CN112383104A - 一种蓄电池充电管理电路、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄电池充电管理电路、装置及系统，其中电路包括汇流母线、第一蓄电池模块、多个第二蓄电池模块；第一蓄电池的正极与第一CMOS管的集电极连接，第一CMOS管的发射极、第一电感的负极均通过第一二极管与汇流母线的负极连接，第一电感的正极与第一蓄电池的负极连接；第二蓄电池的正极与第二电感的负极连接，第二电感的正极分别连接第二二极管的正极、第二CMOS管的发射极，第二CMOS管的集电极与第二蓄电池的负极连接，第二二极管的负极与汇流母线的正极连接。本发明提供的蓄电池充电管理电路、装置及系统，通过设计充电管理电路实现了电池组内多个蓄电池的均衡充电的功能，进而提高了蓄电池的充电速度、延长了蓄电池的使用寿命。

Description

一种蓄电池充电管理电路、装置及系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种蓄电池充电管理电路、装置及系统。
背景技术
蓄电池组作为石化企业重要的现场供电设备，其不仅需要保证日常的连续生产，而且需要保证石化企业在紧急情况下能够安全停车，避免发生火灾爆炸等重大安全事故，因此对蓄电池组的管理是维持石化企业稳定生产的必要条件之一。
蓄电池组在使用过程中需要进行多次重复充电，发明人经研究发现，在对蓄电池组的充电过程中，电池组内的各电池的电压会发生不同程度的变化，而这一变化过程往往难以预测，若不对其进行管控，不仅会降低蓄电池组的充电速度，而且会对蓄电池的使用寿命造成破坏，进而导致蓄电池组的电气性能受到影响，为石化企业稳定生产带来安全隐患。
发明内容
本发明提供一种蓄电池充电管理电路、装置及系统，以解决在蓄电池组充电过程中的电压变化的影响问题，通过设计充电管理电路实现了电池组内多个蓄电池的均衡充电的功能。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种蓄电池充电管理电路，包括汇流母线、第一蓄电池模块、多个第二蓄电池模块；
所述第一蓄电池模块包括第一蓄电池、第一电感、第一二极管、第一CMOS管；
所述第一蓄电池的正极与所述第一CMOS管的集电极连接，所述第一CMOS管的发射极、所述第一电感的负极均通过所述第一二极管与所述汇流母线的负极连接，所述第一电感的正极与所述第一蓄电池的负极连接；
每一所述第二蓄电池模块包括第二蓄电池、第二电感、第二二极管、第二CMOS管；
所述第二蓄电池的正极与所述第二电感的负极连接，所述第二电感的正极分别连接所述第二二极管的正极、所述第二CMOS管的发射极，所述第二CMOS管的集电极与所述第二蓄电池的负极连接，所述第二二极管的负极与所述汇流母线的正极连接；
多个所述第二蓄电池模块中的所述第二蓄电池依次串联为第一蓄电池组；所述第一蓄电池与所述第一蓄电池组的正极连接。
本发明另一实施例提供了一种蓄电池充电管理装置，其特征在于，包括如上所述的蓄电池充电管理电路。
本发明又一实施例提供了一种蓄电池充电管理系统，其特征在于，包括检测装置、通信装置、本地监控装置、远端监控装置以及如上所述的蓄电池充电管理装置。
作为其中一种优选方案，所述检测装置包括多个电流发送模块；
所述第一蓄电池的正极与负极之间、每一所述第二蓄电池的正极与负极之间均设有所述电流发送模块；
所述通信装置与每一所述电流发送模块的数据输出端连接。
作为其中一种优选方案，所述通信装置包括串口服务器与公网路由器。
作为其中一种优选方案，所述远端监控装置包括云服务器、厂家监控终端和用户监控终端。
