CN201556680U - 一种蓄电池组电池电压均衡装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种蓄电池组电池电压均衡装置，包括控制模块，电压采集模块，电流采集模块，模数转换模块，温度传感器和脉宽调制浮充电电流分流电路；所述控制模块分别与电压采集模块、电流采集模块、模数转换模块、温度传感器以及脉宽调制浮充电电流分流电路的控制端相连，所述脉宽调制浮充电电流分流电路与蓄电池组中新电池的两端相连。采用所述实用新型装置不仅保证新更换的电池运行状态良好、节约了整组更换蓄电池组的高额成本，而且减轻了工作人员维护设备的工作量。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种蓄电池组电池电压均衡装置。
背景技术
电力系统中变电站使用的蓄电池组通常由110--120只的蓄电池组成，由于制造等方面的原因个别电池会在绝大多数电池性能良好时提前损坏。由于新旧电池的特性不一致，蓄电池运行维护规程不允许新旧电池混用，例如内阻及内部自放电电阻，新电池的内部自放电电阻较旧电池大(自放电小)，当其串入原电池组时，维持旧电池端电压的浮充电流将使得新电池的端电压超过允许值，导致新电池失水严重和阳极板损坏，所以经常出现的情况是换上的新电池很快又坏了。
目前，通常生产现场解决这个问题的办法是整组更换蓄电池。一组500安时进口密封阀控铅酸蓄电池的价格约18万元人民币，一组进口300安时阀控蓄电池的价格约12万元人民币，一组国产300安时阀控蓄电池的价格约9万元人民币，可以看出整组更换蓄电池的方案耗费大量的资金，加大了安装大量新电池的工作量，并且拆解更换下来的电池时又对环境造成污染。现有技术中也采用过只更换损坏的蓄电池，在新换的蓄电池两端并接分流电阻的方法，但是这种方法需要精确计算分流电阻的阻值，通常该阻值不是电阻雷纳德级数中的阻值，定制电阻又非常麻烦且需要维护人员经常监测新电池的电压并调整阻值，技术难度大，需要花费的工作量也非常大，所以该方法没有推广使用。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种蓄电池组电池电压均衡装置，不仅节约了整组更换蓄电池组的高额成本，而且减轻了工作人员维护设备的工作量。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种蓄电池组电池电压均衡装置，技术方案包括：
用于监测蓄电池组中新电池电压和电池组充电电流的控制模块，用于根据所述控制模块的控制采集新电池电压信号的电压采集模块，用于根据所述控制模块的控制采集蓄电池组充电电流信号的电流采集模块，用于将电压电流等模拟量转换为数字量的模数转换模块、用于根据所述控制模块的控制采集蓄电池组中新电池温度的温度传感器，以及用于根据所述控制模块的控制对蓄电池组中新电池浮充电流进行分流的脉宽调制充电电流分流电路；
所述控制模块分别与电压采集模块，电流采集模块，模数转换模块、温度传感器以及脉宽调制充电电流分流电路的控制端相连，所述脉宽调制充电电流分流电路与蓄电池组中新电池的两端相连。
优选的，所述控制模块为微控制器模块，所述电压采集模块为电阻网络，所述电流采集模块为霍尔电流传感器，所述温度传感器为数字式温度传感器，所述脉宽调制充电电流分流电路包括由微控制器模块脉宽调制输出端驱动的开关元件和分流电阻，所述微控制器模块分别与电压采集模块，电流采集模块，温度传感器以及脉宽调制分流电路的控制端相连。
优选的，所述模数转换器模块具体包括：
用于采集新电池电压和蓄电池组充电电流信号的电压电流选定电路，用于将所述电压电流选定电路采集到的所述电压和电流信号进行模数转换的双积分模数转换器电路，用于给模数转换过程提供基准电压的电压基准电路以及用于给模数转换过程提供正常工作所需负电压的负电压发生器。
优选的，所述控制模块中存储有根据所述温度传感器采集到的蓄电池组中新电池温度计算出的电池浮充电压理想值。
优选的，所述装置还包括一显示模块，该显示模块与所述控制模块相连。
优选的，所述显示模块为字符点阵型16*2液晶显示模块。
优选的，所述双积分模数转换器电路采用由所述微控制器模块的ALE引脚发出并经分频电路产生的125khz的时钟信号。
优选的，所述脉宽调制充电电流电流分流电路中的开关元件采用N沟道功率场效应管，所述N沟道功率场效应管的功率，耐压值以及导通电阻根据电池情况选配。
优选的，所述装置分为2伏和6-12伏两种规格，2伏规格的装置中电源电路为NCP1402电路；6-12伏规格的装置中电源电路为LT1934电路。
优选的，所述两种不同规格的装置具有不同分流电阻的阻值，该分流电阻的阻值和功率根据蓄电池的电压和容量来选配。
本发明的有益效果：
1、采用本实用新型所述装置，在一组较新蓄电池组个别电池特性发生劣化需要更换时，不用更换整组电池，只需使用同类型新电池置换故障电池，并在新电池两端并接本实用新型所述装置，保证了蓄电池组的正常工作；
2、采用本实用新型所述装置，避免了整组更换电池组的资金消耗，节约了大量生产设备的资金；
