CN1163759C - 用于管理具有蓄电池的电池组的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于管理具有蓄电池的电池组的装置，检测蓄电池(Sa，Sb，…Sn)的电压V，并检测电池组(10)的电压E。根据检测出的电压V检测每个蓄电池中的缺陷。根据检测出的电压E检测电池组(10)的异常电压。另外，检测电池组(10)的温度T，根据它确定每个蓄电池是否到期。该装置还报告检测出的缺陷、检测出的异常电压和所确定的电池到期的情况。

Description

用于管理具有蓄电池的电池组的装置
技术领域
本发明涉及用于管理要被插入例如一个不间断电源系统的电池组的装置。
背景技术
不间断电源系统包括一电池组。当工业AC电源不能供电时，从该电池组向负载供电，从而不间断地驱动负载。电池组包括多个串联或并联的蓄电池。
在不间断电源系统中，需要周期性地检查每个蓄电池。
近来，密封型铅蓄电池被大量地用作蓄电池。密封型铅蓄电池的电瓶被密封。这就使得不可能确定电瓶中的电极是否腐蚀了或者电瓶中的电解溶液的量是否不足了。因此很难检测每个蓄电池是否有缺陷(例如由于加工误差)或到期了。
如果蓄电池中的任何一个有缺陷或者已经到期了，电池组就不再向负载供电。
发明内容
考虑到前述情况提出本发明。本发明的目的是提供一种能以高可靠性自动管理具有蓄电池的电池组的装置，该装置能可靠地检测并报告每个蓄电池中的缺陷和电池组中的异常电压，并可靠地确定并报告每个蓄电池的寿命，而不需要检查一维护工人的工作。
根据本发明的装置被设计用来管理具有多个蓄电池的电池组。
根据本发明的一个方面，提供一种用于管理具有多个蓄电池的电池组的装置，包括：多个第一电压检测装置，用于分别检测蓄电池的电压；第二电压检测装置，用于检测电池组的总电压；缺陷检测装置，用于根据由第一电压检测装置检测出的电压检测蓄电池中的缺陷；异常检测装置，用于根据由第二电压检测装置检测出的电压检测电池组中的缺陷；温度检测装置，用于检测电池组中的温度；电池寿命确定装置，用于根据由温度检测装置检测出的温度确定蓄电池中的每一个的寿命；报告装置，用于报告缺陷检测装置及异常检测装置的检测结果和电池寿命确定装置的确定结果；工作模式确定装置，用于确定电池组的工作模式，其中工作模式确定装置根据由第二电压检测装置检测出的电压确定电池组以浮动充电模式、放电模式、或再充电模式中的何种模式工作；在所述浮动模式中，连接至电池组的电源(2)的电压被供给连接至电池组的负载(3)，电池组借助电源的电压充电；在所述放电模式中，当电源的电压降落或为零时，电池组的电压被供给负载；而在所述再充电模式中，在电池组以放电模式工作后，电池组借助电源的电压充电；其中，缺陷检测装置包括第一缺陷检测装置、第二缺陷检测装置和第三缺陷检测装置；所述第一缺陷检测装置在由工作模式确定装置确定的工作模式为浮动充电模式的情况下，根据由第一电压检测装置检测出的电压是否低于一预定的低压V2来检测蓄电池中的缺陷；所述第二缺陷检测装置在由工作模式确定装置确定的工作模式为浮动充电模式的情况下，根据由第一电压检测部分检测出的电压是否等于或高于一预定的高压V3来检测蓄电池中的缺陷；所述第三缺陷检测装置在由工作模式确定装置确定的工作模式为放电模式的情况下，根据从该放电模式开始经过一段预定的时间时，由第一电压检测装置检测出的电压是否低于一预定的低压V1(＜V2)来检测蓄电池中的缺陷。
根据本发明第二方面，提供一种用于管理具有多个蓄电池的电池组的装置，包括：多个第一电压检测装置，用于分别检测蓄电池的电压；第二电压检测装置，用于检测电池组的总电压；缺陷检测装置，用于根据由第一电压检测装置检测出的电压检测蓄电池中的缺陷；异常检测装置，用于根据由第二电压检测装置检测出的电压检测电池组中的缺陷；温度检测装置，用于检测电池组中的温度；电池寿命确定装置，用于根据由温度检测装置检测出的温度确定蓄电池中的每一个的寿命；报告装置，用于报告缺陷检测装置及异常检测装置的检测结果和电池寿命确定装置的确定结果；工作模式确定装置，用于确定电池组的工作模式，其中