CN204361748U - 铅酸电池管理电路及具有该电路的供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铅酸电池管理电路，用于供电系统中，所述铅酸电池管理电路包括多路电池回路及一控制器，其中，每一路电池回路包括一电池组、一电流检测器件及一开关器件，所述电池组、所述电流检测器件和所述开关器件三者串联后连接至所述供电系统的直流母线，每一路电池回路中的电流检测器件和开关器件均连接至所述控制器且均受控于该控制器。本实用新型在每个电池回路均配置独立的电流检测器件和开关器件以对每个电池组进行精细化管理，可实现铅酸电池在线扩容和新旧铅酸电池混用，能有效降低运营商的初期投资和运营成本。同时，本实用新型还公开了一种具有上述铅酸电池管理电路的供电系统。

Description

铅酸电池管理电路及具有该电路的供电系统

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，更具体地涉及一种可实现铅酸电池在线扩容和新旧铅酸电池混用的铅酸电池管理电路以及具有该电路的供电系统。

背景技术

铅酸电池(VRLA)，是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。目前，在通信电源、高压直流电源、UPS等供电设备中均采用铅酸电池作为备用电源。

图1展示了现有的一种采用铅酸电池的供电系统。参照图1，该类供电系统包括整流电路1、铅酸电池管理电路2及负载电路3，整流电路1用于对交流电源4进行整流并在整流后通过直流母线5输出至铅酸电池管理电路2和负载电路3。其中，铅酸电池管理电路2用于管理备用的多个铅酸电池组21的充放电，这些电池组21作为负载电路3的备用电源。该现有的铅酸电池管理电路2中，多个电池回路共用一个分流器S和一个接触器K，其中，分流器S用于检测电池电流，接触器K用于控制电池回路的通断，分流器S和接触器K均受控于控制器22。基于该结构设计的铅酸电池管理电路2，由于是通过同一个分流器S来实现对多个电池回路的电流检测，通过同一个接触器K来实现对多个电池回路的通断控制，因此，其仅能实现对所有电池回路的统一控制，却无法对每个回路的电池组21进行精细化管理，其往往存在下述问题：

1、在充电时，只能根据总的电池容量、判断总的充电情况，无法知道每个回路电池组21的实际充电电流、充电容量、充电状况(充到百分之几、是否充满)，因此会出现有的回路的电池组21已充满、有的回路的电池组21还未充满，按照总电池组容量进行充电管理，则会造成欠充、过充的情况，时间久了，必定影响电池寿命。

2、在放电时，只能知道总的放出容量，无法知道每个回路的电池组21具体的放电电流、放出容量、放电深度，必然存在有的回路的电池组21放出容量较多，有的回路的电池组21放出容量较少，会造成放电深度不一、甚至过放的问题，长此以往，放电深度大的电池，寿命会快速下降。

3、电池放电下电后，各回路的电池组21仍然连接在一起，若不同回路电池组21的使用时间不同，即新、旧电池混用，其内阻和电压不可能完全相同，因此会互相影响，从而影响电池寿命。

4、不同容量、不同类型(2V电池、12V电池)的电池由于内阻不同、电压略有不同等因素，由于会相互影响，不能直接并联使用。

此外，在实际应用中，负载功耗可能会逐步增加，在电池备电时间要求一定的情况下，就要求能根据负载增加的情况进行在线扩充电池的容量。然而，上述现有的铅酸电池管理电路2由于存在上述缺陷，也因此无法解决新、旧铅酸电池混用的问题，因此只有在开始预测负载的增加情况，在初期即按此配置较大的电池；或者在需要增加电池容量时，将还可以继续使用的旧电池报废，全部更换为新电池，而这又会导致运营成本的增加，而且，提前报废的电池，也会增加对环境的污染，不能满足环保要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可支持铅酸电池在线扩容、实现新旧铅酸电池混用的铅酸电池管理电路以及具有该铅酸电池管理电路的供电系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种铅酸电池管理电路，用于供电系统中，所述铅酸电池管理电路包括多路电池回路及一控制器，其中，每一路电池回路包括一铅酸电池组、一电流检测器件及一开关器件，所述铅酸电池组、所述电流检测器件和所述开关器件三者串联后连接至所述供电系统的直流母线，每一路电池回路中的电流检测器件和开关器件均连接至所述控制器且均受控于该控制器。