3、采用本实用新型所述装置，避免了整组更换蓄电池组花费的巨大工作量，以及更换下来的电池对环境产生不利影响，更有利于节能减排；
4、采用本实用新型所述装置，成本造价较低，安装便捷，便于推广。
附图说明
图1为本实用新型所述装置的结构示意图；
图2为本实用新型所述装置与蓄电池组相连接的示意图。
具体实施方式
本实用新型所述的一种蓄电池组电池电压均衡装置：解决了因个别电池损坏就整组更换电池的问题。
本实用新型将微控制器技术和电力电子技术相结合，通过采集蓄电池组中新电池温度以及蓄电池标准充电电压值，从而获得相应温度条件下蓄电池组中的浮充电压理想值，以便控制新电池的浮充电压。本实用新型所述装置平时对多余的浮充电电流进行分流，当电流采集模块检测到电池组处于均衡充电或放电状态时则不分流，所述装置的电源取自新电池两端。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作具体说明。
如图1所示，本实用新型一种蓄电池组电池电压均衡装置，可以通过如下技术方案实现：
用于监测蓄电池组中新电池电压和电池组电流的控制模块11，用于根据所述控制模块的控制采集新电池电压信号的电压采集模块12，用于根据所述控制模块的控制采集新电池充电电流信号的电流采集单元13，用于根据所述控制模块的控制采集新电池温度的温度传感器14，用于根据所述控制模块的控制对新电池浮充电流进行分流的脉宽调制充电电流分流电路15以及用于将蓄电池组电流和电池电压等模拟量转换为数字量的模数转换模块17。
所述控制模块11分别与电压采集模块12，电流采集模块13，模数转换模块17，温度传感器14以及脉宽调制充电电流分流电路15的控制端相连，所述脉宽调制充电电流分流电路与蓄电池组中新电池的两端相连。
在本实用新型的一个实施例中，所述控制模块可以采用微控制器模块及相应外围电路来实现，所述电压采集模块可以采用电阻网络，所述电流采集模块可以采用霍尔电流传感器，所述温度传感器可以采用数字式温度传感器，所述脉宽调制充电电流分流电路包括由微控制器模块脉宽调制输出端驱动的开关元件和分流电阻，所述微控制器模块分别与电压采集模块，电流采集模块，温度传感器以及脉宽调制分流电路的控制端相连。
具体的，控制模块在本实用新型中主要用于监测新电池两端的电压、新电池的温度以及蓄电池组的充电电流，并通过脉宽调制充电电流分流电路中的开关元件导通的占空比，来控制所述分流电路中电压的大小，保证新电池的电池电压处于较理想状态，从而符合规定的电压要求；
在本实用新型的一个实施例中，所述模数转换器模块17具体包括：
用于采集新电池电压和蓄电池组充电电流信号的电压电流选定电路，用于将通过所述电压电流选定电路采集到的新电池两端的电压信号和蓄电池组中充电电流信号进行模数转换的双积分模数转换器电路，用于给模数转换过程提供基准电压的电压基准电路以及用于给模数转换过程提供正常工作所需负电压的负电压发生器。
具体的，本实用新型利用电压电流选定电路分别采集蓄电池组中新电池两端的电压信号和蓄电池组的充电电流信号，并将该信号通过双积分模数转换器电路转换后发送给微控制器模块；本实施例中双积分模数转换器电路所需要的125khz的时钟信号是由微控制器模块和分频器共同产生。
在本实用新型的一个实施例中，所述控制模块中存储有根据所述温度传感器采集到的新电池温度计算出的浮充电压理想值。
例如：Vset(浮充电压理想值)＝2.280V+3.9mV(25-T)，T为电池温度，2.280V是电池厂家给出的电池在25摄氏度时的浮充电压值。
当T＝10℃，Vset≈2.340V
当T＝40℃，Vset≈2.220V
在本实用新型的一个实施例中，所述装置还包括一显示模块，该显示模块与所述控制模块相连。所述显示模块为字符点阵型16*2液晶显示模块。
具体的，在本实用新型中该显示模块主要用于显示所述微控制器模块监测到的蓄电池组中新电池两端的电压值、新电池温度值、根据电池温度计算出的理想浮充电压值以及脉宽调制的占空比等。
在本实用新型的一个实施例中，所述双积分模数转换器电路采用由所述微控制器模块的ALE引脚发出并经分频电路产生的125khz的时钟信号。
在本实用新型的一个实施例中，所述脉宽调制浮充电电流分流电路中的开关元件采用N沟道功率场效应管，所述N沟道功率场效应管的功率，耐压值以及导通电阻根据电池情况选配。
具体的，所述采用脉宽调制原理的电池浮充电电流分流电路，通过微控制器输出的脉宽调制信号控制开关元件的导通占空比；所述占空比(Duty Cycle)在电信领域是指在一串理想的脉冲序列中(如：方波)，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。本实施例中电池充电电流分流开关元件采用N沟道功率场效应管，接蓄电池组中新电池和分流电阻之间，在微控制器模块的控制下，当该开关元件导通时，充电电流经该开关元件和分流电阻分流，当该开关元件不导通时，充电电流基本不分流(只有很小电流为装置提供电源)。分流电阻通过开关元件连接在新电池两端，用于分流多余的浮充电电流。
