CN107276154B - 自适应蓄电池单体均衡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种具有蓄电池单体均衡功能的蓄电池状态巡检仪及其实现方法，采用可控式电阻分流，根据均衡需要实现快速放电，同时为每一个蓄电池单体密封压力传感器，精确反馈蓄电池内部压力变化情况，防止蓄电池的过充。不仅可以实现蓄电池巡检功能，还能通过控制#1蓄电池组、#2蓄电池组、就地备用蓄电池组三者之间进行能量均衡，以达到#1蓄电池组、#2蓄电池组、就地备用蓄电池组三者均处于均衡的最佳充电状态，获得蓄电池直流系统的最大容量，解决了蓄电池均衡速度慢，效率低的问题。

Description

自适应蓄电池单体均衡装置
技术领域
本发明涉及变电站蓄电池的技术领域，更具体地，涉及一种自适应蓄电池单体均衡装置。
背景技术
蓄电池单体在出厂时无法保证每个单体参数均一致；供电企业在进行采购时，亦以单体参数误差在一定数值以内作为验收标准。变电站站用蓄电池或通信用蓄电池均是将若干蓄电池单体串联成组，通过基于高频开关的直流充电机直接对整组蓄电池进行充放电控制，并通过蓄电池状态巡检仪对每组蓄电池的端电压、温度等参数进行测量和监视。供电企业的蓄电池系统具有一定数量的就地备用单体。如，某个变电站站用直流采用110V电压等级，故此其蓄电池系统采用52组蓄电池串联，同时准备2个就地备用单体蓄电池。
发明内容
供电企业现有的将整组蓄电池以整组控制的充放电运行方式下，蓄电池在浮充电时将无可避免地存在这种现象(供电企业的蓄电池99％以上的工作时间均处于浮充状态)：大部分单体处在浮充状态，而某个单体处在过充状态，某个单体处在欠充状态。而这种现象亦会无可避免地导致蓄电池组的电池容量降低，减少蓄电池使用寿命，甚至会导致核容试验不合格(实际容量<80％*额定容量时即判断为核容不合格，此时需要对蓄电池进行更换)。
现阶段蓄电池的均衡方法主要有以下几种：
1、每个单体电池附加一个均衡电路，起到分流作用，防止其过充，但此方法均衡速度慢，可控性较差；
2、采用一组变压器来实现均衡充电，利用变压器各个绕组间的漏感进行电压均衡。但变压器结构复杂，制作要求和成本很高，所以此种方法并不理想；
3、采用电容均衡，其实质是依靠单体电池间的电压差实现能量在相邻两单体电池间转移，电压差越大，均衡效果越明显。而实际中个单体蓄电池间的端电压差值小，导致此方法的均衡效果不明显，均衡效率低。
为实现上述目的，本发明设计了一种具有蓄电池单体均衡功能的蓄电池状态巡检仪及其实现方法，采用可控式电阻分流，根据均衡需要实现快速放电，同时为每一个蓄电池单体密封压力传感器，精确反馈蓄电池内部压力变化情况，防止蓄电池的过充。不仅可以实现蓄电池巡检功能，还能通过控制#1蓄电池组、#2蓄电池组、就地备用蓄电池组三者之间进行能量均衡，以达到#1蓄电池组、#2蓄电池组、就地备用蓄电池组三者均处于均衡的最佳充电状态，获得蓄电池直流系统的最大容量。解决了蓄电池均衡速度慢，效率低的问题。
本发明具体技术方案如下：
一种自适应蓄电池单体均衡装置，包括：#1蓄电池组、#2蓄电池组、#1充电机、#2充电机、就地备用蓄电池组和巡检仪；其中，#1蓄电池组、#2蓄电池组分别由#1充电机、#2充电机进行串联充电，同时将#1蓄电池组、#2蓄电池组内的每个单体并联接入巡检仪，将就地备用蓄电池组内电池单体并联接入巡检仪；
