CN109713774A - 一种应用于浮标的电能储蓄管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种应用于浮标的电能储蓄管理装置，该装置安装于浮标仪器舱，包括电池管理系统、电池组、输入线路、输出线路、间歇式电源和电路保护系统，电路保护系统设置在输入线路与输出线路之间；电池加热装置设置在电池组的四周；电池管理系统嵌合在电池加热装置中，实时监测电池组的电能使用情况；间歇式电源嵌合在电池组中，由电池管理系统控制为电能储蓄管理装置进行充电。通过对磷酸铁锂电池保护板外围电路的改进解决了因充放电而造成的短路和放电现象；在低温条件下提高磷酸铁锂电池的能量密度；维持电池最佳的整流效率及循环寿命。

Description

一种应用于浮标的电能储蓄管理装置

技术领域

本发明属于海上浮标技术领域，尤其涉及一种应用于浮标的电能储蓄管理装置。

背景技术

海洋浮标是海洋立体监测网的重要组成部分，海洋浮标系统是世界各国海洋环境监测于海洋灾害预报的主要手段之一，具有长期连续、定点监测等其他海洋监测手段无法替代的优点，而电能供给问题则决定了海洋浮标能否实现对海洋环境实时监测，只有解决电能储蓄问题，才能真正实现对海洋全天候、全方位的立体监测，目前海洋浮标普遍使用蓄电池供电和蓄电池、太阳能、风能等混合供电，由于能量密度太低，保证一个海洋浮标持续工作一年所需要配置的蓄电池重量数以吨计，同时使用蓄电池供电还存在漏液、腐蚀等缺点，这给海洋浮标系统的供给、维护带来很多问题。磷酸铁锂电池具有高频输出、良好的循环寿命、快速充电、低成本、体积小、重量轻，对环境无污染且该电池不含任何重金属与稀有金属。但是现有的磷酸铁锂电池组在实际海洋应用中存在较多的问题，因海洋气候多变，在低温条件下磷酸铁锂的能量密度明显降低，循环寿命也相应受到影响，这也严重限制了磷酸铁锂电池的规模使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用于浮标的电能储蓄管理装置，通过对磷酸铁锂电池保护板外围电路的改进解决了因充放电而造成的短路和放电现象；在低温条件下提高磷酸铁锂电池的能量密度；维持电池最佳的整流效率及循环寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种应用于浮标的电能储蓄管理装置，该装置安装于浮标仪器舱，包括电池管理系统、电池组、输入线路、输出线路、间歇式电源和电路保护系统，电路保护系统设置在输入线路与输出线路之间；电池加热装置设置在电池组的四周；电池管理系统嵌合在电池加热装置中，实时监测电池组的端电压与充放电电流；间歇式电源嵌合在电池组中，由电池管理系统控制为电能储蓄管理装置进行充电。

按上述技术方案，所述电池组为磷酸铁锂电池组。

按上述技术方案，利用太阳能集热器或浮标自发电装置为电池加热装置提供电量以发热。从而使磷酸铁锂电池维持最佳工作温度。在阳光充裕情况下，利用浮标的太阳能集热器吸收的太阳热量给予磷酸铁锂电池足够的热量；在缺少阳光状况下，使用电池自身电能给供热片供电，供热片加热得以维持电池的工作温度。风力发电机等自发电装置通过输入线路连接电能储蓄管理装置。

按上述技术方案，太阳能集热器装配在太阳能板舱室中，在有光照时经由电能储蓄管理装置处理，加热电池组周围的电池加热装置，风力发电机通过输入线路连接电能储蓄管理装置，再经由电能储蓄管理装置进行整流应用于装置内部的各模块。

按上述技术方案，电池组位于电池加热装置的中心并贴合供热片放置，在供热片中部设有温度控制模块，将监测的温度信息发给电池管理系统。

按上述技术方案，电池管理系统将电池组划分模块，电能在输出时使浮标适配不同的工作需求实现大功率输出或正常输出或小功率输出，其中均衡器以电感和电容为储能元件共同构成感容型均衡器，在均衡时通过LC震荡电路，使电感中的能量向电容传输，提升电容的电压，再根据每一节电池的容量调整均衡电流。在充电阶段，间歇式电源为储能系统进行充电，供能系统传来的交流电经过整流器后整流为直流电向储能电池模块进行充电，储存能量；放电阶段，储能系统向负载进行放电，再通过电池管理系统提供稳定功率输出。整个电池通过电池管理系统进行控制管理并监测电池的使用情况和电量多少。

本发明产生的有益效果是：1.保证额定工作温度，确保其应有的使用电量；提高电池的循环寿命。2.在海洋浮标中安装本电能储蓄管理装置可以对多种能源进行整流，将大小和方向都随时间变化的交流电，变为方向不随时间变化、大小随时间变化的脉动直流电，以便将直流电直接应用于海洋浮标的功能模块。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明型实施例电能储蓄管理装置的结构示意图；

图2是本发明型实施例中电池管理系统的工作示意图；

图3是本发明型实施例中保护电路系统工作示意图；

图4是本发明型实施例中磷酸铁锂电池电路保护原理图；

图中：1电路保护系统；2电池加热装置；3电池管理系统；4磷酸铁锂电池组。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明型实施例中，提供一种应用于浮标的电能储蓄管理装置，如图1-图3所示，该装置安装于浮标仪器舱内，包括电路保护系统1、电池加热装置2、电池管理系统3、磷酸铁锂电池组4、输入线路、输出线路，电路保护系统1固定在输入线路与输出线路之间；电池加热装置2设置在磷酸铁锂电池组4的四周电池管理系统2嵌合在电池加热装置2中；实时监测磷酸铁锂电池组4的电能使用情况。

