CN207218282U - 一种蓄电池组在线管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄电池组在线管理系统。该蓄电池组在线管理系统包括控制单元和多个隔离充放电单元，对应每个蓄电池设置一个隔离充放电单元；每个隔离充放电单元的输入端分别连接对应的蓄电池接口，输出端并列连接同一个直流母排的不同接口，控制端分别连接控制单元；控制单元，用于在第一时间段内向每个隔离充放电单元发送对应的放电指令，在第二时间段内向每个隔离充放电单元发送对应的充电指令；每个隔离充放电单元，用于根据接收的放电指令控制连接的蓄电池在第一时间段放电；以及根据接收的充电指令控制连接的蓄电池在第二时间段内充电。可见，本实用新型可以根据峰谷分时电价自动完成对蓄电池组的充放电维护，降低了运营费用。

Description

一种蓄电池组在线管理系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池技术领域，特别涉及一种蓄电池组在线管理系统。

背景技术

蓄电池组作为不间断供电技术手段，广泛应用于通信、电力、金融等行业，各行业通过多年的采购和运营，已经积累了大量的不同规格、不同厂商的蓄电池。

电力部门结合电网的负荷变化，将每天24小时划分为尖峰、高峰、平时、低谷等几个时段，对各时段分别制定不同的电价水平，来鼓励用户合理安排用电时间，削峰填谷。一般白天为用电高峰时段，电费偏高；晚上为用电低谷阶段，电费较低。现有技术中无法自动根据峰谷分时电价对蓄电池的充放电进行控制，可能在电费较高的用电高峰时段对蓄电池组进行充电，造成运营费用较高，增加了用户的用电成本。

直流供电系统对蓄电池的使用和维护遵循以下要求：

1、一般蓄电池组中配置2个以上的蓄电池，便于更加安全的蓄电池组的维护，同时可以保证足够的应急供电容量；

2、现有技术中各蓄电池均是并联在直流母排上，整流器采用统一的充放电规格对蓄电池进行充放电，造成了不同规格的蓄电池不能并联使用。同一蓄电池组中各个蓄电池必须规格一致，以保证充放电特性一致，减少对蓄电池组的损害。

例如，当500Ah蓄电池和100Ah的蓄电池并联使用时，若采用500Ah蓄电池的充放电规格进行充放电，大电流会造成100Ah蓄电池充放电不完全并且可能损坏蓄电池；若采用100Ah的蓄电池充放电规格进行充放电，会造成500Ah蓄电池的效能不能完全发挥，造成浪费。因而，500Ah和100Ah的两个不同容量的蓄电池不允许并联使用，否则会加速其中一个蓄电池的性能劣化速度，最终导致直流供电系统运行紊乱，引发安全事故。

可见，直流供电系统对蓄电池组有严格的配置要求，同一蓄电池组中配置的所有蓄电池应采用同品牌、同型号甚至是同批次的蓄电池，从而降低蓄电池之间性能差异对直流供电系统安全运行造成的不良影响。

直流供电系统的蓄电池使用要求增加了蓄电池组维护工作难度，现有技术中需要人工对蓄电池组进行充放电维护，成本高且效率低。由于受到不同规格蓄电池不能混合使用的制约，使得大量尚有利用价值的蓄电池不能充分利用造成资源的浪费：一方面蓄电池容量不能满足电力设备安全运行要求时必须同时更换全部在用蓄电池，以保证电力设备不间断安全运行，蓄电池容量扩容受到极大限制；另一方面大量不同规格且还有利用价值的蓄电池却被闲置，造成资源严重浪费。

实用新型内容

为了解决现有技术中不能根据峰谷分时电价控制蓄电池充放电导致运营费用高的问题，本实用新型提供了一种蓄电池组在线管理系统。

本实用新型提供的蓄电池组在线管理系统包括：

控制单元和多个隔离充放电单元，对应每个蓄电池设置一个所述隔离充放电单元；每个所述隔离充放电单元的输入端分别连接对应的蓄电池接口，输出端并列连接同一个直流母排的不同接口，控制端分别连接所述控制单元；

