CN206962504U - 一种蓄电池组落后单体电池自救系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄电池组落后单体电池自救系统，该系统包括：内部能量源、能量转换模块、单体电池自救模块及监控模块，所述内部能量源用于为所述单体电池自救模块供电；所述能量转换模块通过其内设的整流单元将市电转换为直流电后为所述内部能量源供电；所述单体电池自救模块将落后单体电池旁路，并代替所述落后单体电池串联入蓄电池组内，进行持续供电；所述监控模块实现对充放电过程的监测和管理。本系统采用内部能量源代替原有的落后单体电池进行供电，且可采用能量转换模块及能量利用模块两部分能量分别对市电及落后单体电池内的能量进行充分利用，解决了目前因蓄电池组内单体电池老化导致的整体蓄电池组性能下降、续航能力降低的问题。

Description

一种蓄电池组落后单体电池自救系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池管理技术领域，具体的说，是涉及一种蓄电池组落后单体电池自救系统。

背景技术

不间断电源系统一般采用蓄电池作为后备电源，蓄电池的质量是供电不间断的重要保障。但蓄蓄电池组中容量劣化、备用时间不足的问题出现频率较高，这就导致部分蓄电池的实际使用寿命远低于设计寿命。蓄电池性能的不稳定会对不间断电源系统的稳定运行及使用寿命造成较大影响，具体的：

蓄蓄电池组中的各个蓄电池单体的寿命差异很大，原因在于：

①蓄电池组是串联形式,而各电池单体的容量和性能不相同，这就造成充放电过程中会出现过充过放等情况；

②蓄电池组在使用过程中，各单体受温度不一致等因素的影响，使得老化过程不一致；

③由于“木桶短板原理”，性能差的电池寿命缩短会引起所在的蓄电池组的寿命缩短。

现有的蓄蓄电池组每个单体之间并未配备监控及电池自救系统，蓄蓄电池组中一节或几节蓄电池出现故障，导致整组蓄电池电压降低、容量不足、严重的可能导致蓄蓄电池组开路，影响后备电源的签约保障时间和后备电源供电质量。

通常情况下，如果后备蓄电池组中由于单体电池落后而引起故障时，运维人员就得及时更换掉整组蓄电池或者将落后单体电池或蓄电池组用新的或与未落后的电池性能相似的电池进行重新配组，若直接更换新电池，那么整组电池中会出现各单体电池性能不一致的情况，性能优的电池会被受性能差的电池影响，在充放电过程中将好的电池劣化；若进行要进行电池重新配组，那么会需要很长时间，并且需要花费很大的人力以及运输成本，同时还面临无后备电源的危险。增加新蓄电池组，又会增加成本。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种蓄电池组落后单体电池自救系统，本实用新型采用内部能量源代替原有的落后单体电池进行供电，减少了运维成本，同时，可采用能量转换模块及能量利用模块两部分能量分别对市电及落后单体电池内的能量进行充分利用，解决了目前因蓄电池组内单体电池老化导致的整体蓄电池组性能下降、续航能力降低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种蓄电池组落后单体电池自救系统，该系统包括：内部能量源、能量转换模块、单体电池自救模块及监控模块，

所述内部能量源用于为单体电池自救模块供电，保证蓄电池组正常运行；

所述能量转换模块的输入端与市电连接，输出端连接所述内部能量源，所述能量转换模块通过其内设的整流单元将交流市电转换为直流电后为所述内部能量源供电；

所述单体电池自救模块的一端与所述内部能量源连接，另一端并接在落后单体电池的两端，利用所述内部能量源得到落后单体电池的电压，将所述落后单体电池旁路，并代替所述落后单体电池串联入蓄电池组内，进行持续供电；

所述监控模块与系统内的其他模块分别连接，所述监控模块包括微控制芯片，负责系统内电流、电压的采集、分析以及控制信号的输出，对各个模块电路的开启、关断进行判断与控制，从而实现对充放电过程的监测和管理。

进一步的，所述的蓄电池组落后单体电池自救系统还包括：散热片或其他散热设备，保证电路工作在适宜的温度范围内所述散热片或其他散热设备与所述监控模块连接。

进一步的，所述能量转换模块包括整流单元、输入滤波单元、第一降压斩波单元及第一输出滤波单元，所述整流单元用于将交流市电转换成直流电，所述对由所述整流单元整流后的直流电进行滤波处理，得到稳定低文波的电压；所述第一降压斩波单元将滤波后的电压通过所述第一降压斩波单元进行降压，得到适合内部能量源的电压；所述第一输出滤波单元对所述第一降压斩波单元输出的电压再次滤波，得到稳定的充电电压。