工作模式确定装置根据由第二电压检测装置检测出的电压确定电池组以浮动充电模式、放电模式、或再充电模式中的何种模式工作；在所述浮动模式中，连接至电池组的电源的电压被供给连接至电池组的负载，电池组借助电源的电压充电；在所述放电模式中，当电源的电压降落或为零时，电池组的电压被供给负载；而在所述再充电模式中，在电池组以放电模式工作后，电池组借助电源的电压充电；其中异常检测装置包括第一异常检测装置和第二异常检测装置；所述第一异常检测装置根据由第二电压检测装置检测出的电压是否维持在等于或高于一预定的最大值一段预定的时间来检测电池组中的异常电压；而所述第二异常检测装置根据由第二电压检测部分检测出的电压是否维持在低于一预定的最小值一段预定的时间来检测电池组中的异常电压。
附图说明
图1为示出本发明的实施例和包含该实施例的不间断电源系统的方框图；
图2为说明本实施例的操作的流程图；
图3为接在图2后面的流程图；
图4为用于说明如何确定本实施例的操作模式的图表；
图5为用于说明在以浮动充电模式工作的本实施例中如何检测缺陷的图表；
图6为用于说明在以放电模式工作的本实施例中如何检测缺陷的图表；
图7为用于说明在以浮动充电模式工作的本实施例中如何检测缺陷的图表；
图8为用于说明在本实施例的电池组中如何检测异常电压的图表；
图9示出与本实施例有关的蓄电池和在本实施例中使用的连接装置；
图10示出在本实施例中使用的清洗器；和
图11为在本实施例中使用的嵌合接头的剖视图。
现在结合附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
如图1中所示，整流器2连接至工业AC电源1。逆变器3用DC电源线L1和L2连接至整流器2的输出端P和N。逆变器3被接通来将整流器2的输出电压(DC电压)转换成具有预定频率的AC电压。逆变器3的输出被提供给负载4。
电池组10连接在DC电源线L1和L2之间。电池组10包括多个串联的蓄电池Sa，Sb，...Sn。每个蓄电池均是密封型铅蓄电池。
电池组10可以以各种模式工作，包括浮动充电模式，放电模式和再充电模式。
在浮动充电模式中，电源(整流器2)的电压被供给连接至电池组10的负载(逆变器3)，电池组10借助电源(整流器2)的电压被再充电。
在放电模式中，当电源(整流器2)的电压降落或为零时(当供电中断时)，电池组10的电压被供给负载(逆变器3)。
在再充电模式中，当电池组以放电模式工作之后，该电池组10借助电源(整流器2)的电压被再充电。
整流器2、逆变器3和电池组10构成了一个即使工业AC电源中断也能持续驱动负载的不间断电源系统。
在该不间断电源系统中，电压检测部分(第一电压检测装置)11a，11b，...11n分别连接至电池组10的蓄电池Sa，Sb，...Sn，以检测蓄电池Sa，Sb，...Sn的电压V。另外，为电池组10设置了温度检测部分12。温度检测部分12具有一个安装到电池组10上的温度传感器12a。温度传感器12a检测电池组10的温度T(或者电池组10的环境温度)。
总电压检测部分(第二电压检测装置)13连接在DC电源线L1和L2之间，以检测电池组10的总电压E。
测量部分21，参数设定部分22，显示部分23，警报发生部分24连接至控制部分20。
测量部分21对由电压检测部分11a，11b，...11n检测出的电压、由温度检测部分12检测出的温度T和由总电压检测部分13检测出的电压E执行A/D(模拟/数字)转换，从而产生数字数据。该数字数据被提供给控制部分20。
参数设定部分22被设计用来设定用于操作控制部分20的各种参数。
显示部分23显示(报告)控制部分20的操作结果。
当控制部分20检测出任一个蓄电池中的缺陷、检测出电池组10中的异常电压、或确定任一个蓄电池失效(即，电池组10失效)，警报发生部分24产生警报信号。警报信号被发送(或提供)给检查—维护工人所在的控制室。
控制部分20具有下列功能装置[1]至[8]：
[1]工作模式确定装置，用于确定电池组10以浮动充电模式、放电模式和再充电模式中的何种模式工作；