所述控制单元，用于在第一时间段内向每个所述隔离充放电单元发送对应的放电指令，在第二时间段内向每个所述隔离充放电单元发送对应的充电指令；

每个所述隔离充放电单元，用于根据接收的放电指令控制连接的蓄电池在所述第一时间段内升压，向所述直流母排输出电能实现放电；以及根据接收的充电指令控制连接的蓄电池在所述第二时间段内降压，接收所述直流母排的输出电能实现充电。

可选地，所述控制单元，还用于在向每个所述隔离充放电单元发送的放电指令中携带对应蓄电池允许的最大放电电流参数，在向每个所述隔离充放电单元发送的充电指令中携带对应蓄电池允许的最大充电电流参数；

每个所述隔离充放电单元，还用于根据接收的所述放电指令控制连接的蓄电池在允许的最大放电电流内以恒定的放电电流进行放电；以及根据接收的所述充电指令控制连接的蓄电池在允许的最大充电电流内以恒定的充电电流进行充电。

可选地，所述蓄电池组中的每个蓄电池具有不尽相同的电压规格、最大充电电流规格、最大放电电流规格和容量规格。

可选地，所述控制单元，还用于根据预先获取的每个蓄电池的规格参数，向每个隔离充放电单元发送对应的充电指令或者放电指令；

每个所述隔离充放电单元，还用于根据接收的充电指令对连接的蓄电池进行充电控制或者根据接收的放电指令对连接的蓄电池进行放电控制，使其充放电至相同设置条件。

可选的，每个所述隔离充放电单元包括Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管，所述四个功率开关管的基极分别对应连接所述控制单元的四个信号输出端；

所述控制单元，具体用于将所述放电指令或者充电指令转化为g1、g2、g3、g4四路使能信号发送给对应的隔离充放电单元；

每个所述隔离充放电单元，具体用于根据接收的所述g1、g2、g3、g4四路使能信号，对应分别导通或关闭所述Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管，对连接的蓄电池进行充电控制或放电控制。

可选地，所述Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管分为Q1与Q4、Q2与Q3两组，每组以恒定频率的脉冲宽度调制PWM方式交替工作。

可选地，所述直流母排上的不同接口具有相同的接口规格。

可选地，所述系统还包括多个旁路开关单元，对应每个所述隔离充放电单元设置一个所述旁路开关单元；每个所述旁路开关单元与对应的所述隔离充放电单元并联连接；

所述控制单元，还用于通过高低电平控制每个所述旁路开关单元的断开或闭合，在某个所述隔离充放电单元异常时，控制并联连接的所述旁路开关单元闭合以将对应的蓄电池与直流母排直接连接。

可选地，所述系统还包括通讯单元，所述通讯单元包括WIFI通信模块和/或GPRS通信模块，所述通讯单元采用以太网口、RS485串口或者RS232串口连接所述控制单元；

每个所述隔离充放电单元，还用于实时获取连接的蓄电池的充放电状态信息发送给所述控制单元，所述充放电状态信息包括蓄电池的电压、电流和温度信息；

所述控制单元，还用于通过所述通讯单元将每个蓄电池的充放电状态信息在线上传给上位机或监控系统，以及接收所述上位机或监控系统发送的控制指令。

可选地，所述控制单元采用STM32F072C8T6处理器芯片，所述控制单元通过can总线与每个所述隔离充放电单元通讯连接。

本实用新型的有益效果是：通过在蓄电池组在线管理系统中设置控制单元和多个隔离充放电单元，控制单元根据峰谷分时电价分时段向各个隔离充放电单元发送放电指令和充电指令，各个隔离充放电单元根据放电指令和充电指令对相应的蓄电池进行充放电的控制，可以根据峰谷分时电价自动完成对蓄电池组的充放电维护，降低了运营费用，降低了用户的用电成本。