其中，巡检仪包括：判定模块、均衡决策模块、均衡执行模块；
判定模块，通过密封压力传感器检测蓄电池内部的气体压力，判定蓄电池的荷电状态；
均衡决策模块，依据压力传感器反馈的信号，运用均衡决策算法作用于均衡执行模块，并按照均衡控制流程图来执行蓄电池单体的均衡；
均衡执行模块，对蓄电池单体进行双向非能耗式的能量均衡和单向能耗式的能量均衡。
进一步，压力传感器的密封方式为：在蓄电池安全阀的位置处钻一个小孔，再加上O型圈，通过紧固件拧紧，密封。
压力传感器可以探测电池内的氢气的多少，由此给予均衡控制器控制信息，可精确地把控铅酸蓄电池的反应进度和平衡。压力传感器可采用与蓄电池腔体直接连通的方式，也可通过铯膜与蓄电池腔体连通，形成“压力传感器内的氢气浓度是与蓄电池腔体浓度平衡，而对于其余物质(如硫酸溶液等)，压力传感器是与蓄电池腔体隔绝的”。压力传感器采用氢气浓度传感器。
进一步，均衡控制流程图包括以下步骤：
S1，判断就地备用蓄电池组中欠充的蓄电池的集合，若该集合不为空集则转入步骤S2，若该集合为空集转入步骤S3；
S2，分别判断#1蓄电池组、#2蓄电池组是否有过充的蓄电池集合，若有过充的蓄电池集合，过充的蓄电池集合对就地备用蓄电池组中欠充的蓄电池的集合充电，若没有过充的蓄电池集合，#1蓄电池组或#2蓄电池组对就地备用蓄电池组中欠充的蓄电池的集合充电，再一次转入步骤S1；
S3，分别判断#1蓄电池组、#2蓄电池组、就地备用蓄电池组是否有过充的蓄电池集合，若有过充的蓄电池集合，对其进行单向能耗式的能量均衡，结束进程。
进一步，步骤S2中优先采用#1蓄电池组或#2蓄电池组中达到额定电压的蓄电池集合对就地备用蓄电池组中欠充的蓄电池的集合充电，若#1蓄电池组或#2蓄电池组中没有达到额定电压的蓄电池集合，则采用#1蓄电池组或#2蓄电池组中欠充的蓄电池组合。
进一步，单向能耗式的能量均衡采用电阻分流均衡，控制器收到传感器反馈的信号，闭合过充的蓄电池单体并联电阻的电子开关，实现分流，避免蓄电池过充。
采用的一种单向能耗电路，即是可分段调节释能电流的，以此配合氢气信息反馈。
进一步，双向非能耗式的能量均衡采用电容均衡、电感均衡、DC-DC均衡、反激式电压均衡中的一种。
双向释能本身是可以控制能量流动的路径的，所以天然地可以配合氢气信息反馈。
进一步，所述蓄电池巡检仪还包括：人机交互模块。
给予操作人员读取设备信息，设定某些阈值参数等作用。
进一步，所述蓄电池巡检仪还包括：电源供应模块、通信接口模块、自检模块、感温装置。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：可高效地解决投运年限已久的蓄电池组(特别是劣化程度较深的蓄电池组)和新投运的蓄电池组充放电中因部分单体过充或过放导致的蓄电池组容量降低的技术难题，并使得就地备用单体一直处在最佳状态和最大容量，实现电池的均衡充电，通过提高蓄电池充电容量来提高蓄电池的放电时间，延长蓄电池使用寿命，降低生产维护成本，并进一步保证电力系统的安全运行。
附图说明
图1是本发明的自适应蓄电池单体均衡装置的连接电路。
图2是本发明的巡检仪均衡控制流程图。
图3为本发明的均衡执行模块示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