相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，通过设计蓄电池的充电管理电路，利用升压电路的原理，对蓄电池组的充电电压进行管控，将整组蓄电池中电压最高的蓄电池的电压通过汇流母线传递至电压最低的蓄电池上，循环传递，最终达到了整组蓄电池的电压趋向一致，在蓄电池浮充状态下保持浮充电压的一致性，实现了电池组内多个蓄电池的均衡充电的功能，从而提高了蓄电池的充电速度、延长了蓄电池的使用寿命，进而保障了石化企业蓄电池组的电气性能。
附图说明
图1是本发明其中一种实施例中的蓄电池充电管理电路的电路图；
图2是本发明其中一种实施例中的蓄电池充电管理系统的结构示意图；
图3是本发明实施例中的蓄电池与电流传感器的连接示意图；
图4是本发明实施例中的蓄电池与电流传感器的产品结构示意图；
其中，1、测量线；2、电源线；3、电流发送模块(电流传感器)；4、双耳快速连接片；5、数据线；6、连接线；A1、B1、C1均为第二蓄电池；A2、B2、C2均为第二电感；A3、B3、C3均为第二二极管；A4、B4、C4均为第二CMOS管；N1、第一蓄电池；N2、第一电感；N3、第一二极管；N4、第一CMOS管；DC+BUS、汇流母线的正极；DC-BUS、汇流母线的负极；AA、蓄电池充电管理装置；BB、通信装置；CC、云服务器；DD、厂家监控终端；EE、用户监控终端；FF、本地监控装置；PT、云服务平台。
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，所描述的实施例仅仅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。
在本申请描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明一实施例提供了一种蓄电池充电管理电路，具体的，请参见图1，图1示出为其中一种实施例中的蓄电池充电管理电路的电路图，其中包括汇流母线(图中DC+BUS为汇流母线的正极，DC-BUS为汇流母线的负极)、第一蓄电池模块、多个第二蓄电池模块；
所述第一蓄电池模块包括第一蓄电池N1、第一电感N2、第一二极管N3、第一CMOS管N4；
所述第一蓄电池N1的正极与所述第一CMOS管N4的集电极连接，所述第一CMOS管N4的发射极、所述第一电感N2的负极均通过所述第一二极管N3与所述汇流母线的负极DC-BUS连接，所述第一电感N2的正极与所述第一蓄电池N1的负极连接；
每一所述第二蓄电池模块包括第二蓄电池(如图中A1、B1或C1所示)、第二电感(如图中A2、B2或C2所示)、第二二极管(如图中A3、B3或C3所示)、第二CMOS管(如图中A4、B4或C4所示)；
所述第二蓄电池的正极与所述第二电感的负极连接，所述第二电感的正极分别连接所述第二二极管的正极、所述第二CMOS管的发射极，所述第二CMOS管的集电极与所述第二蓄电池的负极连接，所述第二二极管的负极与所述汇流母线的正极DC+BUS连接；
多个所述第二蓄电池模块中的所述第二蓄电池依次串联为第一蓄电池组(即A1、B1与C1串联)；所述第一蓄电池N1与所述第一蓄电池组的正极连接。
需要说明的是，首先，本发明实施例提供的蓄电池充电管理电路为一升压电路，其作用对象为图1所示的串联的蓄电池N1、A1、B1和C1，当然蓄电池组中的蓄电池数量需要根据实际的生产要求进行设定；其次，在本发明实施例中，汇流母线的作用是对各电池的电能进行汇集和分配，其在外观上是一根线，在实际功能中的角色是提供一个等电位的结点，在充电过程中将不同电池的电能潮流汇合；最后，如图1所示，二极管A3、B3、C3与N3均为防反灌二极管，通过加入防反灌二极管能够防止蓄电池的电流反向，对电路起到较佳的保护作用。
本发明实施例中的蓄电池充电管理电路的工作原理为：如图1所示，A1、B1、C1均为第二蓄电池，A2、B2、C2均为第二电感，A3、B3、C3均为第二二极管，A4、B4、C4均为第二CMOS管，由A1、B1、C1构成的相关蓄电池模块均为第二蓄电池模块。N1为第一蓄电池，N2为第一电感，N3为第一二极管，N4为第一CMOS管，由N1构成的相关蓄电池模块为第一蓄电池模块。