[2]第一缺陷检测装置，用于在工作模式确定装置确定电池组10工作在浮动充电模式的情况下，根据由电压检测部分11a，11b，..11n检测出的电压V是否低于一预定的低压V2来检测蓄电池Sa，Sb，...Sn中的缺陷。
[3]第二缺陷检测装置，用于在工作模式确定装置确定电池组10工作在浮动充电模式的情况下，根据由电压检测部分11a，11b，...11n检测出的电压V是否等于或高于一预定的高压V3来检测蓄电池Sa，Sb，...Sn中的缺陷。
[4]第三缺陷检测装置，用于在工作模式确定装置确定电池组10工作在放电模式的情况下，根据从该放电模式开始经过一段预定的时间(例如1分钟)时，由电压检测部分11a，11b，...11n检测出的电压V是否低于一预定的低压V1(＜V2)来检测蓄电池Sa，Sb，...Sn中的缺陷。
[5]第一异常检测装置，用于根据由总电压检测部分13检测出的电压E是否维持在等于或高于一预定的最大值Emax一段预定的时间(警报屏蔽时间)ta来检测电池组10中的异常电压。
[6]第二异常检测装置，用于根据由总电压检测部分13检测出的电压E是否维持在低于一预定的最小值Emin一段预定的时间(警报屏蔽时间)tb来检测电池组10中的异常电压。
[7]寿命确定装置，用于计算由温度检测部分12在一定的时间间隔(例如每个小时)上检测的温度T的平均值，并根据平均温度和Arrhenius规则之间的关系确定蓄电池Sa，Sb，...Sn的寿命(即，电池组10的寿命)。
[8]报告装置，用于报告由各缺陷检测装置检测出的缺陷、由各异常检测装置检测出的异常和由寿命确定装置确定的寿命。
下面将参照图2和图3示出的流程描述上述结构的操作。
首先，将计时器t1、t2、t3和t4清零(步骤100)。
经过一段预定的时间、例如1小时的时候，检测电池组10的温度(如果步骤101为YES)。在检测温度的时刻，计算温度检测部分12已检测出的温度T的平均值(电池组10的温度)。根据平均温度和Arrhenius规则之间的关系确定蓄电池Sa，Sb，...Sn的寿命(即，电池组10的寿命)(步骤102)。如果发现任何一个蓄电池已经失效(如果步骤103为YES)，显示部分23显示该事件，警报发生部分24产生警报信号(步骤104)。
由总电压检测部分13检测出的电压E可能变成等于或高于预定的最大电压值Emax(如果步骤105为YES)，如图8中示出的情况A。在这种情况下，启动计时器t1(步骤106)。当计时器t1达到预定值ta时(如果步骤107为YES)，则确定总电压为异常(步骤108)。显示部分23显示该事件，警报发生部分24产生警报信号(步骤109)。
由总电压检测部分13检测出的电压E可能降到低于预定的最小值Emin(如果步骤110为YES)，如图8中示出的情况B。如果发生这种情况，启动计时器t2(步骤111)。当计时器t2达到预定值tb时(如果步骤112为YES)，则确定总电压为异常(步骤108)。显示部分23显示该事件，警报发生部分24产生警报信号(步骤109)。
将由总电压检测部分13检测出的电压E(即总电压)与值E1和E2(E1＜E2)相比较，值E1被预设来检测放电，值E2被预设来检测放电的结束(步骤113)。
如果检测出的电压E等于或高于预设值E2(如果步骤113为YES)，则确定电池组10正工作在浮动充电模式(步骤114)。在这种情况下，选择低压V2和高压V3，二者均被预设为用于检测蓄电池中的缺陷的参考值(步骤115)。
由电压检测部分11a，11b，...11n中的任何一个检测出的电压V可能降到低于低压V2，如图5中所示，而电池组10工作在浮动充电模式。如果是这样的话(如果步骤116为YES)，则确定引起该电压降落的蓄电池是有缺陷的(步骤118)。显示部分23显示该事件，警报发生部分24产生警报信号(步骤119)。
由电压检测部分11a，11b，...11n中的任何一个检测出的电压V可能升高至或高于高压V3，如图7中所示，而电池组10工作在浮动充电模式。如果发生这种情况(如果步骤116为NO而步骤117为YES)，则确定引起该电压升高的蓄电池是有缺陷的(步骤118)。显示部分23显示该事件，警报发生部分24产生警报信号(步骤119)。