并且，本实用新型的技术方案能使不同规格的蓄电池并联到直流母排，避免了只有相同规格的蓄电池才能并联到直流母排的缺陷，在对蓄电池容量扩容时无需购买特定规格的新的蓄电池，充分利用现有蓄电池；在对蓄电池容量扩容时不需要同时更换全部在用蓄电池，提高了蓄电池容量扩容的灵活性。降低了供电系统的运营成本，避免了资源浪费。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的蓄电池组在线管理系统的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的隔离充放电单元的原理图；

图3为本实用新型另一个实施例的蓄电池组在线管理系统的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例的控制单元的结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例的通讯单元的结构示意图。

具体实施方式

为了解决背景技术中提出的技术问题，本申请的实用新型人想到在蓄电池组在线管理系统中设置控制单元和多个隔离充放电单元，控制单元根据峰谷分时电价分时段向各个隔离充放电单元发送放电指令和充电指令，各个隔离充放电单元根据放电指令和充电指令对相应的蓄电池进行充放电的控制。从而一方面可以根据峰谷分时电价自动完成对蓄电池组的充放电维护，降低了运营费用，降低了用户的用电成本；另一方面能使不同规格的蓄电池并联到直流母排，在对蓄电池容量扩容时充分利用现有蓄电池，且不需要同时更换全部在用蓄电池，提高了蓄电池容量扩容的灵活性。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，为本实用新型一个实施例提供的一种蓄电池组在线管理系统的结构示意图。如图1所示，该蓄电池组在线管理系统包括：

控制单元13和多个隔离充放电单元11，对应每个蓄电池12设置一个隔离充放电单元11；每个隔离充放电单元11的输入端分别连接对应的蓄电池接口，输出端并列连接同一个直流母排的不同接口，控制端分别连接控制单元13；

控制单元13，用于在第一时间段内向每个所述隔离充放电单元发送对应的放电指令，在第二时间段内向每个所述隔离充放电单元发送对应的充电指令；

每个隔离充放电单元12，用于根据接收的放电指令控制连接的蓄电池在所述第一时间段内升压，向所述直流母排输出电能实现放电；以及根据接收的充电指令控制连接的蓄电池在所述第二时间段内降压，接收所述直流母排的输出电能实现充电。

需要说明的是，本实用新型实施例的控制单元根据峰谷分时电价分时段向各个隔离充放电单元发送放电指令和充电指令，一般白天为用电高峰时段，电费偏高，控制单元向隔离充放电单元发送放电指令，隔离充放电单元根据接收到的放电指令控制相应的蓄电池升压，向直流母排输出电能实现放电；晚上为用电低谷阶段，电费较低，控制单元向隔离充放电单元发送充电指令，隔离充放电单元根据接收到的充电指令控制相应的蓄电池降压，接收直流母排的输出电能实现充电，从而降低运营费用。

本实用新型实施例通过在蓄电池组在线管理系统中设置控制单元和多个隔离充放电单元，控制单元根据峰谷分时电价分时段向各个隔离充放电单元发送放电指令和充电指令，各个隔离充放电单元根据放电指令和充电指令对相应的蓄电池进行充放电的控制，可以根据峰谷分时电价自动完成对蓄电池组的充放电维护，降低了运营费用，降低了用户的用电成本。

在本实用新型实施例的一些可选的实施方式中，控制单元还用于在向每个所述隔离充放电单元发送的放电指令中携带对应蓄电池允许的最大放电电流参数，在向每个所述隔离充放电单元发送的充电指令中携带对应蓄电池允许的最大充电电流参数；

每个所述隔离充放电单元，还用于根据接收的所述放电指令控制连接的蓄电池在允许的最大放电电流内以恒定的放电电流进行放电；以及根据接收的所述充电指令控制连接的蓄电池在允许的最大充电电流内以恒定的充电电流进行充电。

