CN202616362U - 以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置，装置包括配对设置在蓄电池组全部或部分单体外壳的多组冷热控温晶片模块和单体隔热带；还包括主控制器，经多组电压传感器和温度传感器与蓄电池组及各单体联接，用以确定欠充或过充问题单体及其各自的预设偏差值以及不同状态下的温差调控模式；主控制器连接各组冷热控温晶片模块，通过控制其致冷或加温工作程度而同时但独立地调控蓄电池组各单体温度及使问题单体达至各自的特定温差，使之电化学反应相对增强(或减弱)而逐渐趋向与正常单体的充/放电均衡。本实用新型能在线维护蓄电池组的均衡性以提高可靠性和使用寿命，但又能避免外加电平衡充电装置的电路复杂性和纹波产生问题。

Description

以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置

所属技术领域：

本实用新型涉及的是一种以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置，是利用蓄电池内部电化学反应与环境温度显著相关的特性，以对蓄电池组各单体的环境温度同时但独立地差别调控方式在线维护其中的欠充或过充问题单体，使之电化学反应相对增强(或减弱)而逐渐趋向与正常单体的充/放电均衡，从而恢复蓄电池组的均衡性和可靠性的一种装置。 

背景技术：

蓄电池组广泛应用于电动汽车，太阳能/风能发电等行业的储能应用，以及电信，电力，银行，数据中心等行业的紧急备用等应用，通常由几块到数百块单体串联组成；由于蓄电池制造过程中存在的离散性，以及蓄电池在使用过程中的不均匀性，会使蓄电池组中的各个单体之间产生端电压，容量和内阻不平衡的现象，导致欠充或过充问题单体的出现，甚至个别问题单体先于整组蓄电池组失效，从而严重影响到整个蓄电池组的可靠性和使用寿命。 

为了解决上述问题，传统方法是对蓄电池组进行整组均充维护，这种方法虽然提高了欠充问题单体的端电压，但缺点是，也会造成正常单体过充电，而且频繁的均充大大影响电池的寿命。 

另一种方法是对蓄电池组的某个欠充问题单体配备专用的充电装置，例如，单体活化仪，但缺点是，它不能作用于整个蓄电池组。 

另一种改进方法，例如，智能电平衡充电装置(Balanced charging control apparatus)，智能蓄电池电平衡在线管理系统(Battery Balancing management system)等，是以外加电平衡开关电路方式对蓄电池组的欠充问题单体补偿充电，对过充问题单体放电，解决蓄电池组的均衡性问题。但缺点是： 

(1)对于电信，电力，银行，数据中心等应用于给关键负载作紧急备用的蓄电池组，因后端负载的纹波系数要求极严，蓄电池组外加电平衡开关电路频密的开关动作会产生纹波的影响，实际应用上，往往不允许使用于这些行业的蓄电池组在线维护； 

(2)蓄电池的电特性受温度，电解液等的化学因素影响，它的充放电过程是电化学反应，蓄电池组的各个串联单体之间充电电压/电流分布会动态地互相影响，并非简单的电平衡电路能够完全隔离和控制，需要外加复杂的分析电路和隔离电路，维护成本和操作难度大大提高。 

实用新型内容：

针对上述不足，本实用新型的目的是要提供一种能有效解决蓄电池组的均衡性和可靠性但又能避免外加电平衡充电装置的电路复杂性和纹波产生问题的以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置。 

本实用新型的目的通过以下措施来达到；本实用新型所提供的以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置，包括配对设置在蓄电池组全部或部分单体外壳的多组冷热控温晶片模块和单体隔热带。还包括主控制器，其单体温差调控输出端口连接各组冷热控温晶片模块，其电压检测信号输入端口经对应数量的多组电压传感器与上述蓄电池组及各单体的正负极联接，其温度检测信号输入端口经对应数量的多组温度传感器与上述蓄电池组及各单体的外壳联接。 

本实用新型的目的还通过以下措施来达到；本实用新型所提供的以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置，每组冷热控温晶片模块嵌合在一组单体隔热带组成一个单体温差调控箱，包裹一个蓄电池组单体外壳；冷热控温晶片模块的散热面设置在单体隔热带的外层，而工作面设置在单体隔热带的内层并贴装上述单体外壳，使之与其他单体隔离而温度能独立调控；每组温度传感器的探测头设置在单体隔热带的内层并接触上述单体外壳。 

