CN105977556A - 蓄电池智能维护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池智能维护系统，包括蓄电池组、蓄电池组分段电压监控模块、蓄电池均衡升压驱动模块，蓄电池组分段电压监控模块与蓄电池均衡升压驱动模块连接。本发明采用蓄电池组分段电压监控和蓄电池智能均衡升压技术，实现了对蓄电池组端电压进行电压均衡或电压提升的智能化和自动化，使得均衡效率高、均衡升压效果显著，能大大延长蓄电池组的放电时间和使用寿命，解决了蓄电池组串联使用时蓄电池组续航时间短板问题；又通过驱动电路板与铜条之间设置的香蕉插头装置，实现了在机箱的装拆与维护过程中系统模块可插拔的方便操作；并且该系统模块设计合理、功能全面且人机交互能力强，机箱内布局紧凑，通风散热功能较好，适合推广应用。

Description

蓄电池智能维护系统
技术领域
本发明涉及一种蓄电池智能维护系统。
背景技术
现有蓄电池维护系统主要存在如下缺点：一是缺乏应用蓄电池组分段电压监控和蓄电池智能均衡升压技术，当蓄电池组串联使用时，难以解决对不良蓄电池的发现，而由于使用时蓄电池单体间必然存在容量差异，落后的蓄电池组成为蓄电池组的续航时间短板，产生加速蓄电池组老化的问题，并且由于不能避免落后的蓄电池对整个蓄电池组的不良影响，减少了蓄电池组放电时间和使用寿命；二是将系统安装于机箱中，由于系统采用的模块化设计主要存在功能模块考虑不周、机箱内布设不当而出现系统功能存在诸多缺陷、对机箱的装拆与维护等操作不便利、机箱通风散热功能较差等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种采用蓄电池组分段电压监控和蓄电池智能均衡升压技术的蓄电池智能维护系统。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
蓄电池智能维护系统，包括由24个蓄电池平均分成6段的蓄电池组、固定设在主控电路板上的蓄电池组分段电压监控模块、固定设在驱动电路板上的蓄电池均衡升压驱动模块，主控电路板和驱动电路板均固定设在机箱内，蓄电池组分段电压监控模块和蓄电池均衡升压驱动模块均连接到蓄电池组，蓄电池组分段电压监控模块与蓄电池均衡升压驱动模块连接；蓄电池组分段电压监控模块通过蓄电池组分段电压监控数据对6段蓄电池组的端电压进行监控，主控电路板上集成的主控电路检测到6段蓄电池组的工作状态，并依据所述的工作状态判断是否对6段蓄电池组的端电压执行电压均衡或电压提升；蓄电池均衡升压驱动模块通过蓄电池组分段电压监控模块检测到6段蓄电池组的端电压间出现电压差异过大或蓄电池组总电压过低时，启动驱动电路板上集成的驱动电路对6段蓄电池组的端电压进行电压均衡或电压提升。
本系统中的主控电路对6段蓄电池组端电压进行智能分析运算，在自动启动驱动状态下判断是否启动驱动电路的智能均衡与升压功能。如果6段蓄电池组处于正常工作状态，主控电路不会启动对驱动电路进行驱动；而一旦主控电路检测到6段蓄电池组处于异常工作状态，主控电路就将自动启动驱动电路对该6段蓄电池组端电压进行电压均衡以及电压提升。
本发明的驱动电路采用电容器法实现蓄电池组端电压的均衡与升压，采用高频NMOS管AOD210作为电容器法均衡升压所需开关管，保证驱动频率高至14Khz时仍能正常工作。采用固态电容作为驱动电路上的均衡电容，其中4个均衡电容并联成一个均衡电容单元，从而降低电容等效串联电阻ESR、提高对蓄电池的驱动效率，通过NMOS管进行高频切换实现均衡电容单元对相邻蓄电池组间的来回连接实现蓄电池组端电压的均衡及提升。
本发明采用蓄电池组分段电压监控和蓄电池智能均衡升压技术，实现了对蓄电池组端电压进行电压均衡或电压提升的智能化和自动化，使得均衡效率高、均衡升压效果显著，能大大延长蓄电池组的放电时间和使用寿命，解决了蓄电池组串联使用时蓄电池组续航时间短板问题。
作为优选，蓄电池均衡升压驱动模块包括与主控电路板上集成的主控电路连接的6段前级驱动模块、与6段前级驱动模块相对应连接的6段后级驱动模块，前级驱动模块将接收到的脉冲信号进行逻辑电平转换，将主控电路传输的低压信号转换成高压驱动信号，从而驱动后级驱动模块中的MOS管的导通或关闭；后级驱动模块根据前级驱动模块转换后的逻辑电平信号驱动MOS管的导通或闭合，对蓄电池进行充电或放电，并利用前级驱动模块转换后的高频脉冲对MOS管进行高速开关动作，驱动电路不停地在充电与放电之间切换，从而建立6段蓄电池组所需虚拟电压，对6段蓄电池组的端电压进行电压均衡或电压提升。
