CN202121023U - 电池组智能在线监测补偿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池组智能在线监测补偿器，本实用新型采取如下技术方案：检测模块包含温度检测模块、总电压检测模块以及单体电池电压检测模块，所述检测模块与蓄电池组相连，与每一个蓄电池单体相连；检测模块还与负载与充电器相连，所述充电器与负载并联；随后与检测模块相连；所述检测模块与单体电池补偿模块、告警保护模块、记录通讯模块和人机界面模块相连。所述检测模块与电流、电压、温度传感器相连。具有如下有益效果：延长电池的使用寿命，在整个使用期间基本不需任何维护，并能够提供蓄电池的各种运行参数，为客户节约大量的检测维护费用，降低更换蓄电池组的高额费用。其成本低廉，便于推广应用和进入寻常百姓家。

Description

电池组智能在线监测补偿器

技术领域：

本实用新型涉及一种电池组的补偿器，尤其涉及一种对电池组进行在线监测并对其进行补偿维护的电池组智能在线监测补偿器。 

背景技术：

1.蓄电池应用现状 

串联电池组是将多只单体电池串联起来使用，以期将单体蓄电池较低的端电压合并起来达到高电压，以满足如笔记本电脑、电动汽车动力电池组、车船用动力电池组、通信设备蓄电池组和工业直流屏电池组等的需要。串联电池组的特点是流过电池组本身的电流完全相等。但由于各单体电池的电气参数应用材料、工艺等原因，每个单体电池性能不可能完全相同，所以出厂时一般采用参数接近配组的方式，使蓄电池组中的各单体电池参数尽可能一致。但即使这种差异，也会造成整个电池组在使用上的效益差异：单体电池质量好，参数一致性好，配组严格，使用环境好(一般浅充浅放)的电池组寿命就长些。而单体电池质量一般，参数一致性一般，配组不太严格，使用环境较差(经常深充深放)的电池组寿命就短些，从而导致整个蓄电池组性能下降或提前失效。虽然性能下降或失效的电池组仅是一个或数个单体电池首先损坏引起的，也容易进行更换修复，但检查更换需要大量维护人员，同时在维护一段时间后还会出现新的落后电池。如果 不及时检查、发现并更换落后电池，轻则严重降低电池组服务时间，重则会造成落后电池严重的过充或过放甚至反充，危及安全(漏液或燃爆)。 

2、锂电池串联电池组的应用介绍 

锂电池由于单位比能量高，单体电压高等优点被首先应用于航空、航天和军事等领域。近年随着成本的降低，已在工业和民用领域获得巨大应用。除以单体锂电池为主的手机用户外，还有将3-4节锂电池串联起来的笔记本电脑用户、10-14节锂电池串联起来电动自行车用户等，而为新一代电动汽车提供动力的锂电池组的应用就是串联锂电池组的典型代表。大量被使用的锂离子电池标称电压为3.6V，充满限制电压为4.2V，当充电电压超过4.2V时，就可能引起会发生燃爆现象；放电截止电压为2.75V，当放电低于2.75V时，就会损伤电池，造成容量的下降。 

纯电动汽车一般使用比能量高的锂电池提供动力，为提高动力，一般将一百节左右的单体锂电池(300V系统)串联起来使用，有些电动大巴则用二百多节左右的单体锂电池(600V系统)串联起来使用。电池组串联的越多，出现单体电池落后的几率就越高，相对服务寿命就越短，虽然可以通过维护来维持寿命，但在整个寿命中需要多次维护，给用户使用带来不便。 

3、铅酸蓄电池组的应用介绍 

铅酸蓄电池是目前用途最广，用量最大的蓄电池种类，单体电压为2V，由于电压较低，一般都串联起来使用。容量较小的蓄电池一般 由3只(6V组合体)或6只(12V组合体)串联在一起，供摩托车或汽车等使用。容量较大一些铅酸蓄电池的使用一般是直接用2V单体串联起来使用，常见的应用如48V系统的通信基站备用蓄电池组，24-60V电动汽车电动叉车用蓄电池组，110-220-380V直流屏蓄电池组、大型电力储能蓄电池组等。 