需要说明的是，本实用新型实施例的蓄电池在线管理系统，控制单元向隔离充放电单元中发送的充放电指令中包括对应蓄电池允许的最大放电电流参数和最大充电电流参数，各个隔离充放电单元根据接收到的充放电参数对蓄电池的充电电流进行控制，防止充电电流超过蓄电池的充电能力，并对蓄电池的放电电流进行控制，防止放电电流超过蓄电池的放电能力，从而降低蓄电池性能劣化速度，避免因过充过放对蓄电池造成的损害，有效延缓蓄电池的使用寿命。

在本实用新型实施例的另一些可选的实施方式中，所述蓄电池组中的每个蓄电池具有不尽相同的电压规格、最大充电电流规格、最大放电电流规格和容量规格。

相应地，所述控制单元，还用于根据预先获取的每个蓄电池的规格参数，向每个隔离充放电单元发送对应的充电指令或者放电指令；

每个所述隔离充放电单元，还用于根据接收的充电指令对连接的蓄电池进行充电控制或者根据接收的放电指令对连接的蓄电池进行放电控制，使其充放电至相同设置条件。

可理解的是，通过本实用新型实施例的蓄电池在线充电系统，能将具有不尽相同的电压规格、最大充电电流规格、最大放电电流规格和容量规格的蓄电池并联到直流母排，各个不同规格的蓄电池具有不同的规格参数，控制单元可根据获取的各个蓄电池的规格参数计算各个蓄电池充放电至相同设置条件时对应的充放电参数；各个隔离充放电单元能根据从控制单元接收到的充放电参数对相连接的蓄电池进行充放电控制，从而实现将不同规格的蓄电池并联到直流母排，而不用担心由此造成的对蓄电池组的损坏。

需要说明的是，本实用新型实施例中的蓄电池的相同设置条件指相同的电压值、相同的充电电流和相同的放电电流等设置条件。控制单元能根据获取的各个蓄电池的规格参数计算各个蓄电池充放电至相同设置条件时对应的充放电参数；各个隔离充放电单元能根据从控制单元接收到的充放电参数对相连接的蓄电池进行充放电控制。

在本实用新型实施方式提供的蓄电池在线管理系统中，能使不同规格的蓄电池并联到直流母排，避免了只有相同规格的蓄电池才能并联到直流母排的缺陷，在对蓄电池容量扩容时无需购买特定规格的新的蓄电池，充分利用现有蓄电池；在对蓄电池容量扩容时不需要同时更换全部在用蓄电池，提高了蓄电池容量扩容的灵活性。降低了供电系统的运营成本，避免了资源浪费。

在本实用新型实施例的另一些可选的实施方式中，如图2所示，每个隔离充放电单元11包括Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管，所述四个功率开关管的基极分别对应连接所述控制单元的四个信号输出端(如图4所示的处理器芯片的引脚25、26、27和28)；

所述控制单元，具体用于将所述充放电参数转化为g1、g2、g3、g4四路使能信号发送给对应的隔离充放电单元；

每个所述隔离充放电单元，具体用于根据接收的所述g1、g2、g3、g4四路使能信号，对应分别导通或关闭所述Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管，对连接的蓄电池进行充电控制或放电控制。

进一步地，所述Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管分为Q1与Q4、Q2与Q3两组，每组以恒定频率的脉冲宽度调制PWM方式交替工作。

需要说明的是，本实用新型实施例的两组功率开关管以恒定频率的脉冲宽度调制PWM方式交替工作，通过调整占空比，保证输出电压的稳定。

本实用新型实施例的隔离充放电单元采用推挽电源的方案实现，分为放电和充电两种工作模式，以下结合图2说明本实用新型实施例的隔离充放电单元的工作原理。具体地：

在放电工作模式下，功率开关管Q1与Q4、Q2与Q3以恒定频率的脉冲宽度调制PWM方式工作。当Q1、Q4导通，Q2、Q3关闭时，电能以电磁能的方式通过高频变压器T1耦合传递到直流母排正极+，输出电能实现蓄电池放电。当Q2、Q3导通，Q1、Q4关闭时，电能以电磁能的方式通过高频变压器T1耦合传递到母排+，输出电能实现蓄电池放电。Q1、Q4与Q2、Q3恒定频率的PWM交替工作，可以持续对直流母排放电。