作为一种优选的方案，所述能量转换模块还包括：第一电流反馈单元、第一电压反馈单元、第一驱动单元及第一辅助电源，所述第一电流反馈单元用于检测系统输出端电流的大小，并将检测到的电流与规定值进行比较，通过比较结果来设定所述第一降压斩波电路的占空比的大小，进而保证输出电压的稳定；第一电压反馈单元通过检测试剂输出电压的大小，与规定值进行比较，通过比较值设定所述第一降压斩波单元的占空比的大小，进而保证输出电压的稳定；第一驱动单元为所述第一降压斩波单元中功率器件提供驱动电路；第一辅助电源为所述监控模块供电。

进一步的，所述单体电池自救模块包括：第二降压斩波单元、第二输出滤波单元、第二电流反馈单元、第二电压反馈单元、第二驱动单元及第二辅助电源，所述第二降压斩波单元将内部能量源提供的能量进行斩波处理，利用得到的电压、电流替代蓄电池组中的落后单体电池进行供电；所述第二输出滤波单元对所述第二降压斩波单元输出的电压进行滤波，得到稳定的充电电压为所述内部能量源供电；所述第二电流反馈单元用于检测输出端电流的大小，与规定过电流点进行比较，当电流过大时，关断电路进行保护；所述第二电压反馈单元，用于检测实际输出电压的大小，与规定过电压点进行比较，通过比较值设定第二降压斩波单元的占空比，进而保证输出电压的稳定；所述第二驱动单元用于驱动第二降压斩波电路中的功率器件，所述第二辅助电源用于为系统内的控制电路及驱动芯片供电。

作为一种优选的方案，所述蓄电池组落后单体电池自救系统还包括：能量利用模块，所述能量利用模块分别与所述监控模块和所述内部能量源连接，且所述能量利用模块的输入端与所述落后单体电池的两端并联，进而串联接入到蓄电池组中，当蓄电池组处于充电状态时，由于落后单体电池无法参与充电，需要将原来给落后单体电池充电的这一部分能量利用起来，通过这部分能量给所述内部能量源充电，从而提高整个模块的效率。

进一步的，所述能量利用模块包括：升压斩波单元、第三输出滤波单元、第三电压反馈单元、第三电流反馈单元、第三驱动单元及第三辅助电源，由于充电状态时，落后电池无法参与充电，所述升压斩波单元将原来给落后单体电池充电的这一部分能量利用起来，通过这部分能量给内部能量源充电，从而提高整个模块的效率；所述第三输出滤波单元对所述升压斩波单元输出的电压进行滤波处理，得到稳定的充电电压为内部能量源供电；所述第三电压反馈单元通过检测实际输出电压的大小，与规定值进行比较，通过比较值设定斩波电路的占空比的大小，从而保证输出电压的稳定；所述第三电流反馈单元，检测所述升压斩波单元输出端电流大小，与规定过电流点进行比较，当电流过大时，关断电路进行保护；所述第三驱动单元用于驱动所述升压斩波单元电路中的功率器件；所述第三辅助电源，用于系统中的控制电路及驱动芯片供电。

进一步的，所述监控模块包括：电压检测单元、电流检测单元及温度检测单元，所述电压检测单元分别对所述能量利用模块、所述能量转换模块及所述单体电池自救模块的输出电压进行检测；所述电流检测单元，分别对所述能量利用模块、所述能量转换模块及所述单体电池自救模块的输出电流进行检测；所述温度检测单元，对系统内的散热片进行温度检测。

进一步的，所述监控模块还包括电流控制单元、电压控制单元、温度控制单元及内部逻辑控制电路，所述电流控制单元对所述能量利用模块、所述能量转换模块及所述单体电池自救模块所输出的电流进行分别控制；所述电压控制单元对所述能量利用模块、所述能量转换模块及所述单体电池自救模块所输出的电压进行分别控制；同时，系统运行过程中，所述温度控制单元结合所述温度检测单元的检测结果对系统温度进行控制，若散热片温度过高，则开启系统内的散热风扇或电路中的其他散热措施，保证电路工作在规定的温度范围内；所述内部逻辑控制电路，用于对系统内的输入、输出电压进行检测，通过内部控制芯片进行逻辑分析，得到各个模块的工作情况控制信号，从而实现对各个模块工作状态的调控。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型采用单体电池自救模块代替原有的落后单体电池进行供电，同时，通过内部能量源汇聚所述能量转换模块及能量利用模块提供的来自市电及落后单体电池的两部分能量，充分利用现有资源，解决了目前因蓄电池组内单体电池老化导致的整体蓄电池组性能下降、续航能力降低的问题。

