CN103607025B - 蓄电池全生命周期管理的直流电源系统 - Google Patents
蓄电池全生命周期管理的直流电源系统 Download PDFInfo
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Classifications
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Abstract
本发明公开了一种蓄电池全生命周期管理的直流电源系统，涉及蓄电池检测技术领域。该电源至少有一个蓄电池以及与蓄电池连接的高频模块；所述的高频模块包括EMI电路，与EMI电路连接的功率因素校正电路，分别与功率因素校正电路连接的控制器、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器，所述的第一DC/DC变换器输出直流12V连接蓄电池，所述的第二DC/DC变换器输出直流110V或220V通过断路器QF1连接输出导线给外部设备供电；在输出到线上通过开关K2并联一放电电阻R1；每个高频模块中的EMI电路均通过一开关K1与外部交流电连接，多个高频模块之间通过通信均流线连接。优点：实现蓄电池全生命周期的管理，提高蓄电池的使用寿命。
Description
技术领域
[0001] 本发明涉及蓄电池检测技术领域，具体是一种蓄电池全生命周期管理的直流电源 系统。
背景技术
[0002] 在传统的电力直流系统中，蓄电池由9只至108只不等的数量逐个串联使用，并入 直流母线中。传统直流电源中对蓄电池的管理十分有限，仅由电池巡检仪、电流传感器等元 件采集蓄电池的充放电电流、单体端电压、蓄电池组端电压、温度等参数。通过控制系统中 的充电模块的输出电压、电流来对蓄电池的进行管理。再定期的安排维护人员对直流电源 中的蓄电池进行"蓄电池核容"、"蓄电池定期活化"以及电池极柱除锈等简单粗放的管理维 护工作。
[0003] 传统电力直流电源中因蓄电池为串联使用，系统中数据量的采集及管理也都是十 分粗放的，无法做到针对每一只蓄电池做到精准、系统地全生命周期的管理。在蓄电池串联 使用过程中，如一只蓄电池损坏将使整组蓄电池性能下降，同时监控系统控制充电机增加 蓄电池的浮充电压、电流。此过程也将加速蓄电池的损坏，使得整组蓄电池必须更换。这种 过于粗放的蓄电池管理方式，一直无法得到更好的解决。定期人工的蓄电池核容、蓄电池活 化工作，需要增加设备采购、维护成本。且蓄电池的核容、活化工作量大，占用时间多的原 因，这个问题一直让用户大为疼痛，但是却一直无法解决。
[0004] 如何设计一种新型的直流电源，将蓄电池的管理精细到每一只，从而大大提高蓄 电池的使用及管理效率，深度挖掘蓄电池的使用潜能，延长蓄电池的使用寿命。
发明内容
[0005] 为了解决目前在电力直流电源系统中应用因蓄电池串联使用过程中无法实现全 面、精细、全生命周期的管理，使电池的实际使用寿命大大短于试验寿命。本发明提供一种 蓄电池全生命周期管理的直流电源，实现蓄电池全生命周期的管理，从而提高蓄电池的使 用寿命。
[0006] 本发明是以如下技术方案实现的：一种蓄电池全生命周期管理的直流电源系统， 包括作为储能单元的至少一个蓄电池以及与蓄电池连接用于全生命周期管理的高频模块， 每个蓄电池对应一个高频模块；所述的高频模块包括EMI电路，与EMI电路连接的功率因 素校正电路，分别与功率因素校正电路连接的控制器、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换 器，所述的第一DC/DC变换器输出直流12V连接蓄电池，所述的第二DC/DC变换器输出直流 110V或220V通过断路器QF1连接输出导线给外部设备供电；在输出导线上通过开关K2并 联一放电电阻R1 ;每个高频模块中的EMI电路均通过一开关K1与外部交流电连接，多个高 频模块之间通过通信均流线连接，具体控制过程如下：
[0007] 1)在交流供电正常情况下，进入蓄电池浮充阶段，高频模块为蓄电池提供浮充电 压、电流，以保证蓄电池处于饱满状态；
[0008] 2)在交流供电异常情况，蓄电池放电通过高频模块为负载供电；当放电至蓄电池 终止电压，高频模块停止工作，防止蓄电池过放，事故放电至放电结束；
[0009] 3)当交流供电恢复正常，进入蓄电池均充电阶段，高频模块对蓄电池提供均充电 压、电流；
[0010] 4)系统正常情况下通过浮充阶段后，高频模块对蓄电池进行定时充电，激活蓄电 池化学性能，使蓄电池恢复最佳状态；
[0011] 5)交流供电正常，手动控制或自动使高频模块由蓄电池进行放电为电阻R1供电， 高频模块采集分At对蓄电池的放电电流、电压数据采集，通过微积分公式：