现在说明本实用新型以温差调控方式在线维护蓄电池组的工作原理。在每一个蓄电池组的充放电循环起始点，主控制器通过电压检测信号输入端口按程序循环发出采样指令给各组电压传感器而获得蓄电池组各个单体的端电压信号，比较计算各自与整组实时平均值的电压差，用以确定欠充或过充问题单体及其各自的预设偏差值。在蓄电池组正常使用过程中，主控制器不断比较计算蓄电池组的电压变化以判断电池组处于的不同充放电状态，用以确定对应的温差调控模式，如判断蓄电池组处于在回充电状态下，主控制器通过单体温差调控输出端口发出一组独立调控指令控制配对设置在每个欠充问题单体外壳的冷热控温晶片模块同时但独立地加温，使之相对于蓄电池组整体温度而达到并保持正的特定温差范围(各自的特定温差值大小决定于上述程序得出的对应预设偏差值)，从而使之内部的充电电化学反应相对增强而充电饱和度得以逐渐提升，并同时地，独立调控指令控制配对设置在每个过充问题单体外壳的冷热控温晶片模块同时但独立地致冷，使之相对于蓄电池组整体温度而达到并保持负的特定温差范围，从而使之内部的充电电化学反应相对减弱而过充电得以逐渐减少；但是，如判断蓄电池组处于在放电状态下，主控制器通过单体温差调控输出端口发出另一组独立调控指令控制配对设置在每个欠充问题单体的冷热控温晶片模块同时但独立地致冷，使之相对于蓄电池组整体温度而达到并保持负的特定温差范围，从而使之内部的放电电化学反应相对减弱而过放电得以逐渐减少，并同时地，独立调控指令控制配对设置在每个过充问题单体的冷热控温晶片模块同时但独立地加温，使之相对于蓄电池组整体温度而达到并保持正的特定温差范围，从而使之内部的放电电化学反应相对增强而放电速度得以逐渐平衡；同理，如判断蓄电池组处于在浮充电状态下，主控制器通过单体温差调控输出端口发出另一组独立调控指令控制配对设置在每个欠充问题单体的冷热控温晶片模块同时但独立地致冷，使之相对于蓄电池组整体温度而达到并保持负的特定温差范围，从而使之内部的自放电方向的电化学反应相对减弱而减低因自放电损失的容量下降和硫化的增加。 

为了保证调控蓄电池组整体温度及各欠充或过充问题单体的特定温差，主控制器还通过其温度检测信号输入端口按程序循环发出采样指令给各组温度传感器而获得蓄电池组整体温度以及各单体温度信号，计算各个单体与蓄电池组整体温度的实时温差，并不断与各自的特定温差值比较，如某一个问题单体的实时温差未达到它的特定温差值，主控制器则通过单体温差调控输出端口发出动作指令给对应的冷热控温晶片模块继续工作，如某单体的实时温差已达到它的特定温差值，则通过单体温差调控输出端口发出动作指令给对应的冷热控温晶片模块暂停工作；同时，主控制器不断对整体温度实时信号与预设值比较，通过整体温度调控输出端口发出动作指令给冷热气流调控器，控制送风气流的致冷或加温，以及气流强弱程度和频率，使已致冷或加温至预设温度的恒温气流上下左右地均匀流过各个单体，使蓄电池组各个正常单体趋向并保持一致的环境温度，从而调控蓄电池组的整体环境温度保持预设的最佳工作温度。在任何情况下，主控制器通过温度检测信号输入端口，实时监测和比较分析各组温度传感器，确保蓄电池组的各个单体的工作温度(包括进行着温差调控的欠充和过充问题单体)，不会超出预设的温度阈值持续特定时间，防止造成蓄电池不可恢复性的损害可能性，例如，热失控等；同时，控制对应单体的冷热控温晶片模块和整组冷热气流调控器进行事故处理模式，即，暂停温差调控工作而全部进行持续的最大程度致冷，使蓄电池组的工作温度能尽快下降到安全水平，并且通过RS-232端口，向远程控制中心报警。 

