CN110474113A - 电子电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子电池装置，用于对由多个电池单体串联而成的蓄电池组中的落后电池单体进行隔离保护，所述电子电池装置包括：电源模块、钳压模块、正输入端子、负输入端子、正输出端子和负输出端子；所述钳压模块的两端分别连接到正输出端子和负输出端子，并将所述正输出端子和负输出端子间的电压钳位至第一预设电压；所述电源模块的输入端连接到所述正输入端子和负输入端子、输出端连接到所述正输出端子和负输出端子，并将由输入端输入的电压转换为第二预设电压后通过输出端输出，以使存在电池单体性能下降的蓄电池组能够有效地为负载设备供电，避免存在电池单体性能下降的蓄电池组被更换。

Description

电子电池装置
技术领域
本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种电子电池装置。
背景技术
目前，蓄电池组中，各个电池单体通常是串联工作的，然而串联工作时，随着蓄电池组服役时间的推移，容易出现个别电池单体性能严重下降(例如电池容量落后于其他电池单体)的问题，从而导致整组蓄电池组的续航时长不达标，无法有效为地负载设备供电。
传统地，通常采取将整组蓄电池组进行更换方式来保证负载设备供电正常。通过传统方法来保证负载设备供电正常成本较高，被更换掉的蓄电池组如果处理不好的话，还会增加了环保压力。
发明内容
本发明实施例提供一种电子电池装置，以使存在电池单体性能下降的蓄电池组能够有效地为负载设备供电，避免存在电池单体性能下降的蓄电池组被更换。
一种电子电池装置，用于对由多个电池单体串联而成的蓄电池组中的落后电池单体进行隔离保护，包括：电源模块、钳压模块、正输入端子、负输入端子、正输出端子和负输出端子；
所述钳压模块的两端分别连接到正输出端子和负输出端子，并将所述正输出端子和负输出端子间的电压钳位至第一预设电压；
所述电源模块的输入端连接到所述正输入端子和负输入端子、输出端连接到所述正输出端子和负输出端子，并将由输入端输入的电压转换为第二预设电压后通过输出端输出。
优选地，所述第一预设电压与所述落后电池单体的正常端电压之比介于1：1～1：1.5之间。
优选地，所述第二预设电压等于所述落后电池单体的正常端电压。
优选地，所述电源模块为DCDC隔离电源。
优选地，所述钳压模块的导通电压大于所述电池单体的端电压。
优选地，所述钳压模块包括由多个串联连接的二极管，且所述串联连接的二极管的阳极连接到所述正输出端子，所述串联连接的二极管的阴极连接到所述负输出端子。
优选地，所述钳压模块中二极管的数量n与所述落后电池单体的额定输出电压S满足以下关系：n＝2×S，其中n为大于或等于1的整数。
优选地，所述落后电池单体的额定输出电压为2V，所述钳压模块中的二极管数量为4个。
优选地，所述落后电池单体的额定输出电压为12V，所述钳压模块中的二极管数量为24个。
优选地，所述蓄电池组中的多个电池单体具有相同的端电压。
上述装置通过在蓄电池组外接一个包括电源模块和钳压模块的电子电池装置，使得蓄电池组内其他正常的单体电池可以正常充放电，容量得以利用，以使存在电池单体性能下降的蓄电池组能够继续有效地为负载设备供电，避免存在电池单体性能下降的蓄电池组被更换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中电子电池装置的一系统结构示意图；
图2是本发明一实施例中电子电池装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例应用于如图1的系统结构示意图。图1的系统结构示意图包括电子电池装置1，由多个电池单体串联而成的蓄电池组2(该蓄电池组中至少包括一个落后电池单体21)，直流负荷3和充电器4。上述蓄电池组2中的多个电池单体可具有相同的端电压。当然，在实际应用中，蓄电池组中的多个电池单体的端电压也可不同。
