CN109149015A - 适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置。蓄电池作为变电站后备电源的核心，在变电站失去外部电源时，对站内的断路器、保护等设备供电，蓄电池的性能直接影响着电网的运行可靠。一种适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，其组成包括：恒温箱体（1），恒温箱体一侧具有防水充电口(2)、开关键（3），恒温箱体的内部具有磷酸铁锂电池（4）、加热片（5）和控制电路，加热片以导热硅脂粘接于磷酸铁锂电池散热铝板上，控制电路是采集电池表面温度值与预先设定好的温度阀值进行比较，达到加热条件驱动所述的加热片对磷酸铁锂电池进行加热。本发明应用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置。

Description

适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置

技术领域：

本发明涉及一种适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置。

背景技术：

蓄电池作为变电站后备电源的核心，在变电站失去外部电源时，对站内的断路器、保护等设备供电，蓄电池的性能直接影响着电网的运行可靠。

随着变电站系统自动化和智能化的发展，对变电站用备用电源系统提出更高的要求，铅酸电池由于其自身不耐高温、不耐过充、不耐过放、以及维护工作量大等缺陷，阻碍着变电站现代化的进程。而磷酸铁锂电池作为新型的二次电源，以其工作电压高、能量密度大、安全性能好、自放电率小、无记忆效应等优点，成为二次电池产业发展极具潜力的储能电池。但是在低于零下10℃的环境可导致磷酸铁锂电池的电池性能下降50%以上，但目前并没有对于磷酸铁锂电池在低温环境下能正常工作的解决方案。

发明内容：

本发明的目的是提供一种适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，其组成包括：恒温箱体，所述的恒温箱体一侧具有防水充电口、开关键，所述的恒温箱体的内部具有磷酸铁锂电池、加热片和控制电路，所述的加热片以导热硅脂粘接于所述的磷酸铁锂电池散热铝板上，所述的控制电路是采集电池表面温度值与预先设定好的温度阀值进行比较，达到加热条件驱动所述的加热片对所述的磷酸铁锂电池进行加热，所述的控制电路具有电源电路、MCU电路、温度检测电路、加热电路、温度阀值设定电路、声光报警电路。

所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，所述的电源电路为各个部件提供稳定的+3.3V电压，所述的MCU电路被配置成输入的I/O端口与所述的温度采集电路和所述的温度阀值设定电路连接，分别采集温度数据与设定温度阀值，所述的MCU电路被配置成输出的I/O端口与加热电路和声光报警电路连接，提供加热和报警的驱动信号。

所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，所述的加热片为碳纤维电热片，所述的加热片为12v/6w，配用所述的磷酸铁锂电池为12.2v/2000mAH。

所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，所述的电源电路采用LM2596降压芯片，所述的LM2596降压芯片是开关电压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流。

所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，所述的MCU电路采用STM32F103VBT6芯片，所述的温度检测电路温度检测采用DS18B20传感器，所述的DS18B20传感器采用单线接口方式，所述的加热电路采用MOSFET器件驱动碳纤维加热片。

所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置的控制方法，

首先，开启恒温箱电源后，恒温箱的控制电路首先对磷酸铁锂电池的电压进行检测，如果低于电压阀值则开启声光报警，提醒操作人员电量不足，恒温箱的控制电路再对磷酸铁锂电池温度进行多点温度检测，如果检测结果低于温度阀值则对加热片进行供电；由于磷酸铁锂电池工作时会自动放热，当磷酸铁锂电池本身放热到30℃时，加热片停止工作，并继续监测电池温度。

本发明的有益效果：

1.本发明开启恒温箱电源后，恒温箱的控制电路首先对磷酸铁锂电池的电压进行检测，如果低于电压阀值则开启声光报警，提醒操作人员电量不足；恒温箱的控制电路再对磷酸铁锂电池温度进行多点温度检测，如果检测结果低于温度阀值则对加热片进行供电；由于磷酸铁锂电池工作时会自动放热，当磷酸铁锂电池本身放热到20℃时，加热片停止工作，并继续监测电池温度。