前级驱动模块和后级驱动模块的组合设置，既使得在主控电路和驱动电路之间起到缓冲作用，又能隔绝驱动电路的大电流对控制电路的电磁干扰。
作为优选，还包括分别通过设置于主控电路板上的人机交互接口、温度检测接口、电源接口与主控电路板连接的人机交互模块、温度检测模块、DC/DC隔离开关电源，温度检测模块用于检测系统温度，人机交互模块包括固定设在机箱前侧外面的3个按键和8个指示灯，3个按键分别为用于强制驱动状态的强制启动驱动键、用于强制关闭驱动状态的强制停止驱动键、用于自动驱动状态的自动启动驱动键，8个指示灯分别为用于显示强制启动驱动键按下时的强制启动驱动指示灯、用于显示强制停止驱动键按下时的强制停止驱动指示灯、用于显示自动启动驱动键按下时的自动启动驱动指示灯、用于显示当系统处于总电压正常且主控电路启动驱动状态下的第一工作指示灯、用于显示当系统处于总电压低于正常值且主控电路启动驱动状态下的第二工作指示灯、用于显示当系统处于电压异常状态时的电压异常指示灯、用于显示当系统处于温度异常状态时的温度异常指示灯、用于显示DC/DC隔离开关电源开启状态时的电源指示灯。
本系统可工作在三个工作状态：强制驱动状态、强制关闭驱动状态、自动驱动状态，这三种状态可以通过主控电路板上的3个按键和相对应的指示灯进行操作；进入强制驱动状态需长按相应指示灯进行操作、其余状态短按相应指示灯即可。
作为优选，还包括通过电缆线与6段蓄电池组连接的空气开关，空气开关固定设置于机箱下部，空气开关与驱动电路板之间通过铜条固定连接，驱动电路板通过香蕉插头装置可插拔的固定设在铜条中。通过驱动电路板与铜条之间设置的香蕉插头装置，实现了在机箱的装拆与维护过程中系统模块可插拔的方便操作。
作为优选，香蕉插头装置包括固定设在驱动电路板上的母接头、固定设在铜条上的公接头，母接头可插拔的固定设在公接头中。母接头与公接头的配合，使得插拔方式灵活性更高。
作为优选，母接头包括固定设在驱动电路板上的母接头固定座、与母接头固定座连为一体的母接头插接管，公接头包括与母接头插接管相配合的公接头插接管，母接头插接管可插拔的固定设在公接头插接管中，使得插接既牢靠又灵活。
作为优选，机箱内固定设有驱动模块保护壳，驱动模块保护壳内固定设有盒体，铜条位于盒体外面，驱动电路板通过防松限位柱固定设置于盒体内，母接头固定座通过防松限位柱固定设在驱动电路板上，母接头插接管穿出盒体并可插拔的固定设在公接头插接管中。防松限位柱的设置，既起了定位与限位作用，又提高了连接牢靠性。母接头插接管穿出盒体与铜条中的公接头插接管进行插接，有效的避免了铜条太靠近盒体而使得铜条对盒体中的驱动电路板的干扰。
作为优选，驱动模块保护壳后侧固定设有托盘，托盘与机箱后侧通过螺杆固定连接，空气开关与托盘下部固定连接，铜条与托盘之间固定夹设有绝缘环氧树脂板。托盘的设置，提高了连接牢靠性。绝缘环氧树脂板达到了铜条与机箱壳体之间的电气绝缘。
作为优选，机箱由上箱体、下箱体、左箱体、右箱体、前箱盖、后箱盖组成，主控电路板通过防松限位柱固定设在前箱盖内面上，主控电路板位于前箱盖内面与驱动模块保护壳前侧之间，3个按键和8个指示灯均固定设在前箱盖外面，托盘与后箱盖通过螺杆固定连接；左箱体固定设有风扇安装座，风扇安装座固定设有与主控电路板电连接的风扇，右箱体设有通风格栅，驱动模块保护壳的两侧为开口，风扇固定设在左侧开口处，风扇、驱动模块保护壳、通风格栅之间空气相连通形成风道。
启动风扇，风道内的压力低于外面压力，风道与外面产生压力差，使得外面空气从通风格栅沿风道吹进驱动模块保护壳中，再将驱动模块保护壳内的驱动电路板产生的热量从驱动模块保护壳中经风扇吹出机箱外面，从而达到了较好的散热效果。
其中，下箱体的底部设有用于通风散热的散热孔。
