CN208656472U - 微电网储能系统用电池组均衡监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微电网储能系统用电池组均衡监测技术领域，具体涉及一种微电网储能系统用电池组均衡监测装置，包括功率电源模块、控制电源模块、均衡主动监测模块和主控制模块，所述功率电源模块输入端连接主控制模块，功率电源输出端分别为控制电源模块和均衡主动监测模块供电，所述均衡主动监测模块包括多组均衡控制模块、均衡执行模块和主动监测模块，所述主控制模块通过均衡控制模块连接至各均衡执行模块控制端，直流均衡电源通过均衡执行模块执行端连接至电池单体，电池单体同时通过主动监测模块连接至主控制模块。本实用新型具备主动监测功能、成本低、兼容性好、稳定性高，能够实现电池组内各单体电池的有效均衡。

Description

微电网储能系统用电池组均衡监测装置

技术领域

本实用新型涉及微电网储能系统用电池组均衡监测技术领域，具体涉及一种微电网储能系统用电池组均衡监测装置。

背景技术

电池组内包含多组单体电池，作为微电网储能系统主要能量来源，其在使用时多采用串并联的方式进行连接，由于客观存在的单体电池性能差异，导致其在长时间输出能量时，必然出现各单体容量不一致的情况，长时间使用势必缩短电池组整体使用寿命，增加储能系统维护成本，因而必须加装电池组均衡系统，而电池组均衡系统的准确动作离不开前端的微电网储能系统用电池组均衡监测装置。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：

1、电池组均衡监测功能不完善，均衡系统前端装置采用被动监测的模式，容易导致电池组均衡系统出现误判断，达不到有效均衡的效果或产生安全隐患；

2、电池组均衡系统的前端均衡监测装置成本高，且稳定性、兼容性差。

经分析发现，出现上述问题的主要原因是：

1、技术手段不足，难以实现电池组均衡系统前端装置的主动监测功能；

2、大都采用国外技术成熟的锂电池组均衡监测集成模块，采购成本高，变通性差，对于单体电池高于5V的个体难以实现主动监测。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种微电网储能系统用电池组均衡监测装置，具备主动监测功能、成本低、兼容性好、稳定性高，能够实现电池组内各单体电池的有效均衡。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述微电网储能系统用电池组均衡监测装置，包括功率电源模块、控制电源模块、均衡主动监测模块和主控制模块，所述功率电源模块输入端连接主控制模块，功率电源输出端分别为控制电源模块和均衡主动监测模块供电，所述均衡主动监测模块包括均衡控制模块、均衡执行模块和主动监测模块，所述均衡执行模块个数与电池组内电池单体的个数相匹配，所述主控制模块通过均衡控制模块连接至各均衡执行模块控制端，直流均衡电源正、负极通过均衡执行模块执行端连接至对应电池单体的正负极，对应电池单体的正负极同时连接至主动监测模块的电压信号输出端，主动监测模块的电压信号输出端连接至主控制模块，主控制模块连接至主动监测模块控制端。

工作时，主控制模块向主动监测模块发送电池单体识别命令，由主动监测模块采集相应电池单体的电压信号并通过电压信号输出端将采集的数据发送至主控制模块，主控制模块根据接收到的数值大小判断是否需要执行均衡动作，如果需要，主控制模块向均衡控制模块发送执行均衡动作的指令，由均衡控制模块选通需要执行均衡动作的电池单体，均衡执行模块执行端连通直流均衡电源和对应的电池单体进行均衡操作，主控制模块判断是否已到达均衡执行预设时间(一般为2-5分钟)，以判断其是否需要继续执行均衡操作，如果需要，则继续执行，如果不需要，切断直流均衡电源与当前电池单体的连接，继续进行其他电池单体的监测及均衡操作。

其中，优选方案为：

所述功率电源模块包括接线端子J1、电源隔离模块DCDC1-DCDC2、光电耦合器P1、稳压二极管W1-W2、功率开关管Q1和三极管Q2，三极管Q2的基极与主控制模块任一I/O端口相连，三极管Q2的集电极连接光电耦合器P1输入端发光管的负极侧，光电耦合器P1输入端发光管的正极侧通过电阻R5连接3.3V电源正极，三极管Q2的发射极连接3.3V电源负极，光电耦合器P1输出端的正负极分别连接至网络标号KG和网络标号DS，接线端子J1分别与保险丝F1和二极管D1的正极端相连，二极管D1的负极端连接12V电源正极，保险丝F1分别与二极管D2和二极管D3的负极端相连，二极管D3的负极端与二极管D4的正极端相连，二极管D2和二极管D3的正极端均连接12V电源负极，二极管D4的负极端与二极管D5的正极端相连，二极管D5的负极端分别与电容C1的正极端和功率开关管Q1的漏极相连，电容C1的负极端连接12V电源负极，功率开关管Q1的漏极与基极之间并联电阻R1，电源隔离模块DCDC1和电源隔离模块DCDC2的输入正极端均与功率开关管Q1的源极相连，电源隔离模块DCDC1的输入正极端和负极端并联电容C2，电容C2的负极端12V电源正极，电源隔离模块DCDC1的输出正极端和负极端依次并联有电容C3、电容C6和稳压二极管W1，稳压二极管W1的负极端接网络标号485VCC+，稳压二极管W1的正极端接网络标号485GND，电源隔离模块DCDC2的输入负极端连接12V电源负极，电源隔离模块DCDC2的输出正极端和负极端依次并联有电容C4、电容C5和稳压二极管W2，稳压二极管W2的负极端连接5V电源正极，稳压二极管W2的正极端连接5V电源负极。

