CN106374548A - 一种充放电控制装置、方法和智能电池 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种充放电控制装置、方法和智能电池，所述充放电控制装置内置于铅酸蓄电池，包括电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元、处理器单元和伺服单元，电压采集单元、电流采集单元和温度采集单元能够准确采集铅酸蓄电池的电压、电流和内部温度，处理器单元根据伺服单元反馈的铅酸蓄电池充放电回路的通断状态计算充电回路导通和断开的持续时间。处理器单元根据获取的电压、电流、内部温度、充放电回路通断状态以及导通和断开的持续时间，来控制伺服单元导通和断开所述铅酸蓄电池的充放电回路，实现了铅酸蓄电池的间歇充电，避免了铅酸蓄电池长时间过充以及高温时充电等，有效地延长了铅酸蓄电池的寿命。

Description

一种充放电控制装置、方法和智能电池

技术领域

本申请涉及蓄电池充放电领域，尤其涉及到一种铅酸蓄电池的充放电控制装置和方法。

背景技术

阀控铅酸蓄电池，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和方法，有效地延长了铅酸蓄电池的寿命。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种充放电控制装置，用于控制铅酸蓄电池间歇充电，所述充放电控制装置包括：

电压采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池的电压；

电流采集单元，用于采集所述铅酸蓄电池的电流；

温度采集单元，设置于所述铅酸蓄电池内部，用于采集铅酸蓄电池内部的温度；

伺服单元，用于导通和断开所述铅酸蓄电池的充放电回路，并反馈所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态；

处理器单元，与电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元、伺服单元电连接，所述处理器单元根据伺服单元反馈的铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态计算铅酸蓄电池充电及放电的时间；所述处理器单元根据采集到的电压、电流、温度、伺服单元反馈的铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态以及充放电时间，来控制伺服单元导通或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，本申请提供一种充放电控制方法，用于控制铅酸蓄电池间歇充电，所述方法包括：

采集步骤：采集所述铅酸蓄电池的电压、电流以及内部的温度；获取所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态；

计算步骤：根据所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态计算铅酸蓄电池充电及放电的时间；

控制步骤：根据所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态、时间、所述采集的电压、电流和温度，控制所述充放电回路导通或断开。

根据本申请的第三方面，本申请提供一种智能电池，包括铅酸蓄电池和上述的充放电控制装置，所述充电控制装置设置于铅酸蓄电池内部。

本申请的有益效果是：

依上述实施的充放电控制装置、方法和智能电池，由于充放电控制装置内置于铅酸蓄电池内部，因此不仅可以采集到铅酸蓄电池内部的温度，用铅酸蓄电池内部的温度而非环境温度可以对铅酸蓄电池的使用状况进行更好地判断，而且充放电控制装置与铅酸蓄电池之间的接线和排线安全简单；本充放电控制方法和装置实时地采集铅酸蓄电池生产及运行(全生命周期的)参数，参数不仅包括电流和电压，还包括铅酸蓄电池的内部温度以及铅酸蓄电池充电回路导通和断开的持续时间，实现了对铅酸蓄电池的电流、电压和内部温度方便安全准确的监测，再根据所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态、时间、所述采集的电压、电流和温度，控制所述充放电回路导通或断开，从而有效对铅酸蓄电池进行了维护和保养，避免了铅酸蓄电池长时间过充以及高温时充电，有效地延长了铅酸蓄电池的使用寿命。

附图说明

图1为本申请一种实施例的智能电池的一种结构示意图；

图2为本申请一种实施例的智能电池的一种原理示意图；

图3为本申请一种实施例的充放电控制装置的一种结构示意图；

图4为本申请一种实施例的充放电控制方法的一种流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

请参照图1，本申请提出一种智能电池，包括铅酸蓄电池60和充放电控制装置70。铅酸蓄电池60用于市电中断时向不间断电源或开关电源80供电，以作为一后备电源。充放电控制装置70内置于铅酸蓄电池60内，采集铅酸蓄电池60运行过程中的参数，参数不仅包括电流和电压，还包括铅酸蓄电池60的内部温度以及铅酸蓄电池60充电回路导通和断开的持续时间。相比传统的蓄电池监控系统，由于本申请中充放电控制装置70内置于铅酸蓄电池60内，因此其接线、排线不复杂，不会干扰到外部供电线路，同时，还可以准确地检测到铅酸蓄电池60内的温度而非像现在技术一样用环境温度对铅酸蓄电池60的使用状况进行判断。