在充电工作模式，功率开关管Q1与Q4、Q2与Q3以恒定频率的脉冲宽度调制PWM方式工作。当Q1、Q4导通，Q2、Q3关闭时，电能以电磁能的方式通过高频变压器T1耦合传递到蓄电池组，实现对蓄电池组充电。同理，当Q2、Q3导通，Q1、Q4关闭时，电能以电磁能的方式通过高频变压器T1耦合传递到蓄电池组，实现对蓄电池组充电。Q1、Q4与Q2、Q3恒定频率的PWM交替工作，直流母排可以持续对蓄电池组充电。

在本实用新型实施例的一些优选的实施方式中，所述直流母排上的不同接口具有相同的电压规格。

需要说明的是，直流母排上的不同接口连接不同的隔离充放电单元，当蓄电池放电时通过该接口将电能释放到直流母排；当蓄电池充电时直流母排通过该接口将电能传递到蓄电池。

可理解的是，由于本实用新型实施例的蓄电池在线管理系统为各个不同规格的蓄电池分别设置了隔离充放电单元，从而直流母排上虽各个不同接口具有相同的电压规格也能为不同规格的蓄电池进行充放电。

在本实用新型实施例的另一些可选的实施方式中，如图3所示，蓄电池组在线管理系统还包括多个旁路开关单元14，对应每个隔离充放电单元11设置一个旁路开关单元14；每个旁路开关单元14与对应的隔离充放电单元11并联连接；

控制单元13，还用于通过高低电平控制每个旁路开关单元的断开或闭合，在某个隔离充放电单元异常时，控制并联连接的所述旁路开关单元闭合以将对应的蓄电池与直流母排直接连接。

可理解的是，在蓄电池组在线管理系统的隔离充放电单元工作异常情况下，旁路开关闭合导通，蓄电池直接接入直流母排，保障用户的用电需求。

进一步地，如图3所示，本实用新型实施例的蓄电池在线管理系统还包括通讯单元15，通讯单元15包括WIFI通信模块和/或GPRS通信模块，通讯单元15采用以太网口、RS485串口或者RS232串口连接控制单元13。

在实际应用中，通讯单元可采用U7MAX3485ESA芯片(如图5所示)。

进一步地，每个所述隔离充放电单元，还用于实时获取连接的蓄电池的充放电状态信息发送给所述控制单元，所述充放电状态信息包括蓄电池的电压、电流和温度信息；

所述控制单元，还用于通过所述通讯单元将每个蓄电池的充放电状态信息在线上传给上位机或监控系统，以及接收所述上位机或监控系统发送的控制指令。

可理解的是，本实用新型实施例的隔离充放电单元可将实时获取到的蓄电池的电压、电流和温度等充放电状态信息发送至控制单元，控制单元通过通讯单元将蓄电池的充放电状态信息发送至上位机或监控系统。

具体地，所述控制单元通过can总线与每个所述隔离充放电单元通讯连接。

在实际应用中，所述控制单元采用STM32F072C8T6处理器芯片。

综上所述，根据本实用新型的技术方案，通过在蓄电池组在线管理系统中设置控制单元和多个隔离充放电单元，控制单元根据峰谷分时电价分时段向各个隔离充放电单元发送放电指令和充电指令，各个隔离充放电单元根据放电指令和充电指令对相应的蓄电池进行充放电的控制，可以根据峰谷分时电价自动完成对蓄电池组的充放电维护，降低了运营费用，降低了用户的用电成本。

