CN205725051U - 一种实现电池扩容的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现电池扩容的装置，用于实现电池扩容，所述装置包括锂电池模块、放电控制开关和监控板。本实用新型充分利用锂电池模块的放电平台特性，在锂电池模块开路电压与备用电池模块的放电输出端的电压接近或者相等时，闭合放电控制开关将锂电池模块并入放电系统中，实现电池扩容，有效的避免两套电池之间出现大的环流而导致的接入打火和冲击，避免相互充电造成不必要的电能损失。

Description

一种实现电池扩容的装置

技术领域

本实用新型涉及不间断电源技术领域，尤其涉及一种实现电池扩容的装置。

背景技术

一些重要的精密用电设备多直接采用直流供电，比如基站或小型通信局站的通信设备等，在电路中，该类采用直流电供电的设备被定义为直流负载，其一般都配备有将交流电转化为直流电的供电系统，该供电系统的交流输入端连接交流电网，并通过供电系统的整流装置变换为稳定、干净的直流电。为了保证设备能够连续不间断的工作，供电系统通常并联有蓄电池组作为直流负载的备用电源或不间断电源，以防止交流电断电或故障时通信设备断电。目前，该供电系统大多采用铅酸电池作为备用电源或当不间断电源。

随着科技的发展，通信设备的更新换代，直流负载的功率越来越大，对于铅酸电池，其长期使用会导致容量减小，故现有备用电池的容量存在明显不足。故，当外界停电时间稍长时，备用电池的电能就会耗尽，从而停止输出。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种实现电池扩容的装置，来解决以上技术问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种实现电池扩容的装置，该装置包括：锂电池模块、放电控制开关和监控板；

所述监控板和连接直流负载的供电系统的交流输入端的交流电源通信连接，以监控所述交流电源是否正常工作；

所述监控板和所述锂电池模块通信连接，以实时获取所述锂电池模块当前的电池状态信息，其中，所述电池状态信息包括开路电压；

所述放电控制开关的第一端连接所述供电系统的备用电池模块的放电输 出端，所述放电控制开关的第二端连接所述锂电池模块的放电输出端；

所述监控板的电压采样端连接所述放电控制开关的第一端，以采样所述放电控制开关的第一端的电压；所述监控板的开关信号输出端连接所述放电控制开关的控制端；

所述监控板还用于计算所述放电控制开关的第一端的电压和所述锂电池模块的开路电压的电压差值，并判断所述电压差值的绝对值是否大于预设的电压差阈值；

当所述交流电源不正常工作时，若所述电压差值的绝对值不大于预设的电压差阈值，所述监控板向所述放电控制开关的控制端发送闭合开关的控制信号；所述放电控制开关在收到闭合开关的控制信号后，接通所述放电控制开关的第一端和所述放电控制开关的第二端，由所述锂电池模块和所述备用电池模块并联为所述直流负载供电。

本实用新型充分利用锂电池模块的放电平台特性，在锂电池模块开路电压与备用电池模块的放电输出端的电压接近或者相等时，闭合放电控制开关将锂电池模块并入放电系统中，实现电池扩容。此时锂电池模块逐渐承担大部分负载，直至锂电池模块放电接近完全才使得备用电池模块继续承担大部分负载进行放电；同时由于接入锂电池模块时与备用电池模块的放电电压的差值较小，有效的避免两套电池之间出现大的环流而导致的接入打火和冲击，避免相互充电造成不必要的电能损失。此外，锂电池较铅酸蓄电池，充放电次数更多，寿命更长。

优选的，所述装置还包括充电模块；所述充电模块的交流输入端连接所述交流电源；所述充电模块的直流输出端连接所述锂电池模块的充电输入端；

所述监控板和所述充电模块通信连接，以实时获取所述充电模块的工作状态信息；所述充电模块的工作状态信息包括所述充电模块的交流输入端的电压和所述充电模块的直流输出端的电压；

当所述交流电源正常工作时，所述监控板还用于若所述锂电池模块的开路电压小于预设的开路电压阈值，判断所述充电模块的直流输出端的电压是否小于预设的充电电压阈值；若是，发出充电异常告警；否则，控制所述充电模块为所述锂电池模块充电。