请参照图2，本申请的充放电控制装置70通过采集铅酸蓄电池60的电流、电压、内部温度、充放电时间等来判断铅酸蓄电池60的实时状况，并采用相应的应对措施，控制铅酸蓄电池60的充放电回路导通或断开，从而避免了铅酸蓄电池60长时间过充以及高温时充电等，有效地延长了铅酸蓄电池60的使用寿命，将其从传统的2～3年至少延长到6～9年。

在一具体实施例中，充放电控制装置70包括电压采集单元10、电流采集单元20、温度采集单元30、处理器单元40和伺服单元50。

电压采集单元10用于采集铅酸蓄电池60的电压。在一较优的实施例中，如图3所示，电压采集单元10并联于铅酸蓄电池60的充放电回路，通过分压电阻和运放调理电路的方式来采集铅酸蓄电池60的电压，采集的电压的误差小于0.2％。

电流采集单元20用于采集铅酸蓄电池60的电流。在一较优的实施例中，电流采集单元20采用霍尔传感器或分流器串联到铅酸蓄电池60的充放电回路的结构，再通过电阻实现电流到电压的转换，完成铅酸蓄电池60的电流采集，采集到的电流的误差小于1％。

温度采集单元30设置于铅酸蓄电池60的内部，用于采集铅酸蓄电池60内部的温度。在一较优的实施例中，温度采集单元30采用型号为DS18B20的温度芯片。

伺服单元50用于导通和断开铅酸蓄电池60的充放电回路，并实时反馈此铅酸蓄电池60的充放电回路的通断状态给处理器单元40。在一较优的实施例中，伺服单元50包括并联的续流二极管和通断开关，续流二极管用于当市电断电时瞬时接通铅酸蓄电池60的放电回路，通断开关用于闭合/断开时导通/断开铅酸蓄电池60的充电回路并反馈充放电回路通断的状态给处理器单元40。在一具体实施例中，通断开关为大电流低阻抗的直流接触器，续流二极管为大电流整流二极管。直流接触器响应处理器单元40的控制命令，断开或闭合铅酸蓄电池60的充放电回路，当直流接触器断开或闭合铅酸蓄电池60的充放电回路时，直流接触器的辅助触点会将铅酸蓄电池60的充放电回路的通断情况反馈给处理器单元40。大电流整流二极管当市电断电停电时由于其两端存在电压差，所以会瞬时自动导通，从而使铅酸蓄电池60可以向外放电以进行供电行动。在大电流整流二极管导通后，通过硬件或软件处理，伺服单元50可以在0.5秒内使直流接触器闭合，从而使铅酸蓄电池60的放电回路导通，保证了铅酸蓄电池60持续、正常地供电，因此伺服单元50当市电断电时能瞬时接通铅酸蓄电池60的放电回路，使铅酸蓄电池60做到无缝放电。当然，在大电流整流二极管导通后，伺服单元50可以检测铅酸蓄电池60是否处于放电状态(例如直流接触器是否闭合)，当检测到铅酸蓄电池60是处于放电状态、直流接触器是闭合状态，则伺服单元50不用控制使直流接触器闭合，当此时直流接触器是断开状态，则伺服单元50才需要控制使直流接触器闭合。