作为优选，驱动模块保护壳前侧设有将通过驱动模块保护壳内的风引流到主控电路板的通风孔。启动风扇，外面空气从通风格栅沿风道吹进驱动模块保护壳中，由于压差的作用主控电路板处产生的热量由通风孔将热气引流从驱动模块保护壳经风扇吹出机箱外面，从而为主控电路板通风散热。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用蓄电池组分段电压监控和蓄电池智能均衡升压技术，实现了对蓄电池组端电压进行电压均衡或电压提升的智能化和自动化，使得均衡效率高、均衡升压效果显著，能大大延长蓄电池组的放电时间和使用寿命，解决了蓄电池组串联使用时蓄电池组续航时间短板问题；又通过驱动电路板与铜条之间设置的香蕉插头装置，实现了在机箱的装拆与维护过程中系统模块可插拔的方便操作；并且该系统模块设计合理、功能全面且人机交互能力强，机箱内布局紧凑，通风散热功能较好，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明内设蓄电池智能维护系统的机箱与6段蓄电池组电气连接实施例的结构示意图。
图2为本发明蓄电池智能维护系统实施例的功能模块框图。
图3为本发明主控电路板实施例的结构示意图。
图4为本发明驱动电路板实施例的结构示意图。
图5为本发明从左侧方向视线的机箱实施例的结构示意图。
图6为本发明从右侧方向视线的机箱实施例的结构示意图。
图7为图5中拆除前箱盖的机箱实施例的结构示意图。
图8为本发明拆除机箱后机箱内部从左侧方向视线实施例的结构示意图。
图9为本发明拆除机箱后机箱内部从右侧方向视线实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
蓄电池智能维护系统，如图1-9所示，包括由24个蓄电池1平均分成6段的蓄电池组、固定设在主控电路板9上的蓄电池组分段电压监控模块11、固定设在驱动电路板6上的蓄电池均衡升压驱动模块7，主控电路板9和驱动电路板6均固定设在机箱4内，蓄电池组分段电压监控模块11和蓄电池均衡升压驱动模块7均连接到蓄电池组，蓄电池组分段电压监控模块11与蓄电池均衡升压驱动模块7连接；蓄电池组分段电压监控模块11通过蓄电池组分段电压监控数据对6段蓄电池组的端电压进行监控，主控电路板9上集成的主控电路检测到6段蓄电池组的工作状态，并依据所述的工作状态判断是否对6段蓄电池组的端电压执行电压均衡或电压提升；蓄电池均衡升压驱动模块7通过蓄电池组分段电压监控模块11检测到6段蓄电池组的端电压间出现电压差异过大或蓄电池组总电压过低时，启动驱动电路板6上集成的驱动电路对6段蓄电池组的端电压进行电压均衡或电压提升。
本实施例中，蓄电池均衡升压驱动模块7包括与主控电路板9上集成的主控电路连接的6段前级驱动模块71、与6段前级驱动模块71相对应连接的6段后级驱动模块72，前级驱动模块71将接收到的脉冲信号进行逻辑电平转换，将主控电路传输的低压信号转换成高压驱动信号，从而驱动后级驱动模块72中的MOS管的导通或关闭；后级驱动模块72根据前级驱动模块71转换后的逻辑电平信号驱动MOS管的导通或闭合，对蓄电池1进行充电或放电，并利用前级驱动模块71转换后的高频脉冲对MOS管进行高速开关动作，驱动电路不停地在充电与放电之间切换，从而建立6段蓄电池组所需虚拟电压，对6段蓄电池组的端电压进行电压均衡或电压提升。
本实施例中，还包括分别通过设置于主控电路板9上的人机交互接口14、温度检测接口15、电源接口16与主控电路板9连接的人机交互模块10、温度检测模块8、DC/DC隔离开关电源13，温度检测模块8用于检测系统温度，人机交互模块10包括固定设在机箱4前侧外面的3个按键和8个指示灯，3个按键分别为用于强制驱动状态的强制启动驱动键26、用于强制关闭驱动状态的强制停止驱动键25、用于自动驱动状态的自动启动驱动键24，8个指示灯分别为用于显示强制启动驱动键26按下时的强制启动驱动指示灯20、用于显示强制停止驱动键25按下时的强制停止驱动指示灯21、用于显示自动启动驱动键24按下时的自动启动驱动指示灯22、用于显示当系统处于总电压正常且主控电路启动驱动状态下的第一工作指示灯19、用于显示当系统处于总电压低于正常值且主控电路启动驱动状态下的第二工作指示灯18、用于显示当系统处于电压异常状态时的电压异常指示灯27、用于显示当系统处于温度异常状态时的温度异常指示灯17、用于显示DC/DC隔离开关电源13开启状态时的电源指示灯23。