其进一步技术方案为：所述电流检测器件为分流器。

其进一步技术方案为：所述电流检测器件为霍尔传感器。

其进一步技术方案为：所述开关器件为接触器。

其进一步技术方案为：所述开关器件为可控硅。

其进一步技术方案为：每一路所述电池回路还包括一空气开关，所述空气开关串联于所述直流母线和所述铅酸电池组之间。

其进一步技术方案为：每一路所述电池回路还包括一熔丝，所述熔丝串联于所述直流母线和所述铅酸电池组之间。

同时，本实用新型还提供一种供电系统，其包括整流电路、负载电路及上述铅酸电池管理电路，所述铅酸电池管理电路通过直流母线与整流电路及负载电路相连。

与现有技术相比，本实用新型铅酸电池管理电路的每个电池回路均配置独立的电流检测器件和开关器件，分别检测每个电池回路的充放电电流、充放电容量，实现独立控制的精细化管理，达到不同容量、不同类型、不同使用时间(新旧)铅酸电池混用的目的，而且可实现铅酸电池在线扩容，从而能有效降低运营商的初期投资和运营成本，带来良好的经济效益。本实用新型的铅酸电池管理电路既可嵌入到目前的供电系统中，以达到成本最优，也可设计成一个独立的产品应用。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1是现有的一种采用铅酸电池的供电系统的结构框图。

图2是本实用新型供电系统一实施例的结构框图。

图3为本实用新型铅酸电池管理电路实现电池充电管理过程的流程图。

图4为本实用新型铅酸电池管理电路实现电池放电管理过程的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图2展示了本实用新型供电系统的一实施例。参照图2，本实施例的供电系统包括整流电路11、铅酸电池管理电路12及负载电路13，整流电路11包括多个整流器，其用于连接交流电源(市电)14以对交流输入进行整流，该整流电路11的输出端通过直流母线15输出至铅酸电池管理电路12和负载电路13。其中，本实用新型的主要改进在于铅酸电池管理电路12，下面将对其具体电路结构进行详细说明。

继续参照图2，本实施例的铅酸电池管理电路12包括多路电池回路121及一控制器122，其中，每一路电池回路121包括一铅酸电池组121a、一电流检测器件121b及一开关器件121c。所述铅酸电池组121a、所述电流检测器件121b和所述开关器件121c依次串联后或者是所述铅酸电池组121a、所述开关器件121c和所述电流检测器件121b依次串联后连接至所述供电系统的直流母线15，每一路电池回路121中的电流检测器件121b和开关器件121c均连接至所述控制器122且均受控于该控制器122。其中，电流检测器件121b用于检测铅酸电池组121a的电流，在本实施例中，该电流检测器件121b选用分流器S1来实现；所述开关器件121c用于控制电池回路121的通断，在本实施例中，该开关器件121c选用接触器K1来实现；所述控制器122用于根据所述电流检测器件121b所采集到的数据来控制所述开关器件121c，在本实施例中，该控制器122选用单片机来实现。可理解地，在其它实施例中，所述电流检测器件121b也可选用霍尔传感器来实现；所述开关器件121c可选用可控硅来实现。

优选地，为了优化电路性能，每一路电池回路121还包括一空气开关CB1，所述空气开关CB1串联于所述直流母线15和所述铅酸电池组121a之间以提供过流保护。在本实施例中，所述空气开关CB1串联在所述电流检测器件121b和所述铅酸电池组121a之间。当然，在其它实施例中，也可采用熔丝来替代所述空气开关CB1，所述空气开关CB1或熔丝也可串联在电流检测器件121b和开关器件121c之间或是直流母线15和开关器件121c之间。

基于上述电路结构设计，在铅酸电池组121a充放电时，由控制器122根据每个铅酸电池组121a的充放电电流和充放电持续时间，计算每个回路的铅酸电池组121a的充电容量、放电容量，从而实现对每个铅酸电池组121a进行精细化管理，避免欠充、过充、过放的问题。上述控制过程可通过对控制器122写入软件代码来实现，该软件代码并非本实用新型所要求保护的内容，下面以一具体控制方式来说明本实用新型铅酸电池管理电路12的工作原理。

