CN106877460A - 直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，属于电源池领域，包括主控单元、供电单元、充电单元、采控单元、后台操作系统以及远传接口；本发明直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统可以将要发生过充电或过放电的单体蓄电池切离蓄电池组实施有效保护。强调供电保障,通过增加电源(DC/DC)方法，能够将本发明连接的所有单体蓄电池内蓄能全部释放出去，有效延长供电时间。本发明能够提高所保护蓄电池的使用寿命并且具有对蓄电池进行在线养护修复功能，同时可实现错峰用谷的用电功能。本发明具有在单体蓄电池失效情况下自动退出的功能，当本发明出现故障或失效时不影响蓄电池组原有备电供电功能。
Description
技术领域
本发明属于电源池领域，特别涉及到一种直流后备电源供电保障和蓄电池组保护系统。
背景技术
蓄电池广泛应用于军事、航天、通信、交通、新能源储能、金融、工农业生产等诸多领域，蓄电池的使用总量庞大。由于制造差异原因和非规范使用原因导致在某些行业的蓄电池实际使用寿命低于设计寿命，更远远低于理论寿命，因此造成严重的资源费和沉重的环境负担。影响蓄电池使用寿命原因是超出规定环境温度使用蓄电池以及对蓄电池过充电、过放电、欠充电等。
制造蓄电池物质决定了蓄电池的自然属性，通常一个单体蓄电池电压低，不能满足用电设备电压要求，需要用多单体蓄电池串联成组匹配用电设备，在实际使用中将多个单体蓄电池串联成蓄电池组使用。制造工艺水平不能避免蓄电池组内单体间内阻差异，现有的充电设备在充电时不能避免蓄电池组内某个或某几个单体过充电，同时又有某个或某几个单体欠充电。在供电时，现有的设备只能参考蓄电池组组端电压进行控制，不能避免蓄电池组内某个或某几个单体蓄电池过放电，因此蓄电池组每发生一次供电充电循环，单体蓄电池之间差异都会增大，加速某个或几个单体蓄电池劣化，缩短整组蓄电池使用寿命。也是由于单体蓄电池之间的差异，蓄电池组充电时必然有部分单体过充电，又有部分单体欠充电现象，过度充电导致蓄电池发热失水干枯，欠充电导致电池硫化。蓄电池组放电时存在部分单体过放电，
且存在多数单体有效储能不能充分释放现象。过充电、欠充电、过放电都会加速蓄电池劣化，提前终结蓄电池使用寿命。要克服前述弊端的有效方法，是对整组电池均衡充电管理，同时防止过放电现象发生，防止蓄电池组内单体之间的差异增大从而达到延长电池寿命目的。目前现有技术实现电池均衡的依据是电池电压，目标是使串联电池组的每个单体电池电压相等。电池组的均衡电路主要可概括为能量耗散型和能量转移型两大类。
因此现有技术当中迫切需要一种解决上述问题的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以随时监控各个单体蓄电池状态，即使有个别单体蓄电池失效也不影响备用电源供电，既能让每个单体蓄电池充分释放蓄能，又能防止每个单体蓄电池过充电、过放电、欠充电，既能延长供电时间提高备用电源供电可靠性又能保护蓄电池的供电保障及蓄电池保护系统方案。
直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，其特征是：包括主控单元、供电单元、充电单元、采控单元、后台操作系统、远传接口以及管理中心管控操作系统，所述的采控单元设置为一个以上，且均与待保护单体蓄电池并联连接，采控单元均与主控单元连接；所述主控单元分别与远传接口、供电单元、充电单元连接；所述后台操作系统的输出端与主控单元的输入端连接；所述远传接口与所述管理中心管控操作系统连接；
所述采控单元包括数据处理器、开关组、A/D转换器、二极管、通讯接口以及非易失存储器，所述数据处理器包括电压监测模块、数据传输模块以及数据分析模块；所述开关组与二极管并联后与数据处理器电路连接；所述A/D转换器与数据处理器电路连接；
所述主控单元包括数据处理器、物理连接接口以及通讯接口，所述数据处理器包括A/D转换器、数据分析模块、数据存储器以及数据传输模块；
所述供电单元包括电源(DC/DC)、数据处理器、通讯接口、非易失存储器、电流传感器以及A/D转换器；所述数据处理器分别与A/D转换器、电源(DC/DC)、通讯接口以及非易失存储器连接；所述电流传感器设置为两个，均与A/D转换器连接；
所述充电单元包括数据处理器、通信接口、非易失存储器、A/D转换器以及DC/DC电源；所述数据处理器分别与通信接口、非易失存储器以及电源(DC/DC)连接。
所述主控单元与供电单元、充电单元以及一个以上的采控单元均通过通讯接口连接。
所述供电单元中的电源(DC/DC)内含数控限流电路。
所述采控单元内部的开关组为电子开关、继电器节点或同类异类开关组合。
所述每个与单体蓄电池匹配的采控单元均将采集到的电压与电流通过内部数据处理器处理后传输给主控单元。
所述后台操作系统用于主控单元的现场系统升级、系统保护及系统设置。