优选的，所述监控板还用于当所述交流电源正常工作时，向所述放电控制开关发送断开开关的控制信号，以断开所述放电控制开关的第一端和所述放电控制开关的第二端的连接。

优选的，所述供电系统包括整流模块和监控模块；

所述整流模块的交流输入端连接所述交流电源，所述整流模块的直流输出端分别连接所述备用电池模块的放电输出端、所述放电控制开关的第一端以及所述直流负载的供电输入端；

所述监控模块和所述备用电池模块通信连接，以实时获取所述备用电池模块当前的电池状态信息；所述监控模块和所述整流模块通信连接，以实时获取所述整流模块的工作状态信息；所述整流模块的工作状态信息包括所述整流模块的交流输入端的输入电压以及所述整流模块的直流输出端的输出电压。

优选的，所述供电系统还包括低电压断电开关；

所述整流模块的直流输出端连接所述低电压断电开关的第一端，所述低电压断电开关的第二端连接所述备用电池模块的放电输出端。

优选的，所述锂电池模块还包括一防止过放电保护板，用于当所述锂电池模块的电压低于预设的低压阈值时，断开所述锂电池模块的放电输出端和直流负载的连接。

优选的，所述锂电池模块的电池为铁锂电池。

优选的，所述备用电池模块的电池为铅酸电池。

优选的，所述电压差阈值为0.5V。

优选的，所述充电电压阈值为57.6V。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：本实用新型充分利用锂电池模块的放电平台特性，在锂电池模块开路电压与备用电池模块的放电输出端的电压接近或者相等时，闭合放电控制开关将锂电池模块并入放电系统中，实现电池扩容，由于接入锂电池模块时与备用电池模块的放电电压的差值较小，有效的避免两套电池之间出现大的环流而导致的接入打火和冲击，避免相互充电造成不必要的电能损失。此外，锂电池较铅酸蓄电池，充放电次数更多，寿命更长，体积和重量更小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型所述的实现电池扩容的装置的原理方框图。

图2是本实用新型所述的实现电池扩容的装置的充放电管理方法流程图。

图中：

10、供电系统；20、装置；30、交流电源；40、直流负载；11、备用电池模块；12、监控模块；13、整流模块；14、低电压断电开关；21、锂电池模块；22、监控板；23、充电模块；24、阈值设置模块；25、放电控制开关。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种实现电池扩容的装置及其充放电管理方法，用于实现电池扩容。

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

请参考图1，图1是本实用新型所述的实现电池扩容的装置20的原理方框图。为便于理解，图1中所示的模块或电路元件间的连线，其中，较粗的连线为数据通信线，较细的连线为充放电导线。

本实用新型提供的实现电池扩容的装置20和直流负载40的供电系统10 并联。

其中，供电系统10包括备用电池模块11、监控模块12、整流模块13以及低电压断电开关14。装置20包括锂电池模块21、监控板22、充电模块23、阈值设置模块24以及放电控制开关25。

本实用新型实施例中，备用电池模块11采用铅酸电池，锂电池模块21采用铁锂电池。

具体的，整流模块13的交流输入端连接交流电源30，整流模块13的直流输出端分别连接备用电池模块11的放电输出端、放电控制开关25的第一端以及直流负载40的供电输入端。

监控模块12和备用电池模块11通信连接，以实时获取备用电池模块11当前的电池状态信息；监控模块12和整流模块13通信连接，以实时获取整流模块13的工作状态信息。其中，备用电池模块11当前的电池状态信息包括备用电池模块11的放电输出端的电压、电流等；整流模块13的工作状态信息包括整流模块13的交流输入端的输入电压以及整流模块13的直流输出端的输出电压。

监控板22和锂电池模块21通信连接，以实时获取锂电池模块21当前的电池状态信息，其中，锂电池模块21的电池状态信息包括锂电池模块21的开路电压。

放电控制开关25的第一端连接备用电池模块11的放电输出端，放电控制开关25的第二端连接锂电池模块21的放电输出端。

监控板22的电压采样端连接放电控制开关25的第一端，以采样放电控制开关25的第一端的电压；监控板22的开关信号输出端连接放电控制开关25的控制端。

本实施例中，监控板22由单片机及相关数字通信线路组成，优选的，单片机采用型号为STM32F103C8T6的单片机。监控板22可计算放电控制开关25的第一端的电压和锂电池模块21的开路电压的电压差值，并判断所述电压差值的绝对值是否大于预设的电压差阈值；其中，电压差阈值可通过预置设置模块24进行预先设置。

监控板22和交流电源30通信连接，以监控交流电源30是否正常工作。 具体的，充电模块23的交流输入端连接交流电源30；充电模块23的直流输出端连接锂电池模块21的充电输入端；监控板22和充电模块23通信连接，以实时获取充电模块23的工作状态信息；充电模块23的工作状态信息包括充电模块23的交流输入端的电压和充电模块23的直流输出端的电压。监控板22根据充电模块23的工作状态信息可判断交流电源30是否正常工作。