[0012]
[0013]Of为蓄电池放电容量，单位Ah;1为0. 1C的放电电流值，单位为A，Tf为核容放电 持续时间，单位为h;
[0014] 6)高频模块对蓄电池核容性放电完成后，高频模块对蓄电池进行充电，在此过程 中高频模块采集分At对蓄电池的充电电流、电压数据采集，通过微积分公式：
[0015]
[0016]Qt为蓄电池充电容量，单位Ah;1为0.1C的充电电流值，单位为a，t(为核容充电 持续时间，单位为h，Ke电池充电效率。由此核对蓄电池充电过程中的实际容量，计算蓄电 池的最终容量为：
[0017]
[0018] 7)当核容所得容量Q小于蓄电池标称容量的80%，此高频模块重复步骤5)、6)、7) 一次，再次核容蓄电池容量Q小于标称容量80%，高频模块告警蓄电池故障；
[0019] 8)高频模块定期对蓄电池的容量，并保存每次蓄电池核容时间及容量Q。
[0020] 其进一步是：所述放电电阻R1的参数为20Q2000W。
[0021]蓄电池与其对应的高频模块之间设有熔断器F1。
[0022] 本发明的有益效果是：利用高频开关技术结合低压直流低压升高压技术构成可 实现蓄电池全生命周期管理的电源系统，具有操作简单、供电稳定、蓄电池使用寿命长的特 点，可以提高直流电源的供电可靠性并可以在运行中不断的积累蓄电池的使用数据，为更 换的使用蓄电池积累数据。该系统通过对蓄电池全生命周期的管理，实现蓄电池与高频电 源一对一的精细化管理，从而提高蓄电池的使用寿命，提高蓄电池的使用效率，提高了电网 安全可靠运行，为减少铅酸蓄电池的使用，在电力系统内的应用具有极大的实用、推广价 值。
附图说明
[0023] 图1是本发明原理示意图；
[0024] 图2是高频模块原理框图；
[0025]图3是本发明蓄中高频模块对蓄电池电流、电压管理曲线示意图。
具体实施方式
[0026] 结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027] 如图1和图2所示，一种蓄电池全生命周期管理的直流电源系统有一作为储能单 元的至少一个蓄电池11以及与蓄电池11连接用于全生命周期管理的高频模块31，每个蓄 电池对应一个高频模块31 ;所述的高频模块31包括EMI电路，与EMI电路连接的功率因素 校正电路，分别与功率因素校正电路连接的控制器、第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换 器，所述的第一DC/DC变换器输出直流12V连接蓄电池，所述的第二DC/DC变换器输出直流 110V或220V通过断路器QF1连接输出导线给外部设备供电；在输出导线上通过开关K2并 联一放电电阻R1，放电电阻R1为高频电源提供负载。每个高频模块31中的HMI电路均通 过一开关K1与外部交流电连接，多个高频模块31之间通过通信均流线50连接。所有高频 模块31构成高频模块组，每个高频模块组中各高频模块31对于其对应的蓄电池11核容， 对其他各高频电源31无影响。高频模块31对于其对应的蓄电池11核容原理为：高频模块 31停止交流输入，蓄电池带负荷输出。
[0028] 高频模块31具有自动核容功能，可以根据蓄电池在放电、充电过程中采集的电 流、电压值，对此参数进行积分计算得出蓄电池的实际容量，通过定期对单只蓄电池容量进 行核对，积累蓄电池在使用过程中的相关数据，在蓄电池核容容量低于蓄电池标称容量的 80%，结束蓄电池的使用同时也可发出警报，从而实现蓄电池从投运至退出运行的全生命周 期管理。通过对蓄电池的全生命周期管理、精细化管理，可大大的延长蓄电池的使用寿命， 减少蓄电池的使用，对环境保护具有积极的作用。
[0029] 如图3所示，高频电源31对蓄电池11在系统使用过程中包含如下控制过程：
[0030] 1、在交流供电正常情况下，进入蓄电池浮充阶段，高频模块31为蓄电池11提供浮 充电压、电流，以保证蓄电池11处于饱满状态，即时间轴to至tl时间段过程。
[0031] 2、在交流供电异常情况，蓄电池11放电通过高频模块31为负载供电；当放电至蓄 电池11终止电压，高频模块31停止工作，防止蓄电池11过放，事故放电至放电结束，即时 间轴为tl至t2时间段过程。
[0032] 3、当交流供电恢复正常，进入蓄电池均充电阶段，高频模块31对蓄电池11提供均 充电压、电流，即时间轴中的t2至t3时间段过程。
[0033] 4、系统正常情况下通过浮充阶段后，即时间轴中的t3至t4时间段后，高频模块31 对蓄电池11进行定时充电，激活蓄电池11化学性能，使蓄电池11恢复最佳状态，即时间轴 中的t4至t5时间段过程。