(2)采用本实用新型，在出现单体电池落后或故障时，运维人员无需更换掉整租蓄电池组，避免了不必要的浪费，降低了运维成本，也无需采用新电池代替落后的单体电池，防止因蓄电池组内各个单体电池性能不一致，导致性能优的单体电池受性能差的单体电池影响，造成充放电过程中将好的电池劣化的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本实用新型的工作原理图；

图2是本实用新型的能量转换模块的结构图；

图3是本实用新型单体电池自救模块的结构图；

图4是本实用新型能量利用模块的结构图；

图5是本实用新型监控模块的结构图；

其中：1-内部能量源，2-能量转换模块，3-单体电池自救模块，4-能量利用模块，5-监控模块，6-落后单体电池，7-蓄电池组，8-市电，9-蓄电池组落后单体电池自救系统，21-整流单元，22-输入滤波单元，23-第一降压斩波单元，24-第一电压反馈单元，25-第一电流反馈单元，26-第一辅助电源，27-第一驱动单元，28-第一输出滤波单元，31-第二降压斩波单元，32-第二输出滤波单元，33-第二电流反馈单元，34-第二电压反馈单元，35-第二辅助电源，36-第二驱动单元，41-升压斩波单元，42-第三输出滤波单元，43-第三电压反馈单元，44-第三电流反馈单元，45-第三驱动单元，46-第三辅助电源，51-微控制芯片，52-电压检测单元，53-电流检测单元，54-温度检测单元，55-电流控制单元，56-电压控制单元，57-温度控制单元，58-内部逻辑控制电路。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图所示，一种蓄电池组落后单体电池自救系统，该系统包括：内部能量源1、能量转换模块2、单体电池自救模块3、能量利用模块4及监控模块5，

所述内部能量源1用于为单体电池自救模块3供电，保证蓄电池组7的正常运行；

所述能量转换模块2的输入端与市电8连接，输出端连接所述内部能量源1，所述能量转换模块2通过其内设的整流单元21将交流的市电9转换为直流电后为所述内部能量源1供电；

所述单体电池自救模块3的一端与所述内部能量源1连接，另一端并接在落后单体电池6的两端，利用所述内部能量源1得到落后单体电池6的电压，将所述落后单体电池6旁路，并代替所述落后单体电池6串联入蓄电池组7内，进行持续供电；

所述能量利用模块4分别与所述监控模块5和所述内部能量源1连接，且所述能量利用模块4的输入端与所述落后单体电池6的两端并联，进而串联接入到蓄电池组7中，当蓄电池组7处于充电状态时，由于落后单体电池6无法参与充电，为避免资源浪费，需要将原来给落后单体电池7充电的这一部分能量利用起来，通过这部分能量给所述内部能量源1充电，从而提高整个系统的效率。

所述监控模块5与系统内的其他模块分别连接，所述监控模块5包括微控制芯片51，所述监控模块5负责系统内电流、电压的采集、分析以及控制信号的输出，对各个模块电路的开启、关断进行判断与控制，从而实现对充放电过程的监测和管理。

所述的蓄电池组落后单体电池自救系统还包括：散热片或其他散热设备，保证电路工作在适宜的温度范围内，所述散热片或其他散热设备与所述监控模块连接。

所述能量转换模块2包括整流单元21、输入滤波单元22、第一降压斩波单元23及第一输出滤波单元28，所述能量转换模块2的输入为市电8，即交流电，市电8输入所述能量转换模块2后，依次经过整流单元21进行整流、再经过输入滤波单元22进行滤波后得到稳定的高压直流电，再经过第一降压斩波单元23及第一输出滤波单元28得到与所述内部能量源1相匹配的稳定的充电电压，第一驱动单元27为所述第一降压斩波单元23中功率器件提供驱动电路；第一辅助电源26为所述监控模块5中的微控制芯片51供电。