其中各行业通信基站和信息中心机房中备用蓄电池组是铅酸蓄电池的主要应用场所。目前仅中国移动、中国联通、中国电信、金融、统计等信息中心的备用蓄电池组就有上百万座。这些蓄电池组均是采用24只单体蓄电池组成48V供电系统。 

4、其它蓄电池组、电能单元组的应用介绍 

镍氢/镍镉电池等都是低电压电池，串联使用时，都面临同样的问题。镍氢电池技术比较成熟，但单体电池只有1.2V，高压应用时需要串联的电池更多，充放电不均衡问题更为突出。超级电容由于寿命超长、充放电速度快等优点正逐步向储能和替代动力电池方向迅速推进，但超级电容的耐压一般也只有1-2V，多只串联后充放电均衡的重要性将更加突出。 

综合以上，上述各种蓄电池和电能单元普遍采用并联分流的方法来解决串联电池组的充电不均衡问题，但这种方法需要消耗大量的电能，排泄电热能需要相当大的空间，造成系统的可靠性降低。且这种方法控制复杂、效率低、热耗大、均衡时间长。现有电池在保护方面，除了小电流的充电均衡外，放电时基本没有什么有效的办法，不仅民品普遍没有放电均衡措施，就连航天站和卫星也仅在研究充电均衡更 好一些的办法，放电均衡的相关研究报道极少涉及。其实，单体电池产生落后的原因，不仅是充电不均衡造成的(因为许多加了充电均衡电路的电池组，依旧会出现落后电池)，放电不均衡也是重要因素。目前通常的充放电管理方法是，充放电都只看电池组整体电压，对单体电池电压缺乏控制手段，单体电池电压难免出现偏差，而只要出现电压偏低的，就必然存在电压偏高的，电压偏高的电池过充后温度升高，水分电解，又会容量降低，成为新的“落后电池”。一只“落后电池”可以造成若干只电池过充电。 

由于锂电池的特性不允许其充放电电压过高或过低，因此锂电池组在充电时只要有一只锂电池先行充满，系统就只能停止充电，以防出现过充电，此时许多单体电池尚未充满。而放电时，只要有一只电池先行放完，系统也只得停止放电。这样，价格昂贵的锂电池组既不敢充满，又不敢放光，只能用电量中间那段，容量配置浪费极大。 

一只单体蓄电池的性能可良好地服务10-20年以上，而串联蓄电池的平均服务寿命却不到2-3年。专家经过大量解剖发现，造成蓄电池组失效的主要原因之一，就是因为由于个别单体电池的严重损坏而连带了整组电池的性能失效。在没有有效均衡保护电路的简单串联蓄电池组中，由于单体电池性能不可能绝对相等，使用初期的细微差别，在每次充放电的放大作用下，几个月后的电池性能就会有较大的差异，其中必然有一只或数只单体电池性能严重下降。虽然经过检查更换、均衡可以使整组电池恢复性能，但这种现象在一段时间之后必然还会重复出现，给整组电池系统的使用造成很大影响。 

目前一些重要系统的电池组均配备有充电均衡电路和放电电压检测电路，但是前者的均衡能力有限，基本在毫安级(小于0.02C)，后者只有检测功能，没有矫正功能，导致串联电池组系统在充电时不敢充足，放电时又不敢放净，系统使用容量远远小于电池组的标定容量。这种现象在锂电池组中表现尤为突出，高标配置、降额使用对价格昂贵的锂电池蓄电池尤其是极大的浪费。 

理想的方法是为每只单体电池配置一套动态的稳压稳流源。当串联电池组在充、放电过程中，某只单体电池的电压有高于或低于平均电压倾向时，系统自动将从其他电能较高的电池中吸收能量转移到电能较低的电池中，始终使各单体电池电能处于平均状态。但这种方法价格昂贵，在市场上将难以推广使用。 