本实施例中，还包括通过电缆线2与6段蓄电池组连接的空气开关3，空气开关3固定设置于机箱4下部，空气开关3与驱动电路板6之间通过铜条5固定连接，驱动电路板6通过香蕉插头装置可插拔的固定设在铜条5中。
本实施例中，香蕉插头装置包括固定设在驱动电路板6上的母接头、固定设在铜条5上的公接头，母接头可插拔的固定设在公接头中。
本实施例中，母接头包括固定设在驱动电路板6上的母接头固定座39、与母接头固定座39连为一体的母接头插接管38，公接头包括与母接头插接管38相配合的公接头插接管36，母接头插接管38可插拔的固定设在公接头插接管36中。
本实施例中，机箱4内固定设有驱动模块保护壳30，驱动模块保护壳30内固定设有盒体40，铜条5位于盒体40外面，驱动电路板6通过防松限位柱29固定设置于盒体40内，母接头固定座39通过防松限位柱29固定设在驱动电路板6上，母接头插接管38穿出盒体40并可插拔的固定设在公接头插接管36中。
本实施例中，驱动模块保护壳30后侧固定设有托盘32，托盘32与机箱4后侧通过螺杆34固定连接，空气开关3与托盘32下部固定连接，铜条5与托盘32之间固定夹设有绝缘环氧树脂板37。
本实施例中，机箱4由上箱体45、下箱体43、左箱体42、右箱体44、前箱盖41、后箱盖46组成，主控电路板9通过防松限位柱29固定设在前箱盖41内面上，主控电路板9位于前箱盖41内面与驱动模块保护壳30前侧之间，3个按键和8个指示灯均固定设在前箱盖41外面，托盘32与后箱盖46通过螺杆34固定连接；左箱体42固定设有风扇安装座35，风扇安装座35固定设有与主控电路板9电连接的风扇12，右箱体44设有通风格栅28，驱动模块保护壳30的两侧为开口33，风扇固定设在左侧开口33处，风扇12、驱动模块保护壳30、通风格栅28之间空气相连通形成风道。
本实施例中，驱动模块保护壳30前侧设有将通过驱动模块保护壳30内的风引流到主控电路板9的通风孔31。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.蓄电池智能维护系统，其特征在于：包括由24个蓄电池（1）平均分成6段的蓄电池组、固定设在主控电路板（9）上的蓄电池组分段电压监控模块（11）、固定设在驱动电路板（6）上的蓄电池均衡升压驱动模块（7），主控电路板（9）和驱动电路板（6）均固定设在机箱（4）内，蓄电池组分段电压监控模块（11）和蓄电池均衡升压驱动模块（7）均连接到蓄电池组，蓄电池组分段电压监控模块（11）与蓄电池均衡升压驱动模块（7）连接；蓄电池组分段电压监控模块（11）通过蓄电池组分段电压监控数据对6段蓄电池组的端电压进行监控，主控电路板（9）上集成的主控电路检测到6段蓄电池组的工作状态，并依据所述的工作状态判断是否对6段蓄电池组的端电压执行电压均衡或电压提升；蓄电池均衡升压驱动模块（7）通过蓄电池组分段电压监控模块（11）检测到6段蓄电池组的端电压间出现电压差异过大或蓄电池组总电压过低时，启动驱动电路板（6）上集成的驱动电路对6段蓄电池组的端电压进行电压均衡或电压提升。
2.根据权利要求1所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：蓄电池均衡升压驱动模块（7）包括与主控电路板（9）上集成的主控电路连接的6段前级驱动模块（71）、与6段前级驱动模块（71）相对应连接的6段后级驱动模块（72），前级驱动模块（71）将接收到的脉冲信号进行逻辑电平转换，将主控电路传输的低压信号转换成高压驱动信号，从而驱动后级驱动模块（72）中的MOS管的导通或关闭；后级驱动模块（72）根据前级驱动模块（71）转换后的逻辑电平信号驱动MOS管的导通或闭合，对蓄电池（1）进行充电或放电，并利用前级驱动模块（71）转换后的高频脉冲对MOS管进行高速开关动作，驱动电路不停地在充电与放电之间切换，从而建立6段蓄电池组所需虚拟电压，对6段蓄电池组的端电压进行电压均衡或电压提升。