CN116317078A - 一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统 - Google Patents

一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，包括充电模块、放电模块和均衡模块。在市电电路正常的情况下，所述充电模块将220V的交流电转换为直流电，在市电电路异常的情况下，放电模块控制充电模块转换后的直流电为电梯控制柜提供工作电源，并通过均衡模块对蓄电池组进行均衡充电；在市电电路异常的情况下，切换蓄电池为电梯控制柜提供工作电源。该系统能够监控各蓄电池的状态，防止出现欠充电、过充电和过放电，保持各蓄电池的电量均等，从而延长使用寿命。并且在充电过程中切换充电模式，解决由于充电模式单一导致的充电时间长、电量充不满的问题。

Description

一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统
技术领域
本发明属于电源管理技术领域，涉及电梯轿厢供电管理，具体涉及一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统。
背景技术
目前电梯控制柜一般采用三相四线或三相的方式供电，少数家用梯、别墅梯，小功率电梯会采用单相输入的方式给控制柜供电。当市电电路发生故障时，就需要使用蓄电池作为后备电源，替代市电为电梯控制柜供电。而在实际应用场景中，单个铅酸电池的输出电压往往无法满足工作要求，需要将多个蓄电池串联，组成蓄电池组进行供电。因此蓄电池的充放电过程以及充放电持续性都会对电梯系统的运行造成影响。
蓄电池是一种将化学能转化为电能的装置，其能量释放依靠化学反应实现。在蓄电池的制造过程中，其极板的厚薄、活性物质的活化程度等的差别都会影响其性能，因此即使是同一类型、规格、型号的蓄电池，在电压、内阻、容量方面也会存在差别，性能表现很不一致。由于蓄电池本身的性能差异，以及配套使用的充电器性能差异，导致串联使用的蓄电池组在充电过程中，各个蓄电池所分配的充电电压通常并不相等，而是存在大小差异。随着充电次数增加，必然会导致蓄电池组中部分蓄电池过充，而部分蓄电池欠充；进而导致蓄电池组在供电过程中，部分蓄电池过放。随着充放电次数的增加，蓄电池组就容易出现容量下降过快，使用寿命缩短的问题。传统的蓄电池充电方式只有恒压、恒流两种，对于单蓄电池来说具有充电时间较长、充不满的缺点，显然也难以满足蓄电池组均充的要求。
综上所述，开发一种针对蓄电池组的充电管理系统，以减弱电池一致性差异导致的电池使用寿命减短是十分有必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，在市电电路正常的情况下，为电梯控制柜提供工作电源，并对蓄电池组进行均衡充电；在市电电路异常的情况下，切换蓄电池为电梯控制柜提供工作电源。该系统能够监控各蓄电池的状态，防止出现欠充电、过充电和过放电，保持各蓄电池的电量均等，从而延长使用寿命。
一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，包括充电模块、放电模块和均衡模块。
所述充电模块将220V的交流电转换为直流电，提供电梯控制柜的工作电源与蓄电池组的充电电源。所述放电模块在正常情况下利用充电模块转换后的直流电为电梯控制柜供电，在市电异常的情况下控制蓄电池组为电梯控制柜供电。所述均衡模块通过被动电压均衡电路，控制蓄电池组中各个蓄电池的电压均衡。
所述充电模块包括采样电路和充电控制电路。所述采样电路对蓄电池组的充电电流和充电电压进行采样，并输入充电控制电路。所述充电控制电路包括第一～第三电压比较器，其中第二电压比较器对采样得到的充电电流与设定的电流限流值进行对比，第三电压比较器对采样得到的充电电压与设定的电压基准值进行对比，根据比较结果调节蓄电池组的充电模式。第一电压比较器对采样得到的充电电流与设定的转换电流值进行对比，根据比较结果降低输入第三电压比较器的电压基准值。具体的调节方式为：
①当采样电流大于转换电流值、不大于电流限流值，且充电电压小于电压基准值时，调整充电模式为恒流充电。
②当采样电压不小于电压基准值时，调整充电模式为恒压充电。
③当采样电流小于转换电流值时，降低电压基准值，调整充电模式为浮充充电。
④当采样电压不小于电压基准值，且连续恒压充电超过48小时时，调整充电模式为浮充充电。
作为优选，设置转换电流值为0.15A、电流限流值为1.1A、电压基准值为58V～59.6V，降低后的电压基准值为54V～55.2V。
作为优选，所述充电模块还包括EMC及防雷击浪涌电路、整流滤波电路、开关电路和降压电路，充电模块通过EMC及防雷击浪涌电路接入市电电路中，然后通过整流滤波电路将交流电转换为直流电，降压电路根据充电控制电路的调节，输出36～54V直流电压，为蓄电池组进行充电。
作为优选，所述放电模块通过DC-DC降压电路输出±24V电压，作为电梯控制柜的工作电源，并通过DSP芯片检测市电状态，在市电异常时切换蓄电池组供电。
作为优选，在均衡模块中，每个蓄电池的两端并联一个被动电压均衡电路。所述被动电压均衡电路包括电压基准芯片、三极管与放电电阻。通过电压基准芯片输出蓄电池满电电压，当蓄电池正负极两端的电压达到满电电压时，电压基准芯片吸收充电电流使得三极管导通，蓄电池通过放电电阻放电，防止单个蓄电池过充。
作为优选，在蓄电池组电量充满后判断其工作状态是否正常，具体步骤如下：