当交流电源30不正常工作时，若所述电压差值的绝对值不大于预设的电压差阈值，监控板22向放电控制开关25的控制端发送闭合开关的控制信号；放电控制开关25在收到闭合开关的控制信号后，接通放电控制开关25的第一端和放电控制开关25的第二端，由锂电池模块21和备用电池模块11并联为直流负载40供电。此外，若放电控制开关25在收到断开开关的控制信号后，断开放电控制开关25的第一端和放电控制开关25的第二端。

根据电池的放电特性，对于锂电池，其在放电过程中，锂电池的电压变化不大，直到锂电池的电量降到锂电池的电量临界值，电压才会迅速下降；而对于铅酸电池，其在供电时，电压会随着电量的降低而不断下降。本实用新型充分利用锂电池的放电平台特性，在锂电池模块21开路电压与备用电池模块11的放电输出端的电压接近或者相等时，闭合放电控制开关25将锂电池模块并入放电系统中，实现电池扩容。此时锂电池模块21逐渐承担大部分负载，直至锂电池模块21放电接近完全，才使得备用电池模块11继续承担大部分负载进行放电；同时由于接入锂电池模块21时，与备用电池模块11的放电输出端的电压的差值较小，有效的避免两电池模块之间出现大的环流而导致接入打火和冲击，避免相互充电造成不必要的电能损失。此外，锂电池较铅酸蓄电池，充放电次数更多，寿命更长。

当交流电源30正常工作时，若锂电池模块21的开路电压小于预设的开路电压阈值，监控板22实时判断充电模块23的充电输出端的电压是否小于预设的充电电压阈值；若是，发出充电异常告警；否则，控制充电模块23为锂电池模块21充电。

具体的，低电压断电开关14设置于整流模块13和备用电池模块11之间。整流模块13的直流输出端连接低电压断电开关14的第一端，低电压断电开关14的第二端连接备用电池模块11的放电输出端。在备用电池模块11的放 电输出端的电压过低时，低电压断电开关14自动断开，可避免备用电池模块11过放电，损坏电池。

优选的，锂电池模块21还包括一防止过放电保护板，用于当锂电池模块21的放电输出端的电压低于预设的低压阈值时，断开锂电池模块21的放电输出端和直流负载40的连接。其中，低压阈值也可由阈值设置模块24进行预先设置。

请继续参考图2，图2是本实用新型所述的实现电池扩容的装置20的充放电管理方法流程图。该充放电管理方法具体包括：

S101、实时获取锂电池模块21当前的电池状态信息。

其中，所述电池状态信息包括锂电池模块21开路电压、电量等。

S102、实时采样采样点的电压。

预先选定一电压的采样点，本实施例中，所述采样点即放电控制开关25的第一端。

S103、实时监控交流电源30是否正常工作，若是，进入步骤S104；否则，进入步骤S110。

本实施例中，监控板22实时获取充电模块23的工作状态信息；并根据充电模块23的工作状态信息判断交流电源30是否正常工作。

S104、由交流电源30为直流负载40供电。进入步骤S105。

交流电源30通过整理模块13整流后变直流电，为直流负载40供电。

S105、断开放电控制开关25。

交流电源30正常工作时，由交流电源30为直流负载40进行供电，监控板22向放电控制开关25发送断开开关的控制信号，断开锂电池模块21和直流负载40的连接，并对锂电池模块21的状态进行检测，判断是否需要进行充电，使锂电池模块21电量保持充足，以备不时之需。

S106、判断充电模块23的直流输出端的电压是否小于预设的充电电压阈值；若是，进入步骤S109；否则，进入步骤S107。

监控板22从阈值设置模块24中读取预先设置的充电电压阈值，并判断充电模块23的直流输出端的电压是否小于预设的充电电压阈值，若是，进入步骤S109；否则，进入步骤S107。

