CN106374547A - 一种充放电控制装置及智能电池 - Google Patents

Abstract

本申请提供的充放电控制装置及智能电池，充放电控制装置包括伺服模组以及采集模组。采集模组实现了对铅酸蓄电池使用过程中的各项参数的采集及传输，使用户可以实时、准确掌握电池的状态。并且采集模组根据电池参数计算电池的导通和断开时间，并控制伺服模组对铅酸蓄电池进行充放电控制。因此在铅酸蓄电池出现异常状态时，可以通过中断或者重启对铅酸蓄电池的充放电，减少铅酸蓄电池损耗的情况。采集模组和伺服模组共同完成对电池的维护，使电池处于最佳的工作状态，解决了基站备用电源的安全隐患，延长电池的使用寿命，减少对环境造成的污染。

Description

一种充放电控制装置及智能电池

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种充放电控制装置及智能电池。

背景技术

阀控铅酸蓄电池组，常常作为后备电源广泛应用于电力机房、数据机房、移动基站等重要场所。近几年来，全球阀控铅酸蓄电池组的市场容量已经达到上百亿元人民币/年的规模。

由于阀控铅酸蓄电池组的运行环境差异性很大，对于许多重要场所，对阀控铅酸蓄电池组的监测和维护是必须的。目前，业内对蓄电池的监测和维护主要有两种方式：

第一种是人工巡视，每隔一段时间(比如3个月或者半年)，工程人员到达现场，进行蓄电池电流、电压、温度等测试，人工记录测试测量数据。人工巡视存在几个缺点：由于很多基站地处偏远，人员车辆资源投入较大，费时费力；电力和机房是重要场所，人员进出管理很严格，人员进入机房可能存在机房故障隐患。

第二种：设置蓄电池监控系统，通过采集蓄电池的电流、电压和运行环境温度等数据来判断蓄电池的实时状况，并采用相应的应对措施。这种方法在一定程度上解决了人力巡视的缺点，取到了一定的效果。但也带来了新的不便：一是监控线缆接线复杂，容易和强电线缆形成干扰，甚至断路、短路；二是环境温度无法真实反映蓄电池的使用状况，无法准确的判断蓄电池的健康状况，导致无法科学的进行维护和保养。

在现有技术条件下，通讯基站的备用电源通常在使用大约2～3年后出现容量快速下降，被迫提前报废、造成大量的经济损失及环境污染。或者电池处于低容量运行，缩短了基站备电时长，从而影响基站通信服务质量，存在通信中断隐患。

如何更好地维持及延长阀控铅酸蓄电池组的使用寿命是目前铅酸电池行业的一个迫切需要解决的问题。

发明内容

本申请提供一种充放电控制装置及智能电池，可以根据采集的电池参数，对电池进行充放电控制。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种充放电控制装置，包括：伺服模组以及采集模组；所述采集模组包括：电压采集单元，所述电压采集单元连接到所述铅酸蓄电池的正负极之间，用于采集所述铅酸蓄电池的电压值；电流采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池的电流值；内部温度采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池的内部温度；处理器，所述处理器用于接收所述铅酸蓄电池的电压值、所述电流值以及所述内部温度，向所述伺服模组输出控制指令；所述伺服模组用于导通或者断开所述铅酸蓄电池的充放电回路。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种智能电池，包括：壳体以及设置在所述壳体内的铅酸蓄电池本体，所述壳体内还设置有充放电控制装置；所述充放电控制装置与所述铅酸蓄电池本体电连接，所述充放电控制装置包括：伺服模组以及采集模组；所述采集模组包括：电压采集单元，所述电压采集单元连接到所述铅酸蓄电池本体的正负极之间，用于采集所述铅酸蓄电池的电压值；电流采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池本体的电流值；内部温度采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池本体的温度；处理器，所述处理器用于接收所述铅酸蓄电池的电压值、所述电流值以及所述温度，向所述伺服模组输出控制指令；所述伺服模组用于导通或者断开所述铅酸蓄电池本体的充放电回路。