该电子电池装置1包括电源模块11、钳压模块12、负输出端子5、正输出端子6、正输入端子7和负输入端子8。上述电子电池装置1在使用时，可将正输入端子7连接到蓄电池组2的正极、负输入端子8连接到蓄电池组2的负极；同时，将正输出端子6连接到落后电池单体21的正极、负输出端子5连接到落后电池单体21的负极。当然，在实际应用中，也可将正输入端子和负输入端子连接到独立的直流电源，并通过该独立的直流电源为电子电池装置供电。
具体地，在一实施例中，所述钳压模块12的两端分别连接到正输出端子6和负输出端子5，并在正输出端子6和负输出端子5间的电压超过第一预设电压时钳位至第一预设电压。即通过钳压模块12，可使得正输出端子6和负输出端子5之间的电压不超过第一预设电压，从而在正输出端子6和负输出端子5连接到落后电池单体21时，落后电池单体21的端电压不会到过第一预设电压(例如在蓄电池充电时)。
电源模块11的输入端连接到正输入端子7和负输入端子8、输出端连接到正输出端子6和负输出端子5，并将由输入端输入的电压转换为第二预设电压后通过输出端输出。其中，在正输出端子6和负输出端子5连接到蓄电池组两端时，电源模块11从蓄电池组2取电，其输入电压跟蓄电池组2总电压有关，其输出电压跟落后电池的额定输出电压有关，对于48V通信基站直流系统来说，电源模块11输入范围为DC 36V～72V，即电子电池装置1的总输入范围，输出电压为恒定值DC 2V。
由于蓄电池组2内存在个别电池单体性能严重下降(容量落后)，使得在蓄电池组2放电时，落后电池单体21的电压在短时间内下降至1.8V以下，极端情况下电压跌落至0V左右，造成蓄电池组2电压在短时间内快速下降，跌落至一次下电电压以下，导致整组蓄电池2的后备时长不达标，无法有效为直流负荷3设备供电，同时使得电池组内性能(容量)正常的单体电池存储电量不能得到利用。上述实施例通过在蓄电池组外接一个包括电源模块11和钳压模块12的电子电池装置1，使得在蓄电池组2充电时，落后电池单体21的输入电压快速升高，钳压模块12通过正输出端子6和负输出端子5将落后电池单体21的端电压钳位至第一预设电压，以防止落后电池单体21的电压继续升高；在蓄电池组2放电时，落后电池单体21的电压跌到放电阈值水平，电源模块11通过落后电池单体21的端电压拉高到第二预设电压，从而自动将落后电池的输出电流大小调整为预设电流值，防止落后电池单体21电压下跌，使得整个蓄电池组2的输入电压和输出电压维持在正常的数值，从而使得蓄电池组2内其他正常的单体电池可以正常充放电，容量得以利用，以使存在电池单体性能下降的蓄电池组2能够继续有效地为直流负荷3设备供电，避免存在电池单体性能下降的蓄电池组被更换。
具体地，上述电源模块11、钳压模块12、正输入端子7、负输入端子8、正输出端子6和负输出端子5可集成到一块电路板上，该电路板可置于一绝缘盒体内，且该绝缘盒体上具有分别连接正输入端子7、负输入端子8、正输出端子6和负输出端子5的插接口，通过插接到上述插接口的连接线缆(可带有导电线夹)，可将该电子电池装置1连接到蓄电池组2及落后电池单体21。当然，上述插接口也可使用连接带有连接导电线夹的连接线缆代替。
在本发明的一个实施例中，上述第一预设电压与落后电池单体21的正常端电压(即额定输出电压)之比介于1：1～1：1.5之间。这样，可保证在充电过程中，蓄电池组2的总的端电压正常。
上述第二预设电压具体可等于落后电池单体21的正常端电压。从而在蓄电池组2放电时，蓄电池组的总的端电压与正常状态无异。
为避免落后电池单体21通过电源模块放电，上述电源模块11可采用DCDC隔离电源。
并且，上述钳压模块12的导通电压大于电池单体的端电压(即落后电池单体21的额定输出电压)，从而钳压模块12在蓄电池组2放电状态下不会放电，避免落后电池单体21非正常放电。
优选地，上述钳压模块12包括可由多个串联连接的二极管，且串联连接的二极管的阳极连接到正输出端子，串联连接的二极管的阴极连接到所述负输出端子。由于每一二极管具有一个导通电压，多个二极管串联后可使得钳压模块的导通电压大于电池单体的端电压。
为使钳压模块12的导通电压大于电池单体的端电压，钳压模块12中二极管的数量n与落后电池单体21的额定输出电压S(即落后电池单体21在正常时的端电压)满足以下关系：n＝2×S，其中n为大于或等于1的整数。