发明内容：

发明目的：为了提供一种可以解决普通电池组因充放电不均衡导致整个电池组提前失效的难题，可以均衡充放电，补充充电率可达到0.05-0.2C(C为蓄电池的安时数)，使各只单体蓄电池能够取长补短，在整个使用期间同步衰减，大大延长整个电池组的使用寿命，极大提高使用效益的电池组智能在线监测补偿器。 

为了达到如上目的，本实用新型采取如下技术方案：检测模块包含温度检测模块、总电压、电流检测模块以及单体电池电压检测模块，所述检测模块与蓄电池组相连，与每一个蓄电池单体都相连；检测模块还与负载与充电器相连，所述充电器与负载并联；随后与检测模块相连；所述检测模块与单体电池补偿模块、告警保护模块、记录通讯 模块和人机界面模块相连。 

本实用新型的进一步技术方案在于：所述检测模块与电流、电压、温度传感器相连。 

本实用新型的进一步技术方案在于：所述电池补偿模块与单体蓄电池通过多路选择器相连。 

以上结构实现了一个补偿器对多个单电池的补偿。 

采用如上技术方案的本实用新型，具有如下有益效果： 

应用面广，产品可以广泛应用在需要使用不同电压值的领域：电信、金融、UPS、广电、电力、汽车、铁道、太阳能、风能等行业。 

本产品采用能量均衡的方法对电池进行不断的监测和补偿，使整个电池组的性能始终处于均衡状态，让相对落后的电池在充电时多充一些，静置、放电时少放一些，在各个阶段对其进行补充，使其赶上“队伍”。本产品充、放电补偿电流能达到数百安培，其中放电补偿属于首创。它将彻底解决串联蓄电池因容量差异而造成的单体电池过放或反充的现象，为各种串联蓄电池的安全、长寿、高效使用提供了保证。采用本产品后，新电池组将不必仔细选配，新旧电池可搭配使用，多数废旧电池将可重新利用，对节能环保极为有利。最为重要的，该产品一旦投入使用，阀控密封一类的蓄电池在整个使用期间基本不需任何维护，并能够提供蓄电池的各种运行参数，为客户节约大量的检测维护费用，降低更换蓄电池组的高额费用。其成本低廉，便于推广应用和进入寻常百姓家。 

附图说明：

为了进一步说明本实用新型，下面结合附图对本实用新型进行说明： 

图1为：本实用新型内部物理结构图； 

具体实施方式：

为了进一步说明本实用新型，下面对本实用新型的具体实施方式进行说明，以下所述实施例不对本实用新型的实施造成限制，因为其是非穷举的方式。 

实施例1：在通讯基站、信息中心备用电池组中的应用 

检测模块包含温度检测模块、总电压检测模块以及单体电池电压检测模块，所述检测模块与蓄电池组相连，与每一个蓄电池单体都相连；检测模块还与负载与充电器相连，所述充电器与负载并联；随后与检测模块相连；所述检测模块与单体电池补偿模块、告警保护模块、记录通讯模块和人机界面模块相连。 

本实用新型的进一步技术方案在于：所述补偿模块与单体蓄电池通过多路选择器相连，实现了一个补偿器对多个单电池的补偿。 

通信基站普遍使用2V铅酸蓄电池组成的蓄电池组，数量巨大，由于基层机房的检测设备和检修人员很难配备到位，落后蓄电池的发现是一个久已存在的难题，所以一般把到服务年限的蓄电池组或发现容量不达标后的蓄电池组集中更换。经对大量报废的蓄电池检查发现，大多数单体蓄电池还可以继续使用相当长的时间，甚至平均服务寿命可以达到15年以上(现多数厂家的电池组包用时间为5年，有的甚至不到3年就提前失效了)，这在经济上就造成了极大地浪费，同时也 不符合环保的理念。 