本申请提供的充放电控制装置及智能电池，包括伺服模组以及采集模组。采集模组实现了对铅酸蓄电池使用过程中的各项参数的采集及传输，使用户可以实时、准确掌握电池的状态。并且采集模组根据电池参数计算电池的导通和断开时间，并控制伺服模组对铅酸蓄电池进行充放电控制。因此在铅酸蓄电池出现异常状态时，可以通过中断或者重启对铅酸蓄电池的充放电，减少铅酸蓄电池损耗的情况。采集模组和伺服模组共同完成对电池的维护，使电池处于最佳的工作状态，解决了基站备用电源的安全隐患，延长电池的使用寿命，减少对环境造成的污染。

附图说明

图1为本发明的充放电控制装置的结构示意图；

图2为本发明的智能电池的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本申请实施例中，提供一种充放电控制装置及智能电池，可以根据采集的电池参数，对铅酸蓄电池的进行充放电控制。

实施例一：

请参考图1，图1为本发明实施例的充放电控制装置的结构示意图。如图1所示，本实施例的充放电控制装置100可以包括：伺服模组10以及采集模组20。

采集模组20包括：

处理器1以及与处理器1连接的电压采集单元2、电流采集单元3以及内部温度采集单元4。

电压采集单元2连接到铅酸蓄电池的正极11和负极12之间，用于采集铅酸蓄电池的电压值。电流采集单元3用于采集铅酸蓄电池的电流值。内部温度采集单元4用于采集铅酸蓄电池的内部温度。

处理器1用于接收电压采集单元2传送的铅酸蓄电池的电压值、电流采集单元3传送的电流值以及内部温度采集单元4传送的内部温度，向伺服模组10输出控制指令。

伺服模组10用于导通或者断开铅酸蓄电池的充放电回路。

优选的，伺服模组10与采集模组20的处理器1电连接。处理器1为ARM处理器。采集模组20的处理器1可以接收并处理所采集到的铅酸蓄电池内部的温度、电压值、电流值，对当前充放电回路的通断状态作出判断，生成控制指令并输出到伺服模组10中。伺服模组10根据控制指令，导通或者断开铅酸蓄电池的充放电回路。从而充放电控制装置100能根据采集的电池参数(电压值、电流值及内部温度)，对铅酸蓄电池进行充放电控制。

优选的，内部温度采集单元4包括：热敏电阻。在测量电池温度时，热敏电阻的阻值会随着电池内部温度的改变而进行变化。同时，内部温度采集单元4将采集到的温度信号转换成对应的电压值，传输到ARM处理器中。本申请实施例的内部温度采集单元4的采集误差可以达到小于百分之一，采集精度高，因此提供给处理器1中的数据更为准确。为了能采集到电池内部的温度，内部温度采集单元4设置于铅酸蓄电池的中盖上贴近电池负极板的位置，电池中盖位于铅酸蓄电池壳体内部，因此内部温度采集单元4采集到的是铅酸蓄电池内部的温度，相比现有技术仅采集铅酸蓄电池外部温度，采集的温度值更准确，更能反映铅酸蓄电池的实际温度。

一个优选的实施例中，采集模组20还包括：数据存储单元5，数据存储单元5与处理器1连接，用于存储铅酸蓄电池出厂时的原始数据和从处理器1输出的铅酸蓄电池使用过程中的状态参数。处理器1接收电压采集单元2传输的电压值、电流采集单元3传输的电流值以及内部温度采集单元4传输的铅酸蓄电池的内部温度并传输至数据存储单元5，数据存储单元5可以接收并存储处理器1传输的电压值、电流值及内部温度，即存储有铅酸蓄电池使用过程中的状态参数。同时，数据存储单元5存储有铅酸蓄电池出厂时的原始数据。处理器1可以从数据存储单元5中获取原始数据，将原始数据与铅酸蓄电池使用过程中的状态参数进行比对及估算，可以准确得到铅酸蓄电池的SOC(电池荷电率，State of Charge)以及SOH(电池的健康度，state of health)。

优选的，电流采集单元3包括：霍尔传感器。对电池的电流采集精度较高，误差可以达到小于百分之一。

一个优选的实施例，采集模组20还包括：与处理器1连接的通讯接口6，采集模组20通过通讯接口6与外部进行数据交换。

通讯接口6优选采用RS485接口。可以理解的是，采集模组20既可以将采集到的铅酸蓄电池的电压值、电流值以及内部温度通过通讯接口6传输到外部的服务器(如网关模组)中记录，在需要时进行调用。也可以接收外部通过通讯接口6输入的指令，将指令传递给伺服模组10，控制铅酸蓄电池的充放电。例如，用户还可以通过通讯接口6传入指令至采集模组20，传递给伺服模组10，通过伺服模组10导通或者断开铅酸蓄电池的充放电回路，控制铅酸蓄电池的充放电。

