓄电池的内阻，实现在线测量。

由于蓄电池的内阻很小，故必须降低导线阻抗对电池内阻的影响，因此采用四引线连接法。系统输出的交流恒流信号接到电池两端，再将电池内阻产生的电压信号，连接到输入转换开关电路。上电后，首先由单片机控制调整检测信号和参考信号的相位差!使之为0。开始测量后，先由模拟开关选通电流测量通路，该通路在向蓄电池注入交流信号的回路中设置一标准取样电阻，以测定交流信号的电流值;再选通电压测量通路，测定电压值。采集到的信号通过放大滤波等处理后送入单片机中，算出蓄电池的内阻。

在智慧型免维护蓄电池的设计中，应用了分布式控制技术，在每节电池里均单独配置使用了Buck-Boost技术的自动高频脉冲式充放电模块，它自动检测本节电池的电气参数，并与同组其它蓄电池的参数比较，经过运算后控制高频脉冲式充放电模块的工作状态，使本节电池多余的能量自动转移到上下相邻的两节蓄电池里，电池组内的每节蓄电池的充放电模块均自动工作，从而使整个电池组实现能量的动态平衡。这样既防止了单节电池过充而漏气、欠充而硫化，同时电池组内参数一致性较差的电池完成自动修复，使其达到与同组其它蓄电池的电气参数均衡一致。

所述的均衡充放电模块包括串接的电源VB1、VB2、VB3，电源VB1正极连接相互并联的二极管D11、三极管Q11，二极管D11串接二极管D12后与电源VB2负极连接，三极管Q11串接三极管Q12后与电源VB2负极连接；三极管Q11、三极管Q12连接处与二极管D11、二极管D12连接处连通并通过电感L1连接电源VB2正极；电源VB2正极连接相互并联的二极管D13、三极管Q13，二极管D13串接二极管D14后与电源VB3负极连接，三极管Q13串接三极管Q14后与电源VB3负极连接，三极管Q13、三极管Q14连接处与二极管D13、二极管D14连接处连通并通过电感L2连接电源VB3正极；三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14的集电极和发射极之间分别连接二极管。

所述的平衡调制器采用AD630型号。

所述的单片机控制模块采用DSP18F458型号。

三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14皆采用74ALS03型号；二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14皆采用1N4148型号。

本发明通过以上技术方案，使得电池能够自动均衡调节电气参数，并且对电池进行实时维护，还实现了单节电池的电气参数在线检测和实时维护。

附图说明

图1为本发明整体结构示意框图；

图2为本发明的均衡充放电模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本发明的智慧型免维护电池，包括通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、平衡调制器、积分器、直流放大器、交流恒流信号产生电路、方波转换电路、取样电路、单片机控制系统、CAN接口、温度检测模块、串口和均衡充放电模块，通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、平衡调制器、积分器、直流放大器顺次电连接，单片机控制系统分别与直流放大器、交流恒流信号产生电路、CAN接口、温度检测模块、串口、均衡充放电模块电连接，交流恒流信号产生电路分别与方波转换电路、取样电路电连接，方波转换电路与平衡调制器电连接，取样电路与通路选择开关电路电连接。

如图2所示，所述的均衡充放电模块包括串接的电源VB1、VB2、VB3，电源VB1正极连接相互并联的二极管D11、三极管Q11，二极管D11串接二极管D12后与电源VB2负极连接，三极管Q11串接三极管Q12后与电源VB2负极连接；三极管Q11、三极管Q12连接处与二极管D11、二极管D12连接处连通并通过电感L1连接电源VB2正极；电源VB2正极连接相互并联的二极管D13、三极管Q13，二极管D13串接二极管D14后与电源VB3负极连接，三极管Q13串接三极管Q14后与电源VB3负极连接，三极管Q13、三极管Q14连接处与二极管D13、二极管D14连接处连通并通过电感L2连接电源VB3正极；三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14的集电极和发射极之间分别连接二极管。三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14皆采用74ALS03型号；二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14皆采用1N4148型号。

如图2所示，每个均衡充放电模块均由1个场效应管Q、1个二极管D和两个储能元件电感L组成。在均衡电路中两电池电压出现不均衡，如VB1>VB2,则三极管Q11导通，电池B1向电感L1充电；当三极管Q11截止时,电感L1为了续流，与电池B2、二极管D12构成回路,电感中储存的能量就转移到电池B2中，实现了能量从电池B1到电池B2的转移。同理当VB1＜VB2时，则通过三极管Q12的通断来实现能量从电池B2到电池B1的转移，即该电路是一种能量双向传递的均衡装置。尽管能量只在相邻电池间传递，由于能量的传递趋势总是由电压高的电池传递到电压低的电池上,因而最终实现整组电池的均衡。放电时，原理与充电时基本相同。VB1-VB2=0.1V为临界点，高于临界点时自动启动均衡电路，从而实现充放电均衡功能，即使在静态状态下，单模块内也能实现能量的传递，从而使整个电池组达到均衡。

Claims

1.一种免维护电池，其特征在于，包括通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、平衡调制器、积分器、直流放大器、交流恒流信号产生电路、方波转换电路、取样电路、单片机控制系统、CAN接口、温度检测模块、串口和均衡充放电模块，通路选择开关电路、前置放大带通滤波器、平衡调制器、积分器、直流放大器顺次电连接，单片机控制系统分别与直流放大器、交流恒流信号产生电路、CAN接口、温度检测模块、串口、均衡充放电模块电连接，交流恒流信号产生电路分别与方波转换电路、取样电路电连接，方波转换电路与平衡调制器电连接，取样电路与通路选择开关电路电连接。

2.根据权利要求1所述的免维护电池，其特征在于，所述的均衡充放电模块包括串接的电源VB1、VB2、VB3，电源VB1正极连接相互并联的二极管D11、三极管Q11，二极管D11串接二极管D12后与电源VB2负极连接，三极管Q11串接三极管Q12后与电源VB2负极连接；三极管Q11、三极管Q12连接处与二极管D11、二极管D12连接处连通并通过电感L1连接电源VB2正极；电源VB2正极连接相互并联的二极管D13、三极管Q13，二极管D13串接二极管D14后与电源VB3负极连接，三极管Q13串接三极管Q14后与电源VB3负极连接，三极管Q13、三极管Q14连接处与二极管D13、二极管D14连接处连通并通过电感L2连接电源VB3正极；三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14的集电极和发射极之间分别连接二极管。

3.根据权利要求2所述的免维护电池，其特征在于，所述的平衡调制器采用AD630型号。

4.根据权利要求2所述的免维护电池，其特征在于，所述的单片机控制模块采用DSP18F458型号。

5.根据权利要求2所述的免维护电池，其特征在于，三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14皆采用74ALS03型号。

6.根据权利要求2所述的免维护电池，其特征在于，二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14皆采用1N4148型号。