2.本发明采用闭环控制温度方式，实时监测磷酸铁锂电池表面温度，当低于阀值时自动开始加温，将温度控制在零上20℃。当磷酸铁锂电池工作时本身放热，一旦磷酸铁锂电池本身放热达到合适温度时电热系统停止工作并继续监测电池温度。恒温箱外部设有低电量示警及充电口，使得电池封闭性进一步提升。为变电站系统在复杂环境下的长期稳定工作提供了保障。

本发明控制电路的主要作用是采集磷酸铁锂电池表面温度值与预先设定好的温度阀值进行比较，如达到加热条件驱动碳纤维加热片对电池进行加热。可以根据不同的使用环境，通过键盘设定不同的温度阀值，满足各种使用条件。

本发明使用的导热碳纤维是一种为热工设计所开发的高导热碳纤维材料，这种碳纤维在纤维方向上的导热系数可以超过铜，最高可以达到700W/mk，同时具有良好的机械性能、导电性能和优异的导热及辐射散热能力，由这种碳纤维制成的纤维状高导热碳粉本身呈纤维状，可以设计导热取向。

本发明磷酸铁锂电池是蓄电池为变电站失电时的备用电源，采用恒温箱对磷酸铁锂电池的温度进行控制，恒温箱的内部电源为恒温箱自带电源，在变电站失去电源时进行工作，内部具有电池温度进行多点温度检测，可以对电池温度进行实时检测，控制电池温度保持在30度，防止电池性能受到影响。

本发明的磷酸铁锂电池是作为变电站失电时的备用电源，采用恒温箱对磷酸铁锂电池的温度进行控制，恒温箱的内部有自备供电装置，在变电站失去电后，可自动切换到自备供电，并启动对电池温度进行实时检测，控制电池温度保持为零上20℃，防止磷酸铁锂电池因工作环境温度过低，其供电性能受到影响。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的电路结构示意图。

附图3是电源电路的原理图。

附图4是MCU电路的电路原理图。

附图5是温度检测电路的原理图。

附图6是加热电路的原理图。

附图7是温度阀值设定电路的原理图。

附图8是声光报警电路的原理图。

具体实施方式：

实施例1：

一种适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，其组成包括：恒温箱体1，所述的恒温箱体一侧具有防水充电口2、开关键3，所述的恒温箱体的内部具有磷酸铁锂电池4、加热片5和控制电路，所述的加热片以导热硅脂粘接于所述的磷酸铁锂电池散热铝板上，所述的控制电路是采集电池表面温度值与预先设定好的温度阀值进行比较，达到加热条件驱动所述的加热片对所述的磷酸铁锂电池进行加热，所述的控制电路具有电源电路6、MCU电路7、温度检测电路8、加热电路9、温度阀值设定电路10、声光报警电路11。

实施例2：

根据实施例1所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，所述的电源电路为各个部件提供稳定的+3.3V电压，所述的MCU电路被配置成输入的I/O端口与所述的温度采集电路和所述的温度阀值设定电路连接，分别采集温度数据与设定温度阀值，所述的MCU电路被配置成输出的I/O端口与加热电路和声光报警电路连接，提供加热和报警的驱动信号。

实施例3：

根据实施例1或2所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，所述的加热片为碳纤维电热片，所述的加热片为12v/6w，配用所述的磷酸铁锂电池为12.2v/2000mAH。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，所述的电源电路采用LM2596降压芯片，所述的LM2596降压芯片是开关电压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，所述的MCU电路采用STM32F103VBT6芯片，所述的温度检测电路温度检测采用DS18B20传感器，所述的DS18B20传感器采用单线接口方式，所述的加热电路采用MOSFET器件驱动碳纤维加热片。

实施例6:

温度阀值通过键盘设定，单片机扫描键盘输入值，保存到内部存储器。当系统运行时，传感器采集的温度达到阀值之后，单片机通过蜂鸣器和发光二极管进行声光报警，可以更直观的掌握磷酸铁锂电池温度情况。当温度过低过高时可以提醒操作人员对电池进行维护，增强人机交互。