[0034] 5、交流供电正常，手动控制或自动使高频模块31由蓄电池11进行放电为电阻R1 供电，即时间轴中的t6至t7时间段过程，高频模块31采集分At对蓄电池11的放电电流、 电压数据采集。通过微积分公式：
[0035]
[0036] Qf为蓄电池11放电容量，单位Ah;1为0. 1C的放电电流值，单位为A(安培)，Tf 为核容放电持续时间，单位为h(小时)。
[0037] 6、高频模块31对蓄电池11核容性放电完成后，高频模块31对蓄电池11进行充 电，即时间轴中的t7至t8时间段过程，在此过程中高频模块31采集分At对蓄电池11的 充电电流、电压数据采集。通过微积分公式：
[0038]
[0039] Qt为蓄电池11充电容量，单位Ah;1为0. 1C的充电电流值，单位为A(安培)，Tt 为核容充电持续时间，单位为h(小时)，电池充电效率。由此核对蓄电池11充电过程中 的实际容量。
[0040] 计算蓄电池11的最终容量为：
[0041]
[0042] 7、Q为蓄电池11计算容量。
[0043] 当核容所得容量Q小于蓄电池11标称容量的80%，此高频模块31重复步骤5、6、7 一次，再次核容蓄电池11容量Q小于标称容量80%，高频模块31告警蓄电池故障。
[0044] 8、高频模块31定期对蓄电池11的容量，并保存每次蓄电池11核容时间及容量Q。
[0045] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体 实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员 在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多 形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1. 一种蓄电池全生命周期管理的直流电源系统，包括作为储能单元的至少一个蓄电池 (11)以及与蓄电池（11)连接用于全生命周期管理的高频模块（31)，每个蓄电池对应一个 高频模块（31);所述的高频模块包括（31) EMI电路，与EMI电路连接的功率因素校正电路， 分别与功率因素校正电路连接的控制器、第一 DC/DC变换器和第二DC/DC变换器，所述的第 一 DC/DC变换器输出直流12V连接蓄电池，所述的第二DC/DC变换器输出直流IlOV或220V 通过断路器QFl连接输出导线给外部设备供电；在输出导线上通过开关K2并联一放电电 阻Rl ;每个高频模块（31)中的EMI电路均通过一开关Kl与外部交流电连接，多个高频模块 (31)之间通过通信均流线连接，具体控制过程如下： 1) 在交流供电正常情况下，进入蓄电池浮充阶段，高频模块为蓄电池提供浮充电压、电 流，以保证蓄电池处于饱满状态； 2) 在交流供电异常情况，蓄电池放电通过高频模块为负载供电；当放电至蓄电池终止 电压，高频模块停止工作，防止蓄电池过放，事故放电至放电结束； 3) 当交流供电恢复正常，进入蓄电池均充电阶段，高频模块对蓄电池提供均充电压、电 流； 4) 系统正常情况下通过浮充阶段后，高频模块对蓄电池进行定时充电，激活蓄电池化 学性能，使蓄电池恢复最佳状态； 5 )交流供电正常，手动控制或自动使高频模块由蓄电池进行放电为电阻Rl供电，高频 模块采集分Λ t对蓄电池的放电电流、电压数据采集，通过微积分公式：
Qf为蓄电池（11)放电容量，单位Ah ;1为0.1 C的放电电流值，单位为A，Tf为核容放 电持续时间，单位为h ; 6) 高频模块对蓄电池核容性放电完成后，高频模块对蓄电池进行充电，在此过程中高 频模块采集分Λ t对蓄电池的充电电流、电压数据采集，通过微积分公式：
Qc为蓄电池充电容量，单位Ah ;1为0.1 C的充电电流值，单位为Α，Τε为核容充电持续 时间，单位为h，Kt电池充电效率； 由此核对蓄电池充电过程中的实际容量，计算蓄电池的最终容量为：
7) 当核容所得容量Q小于蓄电池标称容量的80%，此高频模块（31)重复步骤5)、6)、7) 一次，再次核容蓄电池容量Q小于标称容量80%，高频模块（31)告警蓄电池故障； 8) 高频模块定期对蓄电池的容量，并保存每次蓄电池核容时间及容量Q。
2. 根据权利要求1所述的蓄电池全生命周期管理的直流电源系统，其特征在于：所述 放电电阻Rl的参数为20 Ω 2000W。
3. 根据权利要求1所述的蓄电池全生命周期管理的直流电源系统，其特征在于：蓄电 池（11)与其对应的高频模块（31)之间设有熔断器Fl。
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