在第一蓄电池模块中，N4是第一CMOS开关管按设定的参数(开关频率1KHZ和150MA)启停，通过N2第一电感与N3第一二极管将蓄电池N1的电流沿着N1-N2-N3的方向传递至汇流母线的负极DC-BUS；
在第二蓄电池模块中，A4是第二CMOS开关管按设定的参数(开关频率1K HZ和150MA)启停，通过A2第二电感与A3第二二极管将蓄电池A1的电流沿着A1-A2-A3的方向传递至汇流母线的正极DC+BUS；B4是第二CMOS开关管按设定的参数(开关频率1K HZ和150MA)启停，通过B2第二电感与B3第二二极管将蓄电池B1的电流沿着B1-B2-B3的方向传递至汇流母线的正极DC+BUS；C4是第二CMOS开关管按设定的参数(开关频率1K HZ和150MA)启停，通过C2第二电感与C3第二二极管将蓄电池C1的电流沿着C1-C2-C3的方向传递至汇流母线的正极DC+BUS。通过上述充电管理电路，实现了相邻两个蓄电池由高压向低压传送，循环传递，最后达到整组电池的电压趋向一致。
本发明另一实施例提供了一种蓄电池充电管理装置，包括如上所述的蓄电池充电管理电路。
本发明又一实施例提供了一种蓄电池充电管理系统，具体的，请参见图2，图2示出为其中一种实施例中的蓄电池充电管理系统的结构示意图，其中包括检测装置(图未示)、通信装置BB、本地监控装置FF、远端监控装置以及如上所述的蓄电池充电管理装置AA。
优选地，在其中一种实施例中，所述检测装置包括多个电流发送模块3；所述第一蓄电池的正极与负极之间、每一所述第二蓄电池的正极与负极之间均设有所述电流发送模块3；所述通信装置BB与每一所述电流发送模块3的数据输出端连接。通过在蓄电池组的每一蓄电池上设置电流发送模块，按设定的周期向蓄电池发送检测直流脉冲，实现了对蓄电池内阻的测量，从而有利于在蓄电池组的充电过程中，调配组内各电池之间的内阻参数，防止电池组内产生额外的放电回路，导致电池容量明显下降，通过电流发送模块的数据端口接收各内阻参数，进而能够实现对蓄电池组充电的良好管理。
作为优选地，在上述实施例中，电流发送模块3可以选用相关的电流传感器，具体的，请参见图3与图4，图3示出为其中一种实施例中的蓄电池与电流传感器的连接示意图，图4示出为其中一种实施例中的蓄电池与电流传感器的产品结构示意图，其中传感器的工作电源线和测量线分别和电池的正、负极进行连接，具体为：测量线1用于采集蓄电池正极与负极之间的电压，测量范围在0～15V之间；电源线2与测量线1组成四线制实现信号触发与反馈检测达到1MV的测试精度；电流传感器3基于C8051F007实现对信号触发与反馈的动作实现，采用PC371光电转换实现测试信号与数据的隔离；数据线5由四芯U2835信号线组成，与电流发送模块的数据输出端口连接，用于向通信模块传递数据；此外，优选地，如图4所示为产品的结构示意图，通过相应的连接线6与双耳快速连接片4，实现蓄电池正负极与传感器电源线2和测量线1的连接。
优选地，在其中一种实施例中，所述通信装置包括串口服务器与公网路由器。
优选地，在其中一种实施例中，所述远端监控装置包括云服务器CC、厂家监控终端DD和用户监控终端EE。
为方便说明，请参见图2，蓄电池充电管理系统包括位于现场的蓄电池充电管理装置AA，优选地，现场的相关设备通过RS485通讯协议进行传输，现场包括n组蓄电池组Z1～Zn，示例性的，每组蓄电池组均包括254个蓄电池(如图中ID001至ID254所示)，第一组蓄电池组与其他相关硬件设备通过双绞线和MOUDBUS协议组成第一总线Z1与通信装置BB连接；第n组蓄电池组与其他相关硬件设备通过双绞线和MOUDBUS协议组成第n总线Zn与通信装置BB连接。