综合上述，本实用新型所提供的以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置，多组冷热控温晶片模块和单体隔热带配对设置在蓄电池组全部或部分单体外壳，主控制器经多组电压传感器和温度传感器与蓄电池组及各单体联接，用以确定欠充或过充问题单体及其各自的预设偏差值以及不同状态下的温差调控模式；在蓄电池组正常使用过程中，主控制器通过控制各组冷热控温晶片模块的致冷或加温工作程度而同时但独立地调控蓄电池组各单体温度及使问题单体达至各自的特定温差，使之电化学反应相对增强(或减弱)而逐渐趋向与正常单体的充/放电均衡，在线维护蓄电池组的均衡性并兼顾解决了整体环境温度的控制问题，以提高蓄电池组的可靠性和使用寿命。本实用新型适用于所有具有内部电化学反应与环境温度显著相关特性的，并由数个到数百个单体串联组成的蓄电池组，包括但不限于，应用于电动汽车，太阳能/风能发电等行业的储能应用，以及电信，电力，银行，数据中心等行业的紧急备用等的铅酸蓄电池，胶体蓄电池，镍镉电池，锂电池等类型的蓄电池组均衡性的在线维护。 

本实用新型相比现有的技术具有以下的优点： 

(1)本实用新型因采用对问题单体温度差别性地调控方式，相等于没有对整组蓄电池组均充的情况下，针对欠充问题单体通过正温差调控使电化学反应相对增强从而提升充电饱和度，而过充问题单体通过负温差调控使电化学反应相对减弱而减低持续的相对过充电，既避免影响蓄电池组寿命的频繁均充，又可达到恢复蓄电池组均衡性的效果。 

(2)本实用新型因无需采用外加在蓄电池组上的充放电平衡开关电路以及复杂的分析和隔离电路，所以绝无纹波产生可能，而且实施简易，操作可靠，维护成本大大降低。 

附图说明：

图1：本实用新型的安装结构示意图 

图2：本实用新型的另一个实施例的应用示意图 

具体实施方式：

下面配合附图1进一步说明本实用新型的1个实施例。 

如附图1所示，本实用新型所提供的以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置，应用在1组由24个单体串联而成的电信基站蓄电池组的在线维护，装置包括配对安装在蓄电池组部分单体的冷热控温晶片模块4和单体隔热带5，装置还包括主控制器1，电压传感器2，温度传感器3，以及冷热气流调控器6。主控制器1面板上有一个触控式显示器111，用于手工参数输入，例如，蓄电池组的组成单体个数和类型，蓄电池组单体的尺寸和容量，蓄电池组的不均衡问题程度和使用程度，分类属性等进行初始化设定，以及用于蓄电池组及各单体的实时状态显示；主控制器1面板上还有RS-232端口112，用于远程控制的实时通讯，数据收集，过温报警等。主控制器1还有四组输入输出端口组，第一组是电压检测信号输入端口120，对应连接7组电压传感器21、22、23、……、27，其中的6组电压传感器21、22、23、……、26分别与蓄电池组中的6个问题单体的正负极相联，用以检测6个问题单体的端电压，而电压传感器27与整组蓄电池组的总输出端相联，用以检测整组蓄电池组的总电压；第二组是温度检测信号输入端口130，对应连接7组温度传感器31、32、33、……、37，其中的6组温度传感器31、32、33、……、36的探测头，分别包裹在单体隔热带51、52、53、……、56中，紧贴在蓄电池组中的6个问题单体外壳，用以独立检测6个问题单体的单体温度，而温度传感器37的探测头，设置在蓄电池组的中心位置，用于检测整组蓄电池组的整体温度；第三组是单体温差调控输出端口140，对应连接6组冷热控温晶片模块41、42、43、……、46，用以控制对应6个问题单体的同时但独立地致冷或加温；第四组是整体温度调控输出端口160，连接冷热气流调控器6，用以控制整体蓄电池组的致冷和加温。 