并且，本实用新型的技术方案能使不同规格的蓄电池并联到直流母排，避免了只有相同规格的蓄电池才能并联到直流母排的缺陷，在对蓄电池容量扩容时无需购买特定规格的新的蓄电池，充分利用现有蓄电池；在对蓄电池容量扩容时不需要同时更换全部在用蓄电池，提高了蓄电池容量扩容的灵活性。降低了供电系统的运营成本，避免了资源浪费。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种蓄电池组在线管理系统，其特征在于，所述系统包括控制单元和多个隔离充放电单元，对应每个蓄电池设置一个所述隔离充放电单元；每个所述隔离充放电单元的输入端分别连接对应的蓄电池接口，输出端并列连接同一个直流母排的不同接口，控制端分别连接所述控制单元；

所述控制单元，用于在第一时间段内向每个所述隔离充放电单元发送对应的放电指令，在第二时间段内向每个所述隔离充放电单元发送对应的充电指令；

每个所述隔离充放电单元，用于根据接收的放电指令控制连接的蓄电池在所述第一时间段内升压，向所述直流母排输出电能实现放电；以及根据接收的充电指令控制连接的蓄电池在所述第二时间段内降压，接收所述直流母排的输出电能实现充电。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元，还用于在向每个所述隔离充放电单元发送的放电指令中携带对应蓄电池允许的最大放电电流参数，在向每个所述隔离充放电单元发送的充电指令中携带对应蓄电池允许的最大充电电流参数；

每个所述隔离充放电单元，还用于根据接收的所述放电指令控制连接的蓄电池在允许的最大放电电流内以恒定的放电电流进行放电；以及根据接收的所述充电指令控制连接的蓄电池在允许的最大充电电流内以恒定的充电电流进行充电。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蓄电池组中的每个蓄电池具有不尽相同的电压规格、最大充电电流规格、最大放电电流规格和容量规格。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制单元，还用于根据预先获取的每个蓄电池的规格参数，向每个隔离充放电单元发送对应的充电指令或者放电指令；

每个所述隔离充放电单元，还用于根据接收的充电指令对连接的蓄电池进行充电控制或者根据接收的放电指令对连接的蓄电池进行放电控制，使其充放电至相同设置条件。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，每个所述隔离充放电单元包括Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管，所述四个功率开关管的基极分别对应连接所述控制单元的四个信号输出端；

所述控制单元，具体用于将所述放电指令或者充电指令转化为g1、g2、g3、g4四路使能信号发送给对应的隔离充放电单元；

每个所述隔离充放电单元，具体用于根据接收的所述g1、g2、g3、g4四路使能信号，对应分别导通或关闭所述Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管，对连接的蓄电池进行充电控制或放电控制。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述Q1、Q2、Q3、Q4四个功率开关管分为Q1与Q4、Q2与Q3两组，每组以恒定频率的脉冲宽度调制PWM方式交替工作。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流母排上的不同接口具有相同的接口规格。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括多个旁路开关单元，对应每个所述隔离充放电单元设置一个所述旁路开关单元；每个所述旁路开关单元与对应的所述隔离充放电单元并联连接；

所述控制单元，还用于通过高低电平控制每个所述旁路开关单元的断开或闭合，在某个所述隔离充放电单元异常时，控制并联连接的所述旁路开关单元闭合以将对应的蓄电池与直流母排直接连接。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括通讯单元，所述通讯单元包括WIFI通信模块和/或GPRS通信模块，所述通讯单元采用以太网口、RS485串口或者RS232串口连接所述控制单元；

每个所述隔离充放电单元，还用于实时获取连接的蓄电池的充放电状态信息发送给所述控制单元，所述充放电状态信息包括蓄电池的电压、电流和温度信息；

所述控制单元，还用于通过所述通讯单元将每个蓄电池的充放电状态信息在线上传给上位机或监控系统，以及接收所述上位机或监控系统发送的控制指令。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元采用STM32F072C8T6处理器芯片，所述控制单元通过can总线与每个所述隔离充放电单元通讯连接。