步骤1、使用充电模块和均衡模块，对蓄电池组进行均衡充电直至充满。
步骤2、关断充电电压，预放电15分钟。采集各蓄电池的放电基准曲线，与设定阈值进行比较，放电基准曲线正常则进行步骤3，否则判断该蓄电池故障。
步骤3、以0.35A的电流大小恒流放电11小时。采集各蓄电池的放电基准曲线，与设定阈值进行比较，放电基准曲线正常则进行步骤4，否则判断该蓄电池故障。
步骤4、重新对蓄电池组进行均衡充电直至充满。
本发明具有以下有益效果：
本系统在市电电路正常的情况下，由市电经变换向电梯控制柜提供工作电源，同时给蓄电池组进行均衡充电。在停电状态下，无缝切换到由蓄电池供电，持续向电梯控制柜提供电源，保证相关回路在规定的时间内正常工作。该系统能够实时监控蓄电池组内各单块蓄电池的状态，对充电电流和充电电压进行采样，切换蓄电池组的充电模式，并通过均衡模块，在充电过程中根据蓄电池的荷电状态及时进行均衡，尽可能地保持电池电量的均等，防止单节电池出现欠充电、过充电和过放电，延长电池组的使用寿命。
附图说明
图1为实施例中充电管理系统框图；
图2为实施例中充电控制电路示意图；
图3为实施例中均衡模块示意图。
具体实施方式
市面上常见的铅酸蓄电池单体容量通常为7AH/12V，无法满足电梯控制柜系统的使用要求。本实施例使用四个风帆有限责任公司生产的型号为6-FM-7的蓄电池串联，组成蓄电池组，作为后备电源，在市电电路异常的情况下为电梯控制柜供电。由于蓄电池单体自身制作工艺等原因，不同单体之间诸如电解液密度、电极等效电阻等都存在着差异，这些差异使得串联蓄电池组中每个单体蓄电池在充放电电流相同的情况下，其单体容量也会存在差异，进而影响整个蓄电池组的工作。最坏的情况下，在一个蓄电池组中可能出现某个单体蓄电池的剩余容量接近100％,而某个单体的剩余容量为0,则这个蓄电池组既不能充电也不能放电，完全不能使用。以下结合附图，介绍本发明所述的一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统。
如图1所示，一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，包括充电模块、放电模块和均衡模块，各接口的定义如下表所示：
Figure BDA0004044913150000041
所述充电模块包括EMC及防雷击浪涌电路、整流滤波电路、开关电路、降压电路、采样电路和充电控制电路。充电模块通过EMC及防雷击浪涌电路接入市电电路中，然后通过整流滤波电路将220V的交流电转换为直流电，降压电路根据充电控制电路的调节，输出36～54V直流电压，为蓄电池组进行充电。所述采样电路对蓄电池组的充电电流和充电电压进行采样，并输入充电控制电路。
如图2所示，充电控制电路包括第一～第三电压比较器，设置转换电流值I1为0.15A、电流限流值I2为1.1A、电压基准值Vref为58V～59.6V，降低后的电压基准值Vref-为54V～55.2V。充电控制电路中的电压比较器对设置的阈值与采样电路输出的充电电流和充电电压进行比较，改变电压负反馈量的大小，控制降压电路的输出电压，通过更改多个电压比较器的负反馈量，调整不同的充电模式。具体的，第二电压比较器对采样得到的充电电流I与设定的电流限流值I2进行对比，第三电压比较器对采样得到的充电电压V与设定的电压基准值Vref进行对比，根据比较结果调节蓄电池组的充电模式。第一电压比较器对采样得到的充电电流I与设定的转换电流值I1进行对比，根据比较结果降低输入第三电压比较器的电压基准值。充电模块接入市电后，经历一个软启动过程，电源输出逐渐上升，当充电电流达到电流限流值I2之后，充电控制电路开始工作，具体的调节方式为：
①当I1＜I≤I2，且V＜Vref时，调整充电模式为恒流充电。
②当V≥Vref时，调整充电模式为恒压充电。
③当I＜I1时，降低电压基准值Vref-＝54V～55.2V，调整充电模式为浮充充电。
④当V≥Vref，且连续恒压充电超过48小时时，调整充电模式为浮充充电。
充电控制电路可以根据采样电路的采样结果，调整蓄电池组的充电方式为恒流充电、恒压充电或浮充充电，避免充电形式单一导致的充电时间长、电量充不满的问题。
所述放电模块通过DSP芯片检测市电状态，通过控制开关管，控制蓄电池组充电或放电。在正常情况下直接通过DC-DC降压电路，将充电模块转换后的直流电降低至±24V，为电梯控制柜供电；在市电异常的情况下控制蓄电池组为电梯控制柜供电。
所述均衡模块在蓄电池组中的每个蓄电池两端都并联一个被动电压均衡电路，进行电压均衡控制。如图3所示，所述被动电压均衡电路包括电压基准芯片、开关管与放电电阻。调节电压基准芯片，当蓄电池正负极两端的电压与达到满电电压时，电压基准芯片开始吸收电流，蓄电池的充电电流流过三极管，使得三极管导通，并通过放电电阻放电，防止单个蓄电池过充。连接在三极管集电极与蓄电池负极之间的二极管和电阻用于分压，降低在三极管上消耗的功率，还可以更换发光二极管指示蓄电池的充电状态，当发光二极管亮起时，表示该蓄电池已经充满。
DSP芯片还可以对蓄电池组中各个蓄电池进行健康状况判断，具体方法为：
步骤1、使用充电模块和均衡模块，对蓄电池组进行均衡充电直至充满。
步骤2、关断充电电压，预放电15分钟。采集各蓄电池的放电基准曲线，与设定阈值进行比较，放电基准曲线正常则进行步骤3，否则判断该蓄电池故障。
步骤3、以0.35A的电流大小恒流放电11小时。采集各蓄电池的放电基准曲线，与设定阈值进行比较，放电基准曲线正常则进行步骤4，否则判断该蓄电池故障。
步骤4、重新对蓄电池组进行均衡充电直至充满。