S107、判断锂电池模块21的开路电压是否大于等于预设的开路电压阈值；若是，返回步骤S101，否则，进入步骤S108。

S108、控制充电模块23为锂电池模块21充电。返回步骤S101。

进入锂电池充电模式，通过充电模块23为锂电池模块21充电。

S109、发出充电异常告警。

当充电模块23的直流输出端的电压过小，则监控板22会发出充电异常告警，通知用户当前充电环境有异常，以提示用户检查线路。返回步骤S101。

S110、备用电池模块21开始为直流负载40供电。

当电网的交流电源30断电或异常时，备用电池模块21开始启用，通过备用电池模块21为直流负载40供电。

S111、判断采样点电压和锂电池模块21的开路电压的电压差值的绝对值是否小于预设的电压差阈值；若是，进入步骤S112；否则，返回步骤S101。

所述电压差阈值为0-1V，优选的，所述电压差阈值为0.5V。

S112、闭合放电控制开关25。

监控板22向放电控制开关25发送闭合开关的控制信号，控制放电控制开关25闭合，使锂电池模块21和备用电池模块11并接为直流负载40供电。

S113、判断备用电池模块11的电压是否过低，若是，进入步骤S114；否则返回步骤S101。

S114、断开低电压断电开关114。

本实施例中，低电压断电开关114采用LVD(Low Voltage Disconnect，低电压切断)开关。当备用电池模块11的放电输出端的电压过低时，断开备用电池模块11和直流负载40的连接。

应该理解的是，本实施例的装置20还包括可读存储介质、一个或者一个以上的处理器，以及一个或者一个以上的程序；其中，一个或者一个以上程序存储于可读存储介质中，且经配置由一个或者一个以上处理器执行，一个或者一个以上程序包含用于进行以上步骤的指令。

需要说明的是，本实施例中，低压阈值既可以用于判断备用电池模块11的过放电情况，同时也可以用于判断锂电池模块21是否断开和直流负载40的连接，但是，其也可以包括两个值，单独用于判读，如一个低压阈值用于 判断备用电池模块11的过放电情况，一个低压阈值用于判断锂电池模块21是否断开和直流负载40的连接，其均应在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括内存、缓存、磁盘或光盘等。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种实现电池扩容的装置，其特征在于，包括：锂电池模块、放电控制开关和监控板；

所述监控板和连接直流负载的供电系统的交流输入端的交流电源通信连接，以监控所述交流电源是否正常工作；

所述监控板和所述锂电池模块通信连接，以实时获取所述锂电池模块当前的电池状态信息，其中，所述电池状态信息包括开路电压；

所述放电控制开关的第一端连接所述供电系统的备用电池模块的放电输出端，所述放电控制开关的第二端连接所述锂电池模块的放电输出端；

所述监控板的电压采样端连接所述放电控制开关的第一端，以采样所述放电控制开关的第一端的电压；所述监控板的开关信号输出端连接所述放电控制开关的控制端；

所述监控板还用于计算所述放电控制开关的第一端的电压和所述锂电池模块的开路电压的电压差值，并判断所述电压差值的绝对值是否大于预设的电压差阈值；

当所述交流电源不正常工作时，若所述电压差值的绝对值不大于预设的电压差阈值，所述监控板向所述放电控制开关的控制端发送闭合开关的控制信号；所述放电控制开关在收到闭合开关的控制信号后，接通所述放电控制开关的第一端和所述放电控制开关的第二端，由所述锂电池模块和所述备用电池模块并联为所述直流负载供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括充电模块；所述充电模块的交流输入端连接所述交流电源；所述充电模块的直流输出端连接所述锂电池模块的充电输入端；

所述监控板和所述充电模块通信连接，以实时获取所述充电模块的工作状态信息；所述充电模块的工作状态信息包括所述充电模块的交流输入端的电压和所述充电模块的直流输出端的电压；

当所述交流电源正常工作时，所述监控板还用于若所述锂电池模块的开路电压小于预设的开路电压阈值，判断所述充电模块的直流输出端的电压是否小于预设的充电电压阈值；若是，发出充电异常告警；否则，控制所述充电模块为所述锂电池模块充电。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监控板还用于当所述交流电源正常工作时，向所述放电控制开关发送断开开关的控制信号，以断开所述放电控制开关的第一端和所述放电控制开关的第二端的连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电系统包括整流模块和监控模块；

所述整流模块的交流输入端连接所述交流电源，所述整流模块的直流输出端分别连接所述备用电池模块的放电输出端、所述放电控制开关的第一端以及所述直流负载的供电输入端；

所述监控模块和所述备用电池模块通信连接，以实时获取所述备用电池模块当前的电池状态信息；所述监控模块和所述整流模块通信连接，以实时获取所述整流模块的工作状态信息；所述整流模块的工作状态信息包括所述整流模块的交流输入端的输入电压以及所述整流模块的直流输出端的输出电压。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锂电池模块还包括一防止过放电保护板，用于当所述锂电池模块的电压低于预设的低压阈值时，断开所述锂电池模块的放电输出端和直流负载的连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锂电池模块的电池为铁锂电池。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述备用电池模块的电池为铅酸电池。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压差阈值为0.5V。

9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述充电电压阈值为57.6V。