检测出的电压E可能降到低于预设值E2(步骤113为NO)并可能降到低于预设值E1(步骤120)。如果是这样的话，则确定电池组10工作在放电模式(步骤121)。在这种情况下，选择低压值V1(＜V2)作为用于检测每个蓄电池中的缺陷的参考值(步骤122)。
在放电模式中，在确定电池组10工作在放电模式的同时启动计时器t3(步骤123)。当计时器t3达到1分钟时(即检测屏蔽时间)(步骤124为YES)，将由电压检测部分11a，11b，...11n检测出的电压V与所选择的低压值V1(＜V2)相比较(步骤125)。
如果检测出的电压V中的任何一个低于预设的低压值V1，如图6中所示(如果步骤125为YES)，则确定引起该电压降落的蓄电池是有缺陷的(步骤118)。显示部分23显示该事件，警报发生部分24产生警报信号(步骤119)。
如果检测出的电压E升高至或高于预设值E1(如果步骤120为NO)并且如果放电模式不再有效(如果步骤126为YES)，则确定电池组10工作在再充电模式(步骤127)。在确定如此的同时，启动计时器t4(步骤128)。确定再充电模式维持为有效，而不管检测出的电压E中的变化(步骤127)，直到计时器t4达到48小时(如果步骤129为NO)。因此，对于相应于计时器t4的48小时，不确定每个蓄电池中是否存在缺陷(检测屏蔽)。
如上所述，可以可靠地检测出电池组10的异常电压和蓄电池Sa，Sb，...Sn中的缺陷，而无需检查—维护工人的工作。另外，可以确定并报告每个蓄电池的寿命而无需检查—维护工人的工作。
可以以很高的可靠性自动管理电池组10和蓄电池Sa，Sb，...Sn。
电压检测部分11a，11b，...11n借助图9、图10和图11所示的连接装置连接至电池组10和蓄电池Sa，Sb，...Sn。这些附图只描绘了蓄电池Sa和电压检测部分11a的连接。其他任何电压检测部分以同样的方式连接至相关的蓄电池。
蓄电池Sa具有一对螺栓状电极41，它们从密封电瓶40的上表面突出。
导电的清洗器30固定在每个电极41上。通常称为“嵌合接头(femaletab)”的连接件50被安装到清洗器30上。导线58从嵌合接头50引出，并连接至电压检测部分11a上。
螺母42安装在蓄电池Sa的每个电极41上。清洗器30和连接件60以所述顺序安装到每个电极41上，螺母42被紧固以卡紧电极41。从每个连接件60引出的导线61被连接至下一个蓄电池Sb的一个电极41上。
如图10所示，清洗器30具有一个环形的部分32和一个平的连接条33。连接条33从环形部分32沿径向向外伸出，它可以安装到电极41上并可以从电极41上取下。电极41可以穿过环形部分32的孔31。连接条33的形状和尺寸使得它即使在螺母42与电极41紧固在一起时也能充分插入嵌合接头50。
嵌合接头50包括一个由绝缘材料制成的壳体51，壳体51一端的凹口52，设置在凹口52中的一对导电夹持件53，设置在凹口52中并与夹持件53电连接的导体54，从凹口52的底部向导线58的远端58a伸展的部分容纳孔52，和由设置在部分容纳孔55中的保险丝56和电阻57构成的串联电路。
保险丝56的一端56a连接至导体54。保险丝56的另一端被电阻57连接至导线58的近端58a。
电阻57用作保护电阻，用于防止负载(即导线58或电压检测部分11a)中的短路(如果有的话)改变蓄电池Sa的电压。如果负载(即导线58或电压检测部分11a)中发生短路或类似的情况，保险丝56熔断以防止过大电流流过嵌合接头50。
凹口52被加工得较大，从而连接条33可以完全插进去。每个夹持件53是通过将具有导电性的薄金属板折弯形成的。夹持件53象簧片一样工作，可靠地接触并夹紧插在凹口52中的连接条33。由于该夹紧，清洗器30和导线58被夹持件53、导体54、保险丝56和电阻57相互电连接在一起。每个夹持件53在凹口52的开口端倾斜或弯曲，从而连接条33可以平滑地插入凹口52。