所述铅酸蓄电池组的各个单体位于本实用新型中，当检测模块发现个别电池出现容量问题的时候，立刻调动单体电池补偿模块协调本实用新型的补偿模块对单体电池进行补偿；告警保护模块对不稳定的情况进行报警并通过记录通讯模块和人机界面模块反映到终端系统。 

实施例2：在电动车辆动力电池组的应用 

所述电动车电池组的各个单体位于本实用新型中，当检测模块发现个别电池出现容量问题的时候，立刻调动单体电池补偿模块对单体电池进行补偿；告警保护模块对不稳定的情况进行报警并通过记录通讯模块和人机界面模块反映到终端系统。 

电动汽车动力电池均是多只串联起来使用的，目前国家支持的纯电动汽车其能源存储基本都是锂电池，低速运行的电动汽车一般采用铅酸蓄电池组。根据国家新能源汽车发展规划，三年内电动汽车将达到50万辆，10年内电动汽车产量将达到200万辆/年以上。电动汽车的重量和成本很大一部分在蓄电池上，如果采用本技术形式的均衡器，将大大提高蓄电池组的利用率，或者同样的电池组可以跑更多的路程，或者跑同样里程的电动汽车可以较小蓄电池容量配置，节省电池费用。由于本技术产品具有极高的投入产出比，将会在电动汽车上获得广泛的使用。 

实施例3：在潜艇、舰船动力电池组应用 

所述舰船的电池组的各个单体位于本实用新型中，检测模块对所有单体电池进行检测，当发现某个电池出现容量问题的时候，立刻调 动单体电池补偿模块对单体电池进行补偿；告警保护模块对不稳定的情况进行报警并通过记录通讯模块和人机界面模块反映到终端系统。 

潜艇和舰船大量使用蓄电池，其中潜艇在水下航行时基本靠蓄电池组维持工作与航行，空间狭小而蓄电池组庞大(单体蓄电池也很大)，即使发现了落后电池，也难以更换。采用本技术生产的补偿器后，在整个服务寿命中，一般不会出现落后电池，可大大减小蓄电池的维护工作量，减少电池过充产生的氢排放，减少氢爆炸的危险，提高每个放电周期的工作时间。所有潜艇和舰船都是本品的应用之地。 

实施例4：在卫星、航天站等电池组中的应用 

所述卫星、航天站的各个单体位于本实用新型中，当检测电池发现个别电池出现容量问题的时候，立刻调动单体电池补偿模块协调本实用新型的充电器以及其它部分对单体电池进行补偿；告警保护模块对不稳定的情况进行报警并通过记录通讯模块和人机界面模块反映到终端系统。 

由于卫星、航天站蓄电池的不可更换性，同时蓄电池的寿命也就是航天器的寿命，延长蓄电池组服务寿命就具有重大经济价值。 

实施例5：在储能电池领域的应用 

所述储能电池组的各个单体位于本实用新型中，当检测电池发现个别电池出现容量问题的时候，立刻调动单体电池补偿模块协调本实用新型的充电器以及其它部分对单体电池进行补偿；告警保护模块对不稳定的情况进行报警并通过记录通讯模块和人机界面模块反映到终端系统。 

用蓄电池组消峰调谷是解决用电发电不对应的重要手段，目前使用的蓄电池组规模庞大，造价高昂，且检修维护的成本极高。使用本产品后，由于系统会经常自动检修落后蓄电池，故使蓄电池组的工作效率每提高一步，都会获得大量的经济效益。本技术产品可在储能电池领域获得积极的应用。 

实施例6：除了以上串联的内容，还可以针对混合电路进行控制与实施，下面给出一种具体实施例子； 

所述实用新型的各个单体处于混联的时候，位于本实用新型中，当检测电池发现个别电池出现容量问题的时候，立刻调动单体电池补偿模块协调本实用新型的充电器以及其它部分对单体电池进行补偿；告警保护模块对不稳定的情况进行报警并通过记录通讯模块和人机界面模块反映到终端系统。但是，本技术仅对先串联后并联的电池组产生效果。 