参照图3，假设此前由于交流电源14中断，铅酸电池组121a放电到已全部下电；在交流电源14恢复后，需要对各铅酸电池组121a进行均充。

由于电池类型、容量、使用时间不同，不同铅酸电池组121a的电压此时可能不相同，因此不能同时接入进行均充。此时，控制器122需检测每个回路铅酸电池组121a的电压，将整流电路11的电压调整为与最低电压铅酸电池组121a的电压相同，将其接入，然后再调高整流电路11的输出电压，与还未接入的最低电压铅酸电池组121a的电压相同并将其接入，按此方式依次接入所有铅酸电池组121a。

再根据电池温度和温度补偿系数，将整流电路11的输出电压调整为需要的均充电压值，开始对所有铅酸电池组121a进行均充。在均充过程中，控制器122根据每个铅酸电池组121a的均充电流和均充持续时间，计算每个铅酸电池组121a的充电容量；根据均充转浮充条件，判断是否有铅酸电池组121a需要由均充转浮充，若发现有铅酸电池组121a满足此条件时，则控制接触器K1断开此组电池，停止对其均充，但继续对其他铅酸电池组121a进行均充。

当最后一组电池也符合均充转浮充条件时，调整整流器(或充电器)的输出电压，与退出均充的最高或最低一组电池的电压相同，将其接入，依此方式，调整整流电路11的输出电压将所有退出均充的铅酸电池组121a一一全部接入，然后转入浮充。

图4为本实用新型铅酸电池管理电路12实现电池放电管理过程的流程图，该流程图为由于交流电源中断，电池放电的流程图，电池周期性放电测试流程图与传统的放电测试流程图基本相同，此处不再介绍。

由于交流电源14中断导致电池放电时，控制器122根据每个铅酸电池组121a的放电电流和放电持续时间，计算每个铅酸电池组121a的放电容量和放电深度，根据设置的下电条件，如放电容量或放电深度，当某组电池满足电池下电条件时，断开其下电接触器K1使其下电，其余铅酸电池组121a则继续放电；依此方式，直至所有铅酸电池组121a均下电。

如上所述，本实用新型铅酸电池管理电路的每个电池回路均配置独立的电流检测器件和开关器件，分别检测每个电池回路的充放电电流、充放电容量，实现独立控制的精细化管理，达到不同容量、不同类型、不同使用时间(新旧)铅酸电池混用的目的，而且可实现铅酸电池在线扩容，从而能有效降低运营商的初期投资和运营成本，带来良好的经济效益。本实用新型的铅酸电池管理电路既可嵌入到目前的供电系统中，以达到成本最优，也可设计成一个独立的产品应用。

以上结合较佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改。

Claims (8)

1.一种铅酸电池管理电路，用于供电系统中，所述铅酸电池管理电路包括多路电池回路及一控制器，其特征在于：每一路电池回路包括一铅酸电池组、一电流检测器件及一开关器件，所述铅酸电池组、所述电流检测器件和所述开关器件三者串联后连接至所述供电系统的直流母线，每一路电池回路中的电流检测器件和开关器件均连接至所述控制器且均受控于该控制器。

2.根据权利要求1所述的铅酸电池管理电路，其特征在于：所述电流检测器件为分流器。

3.根据权利要求1所述的铅酸电池管理电路，其特征在于：所述电流检测器件为霍尔传感器。

4.根据权利要求1所述的铅酸电池管理电路，其特征在于：所述开关器件为接触器。

5.根据权利要求1所述的铅酸电池管理电路，其特征在于：所述开关器件为可控硅。

6.根据权利要求1所述的铅酸电池管理电路，其特征在于：每一路所述电池回路还包括一空气开关，所述空气开关串联于所述直流母线和所述铅酸电池组之间。

7.根据权利要求1所述的铅酸电池管理电路，其特征在于：每一路所述电池回路还包括一熔丝，所述熔丝串联于所述直流母线和所述铅酸电池组之间。

8.一种供电系统，包括整流电路、铅酸电池管理电路及负载电路，所述铅酸电池管理电路通过直流母线与整流电路及负载电路相连，其特征在于，所述铅酸电池管理电路为权利要求1-7任一项所述的铅酸电池管理电路。