如上所述，清洗器30被紧固在蓄电池Sa的每个电极41上，嵌合接头50被安装到清洗器30的连接条33上。从而蓄电池Sa和电压检测部分11a可以容易地并可靠地连接。也就是说，电压检测部分11a可以容易地连接到蓄电池Sa上，而无需将螺母42或连接件60从电极41上取下也无需中断不间断电源系统的运行。另外，将连接部分11a连接到电池Sa上的效率也提高了。
由于嵌合接头50的每个夹持件53与清洗器30的连接条33相接触，在蓄电池Sa和电压检测部分11a之间保持稳定、良好的电连接。
如果在导线58或电压检测部分11a中发生短路，蓄电池Sa中可避免不必要的电压变化。这是因为每个嵌合接头50具有一个电阻57。
如果导线58或电压检测部分11a中发生短路，一过大电流可能流过嵌合接头50。在这种情况下，嵌合接头50的保险丝熔断，从而避免着火等。
在上述实施例中，每个夹持件53通过弯折金属板形成。但是，对于每个夹持件53的形状等来说没有限制。夹持件53可以采取任何形状，只要能可靠地与连接条33接触即可。例如，可以通过弯折金属板形成一个夹持件53，而另一个夹持件53可以是由橡胶等制成的绝缘件。
对清洗器30的形状也没有限制。
上述的装置是设计用在不间断电源系统中的。但是，该装置可以用在具有蓄电池的其他任何装置中。
本发明不限于上述的实施例。在本发明的精神和范围内可以作出各种变化和修改。

Claims (8)

1、一种用于管理具有多个蓄电池的电池组的装置，其特征在于包括：
多个第一电压检测装置(11a，11b，...11n)，用于分别检测蓄电池(Sa，Sb，...Sn)的电压；
第二电压检测装置(13)，用于检测电池组(10)的总电压；
缺陷检测装置，用于根据由第一电压检测装置(11a，11b，...11n)检测出的电压检测蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的缺陷；
异常检测装置，用于根据由第二电压检测装置检测出的电压检测电池组(10)中的缺陷；
温度检测装置(12)，用于检测电池组(10)中的温度；
电池寿命确定装置，用于根据由温度检测装置(12)检测出的温度确定蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的每一个的寿命；
报告装置(23)，用于报告缺陷检测装置及异常检测装置的检测结果和电池寿命确定装置的确定结果；
工作模式确定装置，用于确定电池组(10)的工作模式，其中工作模式确定装置根据由第二电压检测装置(13)检测出的电压确定电池组(10)以浮动充电模式、放电模式、或再充电模式中的何种模式工作；在所述浮动模式中，连接至电池组(10)的电源(2)的电压被供给连接至电池组(10)的负载(3)，电池组(10)借助电源(2)的电压充电；在所述放电模式中，当电源(2)的电压降落或为零时，电池组(10)的电压被供给负载(3)；而在所述再充电模式中，在电池组(10)以放电模式工作后，电池组(10)借助电源(2)的电压充电；
其中，缺陷检测装置包括第一缺陷检测装置、第二缺陷检测装置和第三缺陷检测装置；所述第一缺陷检测装置在由工作模式确定装置确定的工作模式为浮动充电模式的情况下，根据由第一电压检测装置(11a，11b，...11n)检测出的电压是否低于一预定的低压V2来检测蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的缺陷；所述第二缺陷检测装置在由工作模式确定装置确定的工作模式为浮动充电模式的情况下，根据由第一电压检测部分(11a，11b，...11n)检测出的电压是否等于或高于一预定的高压V3来检测蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的缺陷；所述第三缺陷检测装置在由工作模式确定装置确定的工作模式为放电模式的情况下，根据从该放电模式开始经过一段预定的时间时，由第一电压检测装置(11a，11b，...11n)检测出的电压是否低于一预定的低压V1(＜V2)来检测蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的缺陷。