结合实施例，在具体实施方式中可以知道，本实用新型的功能与相关基本信息有： 

适用电池：锂电池、铅酸电池、氢镍电池等串联电池的场合。其中舰艇，通信、雷达基站、数据中心、锂电池电动汽车等是首选应用场地。 

（注意所述电池组的示例不对本实用新型造成限制)。 

测量功能：各单电池电压、电池组电压、2路电流、2路温度、单 电池内阻、当前电量等。 

补偿能力：0.005C-0.01C-0.1C 

告警功能：根据具体的环境设置监测蓄电池的个数、蓄电池的总体和单体电压的上限和下限值；当蓄电池组电压及温度异常时，将发出告警。 

通讯功能：可通过专线、电话线、网络、无线等各种方式进行远程通讯，向上级系统报告蓄电池的各项数据，接受其参数设置及其它控制命令。 

记录功能：完成全体电池的自动测量、存储及打印。 

内置过充、短路告警功能。 

下面对本实用新型工作过程进一步进行论述： 

本产品采用对电池进行不断的监测和补偿，使整个电池组的性能始终处于均衡状态，让相对落后的电池在充电时多充一些，静置、放电时少放一些，在各个阶段对其进行补充，使其赶上“队伍”。本产品充、放电均衡电流可达到数百安培，其中放电均衡更是世界首创。它将彻底解决串联蓄电池因容量差异而造成的单体电池过放或反充的现象，为各种串联蓄电池的安全、长寿、高效使用提供了保证。 

本产品方案采用了各种成熟技术的组合搭配，使其达到适用、可靠、成本低廉，以求得到市场认可，达到延长蓄电池寿命，降低蓄电池使用成本，节能环保的目的。 

采用本产品，新电池不必仔细选配，新旧电池可搭配使用，多数废旧电池将可重新利用，对节能环保极为有利。该产品一旦投入使用， 在整个使用期间基本不需任何维护，能为客户节约大量的检测维护费用，免除更换蓄电池组的高额费用，其成本之低，完全能够在市场上推广应用和进入寻常百姓家。 

就领域来说，下面对本实用新型的实施例进行进一步说明： 

其他一切传联电池组应用领域，另外，混合电路等其他电路，只要由蓄电池组组成，皆可以应用本实用新型。

工业备用蓄电池组、军用雷达、气象、行政、银行等部门均有大量备用蓄电池组，其应用性质类似于以上介绍。 

总之，蓄电池业已深入到我们生活的每一个方面。本技术产品以其首创的双向均衡充放电方式，面对巨大的应用量，一定具有广阔的市场前景。 

最后，本实用新型有巨大的经济效益，本技术产品相比目前市场上普通的蓄电池可以延长蓄电池组寿命2-4倍，且在整个使用期间使蓄电池基本不用维护，能节省大量的维修检测人员和维护费用，节省巨额的电池采购费用，用户投入产出比高。同时，本产品避免了大量废旧电池的产生，环保理念凸显，环保经济效益可观，是具有划时代意义的真正绿色技术产品。 

本实用新型解决了人们长期以来一直期望解决但是没有解决的技术难题。 

Claims (3)

1.电池组智能在线监测补偿器，其特征在于：检测模块包含温度检测模块、总电压检测模块、电流检测模块以及单体电池电压检测模块，所述检测模块与蓄电池组相连，与每一个蓄电池单体都相连；检测模块还与负载与充电器相连，所述充电器与负载并联；随后与检测模块相连；所述检测模块与单体电池补偿模块、告警保护模块、记录通讯模块和人机界面模块相连。

2.如权利要求1所述的电池组智能在线监测补偿器，其特征在于：所述检测模块与电流、电压、温度传感器相连。

3.如权利要求1所述的电池组智能在线监测补偿器，其特征在于：所述电池补偿模块与单体蓄电池通过多路选择器相连。

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