本实施例中，所述能量转换模块2还包括：第一电流反馈单元25和第一电压反馈单元24，所述第一电流反馈单元24和第一电压反馈单元25将通过监控模块5检测得到的所述能量转换模块2的输出电流、电压与标准设定的电流、电压进行比较，将得到的偏差值输入到监控模块5中对电流、电压进行分析，得到相应的控制信号，监控模块5中的微控制芯片51通过控制占空比大小的方式来调节输出电流及电压的大小，以调整能量转换模块2输出端的电流、电压值，进而使能量转换模块2可以输出稳定的电压信号为内部能量源1充电。

所述单体电池自救模块3包括：第二降压斩波单元31、第二输出滤波单元32、第二电流反馈单元33、第二电压反馈单元34、第二驱动单元36及第二辅助电源35，所述单体电池自救模块3的一端与所述内部能量源1连接，另一端串接入蓄电池组7中，所述单体电池自救模块3与所述落后单体电池6之间为并联，所述单体电池自救模块3将来自所述内部能量源1的电压分别通过所述第二降压斩波模块31、第二输出滤波单元32进行斩波、滤波处理后得到稳定的单体电池的电压，并参与到整个蓄电池组7中进行供电。所述第二辅助电源35为所述监控模块5中的微控制芯片51供电，所述的第二驱动单元36为所述第二降压斩波单元31中的功率器件提供合适的驱动信号，所述的第二电流反馈单元33及第二电压反馈单元34将所述监控模块5监测出的单体电池自救模块3的电流、电压与预设的标准值进行比较，将所得偏差值输入至所述监控模块5中进行分析，得到相应的控制信号，所述监控模块5中的微控制芯片51通过控制占空比大小的方式来调节所述单体电池自救模块3的电流、电压大小，以保证所述单体电池自救模块3输出稳定。

所述能量利用模块4的输入端与所述落后单体电池6并联，即：串接入蓄电池组7中，所述能量利用模块4包括：升压斩波单元41、第三输出滤波单元42、第三电压反馈单元43、第三电流反馈单元44、第三驱动单元45及第三辅助电源46，由于充电状态时，落后单体电池6无法参与充电，所述升压斩波单元41将原来给落后单体电池6充电的这一部分能量利用起来，通过这部分能量给内部能量源1充电，从而提高整个系统的效率，当蓄电池组7处于充电状态时，给原有的落后单体电池6充电的这一部分能量经升压斩波单元41、第三输出滤波单元42后输入至所述内部能量源1内，作为充电电路，为所述内部能量源1充电，所述第三辅助电源46为监控模块5中的微控制芯片51供电，所述第三电流反馈单元44、第三电压反馈单元43将所述监控模块5检测出的所述能量利用模块4输出的电流、电压值与标准值进行比较，将比较得到的偏差值输入至所述监控模块5中，所述监控模块5中的微控制芯片51对该偏差值进行分析，得出控制信号，所述微控制芯片51通过控制占空比的方式来调节所述能量利用模块4的输出电流、电压的大小，从而保证了所述能量利用模块4的稳定输出，所述第三驱动单元45用于驱动所述升压斩波单元41电路中的功率器件；所述第三辅助电源46，用于给系统中的控制电路及驱动芯片供电。

所述监控模块5包括：微控制芯片51、电压检测单元52、电流检测单元53及温度检测单元54，所述电压检测单元52分别对所述能量利用模块4、所述能量转换模块2及所述单体电池自救模块3的输出电压进行检测；所述电流检测单元55，分别对所述能量利用模块4、所述能量转换模块2及所述单体电池自救模块4的输出电流进行检测；所述温度检测单元57，对系统内的散热片进行温度检测。

所述监控模块5还包括电流控制单元55、电压控制单元56、温度控制单元57及内部逻辑控制电路58，所述电流控制单元55对所述能量利用模块4、所述能量转换模块2及所述单体电池自救模块3所输出的电流进行分别控制；所述电压控制单元56对所述能量利用模块4、所述能量转换模块2及所述单体电池自救模块3所输出的电压进行分别控制；同时，系统运行过程中，所述温度控制单元57结合所述温度检测单元54的检测结果对系统温度进行控制，若散热片温度过高，则开启系统内的散热风扇或电路中的其他散热措施，保证电路工作在规定的温度范围内；所述内部逻辑控制电路58，用于对系统内的输入、输出电压进行检测，通过内部控制芯片进行逻辑分析，得到各个模块的工作情况控制信号，从而实现对各个模块工作状态的调控。