请参照图1，一种自适应蓄电池单体均衡装置，包括：#1蓄电池组1、#2蓄电池组2、#1充电机、#2充电机、就地备用蓄电池组3和巡检仪4；其中，#1蓄电池组1、#2蓄电池组2分别由#1充电机、#2充电机进行串联充电，同时将#1蓄电池组1、#2蓄电池组2内的每个单体并联接入巡检仪4，将就地备用蓄电池组3内电池单体并联接入巡检仪4。
巡检仪4包括：判定模块、均衡决策模块、均衡执行模块5。
判定模块，通过密封压力传感器检测蓄电池内部的气体压力，判定蓄电池的荷电状态。压力传感器的密封方式为：在蓄电池安全阀的位置处钻一个1mm的小孔，再加上O型圈，通过紧固件拧紧，密封。其判定原理如下：当蓄电池内有氧气析出时，正极的充电效率下降。而电池内气体压力与氧气含量相关，通过密封的压力传感器实时监视蓄电池内部压力变化，判断蓄电池是否过充。
均衡决策模块5，依据压力传感器反馈的信号，运用均衡决策算法作用于均衡执行模块，并按照均衡控制流程图来执行蓄电池单体的均衡。
巡检仪的均衡控制流程图如图2所示。为便于描述，分别将#1蓄电池组、#2蓄电池组、就地备用蓄电池组重命名为A、B、C蓄电池组。流程图中，A过代表#1蓄电池组中过充的蓄电池的集合，A额代表#1蓄电池组中达到额定电压的蓄电池的集合，A欠代表#1蓄电池组中欠充的蓄电池的集合，B过、B额、B欠、C过、C额、C欠同理。
“A过存在？”是指判断A过是否为空集；“B过存在？”“C过存在？”“C欠存在？”同理。
“对A过释能”是指对A过进行单向能耗式的能量均衡；“对B过释能”“对C过释能”同理。
“A过为C欠充电”是指进行能量流动方向受控的非能耗式的能量均衡，将A过集合的单体能量转移至C欠集合的单体能量；“B过为C欠充电”“A额为C欠充电”“欠过为C欠充电”同理。
流程图中的具体步骤如下。
S1，设立参数K，令K＝1。
S2，判断“C欠存在？”；若为否，转入S9；若为是，转入S3。
S3，判断“B过存在？”；若为否，转入S5；若为是，转入S4。
S4，B过为C欠充电，令K＝1，回到S2。
S5，判断“A过存在？”；若为否，转入S7；若为是，转入S6。
S6，A过为C欠充电，令K＝1，回到S2。
S7，A额为C欠充电，令K＝1，转入S8。
S8，A欠为C欠充电，令K＝1，回到S2。
S9，判断“A过存在？”；若为否，转入S11；若为是，转入S10。
S10，对A过释能，令K＝1，回到S9。
S11，判断“B过存在？”；若为否，转入S13；若为是，转入S12。
S12，对B过释能，令K＝1，回到S11。
S13，判断“C过存在？”；若为否，转入S15；若为是，转入S14。
S14，对C过释能，令K＝1，回到S13。
S15，令K＝K+1。
S16，判断“K＝2？”；若为否，回到S2；若为是，结束流程。
流程图表示是巡检仪在一次巡检的逻辑执行，本次逻辑执行的结束状态是A、B、C三组蓄电池内的A过、B过、C过、C欠均为空集。
流程图中未对A欠，B欠进行控制，是因为A与B仍然接在直流系统上进行充电，蓄电池组内的每个单体都在接收着直流系统的充电电能，将不断减少A欠、B欠集合内的元素数量。
均衡执行模块，对蓄电池单体进行双向非能耗式的能量均衡和单向能耗式的能量均衡。单向能耗式的能量均衡如图3所示，采用电阻分流均衡。控制器收到传感器反馈的信号，闭合过充的蓄电池单体并联电阻的电子开关，实现分流，避免蓄电池过充。双向非能耗式的能量均衡可采用电容均衡、电感均衡、DC-DC均衡、反激式电压均衡或其他均衡方式；其中双向非能耗式的能量均衡是能量流动方向受控的能量转移方式，可通过运放、DC斩波或其他方法令低电压单体的能量转移至高电压单体。