本发明直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统可以将要发生过充电或过放电的单体蓄电池切离蓄电池组实施有效保护。强调供电保障，通过增加电源(DC/DC)方法，能够将本发明连接的所有单体蓄电池内蓄能全部释放出去，有效延长供电时间。本发明能够提高所保护蓄电池的使用寿命并且具有对蓄电池进行在线养护修复功能，同时可实现错峰用谷的用电功能。本发明具有在单体蓄电池失效情况下自动退出的功能，当本发明出现故障或失效时不影响蓄电池组原有备电供电功能。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的供电单元的电路图。
图3为本发明的充电单元的电路图。
图4为本发明的采控单元的电路图。
图中：1-主控单元、2-供电单元、3-充电单元、4-采控单元、5-后台操作系统、6-远传接口。
具体实施方式
下面结合附图1-4及具体实施方式对本发明作进一步说明：
直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，其特征是：包括主控单元1、供电单元2、充电单元3、采控单元4、后台操作系统5以及远传接口6；
所述采控单元4设置为一个以上，且分别与待保护单体蓄电池并联，采控单元4均与主控单元1连接；
所述主控单元1分别与供电单元2和充电单元3连接；
所述后台操作系统5的输出端与主控单元1的输入端连接；
所述远传接口6与管理中心管控操作系统连接，管理中心管控操作系统可与多套本直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统连接，进行统一的管控操作和升级工作。
所述采控单元4包括数据处理器、开关组、A/D转换器、二极管、通讯接口以及非易失存储器，所述数据处理器包括电压监测模块、数据传输模块以及数据分析模块；所述开关组与二极管并联后与数据处理器电路连接；所述A/D转换器与数据处理器电路连接；其中二极管还连接有电子开关、可控硅或同类异类元件组合，来满足本发明对二极管性能要求。
所述采控单元4的电路图如图4所示，A1表示前一个采控单元4的连接端，A2表示后一个采控单元4的连接端，B1表示蓄电池正极接线端，B2表示蓄电池负极接线端。
所述采控单元4实时与主控单元1保持通信，接受主控单元1下传的各种命令，同时上传主控单元1控制和管理所需的相关数据。
所述采控单元4采集并记录本单元的各项运行数据，同时分析计算本单体蓄电池上一轮充电后储电量以及本轮供电的预估供电时长。还可以对蓄电池的实际相对容量(电池劣化程度)进行自评测，为本发明的管理升级提供基础数据依据。
运行在充电状态时，采控单元4保证实时监测电池实时参数并与主控单元1通信，所连接单体蓄电池出现过充电时，将该单体蓄电池暂时切离充电回路实施过充电保护，当该单体蓄电池电压恢复到正常值时，采控单元4将该单体蓄电池重新投入到充电回路中。运行在供电状态时，采控单元4监测的单体蓄电池电压下降到下限时即刻将其切离供电回路，保证蓄电池储能全部释放出去，同时保护该单体蓄电池本身不受损害。
当电池组中某单体蓄电池出现故障时，与其连接的采控单元4主动把故障单体蓄电池切离电池组，可以有效防止因个别单体蓄电池失效影响整组蓄电池状况发生，提高备用电源的可靠性。
所述主控单元1包括数据处理器、物理连接接口以及通讯接口，所述数据处理器包括A/D转换器、数据分析模块、数据存储器以及数据传输模块；
所述主控单元1，负责系统内的供电单元2、充电单元3及各个采控单元4的通信协调和同步；
主控单元1负责进行数据交换，解析指令并传送出相应的执行命令，负责与供电单元2及充电单元3之间的数据交换，设置充电单元3的输出电压控制参数与限流控制参数，负责与供电单元2的数据交换及计算并设置供电参数，负责与后台操作系统5数据交换。
所述主控单元1通过远传接口6与管理中心管控操作系统间数据交换，负责与采控单元4间的数据传递，负责各个采控单元4下蓄电池运行的监测与控制，保证将采控单元4下的蓄电池储存的电能全部供应出去。保证各蓄电池的蓄能充分利用。
当后备电源处于备用状态时，主控单元1内的程序依据采控单元4采集蓄电池单体参数和工作状态，
控制出现过压情况的蓄电池的切除和投入。并可调整充电单元3的电压来匹配蓄电池组的充电电压，保证本发明正常运行。
主控单元1监测到外部供电停止时，迅速发出进入供电状态指令。根据蓄电池组组端电压，判断是否启动供电单元2，当蓄电池组端电压达到供电下限电压时，启动供电单元2，通过其中的电源(DC/DC)输出补偿电压补偿供电电压，满足用电要求，此时蓄电池内电压是下降的，但是通过补偿使系统供电电压恒定。
主控单元1通过供电单元2的电源(DC/DC)将蓄电池内的剩余能量升压后供给用电设备使用，使蓄电池中大部分剩余蓄能得到充分利用，当蓄电池蓄能释放到下限时，通过采控单元4对蓄电池进行保护切除，被切除蓄电池在本次供电过程中不再参与供电。
所述供电单元2包括电源(DC/DC)、数据处理器、通讯接口、非易失存储器、电流传感器以及A/D转换器；
所述数据处理器分别与A/D转换器、电源(DC/DC)、通讯接口以及非易失存储器连接；所述电流传感器设置为两个，均与A/D转换器连接；所述电源(DC/DC)用于补偿蓄电池电压。