处理器单元40分别与电压采集单元10、电流采集单元20、温度采集单元30、伺服单元40电连接。处理器单元用于获取电压采集单元10、电流采集单元20和温度采集单元30采集到的铅酸蓄电池60的电压、电流和内部温度；处理器单元40还用于实时获取伺服单元50反馈的铅酸蓄电池60的充放电回路的通断状态，以及根据伺服单元50反馈的铅酸蓄电池60的充放电回路的通断状态计算或记录充电回路导通和断开的持续时间，充电回路导通和断开的持续时间分别可以用来表示铅酸蓄电池60持续充电的时间和持续未充电的时间。处理器单元40根据获取铅酸蓄电池60的电压、电流、内部温度、充放电回路通断状态和充电回路导通和断开的持续时间来控制伺服单元导通或断开铅酸蓄电池60的充放电回路。在一具体实施例中，处理器单元40当获取的温度大于第一温度阈值且充电电流小于第一电流阈值时，控制伺服单元50断开铅酸蓄电池60的充电回路，使铅酸蓄电池60处于不充电状态，这里可以用充电电流小于第一电流阈值来判定铅酸蓄电池60处于浮充状态；当充电回路导通的持续时间大于第一时间阈值且获取的电流小于第二电流阈值时，控制伺服单元50断开铅酸蓄电池60的充电回路；当充电回路断开的持续时间大于第二时间阈值或获取的电压小于第一电压阈值时，控制伺服单元50导通铅酸蓄电池60的充电回路。在另一些实施例中，处理器单元40也可以当获取的温度大于第一温度阈值时就控制伺服单元50断开铅酸蓄电池60的充电回路。本实施例中，第一温度阈值为45摄氏度，第一电流阈值为0.05C，第二电流阈值为0.01C，第一时间阈值为1小时，第二时间阈值为23小时，第一电压阈值为2.17V，这里第一电压阈值为2.17V针对的是单体铅酸蓄电池(额定电压为2V)，需要说明的是，上述第一温度阈值、第一电流阈值、第二电流阈值、第一时间阈值、第二时间阈值，第一电压阈值等参数可以根据实际情况在处理器单元40中进行调整和修改。在一较优的实施例中，处理器单元40采用型号为CY8C3866的低功耗单片机。

以上是本申请的充放电控制装置和智能电池的结构和工作原理说明。相应地，本申请还公开了一种充放电控制方法。

本申请的充放电控制方法，实时采集铅酸蓄电池60的电压、电流以及内部的温度，实时获取铅酸蓄电池60的充放电回路的通断状态，并根据充放电回路的通断状态计算铅酸蓄电池60充电及放电的持续时间；根据同一时刻点采集和获取到的上述铅酸蓄电池60的电压、电流、内部温度、充放电回路通断状态、充电回路导通和断开的持续时间，来控制铅酸蓄电池60的充电回路导通或断开。在一较优的实施例中，当采集的温度大于第一温度阈值且电流小于第一电流阈值时控制断开所述铅酸蓄电池60的充电回路；当充电回路导通的持续时间大于第一时间阈值且采集的电流小于第二电流阈值时控制断开所述铅酸蓄电池60的充电回路；当充电回路断开的持续时间大于第二时间阈值或采集的电压小于第一电压阈值时控制导通所述铅酸蓄电池60的充电回路。在另一些实施例中，可以当采集的温度大于第一温度阈值时就控制断开所述铅酸蓄电池60的充电回路。本实施例中，第一温度阈值为45摄氏度，第一电流阈值为0.05C，第二电流阈值为0.01C，第一时间阈值为1小时，第二时间阈值为23小时，第一电压阈值为2.17V，这里第一电压阈值为2.17V针对的是单体铅酸蓄电池(额定电压为2V)，上述第一温度阈值、第一电流阈值、第二电流阈值、第一时间阈值、第二时间阈值，第一电压阈值等参数可以根据实际情况进行调整和修改。在实际情况中，可以根据需要，令第一电流阈值大于或小于第二电流阈值，也可令第一电流阈值等于第二电流阈值。