本实施例采用上述蓄电池组落后单体电池自救系统的自救方法，该方法包括以下步骤：

(1)所述能量转换模块将市电转换为稳定的直流电后输送给所述内部能量源；同时，

所述能量利用模块采集所述落后单体电池的能量，并将该能量传送至所述内部能量源处；同时，

所述监控模块实时监控上述各个模块的输出电流、电压的数值大小、稳定性及系统温度变化情况，在出现不稳定情况时，随时进行调控；

(2)所述内部能量源为所述单体电池自救模块供电，所述单体电池自救模块所述落后单体电池旁路，并代替所述落后单体电池串联入蓄电池组内，进行持续供电。

由上述实施例可知，本实用新型采用单体电池自救模块代替原有的落后单体电池进行供电，同时，通过内部能量源汇聚所述能量转换模块及能量利用模块提供的来自市电及落后单体电池的两部分能量，充分利用现有资源，解决了目前因蓄电池组内单体电池老化导致的整体蓄电池组性能下降、续航能力降低的问题。此外，在出现单体电池落后或故障时，运维人员无需更换掉整租蓄电池组，避免了不必要的浪费，降低了运维成本，也无需采用新电池代替落后的单体电池，防止因蓄电池组内各个单体电池性能不一致，导致性能优的单体电池受性能差的单体电池影响，造成充放电过程中将好的电池劣化的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：包括内部能量源、能量转换模块、单体电池自救模块及监控模块，所述单体电池自救模块包括：第二降压斩波单元、第二输出滤波单元、第二电流反馈单元、第二电压反馈单元、第二驱动单元及第二辅助电源，所述第二降压斩波单元的一端连接所述内部能量源，另一端连接所述第二输出滤波单元，所述第二电流反馈单元、第二电压反馈单元及第二辅助电源均与所述监控模块的微控制芯片连接，所述第二驱动单元与所述第二降压斩波单元连接，所述能量转换模块的一端与所述内部能量源连接，所述单体电池自救模块的一端与所述内部能量源连接，另一端连接落后单体电池，所述监控模块分别与所述能量转换模块、内部能量源及所述单体电池自救模块连接，所述能量转换模块内设整流单元，并通过该整流单元将交流市电转换为直流电后为所述内部能量源供电，所述监控模块包括微控制芯片。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：还包括：散热片或其他散热设备所述散热片或其他散热设备与所述监控模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：所述能量转换模块包括：整流单元、输入滤波单元、第一降压斩波单元及第一输出滤波单元，所述整流单元的输入端连接市电，输出端依次与所述输入滤波单元、第一降压斩波单元及第一输出滤波单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：所述能量转换模块还包括：

第一电流反馈单元、第一电压反馈单元、第一驱动单元及第一辅助电源，所述第一电流反馈单元、第一电压反馈单元及所述第一辅助电源均与所述监控模块内的微控制芯片连接，所述第一驱动单元与所述第一降压斩波单元连接。

5.根据权利要求1所述的一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：还包括能量利用模块，所述能量利用模块分别与所述监控模块和所述内部能量源连接，且所述能量利用模块的输入端与所述落后单体电池的两端并联，进而串联接入到蓄电池组中。

6.根据权利要求5所述的一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：所述能量利用模块包括：升压斩波单元、第三输出滤波单元、第三电压反馈单元、第三电流反馈单元、第三驱动单元及第三辅助电源，所述升压斩波单元的一端连接所述蓄电池组，另一端与所述第三输出滤波单元连接，所述第三电压单元、第三电流反馈单元及第三辅助电源均与所述监控模块内的微控制芯片连接，所述第三驱动单元与所述升压斩波单元连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：所述监控模块包括微控制芯片、电压检测单元、电流检测单元及温度检测单元，所述电压检测单元、电流检测单元及温度检测单元均与所述微控制芯片连接。

8.根据权利要求7所述的一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：所述监控模块还包括电流控制单元、电压控制单元及内部逻辑控制电路，所述电流控制控制单元、所述电压控制单元、所述温度控制单元及所述内部逻辑控制电路均与所述微控制芯片连接。

9.根据权利要求8所述的一种蓄电池组落后单体电池自救系统，其特征在于：所述监控模块还包括温度控制单元，所述温度控制单元与所述微控制芯片连接。