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：还包括分别通过设置于主控电路板（9）上的人机交互接口（14）、温度检测接口（15）、电源接口（16）与主控电路板（9）连接的人机交互模块（10）、温度检测模块（8）、DC/DC隔离开关电源（13），温度检测模块（8）用于检测系统温度，人机交互模块（10）包括固定设在机箱（4）前侧外面的3个按键和8个指示灯，3个按键分别为用于强制驱动状态的强制启动驱动键（26）、用于强制关闭驱动状态的强制停止驱动键（25）、用于自动驱动状态的自动启动驱动键（24），8个指示灯分别为用于显示强制启动驱动键（26）按下时的强制启动驱动指示灯（20）、用于显示强制停止驱动键（25）按下时的强制停止驱动指示灯（21）、用于显示自动启动驱动键（24）按下时的自动启动驱动指示灯（22）、用于显示当系统处于总电压正常且主控电路启动驱动状态下的第一工作指示灯（19）、用于显示当系统处于总电压低于正常值且主控电路启动驱动状态下的第二工作指示灯（18）、用于显示当系统处于电压异常状态时的电压异常指示灯（27）、用于显示当系统处于温度异常状态时的温度异常指示灯（17）、用于显示DC/DC隔离开关电源（13）开启状态时的电源指示灯（23）。
4.根据权利要求3所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：还包括通过电缆线（2）与6段蓄电池组连接的空气开关（3），空气开关（3）固定设置于机箱（4）下部，空气开关（3）与驱动电路板（6）之间通过铜条（5）固定连接，驱动电路板（6）通过香蕉插头装置可插拔的固定设在铜条（5）中。
5.根据权利要求4所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：香蕉插头装置包括固定设在驱动电路板（6）上的母接头、固定设在铜条（5）上的公接头，母接头可插拔的固定设在公接头中。
6.根据权利要求5所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：母接头包括固定设在驱动电路板（6）上的母接头固定座（39）、与母接头固定座（39）连为一体的母接头插接管（38），公接头包括与母接头插接管（38）相配合的公接头插接管（36），母接头插接管（38）可插拔的固定设在公接头插接管（36）中。
7.根据权利要求6所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：机箱（4）内固定设有驱动模块保护壳（30），驱动模块保护壳（30）内固定设有盒体（40），铜条（5）位于盒体（40）外面，驱动电路板（6）通过防松限位柱（29）固定设置于盒体（40）内，母接头固定座（39）通过防松限位柱（29）固定设在驱动电路板（6）上，母接头插接管（38）穿出盒体（40）并可插拔的固定设在公接头插接管（36）中。
8.根据权利要求7所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：驱动模块保护壳（30）后侧固定设有托盘（32），托盘（32）与机箱（4）后侧通过螺杆（34）固定连接，空气开关（3）与托盘（32）下部固定连接，铜条（5）与托盘（32）之间固定夹设有绝缘环氧树脂板（37）。
9.根据权利要求7或8所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：机箱（4）由上箱体（45）、下箱体（43）、左箱体（42）、右箱体（44）、前箱盖（41）、后箱盖（46）组成，主控电路板（9）通过防松限位柱（29）固定设在前箱盖（41）内面上，主控电路板（9）位于前箱盖（41）内面与驱动模块保护壳（30）前侧之间，3个按键和8个指示灯均固定设在前箱盖（41）外面，托盘（32）与后箱盖（46）通过螺杆（34）固定连接；左箱体（42）固定设有风扇安装座（35），风扇安装座（35）固定设有与主控电路板（9）电连接的风扇（12），右箱体（44）设有通风格栅（28），驱动模块保护壳（30）的两侧为开口（33），风扇固定设在左侧开口（33）处，风扇（12）、驱动模块保护壳（30）、通风格栅（28）之间空气相连通形成风道。
10.根据权利要求9所述的蓄电池智能维护系统，其特征在于：驱动模块保护壳（30）前侧设有将通过驱动模块保护壳（30）内的风引流到主控电路板（9）的通风孔（31）。
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