CN103762627A - 工业级智慧型储能蓄电池电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池，尤其涉及一种工业级智慧型储能蓄电池电源。本发明的工业级智慧型储能蓄电池电源，包括单片机控制模块、电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组，单片机控制模块分别与电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组电连接；单片机控制模块接收电池状态信号并作出判断，向智能型蓄电池模块组的巡检装置发出指令，集中控制恒温恒湿装置的运行，单片机控制模块判断并发出指令指挥电池充/放电器向电网充、放电。工业级模块化智慧型储能电池电源BPS，针对工业系统环境特点，主要应用于分布式供电的生产线现场以及集中式供电的DCS控制系统、通讯系统、监控系统、网络管理中心等场合。

Description

工业级智慧型储能蓄电池电源

技术领域

本发明涉及一种电池，尤其涉及一种工业级智慧型储能蓄电池电源。

背景技术

储能电池电源系列产品应用的阀控铅酸蓄电池、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，具体如下：

1.电气参数均衡问题：

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。

2.参数检测问题：

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电源来解决这些问题。

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、电池电气参数难以检测的问题，提供一种工业级智慧型储能蓄电池电源。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：其包括单片机控制模块、电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组，单片机控制模块分别与电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组电连接；单片机控制模块接收电池状态信号并作出判断，向智能型蓄电池模块组的巡检装置发出指令，集中控制恒温恒湿装置的运行，单片机控制模块判断并发出指令指挥电池充/放电器向电网充、放电。

智慧型蓄电池模块组的每组电池都配有电池巡检装置，检测每块电池的实时状态。单片机控制模块是整个电池电源的控制指挥中心，其可以接收电池状态信号，作出判断，向电池巡检装置发出指令，还可以集中控制恒温恒湿装置的运行。

智慧型免维护蓄电池可实现在线实时无损充放电、自动均衡功能: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功能模块，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功能模块的工作状态，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功能模块均自动工作，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。

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。

所述的电池充/放电器包括串接的电源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。

所述的单片机控制模块采用DSP18F458型号。

蓄电池管理系统是动力电池的重要组成部分，LDC电池智能管理系统（配合EPM-CONTROL工业级模块化智慧型蓄电池）能对每节蓄电池及蓄电池组的电压、温度、充放电电流及电池容量、内阻和温度进行实时监测，预测蓄电池SOC（荷电状态），管理电池的工作情况，对每节电池的充电电流独立自动调整，达到每节电池的自动均衡充电及自动维护，既能避免蓄电池组的过放电、过充电，又能对每节蓄电池的过热，过放电、过充电、与同组其它蓄电池的参数漂移等出现的问题提前自我修复并记录报警。

LDC电池智能管理系统实现了电池组内的每节蓄电池在其生命周期内性能参数一致，最大限度的延长蓄电池组的存储能力和循环寿命，保障整个系统的稳定运行。

工业级模块化智慧型储能电池电源BPS，针对工业系统环境特点，专为大型工业系统而设计，主要应用于分布式供电的生产线现场（开关与控制装置）以及集中式供电的DCS控制系统、通讯系统、监控系统、网络管理中心等需要提供高可靠蓄能的重要设备及场合。

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；

图3为本发明的内阻检测原理图。

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，本发明的工业级智慧型储能蓄电池电源包括单片机控制模块、电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组，所述的单片机控制模块分别通过BUSCAN接口与电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组电连接。；单片机控制模块接收电池状态信号并作出判断，向智能型蓄电池模块组的巡检装置发出指令，集中控制恒温恒湿装置的运行，单片机控制模块判断并发出指令指挥电池充/放电器向电网充、放电。所述的单片机控制模块采用DSP18F458型号。

如图2所示，所述的充/放电器包括串接的电源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。

如图3所示，本发明解决了单节蓄电池的在线实时检测内阻问题：本发明使用现今较先进的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。该技术使用了小波变换技术、专家系统、模糊控制技术等先进控制算法，计算出蓄电池内阻精度符合国家关于0.1级仪表的行业标准。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经行测量，测量精度高，解决了单节蓄电池的在线实时检测内阻问题。

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。

Claims (6)

1.一种工业级智慧型储能蓄电池电源，其特征在于，包括单片机控制模块、电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组，单片机控制模块分别与电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组电连接；单片机控制模块接收电池状态信号并作出判断，向智能型蓄电池模块组的巡检装置发出指令，集中控制恒温恒湿装置的运行，单片机控制模块判断并发出指令指挥电池充/放电器向电网充、放电。

2.根据权利要求1所述的工业级智慧型储能蓄电池电源，其特征在于，所述的电池充/放电器包括串接的电源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，所述的三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14皆采用74ALS03型号。

4.根据权利要求2所述的免维护电池，其特征在于，所述的二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14皆采用1N4148型号。

5.根据权利要求1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。

6.根据权利要求1所述的免维护电池，其特征在于，所述的单片机控制模块分别通过BUSCAN接口与电池充/放电器、恒温恒湿控制装置、智能型蓄电池模块组电连接。

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