所述供电单元2如图2所示，U0为对外供电电压满足公式：
U0＝U1+U2，其中U1为蓄电池组端输出电压，U2为电源(DC/DC)输出电压。图中DC/DC为电源，M1、M2为电流传感器分别测得电池组输出电流和供电单元2供出电流，经A/D转换后送给数据处理器。
供电单元2中的数据处理器，完成本供电单元2与主控单元1间的通信，当本发明启动进入供电状态时，对输出电压进行控制，对输出电流进行限流控制，实时采集输入电压变化，同时控制补偿电压幅度，随机参数和固定设置参数，存放在非易失存储器中。
供电单元2实时监测蓄电池组端电压，当组端电压下降到规定限值时供电单元2启动电源(DC/DC)，经过电源(DC/DC)补偿后输出的供电电压在规定值范围内，恒压输出保证用电设备正常用电。
本发明运行后只要有单体蓄电池剩余储能，且保证组端电压不低于电源(DC/DC)输入的下限值，供电单元2保证提供恒定的供电电压，当蓄电池组电压降到下限或电池储能用尽时供电单元2停止对外供电，本发明进入蓄电池组完全保护状态。
所述充电单元3包括数据处理器、通信接口、非易失存储器、A/D转换器以及电源(DC/DC)；所述数据处理器分别与通信接口、非易失存储器以及电源(DC/DC)连接；所述电源(DC/DC)用于对蓄电池进行充电。
所述充电单元3如图3所示，其中U1为输入电压，U0为输出电压,图中M1、M2为电流传感器。
充电单元3中的数据处理器测量充电单元3的充电电压和充电电流，接受主控单元1传来的参数及命令，向主控单元1传送充电单元3的实时采集的数据。
充电单元3接到主控单元1的指令后，开始或结束充电状态，充电时充电单元3根据主控单元1的参数设置限流参数，电压输出参数，当有单体蓄电池进入被保护状态时及时调整电压输出值，确保充电过程顺利完成，当蓄电池组供电时，充电单元3停止工作。
所述主控单元1与供电单元2、充电单元3以及一个以上的采控单元4均通过通讯接口连接。
所述供电单元2中的电源(DC/DC)内含数控限流电路。
所述采控单元4内部的开关组为电子开关、继电器节点或同类异类开关组合。
所述每个与单体蓄电池匹配的采控单元4均将采集到的电压与电流通过内部数据处理器处理后传输给主控单元1。
所述后台操作系统5用于主控单元1的现场系统升级、系统保护及系统设置。
Claims (6)
1.直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，其特征是：包括主控单元(1)、供电单元(2)、充电单元(3)、采控单元(4)、后台操作系统(5)以及远传接口(6)，所述采控单元(4)设置为一个以上，且均与待保护单体蓄电池并联，采控单元(4)均与主控单元(1)连接，所述主控单元(1)分别与供电单元(2)和充电单元(3)连接，所述后台操作系统(5)的输出端与主控单元(1)的输入端连接；所述远传接口(6)与管理中心管控操作系统连接；
所述采控单元(4)包括数据处理器、开关组、A/D转换器、二极管、通讯接口以及非易失存储器，所述数据处理器包括电压监测模块、数据传输模块以及数据分析模块；所述开关组与二极管并联后与数据处理器电路连接；所述A/D转换器与数据处理器电路连接；
所述主控单元(1)包括数据处理器、物理连接接口以及通讯接口，所述数据处理器包括A/D转换器、数据分析模块、数据存储器以及数据传输模块；
所述供电单元(2)包括电源(DC/DC)、数据处理器、通讯接口、非易失存储器、电流传感器以及A/D转换器；所述数据处理器分别与A/D转换器、电源、通讯接口以及非易失存储器连接；所述电流传感器设置为两个，均与A/D转换器连接；
所述充电单元(3)包括数据处理器、通信接口、非易失存储器、A/D转换器以及电源(DC/DC)；所述数据处理器分别与通信接口、非易失存储器以及电源(DC/DC)连接。
2.根据权利要求1所述的直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，其特征是：所述主控单元(1)与供电单元(2)、充电单元(3)以及一个以上的采控单元(4)均通过通讯接口连接。
3.根据权利要求1所述的直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，其特征是：所述供电单元(2)中的补偿电源内含数控限流电路。
4.根据权利要求1所述的直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，其特征是：所述采控单元(4)内部的开关组为电子开关、继电器节点或同类异类开关组合。
5.根据权利要求1所述的直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，其特征是：所述每个与单体蓄电池匹配的采控单元(4)均将采集到的电压与电流数据通过内部数据处理器处理后传输给主控单元(1)。
6.根据权利要求1所述的直流后备电源供电保障及蓄电池保护系统，其特征是：所述后台操作系统(5)用于主控单元(1)的系统现场升级、系统保护及系统设置。
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