实施例二：

如图2所示，本实施例提供一种智能电池110，可以包括：壳体(图中未示出)、设置在壳体内的铅酸蓄电池本体。其中，智能电池110还包括：设置在壳体内的充放电控制装置100，铅酸蓄电池本体与充放电控制装置100电连接。

充放电控制装置100的结构与实施例一基本相同，充放电控制装置100包括：伺服模组10以及采集模组20。采集模组20包括：处理器1以及与处理器1连接的电压采集单元2、电流采集单元3以及内部温度采集单元4。

电压采集单元2连接到铅酸蓄电池本体的正极11和负极12之间，用于采集铅酸蓄电池本体的电压值。电流采集单元3用于采集铅酸蓄电池本体的电流值。内部温度采集单元4用于采集铅酸蓄电池本体的温度。

处理器1用于接收电压采集单元2传送的铅酸蓄电池本体的电压值、电流采集单元3传送的电流值以及内部温度采集单元4传送的内部温度，向伺服模组10输出控制指令。

伺服模组10用于导通或者断开铅酸蓄电池的充放电回路。

与实施例一中原理相同，伺服模组10接收智能电池110上的采集模组20输出的控制指令，在采集模组20的控制下，导通或者断开智能电池110的充放电回路，完成对智能电池110的充/放电控制。

由于充放电控制装置100设置在壳体内部，与铅酸蓄电池本体电连接。此处充放电控制装置100用于根据采集模组20采集到的铅酸蓄电池本体的电池参数(铅酸蓄电池本体的电压值、电流值及温度)，控制伺服模组10导通或断开铅酸蓄电池本体的充放电回路。

值得指出的是，本实施例所描述的铅酸蓄电池本体是指传统铅酸蓄电池，用于完成电化学反应，提供电池能量。不包含铅酸蓄电池外壳，仅包含有电解液、正极板、负极板以及穿过壳体外部的极柱的供电单体。图中仅以标示出的正极11以及负极12表示铅酸蓄电池本体。

优选的，内部温度采集单元4包括：热敏电阻，热敏电阻设置在壳体内的中盖上贴近铅酸蓄电池本体内侧的位置。需要进一步说明的是在本实施例中，充放电控制装置100用于采集智能电池110的参数，并根据这些参数对智能电池110的充放电进行控制。特别需要说明的是，由于充放电控制装置100设置在壳体内部，内部温度采集单元4具体是利用热敏电阻采集智能电池110内部的温度，也即在本实施例中，内部温度采集单元4采集的是铅酸蓄电池本体的温度。

一个实施例中，智能电池110还可以包括：与铅酸蓄电池本体电连接的至少一个新型铅酸蓄电池101，新型铅酸蓄电池101包括铅酸蓄电池本体以及采集模组20。新型铅酸蓄电池101的采集模组20的组成、连接关系及作用与上述的采集模组相同，在此不再赘述。

新型铅酸蓄电池101的数量大于或等于两个。新型铅酸蓄电池101之间串联连接。

采集模组20还包括：数据存储单元5，数据存储单元5与处理器1连接，用于存储铅酸蓄电池出厂时的原始数据和从所述处理器输出的铅酸蓄电池使用过程中的状态参数。数据存储单元5的作用原理与实施例一中介绍的相同，在此不再赘述。

其中，充放电控制装置100的伺服模组10包括续流二极管10A。续流二极管10A的正极与铅酸蓄电池本体的负极12连接，续流二极管10A的负极与铅酸蓄电池本体的正极11连接。智能电池110与外置的UPS电源(UninterruptiblePower System，不间断电源)或者开关电源连接。当外部市电断开时，伺服模组10中的续流二极管10A马上导通，瞬间闭合电池回路给UPS或者开关电源等用户设备供电，实时反馈回路通断状态。同时支持高温和断电自动控制和人工干预的智能化功能。