在一具体实施例中，不妨令第一电流阀值与第二电流阈值相等，请参照图4，此时充放电控制方法包括以下步骤：

步骤S100，采集铅酸蓄电池60的电压u、电流i以及内部的温度T。

步骤S101，获取铅酸蓄电池60的充放电回路的通断状态，具体地，可获取铅酸蓄电池60的充电回路是处于导通还是断开的状态。

步骤S102，根据铅酸蓄电池60的充放电回路的通断状态来计算铅酸蓄电池60的充电回路导通的持续时间t_on和断开的持续时间t_off。在一具体实施例中，可以先进行初始化，将充电回路导通和断开的持续时间t_on、t_off都设置为0，并获取铅酸蓄电池60的充放电回路的通断状态，若获取此刻充电回路为导通状态，则充电回路导通持续时间t_on开始计时，若获取此刻充电回路为断开状态，则充电回路断开持续时间t_off开始计时。当上一刻获取充电回路为导通状态，下一刻获取充电回路仍为导通状态，则充电回路导通持续时间t_on继续计时；当上一刻获取充电回路为导通状态，下一刻获取充电回路为断开状态，则充电回路导通持续时间t_on清零，充电回路断开持续时间t_off开始计时。同样地，当上一刻获取充电回路为断开状态，下一刻获取充电回路仍为断开状态，则充电回路断开持续时间t_off继续计时；当上一刻获取充电回路为断开状态，下一刻获取充电回路为导通状态，则充电回路断开持续时间t_off清零，充电回路导通持续时间t_on开始计时。

步骤S120，判断铅酸蓄电池60的充电回路导通状态，若铅酸蓄电池60的充电回路为导通状态，则进行步骤S121；反之，若铅酸蓄电池60的充电回路为断开状态，则进行步骤S123。

步骤S121，判断铅酸蓄电池60的电流i是否小于电流阈值i₁，若铅酸蓄电池60的电流i小于电流阈值i₁，则进行步骤S122；反之，若铅酸蓄电池60的电流i不小于电流阈值i₁，则进行步骤S130。

步骤S122，判断铅酸蓄电池60充电回路导通的持续时间t_on是否大于第一时间阈值t₁或采集的铅酸蓄电池60内部的温度T大于第一温度阈值T₁，若铅酸蓄电池60充电回路导通的持续时间t_on大于第一时间阈值t₁或铅酸蓄电池60内部的温度T大于第一温度阈值T₁，则进行步骤S131，断开铅酸蓄电池60的充电回路；反之，若铅酸蓄电池60充电回路导通的持续时间t_on不大于第一时间阈值t₁且铅酸蓄电池60内部的温度T不大于第一温度阈值T₁，则进行步骤S130。

步骤S123，判断铅酸蓄电池60充电回路断开的持续时间t_off是否大于第二时间阈值t₂或铅酸蓄电池60的电压u是否小于第一电压阈值u₁，若铅酸蓄电池60充电回路断开的持续时间t_off大于第二时间阈值t₂或铅酸蓄电池60的电压u小于第一电压阈值u₁，则进行步骤S132，导通铅酸蓄电池60的充电回路；反之，若铅酸蓄电池60充电回路断开的持续时间t_off不大于第二时间阈值t₂且铅酸蓄电池60的电压u不小于第一电压阈值u₁，则进行步骤S130。

步骤S130，缺省操作，即不进行操作以维持铅酸蓄电池60的充电回路的原状态。在进行完步骤S130、S131和S132，又重新从步骤S100开始进行，从而可以实时或定时获取铅酸蓄电池60运行过程的数据，以及根据这些数据导通或断开铅酸蓄电池60的充电回路。

需要说明的是，本申请中在市电正常时，当铅酸蓄电池60的充电回路导通时，铅酸蓄电池60处于充电状态，当其充电回路断开时，铅酸蓄电池60处于不充电状态；同样地，在市电断电时，当铅酸蓄电池60的放电回路导通时，铅酸蓄电池60处于放电状态以供电，当其放电回路断开时，铅酸蓄电池60处于不放电状态，即不对外进行供电，当然，在市电断电时，即使直流接触器开关是断开的，但由于硬件上有续流二极管的作用，实际上放电电路并没有断开，因此不影响铅酸蓄电池60的供电。综上，在市电正常时，铅酸蓄电池60不需要放电来对外供电，而是需要充电以保持电量是满的，因此此时铅酸蓄电池60的充电回路是导通的，在这期间，为了避免长时间过充以及高温充电等，本申请通过获取的铅酸蓄电池60的电压、电流、内部温度、充电回路通断状态、充电回路导通和断开的持续时间来控制充电回路的导通和断开。