实施例7:

电源部分

电源部分采用LM2596降压芯片，LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的负载调节特性。固定输出型有3.3V、5V、12V，可调输出型可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，简化了电源电路的设计。

实施例8：

MCU部分

MCU部分采用ST公司生产的STM32F103VBT6芯片。该芯片具有运算速度快、功耗低、成本低、外围电路简单、片上资源丰富等，能够满足复杂系统的设计。

单片机采集前端18B20传感器的温度值通过数据处理，与预先用键盘写入的温度值进行比较，当满足加热条件时，驱动加热部分电路对电池进行加热。当温度值超过警戒设定值，单片机驱动声光报警模块进行报警，更加直观的进行人机信息的交互。若不满足加热条件，进入低功耗模式，降低系统功耗。

实施例9：

温度检测部分采用4只18B20传感器，分别布置在电池的不同部位，采用单总线连接能够减少电路连线。用MOSFET器件做驱动能够提高信号强度，增加单总线上传感器数量，为以后扩展设计留下冗余。

实施例11:

加热部分

加热部分采用MOSFET驱动碳纤维加热片，由于加热片的电流在500毫安左右，故采用一个MOSFET就可以驱动四片加热片。单片机数字电平为3.3V不足以驱动MOSFET。因此选取芯片76ALV164245，该款芯片可以将3.3V信号转换成5V信号可以简化系统电路设计。

实施例12：

磷酸铁锂电池温度控制装置具有自备供电电源，在变电站失去电后，可自动切换到自备电源供电，并立即启动对电池温度的实时检测及温控，确保电池的工作环境为零上20℃，充分发挥电池优良的供电性能。

Claims (6)

1.一种适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，其组成包括：恒温箱体，其特征是：所述的恒温箱体一侧具有防水充电口、开关键，所述的恒温箱体的内部具有磷酸铁锂电池、加热片和控制电路，所述的加热片以导热硅脂粘接于所述的磷酸铁锂电池散热铝板上，所述的控制电路是采集电池表面温度值与预先设定好的温度阀值进行比较，达到加热条件驱动所述的加热片对所述的磷酸铁锂电池进行加热，所述的控制电路具有电源电路、MCU电路、温度检测电路、加热电路、温度阀值设定电路、声光报警电路。

2.根据权利要求1所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，其特征是：所述的电源电路为各个部件提供稳定的+3.3V电压，所述的MCU电路被配置成输入的I/O端口与所述的温度采集电路和所述的温度阀值设定电路连接，分别采集温度数据与设定温度阀值，所述的MCU电路被配置成输出的I/O端口与加热电路和声光报警电路连接，提供加热和报警的驱动信号。

3.根据权利要求1或2所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，其特征是：所述的加热片为碳纤维电热片，所述的加热片为12v/6w，配用所述的磷酸铁锂电池为12.2v/2000mAH。

4.根据权利要求1或2或3所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，其特征是：所述的电源电路采用LM2596降压芯片，所述的LM2596降压芯片是开关电压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置，其特征是：所述的MCU电路采用STM32F103VBT6芯片，所述的温度检测电路温度检测采用DS18B20传感器，所述的DS18B20传感器采用单线接口方式，所述的加热电路采用MOSFET器件驱动碳纤维加热片。

6.一种权利要求1—5之一所述的适用于变电站系统的磷酸铁锂电池温度控制装置的控制方法，

首先，开启恒温箱电源后，恒温箱的控制电路首先对磷酸铁锂电池的电压进行检测，如果低于电压阀值则开启声光报警，提醒操作人员电量不足，恒温箱的控制电路再对磷酸铁锂电池温度进行多点温度检测，如果检测结果低于温度阀值则对加热片进行供电；由于磷酸铁锂电池工作时会自动放热，当磷酸铁锂电池本身放热到30℃时，加热片停止工作，并继续监测电池温度。