每组单体隔热带5配对一组冷热控温晶片模块4，包裹对应的问题单体外壳，使它们与其他单体隔离而环境温度独立变化，从而差别性温度调控效果更佳。举例说，其中的一组冷热控温晶片模块41嵌合在对应的一组单体隔热带51组成一个单体温差调控箱包裹蓄电池组的一个问题单体外壳，冷热控温晶片模块41的散热面设置在单体隔热带51的外层，而工作面包裹在单体隔热带51的内层并贴装上述问题单体外壳；温度传感器31的探测头设置在在单体隔热带51的内层并接触上述问题单体外壳。主控制器1通过电压检测信号输入端口120发出采样指令给电压传感器21检测上述问题单体的端电压，通过计算和比较电压差而决定预设偏差值和温差调控模式，如要求使上述问题单体达到并保持负的特定温差范围，主控制器1通过单体温差调控输出端口140发出指令给冷热控温晶片模块41单独启动致冷工作，并通过温度检测信号输入端口130发出指令给温度传感器31实时检测并不断与蓄电池组整体温度的实时温差比较，调控冷热控温晶片模块41的致冷工作程度；如要求使上述问题单体达到并保持正的特定温差范围，主控制器1通过单体温差调控输出端口140发出指令给冷热控温晶片模块41单独启动加温工作，并通过温度检测信号输入端口130发出指令给温度传感器31实时检测并不断与蓄电池组整体温度的实时温差比较，调控冷热控温晶片模块41的加温工作程度。同理类推，本实用新型的装置的其他各个冷热控温晶片模块42、43、……、46配对单体隔热带52、53、……、56而设置在蓄电池组的其他问题单体外壳，主控制器1通过各个电压传感器22、23、……、26和温度传感器32、33、……、36所确定的各自的预设偏差值和温差调控模式，控制对应冷热控温晶片模块同时但独立地以各自的特定温差值进行致冷或加温工作，从而独 立地温差调控对应的问题单体。 

下面配合附图2说明本实用新型的另1个实施例。 

如附图2所示，本实用新型所提供的以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置，应用在1组由120块单体串联而组成的电动汽车蓄电池组，装置包括配对安装在蓄电池组全部单体的120组冷热控温晶片模块4和单体隔热带5，装置还包括主控制器1，通过电压传感器2和温度传感器3与蓄电池组相联，获得蓄电池组各个单体的温度和端电压实时数据，用以确定问题单体及其各自的预设偏差值以及不同状态下的温差调控模式；主控制器1通过单体温差调控输出端口分别连接120组冷热控温晶片模块，控制并相应调整各自对应的冷热控温晶片模块的致冷或加温程度，用以同时但独立地调控蓄电池组的各个单体温度以及问题单体的特定温差范围。 

在图2的实施例中，本实用新型的典型安装连接方式是，120组电压传感器2、温度传感器3、冷热控温晶片模块4、单体隔热带5，组成120组单体温差调控箱套装在120个单体外壳，使之能相互独立地，能够差别性地被调控各自的环境温度并保持；水冷式散热器7一体式地贴装在所有冷热控温晶片模块4的散热面，使温度调控的效果更加显著。 

以上的2个具体实施例，是以举例的方式对本实用新型进行了说明。但上述说明并不应造成对本实用新型的限制。本领域的普通技术人员应能够清楚地知道，在不脱离本实用新型的本质和范围的情况下，可以对本实用新型进行各种修改或改进，而这些修改或改进均属于本实用新型的保护范围。 

Claims (3)

1.一种以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置，其特征在于，包括配对设置在所述蓄电池组全部或部分单体外壳的多组冷热控温晶片模块和单体隔热带。

2.如权利要求1所述的以温差调控方式在线维护蓄电池组装置，其特征在于，还包括主控制器，所述的主控制器，其单体温差调控输出端口连接各组冷热控温晶片模块，其电压检测信号输入端口经对应数量的多组电压传感器与所述蓄电池组及各单体的正负极联接，其温度检测信号输入端口经对应数量的多组温度传感器与所述蓄电池组及各单体的外壳联接。

3.如权利要求1所述的以温差调控方式在线维护蓄电池组装置，其特征在于，每组所述冷热控温晶片模块嵌合在一组所述单体隔热带组成一个单体温差调控箱，包裹一个蓄电池组单体外壳；所述冷热控温晶片模块的散热面设置在所述单体隔热带的外层，而工作面设置在所述单体隔热带的内层并贴装所述单体外壳，使之与其他单体隔离而温度能独立调控；每组所述温度传感器的探测头设置在对应所述单体隔热带的内层并接触所述单体外壳。 

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