Claims (8)

1.一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，其特征在于：包括充电模块、放电模块和均衡模块；
所述充电模块将220V的交流电转换为直流电，提供电梯控制柜的工作电源与蓄电池组的充电电源；所述放电模块在正常情况下利用充电模块转换后的直流电为电梯控制柜供电，在市电异常的情况下控制蓄电池组为电梯控制柜供电；所述均衡模块通过被动电压均衡电路，控制蓄电池组中各个蓄电池的电压均衡；
所述充电模块包括采样电路和充电控制电路；所述采样电路对蓄电池组的充电电流和充电电压进行采样，并输入充电控制电路；所述充电控制电路包括第一～第三电压比较器，其中第二电压比较器对采样得到的充电电流与设定的电流限流值进行对比，第三电压比较器对采样得到的充电电压与设定的电压基准值进行对比，根据比较结果调节蓄电池组的充电模式；第一电压比较器对采样得到的充电电流与设定的转换电流值进行对比，根据比较结果降低输入第三电压比较器的电压基准值；具体的调节方式为：
①当采样电流大于转换电流值、不大于电流限流值，且充电电压小于电压基准值时，调整充电模式为恒流充电；
②当采样电压不小于电压基准值时，调整充电模式为恒压充电；
③当采样电流小于转换电流值时，降低电压基准值，调整充电模式为浮充充电；
④当采样电压不小于电压基准值，且连续恒压充电超过48小时时，调整充电模式为浮充充电。
2.如权利要求1所述一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，其特征在于：设置转换电流值为0.15A、电流限流值为1.1A、电压基准值为58V～59.6V，降低后的电压基准值为54V～55.2V。
3.如权利要求1所述一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，其特征在于：所述充电模块还包括EMC及防雷击浪涌电路、整流滤波电路、开关电路和降压电路，充电模块通过EMC及防雷击浪涌电路接入市电电路中，然后通过整流滤波电路将交流电转换为直流电，降压电路根据充电控制电路的调节，输出36～54V直流电压，为蓄电池组进行充电。
4.如权利要求1所述一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，其特征在于：所述放电模块通过DC-DC降压电路输出±24V电压，作为电梯控制柜的工作电源，并通过DSP芯片检测市电状态，在市电异常时切换蓄电池组供电。
5.如权利要求1所述一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，其特征在于：在均衡模块中，每个蓄电池的两端并联一个被动电压均衡电路；所述被动电压均衡电路包括电压基准芯片、三极管与放电电阻；通过电压基准芯片输出蓄电池满电电压，当蓄电池正负极两端的电压达到满电电压时，电压基准芯片吸收充电电流使得开关管导通，蓄电池通过放电电阻放电。
6.如权利要求5所述一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，其特征在于：在三极管集电极与蓄电池负极之间设置的二极管和电阻用于分压，降低在三极管上消耗的功率。
7.如权利要求5所述一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，其特征在于：在三极管集电极与蓄电池负极之间设置的发光二极管和电阻，当蓄电池满电时发光二极管亮起时，用于指示蓄电池充电状态。
8.如权利要求1所述一种用于电梯控制柜供电的蓄电池组充电管理系统，其特征在于：在蓄电池组电量充满后判断其工作状态是否正常，具体步骤如下：
步骤1、使用充电模块和均衡模块，对蓄电池组进行均衡充电直至充满；
步骤2、关断充电电压，预放电15分钟；采集各蓄电池的放电基准曲线，与设定阈值进行比较，放电基准曲线正常则进行步骤3，否则判断该蓄电池故障；
步骤3、以0.35A的电流大小恒流放电11小时；采集各蓄电池的放电基准曲线，与设定阈值进行比较，放电基准曲线正常则进行步骤4，否则判断该蓄电池故障；
步骤4、重新对蓄电池组进行均衡充电直至充满。
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