在本实用新型的一个实施例中，本实用新型所述装置分为2伏和6-12伏两种规格，其中2伏和6-12伏装置的不同在于2伏规格电源电路采用的是NCP1402电路，6-12伏规格电源电路采用的是LT1934。所述两种不同规格的装置具有不同分流电阻的阻值，该分流电阻的阻值和功率根据蓄电池的电压和容量来选配。
如：2V、300Ah电池，浮充电流约为1A，需要分流的电流约为0.2-0.4A，电阻的
最大功耗为2.3V*0.4A＜1W，电阻可取R＝2.3V/0.4A≈6欧，(电阻雷纳德级数中的电阻值
5.7欧或6.2欧)电阻功率取3倍余量，可选3W。
为了便于对本实用新型技术方案的理解，下面结合图1和图2进行详细说明。
图2中B3为新电池；
本发明所述装置一共有两根引出线分别为1、2，1接新电池B3的正极，2接新电池B3的负极。
所述装置与蓄电池组相连接，微控制器模块通过所述电压采集模块和电流采集模块采集新电池两端的电压信号和蓄电池组中的充电电流信号，并将采集到的所述电压信号和充电电流信号通过模数转换器模块后发送给微控制器模块；在浮充电状态下，微控制器模块先将新电池的电压，与根据所述温度传感器采集到的新电池温度计算出的理想浮充电压作比较，当电池电压大于理想值时，占空比增加，使得分流值增加，减少了进入新电池的电流，电池电压即下降，反之亦然。
微控制器模块通过“比例-积分”算法，计算出脉宽调制的占空比，控制进入新电池的浮充电电流，实现蓄电池组电池电压均衡的功能。
当微控制器检测到电池组充电电流为均衡充电电流时，则认为电池组进入均衡充电状态，此时分流电路的占空比为零，不分流。其中，上述均衡充电状态是指充电机以C/10左右电流对电池进行充电。
综上所述采用本实用新型所述的蓄电池组电池电压均衡装置，不仅能够避免了在蓄电池组中个别电池故障时，整组更换电池的高额成本，并且本使用新型公开的技术方案实现便捷，易于推广。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种蓄电池组电池电压均衡装置，其特征在于，包括：
用于监控蓄电池组中新电池电压和电池组充电电流的控制模块，用于根据所述控制模块的控制采集新电池电压信号的电压采集模块，用于根据所述控制模块的控制采集蓄电池组充电电流信号的电流采集模块，用于将电压电流等模拟量转换为数字量的模数转换模块、用于根据所述控制模块的控制采集蓄电池组中新电池温度的温度传感器，以及用于根据所述控制模块的控制对蓄电池组中新电池浮充电流进行分流的脉宽调制分流电路；
所述控制模块分别与电压采集模块，电流采集模块，模数转换模块、温度传感器以及脉宽调制浮充电电流分流电路的控制端相连，所述脉宽调制浮充电电流分流电路与蓄电池组中新电池的两端相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块为微控制器模块，所述电压采集模块为电阻网络，所述电流采集模块为霍尔电流传感器，所述温度传感器为数字式温度传感器，所述脉宽调制浮充电电流分流电路包括由微控制器模块脉宽调制输出端驱动的分流电阻和开关元件，所述微控制器模块分别与电压采集模块，电流采集模块，温度传感器以及脉宽调制分流电路的控制端相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述模数转换器模块具体包括：
用于采集新电池电压和蓄电池组充电电流信号的电压电流选定电路，用于将通过所述电压电流选定电路采集到的所述电压和电流信号进行模数转换的双积分模数转换器电路，用于给模数转换过程提供基准电压的电压基准电路以及用于给模数转换过程提供正常工作所需负电压的负电压发生器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块中存储有根据所述温度传感器采集的蓄电池组中新电池温度计算出的电池浮充电压理想值。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一显示模块，该显示模块与所述控制模块相连。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述显示模块为字符点阵型16*2液晶显示模块。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述双积分模数转换器电路采用由所述微控制器模块的ALE引脚发出并经分频电路产生的125khz的时钟信号。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述脉宽调制浮充电流分流电路中的开关元件采用N沟道功率场效应管，所述N沟道功率场效应管的功率，耐压值以及导通电阻根据电池情况选配。
9.根据权利要求1-9任一所述的装置，其特征在于，所述装置分为2伏和6-12伏两种规格，2伏规格的装置中电源电路为NCP1402电路；6-12伏规格的装置中电源电路为LT1934电路。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述两种不同规格的装置具有不同分流电阻的阻值，该分流电阻的阻值和功率根据蓄电池的电压和容量来选配。
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