具体地，当落后电池单体21的正常端电压为2V，钳压模块12中的二极管数量为4个；当落后电池单体21的正常端为12V，钳压模块中的二极管数量为24个。
此外，上述蓄电池组2中的多个电池单体可具有相同的端电压。
以下以由24个端电压为2V的电池单体串联而成的蓄电池(该蓄电池的直流总电压是各节电池电压之和，即E＝ΣUi＝48V)为例，说明上述电子电池装置的工作原理：
(1)放电状态下
在蓄电池组2放电(即为负载供电)时，每一电池单体的端电压U＝E-IR，由于落后电池单体21的性能下降，导致落后电池单体21的内阻R变得很大，从而导致落后电池单体21的端电压为零甚至为负值；落后电池单体21的端电压将降为零甚至为负值，造成蓄电池组2的总电压低于45V(一次下电电压)而产生掉电现象，其他正常的单体电池的容量没有得到有效利用。
当电子电池装置1通过正输入端子和负输入端子连接到蓄电池两端，并通过正输出端子和负输出端子连接到落后电池单体21的两端时，由于电源模块输出电阻很小，且其输出电压恒为2V，因此在放电过程中，若落后电池单体21因蓄电池组的输出电流(放电电流)增加，而使其单体电压下降时，电源模块会自动增加输出电流，落后电池单体21的实际输出电流可以小于蓄电池组2放电电流，在极端情况下，电源模块的输出电流＝电池组放电电流，此时落后电池单体21实际输出电流为零。由于钳压模块12的导通电压大于2V，因此钳压模块在放电状态下不会导通。
通过上述方式，即使落后电池单体21的输出电流较小甚至输出电流为零，落后电池单体21的输出电压也不会下降至1.8V以下，整个蓄电池组的输出电压仍然可维持在正常的数值，使蓄电池组2内其他正常的电池单体可以正常放电，容量得以利用。
(2)充电状态下
由于落后电池单体21的内阻很大，在蓄电池组2充电过程将导致其输入端电压比正常电池单体上升快，产生过高的电压，当落后电池单体21的输入端电压达到钳压模块12的导通电压(例如2.4V)时，由于钳压模块12导通，使得落后电池单体21的端电压保持恒定，不会继续上升，避免发热导致热失衡造成的安全事故。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子电池装置，用于对由多个电池单体串联而成的蓄电池组中的落后电池单体进行隔离保护，其特征在于，所述电子电池装置包括：电源模块、钳压模块、正输入端子、负输入端子、正输出端子和负输出端子；
所述钳压模块的两端分别连接到正输出端子和负输出端子，并将所述正输出端子和负输出端子间的电压钳位至第一预设电压；
所述电源模块的输入端连接到所述正输入端子和负输入端子、输出端连接到所述正输出端子和负输出端子，并将由输入端输入的电压转换为第二预设电压后通过输出端输出。
2.如权利要求1所述的电子电池装置，其特征在于，所述第一预设电压与所述落后电池单体的正常端电压之比介于1：1～1：1.5之间。
3.如权利要求1所述的电子电池装置，其特征在于，所述第二预设电压等于所述落后电池单体的正常端电压。
4.如权利要求1所述的电子电池装置，其特征在于，所述电源模块为DCDC隔离电源。
5.如权利要求4所述的电子电池装置，其特征在于，所述钳压模块的导通电压大于所述电池单体的端电压。
6.如权利要求5所述的电子电池装置，其特征在于，所述钳压模块包括由多个串联连接的二极管，且所述串联连接的二极管的阳极连接到所述正输出端子，所述串联连接的二极管的阴极连接到所述负输出端子。
7.如权利要求6所述的电子电池装置，其特征在于，所述钳压模块中二极管的数量n与所述落后电池单体的额定输出电压S满足以下关系：n＝2×S，其中n为大于或等于1的整数。
8.如权利要求4所述的电子电池装置，其特征在于，所述落后电池单体的额定输出电压为2V，所述钳压模块中的二极管数量为4个。
9.如权利要求6所述的电子电池装置，其特征在于，所述落后电池单体的额定输出电压为12V，所述钳压模块中的二极管数量为24个。
10.如权利要求1-9中任一项所述的电子电池装置，其特征在于，所述蓄电池组中的多个电池单体具有相同的端电压。
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