一个优选的实施例中，智能电池110中的至少一个新型铅酸蓄电池101的处理器1也可以通过通讯接口6与网关模组连接，可以将电池的参数实时通过通讯接口6上传并记录在外部设备上。因而可以将铅酸蓄电池使用过程中的电信号参数进行存储并调用。一旦发现新型铅酸蓄电池101的采集模组20反馈的电信号有异常情况出现，例如，电池较为常出现的浮充问题，采集模组20控制伺服模组10中断对铅酸蓄电池的充电，进而能有效保护电池，延长电池的使用寿命。另一种可实施方式中，用户还可以通过通讯接口6传入指令，由采集模组20传递给伺服模组10，通过伺服模组10直接控制至少一个新型铅酸蓄电池101和智能电池110的充放电。

本申请提供的充放电控制装置及智能电池，包括伺服模组以及采集模组。采集模组实现了对铅酸蓄电池使用过程中的各项参数的采集及传输，使用户可以实时、准确掌握电池的状态。并且采集模组根据电池参数计算电池的导通和断开时间，控制伺服模组对铅酸蓄电池进行充放电控制。因此在铅酸蓄电池出现异常状态时，可以通过中断或者重启对铅酸蓄电池的充放电，减少铅酸蓄电池损耗的情况。采集模组和伺服模组共同完成对电池的维护，使电池处于最佳的工作环境或状态，解决了基站备用电源的安全隐患，延长电池的使用寿命，减少对环境造成的污染。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种充放电控制装置，其特征在于，包括：伺服模组以及采集模组；

所述采集模组包括：

电压采集单元，所述电压采集单元连接到所述铅酸蓄电池的正负极之间，用于采集所述铅酸蓄电池的电压值；

电流采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池的电流值；

内部温度采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池的内部温度；

处理器，所述处理器用于接收所述铅酸蓄电池的电压值、所述电流值以及所述内部温度，向所述伺服模组输出控制指令；

所述伺服模组用于导通或者断开所述铅酸蓄电池的充放电回路。

2.如权利要求1所述的充放电控制装置，其特征在于，所述采集模组还包括：数据存储单元，所述数据存储单元与所述处理器连接，用于存储铅酸蓄电池出厂时的原始数据和从所述处理器输出的铅酸蓄电池使用过程中的状态参数。

3.如权利要求1所述的充放电控制装置，其特征在于，所述温度采集单元包括：热敏电阻。

4.如权利要求1所述的充放电控制装置，其特征在于，所述电流采集单元包括霍尔传感器。

5.如权利要求2-4中任意一项所述的充放电控制装置，其特征在于，所述采集模组还包括：与所述处理器连接的通讯接口，所述采集模组通过所述通讯接口与外部进行数据交换。

6.一种智能电池，包括：壳体以及设置在所述壳体内的铅酸蓄电池本体，其特征在于，所述壳体内还设置有充放电控制装置；

所述充放电控制装置与所述铅酸蓄电池本体电连接，所述充放电控制装置包括：伺服模组以及采集模组；所述采集模组包括：

电压采集单元，所述电压采集单元连接到所述铅酸蓄电池本体的正负极之间，用于采集所述铅酸蓄电池的电压值；

电流采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池本体的电流值；

内部温度采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池本体的温度；

处理器，所述处理器用于接收所述铅酸蓄电池的电压值、所述电流值以及所述温度，向所述伺服模组输出控制指令；

所述伺服模组用于导通或者断开所述铅酸蓄电池本体的充放电回路。

7.如权利要求6所述的智能电池，其特征在于，还包括：与所述铅酸蓄电池本体电连接的至少一个新型铅酸蓄电池，所述新型铅酸蓄电池包括铅酸蓄电池本体以及所述采集模组。

8.如权利要求7所述的智能电池，其特征在于，所述新型铅酸蓄电池的数量大于或等于两个；

所述新型铅酸蓄电池之间串联连接。

9.如权利要求6-8中任意一项所述的智能电池，其特征在于，所述采集模组还包括：数据存储单元，所述数据存储单元与所述处理器连接，用于存储铅酸蓄电池出厂时的原始数据和从所述处理器输出的铅酸蓄电池使用过程中的状态参数。

10.如权利要求9所述的智能电池，其特征在于，所述内部温度采集单元包括：热敏电阻，所述热敏电阻设置在所述壳体内的中盖上贴近所述铅酸蓄电池本体内侧的位置。