铅酸蓄电池60若长时间处于连续浮充状态，会造成铅酸蓄电池60的板栅不断腐蚀，铅酸蓄电池60的内部也不断失水，进而导致铅酸蓄电池60寿命短，而铅酸蓄电池60处于高温条件下继续充电，这会进一步加速了铅酸蓄电池60的老化，缩短了铅酸蓄电池60的寿命，而本申请公开的充放电控制装置、方法和智能电池，通过采集铅酸蓄电池60运行过程中的参数，参数不仅包括电流和电压，还包括铅酸蓄电池60的内部温度以及铅酸蓄电池60充电回路导通和断开的持续时间，实现了铅酸蓄电池60的间歇充电，避免了铅酸蓄电池60长时间过充以及高温时充电等，有效地延长了铅酸蓄电池60的寿命。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，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，用于控制铅酸蓄电池(60)间歇充电，其特征在于，包括：

电压采集单元(10)，用于采集所述铅酸蓄电池的电压；

电流采集单元(20)，用于采集所述铅酸蓄电池的电流；

温度采集单元(30)，设置于所述铅酸蓄电池内部，用于采集铅酸蓄电池的温度；

伺服单元(50)，用于导通和断开所述铅酸蓄电池的充放电回路，并反馈所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态；

处理器单元(40)，与电压采集单元、电流采集单元、温度采集单元、伺服单元电连接，所述处理器单元根据伺服单元反馈的铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态计算铅酸蓄电池充电回路导通和断开的持续时间；所述处理器单元根据采集到的电压、电流、温度、伺服单元反馈的铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态以及充电回路导通和断开的持续时间，来控制伺服单元导通或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，所述处理器单元(40)：

当采集的温度大于第一温度阈值且充电电流小于第一电流阈值时，控制伺服单元断开所述铅酸蓄电池的充电回路；

当充电回路导通的持续时间大于第一时间阈值且采集的电流小于第二电流阈值时，控制伺服单元断开所述铅酸蓄电池的充电回路；

当充电回路断开的持续时间大于第二时间阈值或采集的电压小于第一电压阈值时，控制伺服单元导通所述铅酸蓄电池的充电回路。

3.如权利要求2所述的充放电控制装置，其特征在于，所述第一温度阈值为45摄氏度，所述第一电流阈值为0.05C，第二电流阈值为0.01C，所述第一时间阈值为1小时，第二时间阈值为23小时，第一电压阈值为2.17V。

4.如权利要求1所述的充放电控制装置，所述铅酸蓄电池用于市电中断时向不间断电源或开关电源供电，其特征在于，所述伺服单元(50)当市电断电时瞬时接通铅酸蓄电池的放电回路。

5.如权利要求4所述的充放电控制装置，其特征在于，所述伺服单元(50)包括并联的续流二极管和通断开关，所述续流二极管用于当市电断电时瞬时接通铅酸蓄电池的放电回路，所述通断开关闭合/断开时导通/断开所述铅酸蓄电池的充电回路以及将充电回路通断的状态反馈给处理器单元。

6.一种充放电控制方法，用于控制铅酸蓄电池间歇充电，其特征在于，包括：

采集步骤：采集所述铅酸蓄电池的电压、电流以及内部的温度；获取所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态；

计算步骤：根据所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态计算铅酸蓄电池充电回路导通和断开的持续时间；

控制步骤：根据所述铅酸蓄电池的充放电回路的通断状态、时间、所述采集的电压、电流和温度，控制所述充放电回路导通或断开。

7.如权利要求6所述的充放电控制方法，其特征在于，所述控制步骤包括：

当采集的温度大于第一温度阈值且充电电流小于第一电流阈值时控制断开所述铅酸蓄电池的充电回路；

当充电回路导通的持续时间大于第一时间阈值且采集的电流小于第二电流阈值时控制断开所述铅酸蓄电池的充电回路；

当充电回路断开的持续时间大于第二时间阈值或采集的电压小于第一电压阈值时控制导通所述铅酸蓄电池的充电回路。

8.如权利要求7所述的充放电控制方法，其特征在于，所述第一温度阈值为45摄氏度，所述第一电流阈值为0.05C，第二电流阈值为0.01C，所述第一时间阈值为1小时，第二时间阈值为23小时，第一电压阈值为2.17V。

9.如权利要求6所述的充放电控制方法，其特征在于，还包括瞬间供电步骤：当市电断电时瞬时接通铅酸蓄电池的放电回路。

10.一种智能电池，其特征在于，包括：

铅酸蓄电池；

权利要求1至5中任一项所述的充放电控制装置，所述充电控制装置设置于铅酸蓄电池内部。