2、根据权利要求1的装置，其中蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的每一个具有一对电极(41)；以及还包括连接装置，每个连接装置用于将一个蓄电池的一个电极(41)连接至一个第一电压检测装置。
3、根据权利要求2的装置，其特征在于，每个连接装置包括可拆卸地安装到一个电极(41)上的清洗器(30)、可拆卸地连接到清洗器(30)上的连接件(50)和从连接件(50)伸出的导线(58)。
4、根据权利要求3的装置，其特征在于，清洗器(30)具有一个环形部分(32)和一个连接条(33)，连接条(33)从环形部分(32)沿其径向向外伸出；连接件(50)具有一个用于容纳和保持清洗器(30)的连接条(33)的凹口(52)和设置在凹口(52)与导线(58)之间并由保险丝(56)和电阻(57)构成的串联电路；当连接条(33)插入凹口(52)中时，串联电路将连接条(33)与导线(58)相连接。
5、一种用于管理具有多个蓄电池的电池组的装置，其特征在于包括：
多个第一电压检测装置(11a，11b，...11n)，用于分别检测蓄电池(Sa，Sb，...Sn)的电压；
第二电压检测装置(13)，用于检测电池组(10)的总电压；
缺陷检测装置，用于根据由第一电压检测装置(11a，11b，...11n)检测出的电压检测蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的缺陷；
异常检测装置，用于根据由第二电压检测装置检测出的电压检测电池组(10)中的缺陷；
温度检测装置(12)，用于检测电池组(10)中的温度；
电池寿命确定装置，用于根据由温度检测装置(12)检测出的温度确定蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的每一个的寿命；
报告装置(23)，用于报告缺陷检测装置及异常检测装置的检测结果和电池寿命确定装置的确定结果；
工作模式确定装置，用于确定电池组(10)的工作模式，其中工作模式确定装置根据由第二电压检测装置(13)检测出的电压确定电池组(10)以浮动充电模式、放电模式、或再充电模式中的何种模式工作；在所述浮动模式中，连接至电池组(10)的电源(2)的电压被供给连接至电池组(10)的负载(3)，电池组(10)借助电源(2)的电压充电；在所述放电模式中，当电源(2)的电压降落或为零时，电池组(10)的电压被供给负载(3)；而在所述再充电模式中，在电池组(10)以放电模式工作后，电池组(10)借助电源(2)的电压充电；
其中异常检测装置包括第一异常检测装置和第二异常检测装置；所述第一异常检测装置根据由第二电压检测装置(13)检测出的电压是否维持在等于或高于一预定的最大值一段预定的时间来检测电池组(10)中的异常电压；而所述第二异常检测装置根据由第二电压检测部分(13)检测出的电压是否维持在低于一预定的最小值一段预定的时间来检测电池组(10)中的异常电压。
6、根据权利要求5的装置，其中蓄电池(Sa，Sb，...Sn)中的每一个具有一对电极(41)；以及还包括连接装置，每个连接装置用于将一个蓄电池的一个电极(41)连接至一个第一电压检测装置。
7、根据权利要求6的装置，其特征在于，每个连接装置包括可拆卸地安装到一个电极(41)上的清洗器(30)、可拆卸地连接到清洗器(30)上的连接件(50)和从连接件(50)伸出的导线(58)。
8、根据权利要求7的装置，其特征在于，清洗器(30)具有一个环形部分(32)和一个连接条(33)，连接条(33)从环形部分(32)沿其径向向外伸出；连接件(50)具有一个用于容纳和保持清洗器(30)的连接条(33)的凹口(52)和设置在凹口(52)与导线(58)之间并由保险丝(56)和电阻(57)构成的串联电路；当连接条(33)插入凹口(52)中时，串联电路将连接条(33)与导线(58)相连接。
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