如图2所示，当电路保护系统1检测到输出电压或电流超出稳压器的控制范围时。控制输出保护装置使之断开输出保护用电设备，在正常时输出保护装置是连通输出的，用电设备可以得到稳定的电压供给。

如图3，图4所示，其中D1、D2为二极管，S1为充电开关，S2为供电开关。由于磷酸铁锂电池组4在工作状态下的电量检测电路比较复杂，本电路保护系统1通过结合电池端电压和充电电流估计电池的剩余容量。由磷酸铁锂电池的安全充放电分析可得，浮标中电池充电和放电的安全门i7值不同，所以把采集到的磷酸铁锂电池组4端电压通过滞回比较器电路比较，来控制充电或者放电。在放电过程中，磷酸铁锂电池组4电压达到电压下限门阈值Qmin时，滞回比较器输出由低电平变为高电平；充电过程中，磷酸铁锂电池组4电压上升到电压上限门阈值Qmax时，滞回比较器输出由高电平变为低电平。

充电时，采集到的磷酸铁锂电池组4端电压是充电器两端电压，是恒高于上限门阈值的，因此只由滞回比较电路来判断磷酸铁锂电池是否满电。电路保护系统1取电池达到过充电的临界值为电流采集输出门阈值M，充电时，电流采集输出达到这个门阈时，停止充电。

进一步地，电池加热装置2维持电池温度，利用太阳能集热器和发电装置给电池加热装置给予电量以发热，从而使磷酸铁锂电池维持最佳工作温度。白天在阳光充裕的情况下，利用浮标的太阳能集热器吸收的太阳热量给予磷酸铁锂电池足够的热量；若是在缺少阳光的时候，使用电池自身电能给供热片供电，供热片加热得以维持磷酸铁锂电池组4较好的工作温度。

电池管理系统2将磷酸铁锂电池板分成模块，电能在输出时也可以使浮标适配不同的工作需求做到大功率输出，正常输出和小功率输出等不同的输出模式，最大程度的利用电能。如图一所示在结构方面，则将容量不同的电池单体串联成磷酸铁锂电池组4并配备相应的均衡器。其均衡器以电感和电同为储能元件共同构成感容型均衡器，在均衡时通过LC震荡电路，使电感中的能量向电容传输，提升了电容的电压，因此使得均衡器在进行均衡时不再受电池间电压的限制，再根据每一节电池的容量调整均衡电流使得磷酸铁锂电池组4的实际可用容量最大化；使浮标的能源利用更加灵活高效。在充电阶段，间歇式电源为储能系统进行充电，供能系统传来的交流电经过整流器后整流为直流电向储能电池模块进行充电。放电阶段，储能模块向负载进行放电，再通过电池管理系统提供稳定功率输出，整个电池通过电池管理系统2进行控制管理并监测电池的使用情况和电量多少。

进一步地，磷酸铁锂电池组4位于电池加热装置2的中心，在电池加热装置2工作时，能够充分利用其热量，并在低温条件下提高磷酸锂电池的能量密度，大大提高了整流效率及磷酸锂电池的循环寿命，使浮标的能源利用更加灵活高效。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种应用于浮标的电能储蓄管理装置，其特征在于，该装置安装于浮标仪器舱，包括电池管理系统、电池组、输入线路、输出线路、间歇式电源和电路保护系统，电路保护系统设置在输入线路与输出线路之间；电池加热装置设置在电池组的四周；电池管理系统嵌合在电池加热装置中，实时监测电池组的端电压与充放电电流；间歇式电源嵌合在电池组中，由电池管理系统控制为电能储蓄管理装置进行充电。

2.根据权利要求1所述的应用于浮标的电能储蓄管理装置，其特征在于，所述电池组为磷酸铁锂电池组。

3.根据权利要求1或2所述的应用于浮标的电能储蓄管理装置，其特征在于，利用太阳能集热器或浮标自发电装置为电池加热装置提供电量以发热。

4.根据权利要求1或2所述的应用于浮标的电能储蓄管理装置，其特征在于，太阳能集热器装配在太阳能板舱室中，在有光照时经由电能储蓄管理装置处理，加热电池组周围的电池加热装置，风力发电机通过输入线路连接电能储蓄管理装置，再经由电能储蓄管理装置进行整流应用于装置内部的各模块。

5.根据权利要求1或2所述的应用于浮标的电能储蓄管理装置，其特征在于，电池组位于电池加热装置的中心并贴合供热片放置，在供热片中部设有温度控制模块，将监测的温度信息发给电池管理系统。

6.根据权利要求1或2所述的应用于浮标的电能储蓄管理装置，其特征在于，电池管理系统将电池组划分模块，电能在输出时使浮标适配不同的工作需求实现大功率输出或正常输出或小功率输出，其中均衡器以电感和电容为储能元件共同构成感容型均衡器，在均衡时通过LC震荡电路，使电感中的能量向电容传输，提升电容的电压，再根据每一节电池的容量调整均衡电流。