巡检仪4还可以包括人机交互模块和其他必须的装置供应模块。其中，人机交互模块包括屏幕、音响、按钮、灯光；其他必须的装置供应模块可以是电源供应模块、通信接口模块、自检模块、感温装置。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自适应蓄电池单体均衡装置，其特征在于，包括：#1蓄电池组、#2蓄电池组、#1充电机、#2充电机、就地备用蓄电池组和巡检仪；其中，#1蓄电池组、#2蓄电池组分别由#1充电机、#2充电机进行串联充电，同时将#1蓄电池组、#2蓄电池组内的每个单体并联接入巡检仪，将就地备用蓄电池组内电池单体并联接入巡检仪；
其中，巡检仪包括：判定模块、均衡决策模块、均衡执行模块；
判定模块，通过密封压力传感器检测蓄电池内部的气体压力，判定蓄电池的荷电状态，从而确定蓄电池是否过充；
均衡决策模块，依据压力传感器反馈的信号，运用均衡决策算法作用于均衡执行模块，并按照均衡控制流程图来执行蓄电池单体的均衡；
均衡执行模块，对蓄电池单体进行双向非能耗式的能量均衡和单向能耗式的能量均衡；
其中，均衡控制流程图包括以下步骤：
S1，判断就地备用蓄电池组中欠充的蓄电池的集合，若该集合不为空集则转入步骤S2，若该集合为空集则转入步骤S3；
S2，分别判断#1蓄电池组、#2蓄电池组是否有过充的蓄电池集合，若有过充的蓄电池集合，过充的蓄电池集合对就地备用蓄电池组中欠充的蓄电池的集合充电，若没有过充的蓄电池集合，#1蓄电池组或#2蓄电池组对就地备用蓄电池组中欠充的蓄电池的集合充电，再一次转入步骤S1；
S3，分别判断#1蓄电池组、#2蓄电池组、就地备用蓄电池组是否有过充的蓄电池集合，若有过充的蓄电池集合，对其进行单向能耗式的能量均衡，结束进程；
单向能耗式的能量均衡采用电阻分流均衡，控制器收到传感器反馈的信号，闭合过充的蓄电池单体并联电阻的电子开关，实现分流，避免蓄电池过充；
单向能耗式的能量均衡能够分段调节释能电流，以此配合压力传感器的信号反馈；
双向非能耗式的能量均衡采用电容均衡、电感均衡、DC-DC均衡、反激式电压均衡中的一种；
双向非能耗式的能量均衡能够控制能量流动的路径，以此配合压力传感器的信号反馈。
2.根据权利要求1所述的自适应蓄电池单体均衡装置，其特征在于：步骤S2中优先采用#1蓄电池组或#2蓄电池组中达到额定电压的蓄电池集合对就地备用蓄电池组中欠充的蓄电池的集合充电，若#1蓄电池组或#2蓄电池组中没有达到额定电压的蓄电池集合，则采用#1蓄电池组或#2蓄电池组中欠充的蓄电池组合。
3.根据权利要求1至2之一所述的自适应蓄电池单体均衡装置，其特征在于：压力传感器的密封方式为：在蓄电池安全阀的位置处钻一个小孔，再加上O型圈，通过紧固件拧紧，密封。
4.根据权利要求1至2之一所述的自适应蓄电池单体均衡装置，其特征在于：所述蓄电池巡检仪还包括：人机交互模块。
5.根据权利要求1至2之一所述的自适应蓄电池单体均衡装置，其特征在于：所述蓄电池巡检仪还包括：电源供应模块、通信接口模块、自检模块和感温装置。
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