通信装置BB包括串口服务器与公网路由器WiFi-1，第一总线Z1至第n总线Zn分别通过对应的串口服务器1#和n#构成数据链路S1，经由通信装置BB中的公网路由器WiFi-1后，形成对应的数据链路S2和数据链路S3，其中数据链路S2用于发往本地监控装置FF，数据链路S3用于发往远端监控装置。
数据链路S2首先经过通信装置BB中对应的解码串口服务器#1和#n，再由本地监控装置FF中的SCADA服务器进行接收，最终通过终端设备(如PC显示器、人机交互界面)实现在本地SCADA监控对现场设备的监控和数据处理。
数据链路S3首先经过远端监控装置中的云服务器CC，云服务器CC中设有相关的公网路由器WiFi-2与云服务平台PT(优选为劲达云服务器)，云服务器CC中的公网路由器WiFi-2在接收到相关的数据后，发送至云服务平台PT进行处理，经过云服务平台PT中的虚拟串口提取数据，P2P软件解析，再将必要的信息传送回通信装置BB中的公网路由器WiFi-1，最终生成发往厂家监控终端DD的数据链路S4，以及发往用户监控终端EE的数据链路S5，并对应实现：通过终端设备实现在厂家监控终端对现场设备的远程监控和数据处理(厂家监控终端也可根据实际需求设置对应的公网路由器WiFi-3等相关设备)；通过终端设备实现在用户监控终端对现场设备的远程监控和数据处理(用户监控终端也可根据实际需求设置对应的公网路由器WiFi-4等相关设备)。通过构建如上所述的蓄电池充电管理系统，实现了蓄电池在本地、远程的数据传输、存储、发布与报警，进而实现了对石化企业的蓄电池组的良好管理。
本发明实施例提供的蓄电池充电管理电路、装置及系统，有益效果在于，通过设计蓄电池的充电管理电路，利用升压电路的原理，对蓄电池组的充电电压进行管控，将整组蓄电池中电压最高的蓄电池的电压通过汇流母线传递至电压最低的蓄电池上，循环传递，最终达到了整组蓄电池的电压趋向一致，在蓄电池浮充状态下保持浮充电压的一致性，实现了电池组内多个蓄电池的均衡充电的功能，从而提高了蓄电池的充电速度、延长了蓄电池的使用寿命，进而保障了石化企业蓄电池组的电气性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种蓄电池充电管理电路，其特征在于，包括汇流母线、第一蓄电池模块、多个第二蓄电池模块；
所述第一蓄电池模块包括第一蓄电池、第一电感、第一二极管、第一CMOS管；
所述第一蓄电池的正极与所述第一CMOS管的集电极连接，所述第一CMOS管的发射极、所述第一电感的负极均通过所述第一二极管与所述汇流母线的负极连接，所述第一电感的正极与所述第一蓄电池的负极连接；
每一所述第二蓄电池模块包括第二蓄电池、第二电感、第二二极管、第二CMOS管；
所述第二蓄电池的正极与所述第二电感的负极连接，所述第二电感的正极分别连接所述第二二极管的正极、所述第二CMOS管的发射极，所述第二CMOS管的集电极与所述第二蓄电池的负极连接，所述第二二极管的负极与所述汇流母线的正极连接；
多个所述第二蓄电池模块中的所述第二蓄电池依次串联为第一蓄电池组；所述第一蓄电池与所述第一蓄电池组的正极连接。
2.一种蓄电池充电管理装置，其特征在于，包括如权利要求1所述的蓄电池充电管理电路。
3.一种蓄电池充电管理系统，其特征在于，包括检测装置、通信装置、本地监控装置、远端监控装置以及如权利要求2所述的蓄电池充电管理装置。
4.如权利要求3所述的蓄电池充电管理系统，其特征在于，所述检测装置包括多个电流发送模块；
所述第一蓄电池的正极与负极之间、每一所述第二蓄电池的正极与负极之间均设有所述电流发送模块；
所述通信装置与每一所述电流发送模块的数据输出端连接。
5.如权利要求3所述的蓄电池充电管理系统，其特征在于，所述通信装置包括串口服务器与公网路由器。
6.如权利要求3所述的蓄电池充电管理系统，其特征在于，所述远端监控装置包括云服务器、厂家监控终端和用户监控终端。
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