功率电源模块主要采用常规电子器件，电路成本低、可靠性高，通过光电耦合器P1实现对功率开关管Q1的隔离开关控制，进而实时控制电源隔离模块DCDC1、DCDC2的系统供电响应速度，克服了现有技术中均衡系统电源供电稳定性差的不足，同时设置稳压二极管W1-W2，进一步保证了均衡系统供电的安全性，增强了电源输出的可靠性。

所述控制电源模块包括三端稳压器V1-V2和电源隔离模块DCDC3，电源隔离模块DCDC3的输入正极端和负极端并联电容C7，电源隔离模块DCDC3的输出正极端和负极端依次并联有电容C8和电容C9，电源隔离模块DCDC3的输出正极端与三端稳压器V1的输入端相连，电源隔离模块DCDC3的输出负极端与3.3V电源负极相连，三端稳压器V1的输出端与3.3V电源正极相连，三端稳压器V1的输出端与参考端之间并联有电阻R6，三端稳压器V1的参考端与三端稳压器V2的阴极相连，电容C10与电阻R7串联后并联在三端稳压器V1的输出端和参考端之间，三端稳压器V2的阳极与3.3V电源负极相连，电阻R7与电阻R8串联后并联在3.3V电源正、负极之间，三端稳压器V2的参考极连接在电阻R7与电阻R8之间，3.3V电源正、负极之间还依次并联有电容C11和电容C12，确保了控制电源的精度和可靠性，为主控制模块的可靠和准确动作提供保障。

所述均衡执行模块包括三极管Q3，稳压二极管W3，继电器K1，接线端子J2-J3，三极管Q3的基极与均衡执行模块控制端相连，均衡执行模块控制端连接主控制模块，三极管Q3的集电极分别与稳压二极管W3的正极端和继电器K1线圈控制输入负极端相连，继电器K1线圈控制输入正极端和稳压二极管W3的负极端分别与12V电源正极相连，电阻R9和发光二极管LED1串联后并联在继电器K1线圈控制侧的两端，直流均衡电源负极DC-通过继电器K1功率端串联自恢复保险丝F2和电池单体负极，电池单体负极与接线端子J2相连，直流均衡电源负极DC-和直流均衡电源正极DC+并联二极管D6，二极管D6的负极端与电池单体正极相连，电池单体正极与接线端子J3相连，每块单体电池对应设置一组均衡执行模块，实现对不同单体电压的主动监测，兼容性强、安全可靠、控制响应及时简单。

所述均衡控制模块包括光电耦合器P2和译码器U3，译码器U3的输入端均与主控制模块的I/O端口相连，译码器U3的I/O端口连接至光电耦合器P2发光侧的输出端，光电耦合器P2发光侧的输入端与5V电源正极相连，光电耦合器P2受光侧的输入端与12V电源正极相连，光电耦合器P2受光侧的输出端与均衡执行模块控制端相连，译码器U3的GND引脚和选通端E2、E3均与5V电源负极相连，译码器U3的VDD引脚和选通端E1均与5V电源正极相连，实现了主动均衡监测的双重隔离，安全可靠性高，实现了主控制模块对均衡控制模块相应控制指令的快速响应。

所述主动监测模块包括数字模拟电子开关模块U1-U2、运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U1C，运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U1C的输入端分别与主控制模块的I/O端口相连，运算放大器U1A的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的A地址端相连，运算放大器U1B的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的B地址端相连，运算放大器U1C的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的C地址端相连，数字模拟电子开关模块U1、U2的GND端口均与5V电源负极相连，数字模拟电子开关模块U1、U2的VDD端口均与5V电源正极相连，数字模拟电子开关模块U1的I/O端口与电池单体正极相连，数字模拟电子开关模块U1的I/O端口与电池单体负极相连，数字模拟电子开关模块U1的X端口为电压信号输出端，电压信号输出端通过单体电压采样电路连接至主控制模块，数字模拟电子开关模块U2的X端口接地，通过运算放大器和数字模拟电子开关模块实现电池组内单体电池的主动均衡监测，并对电池组内各单体电池之间进行有效的电气隔离，避免电池组均衡系统产生误操作。

所述单体电压采样电路包括稳压二极管W4和分压电阻R23、R24，分压电阻R23高电位端连接电压信号输出端，分压电阻R23低电位端串联分压电阻R24，分压电阻R24地点为端接地，分压电阻R24分别并联稳压二极管W4和电容C13，稳压二极管W4正极端连接主控制模块，采用该电路单体电池电压监测精度更高，响应更及时。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型克服了现有技术中电池组均衡监测功能不完善、均衡系统前端装置只能采用被动监测模式的不足，实现了均衡系统前端主动监测功能，达到了有效均衡的目的，且该微电网储能系统用电池组均衡监测装置的整体成本低、稳定性高、兼容性好。工作时，主控制模块向主动监测模块发送电池单体识别命令，由主动监测模块采集相应电池单体的电压信号并通过电压信号输出端将采集的数据发送至主控制模块，主控制模块根据接收到的数值大小判断是否需要执行均衡动作，如果需要，主控制模块向均衡控制模块发送执行均衡动作的指令，由均衡控制模块选通需要执行均衡动作的电池单体，均衡执行模块执行端连通直流均衡电源和对应的电池单体进行均衡操作，均衡操作执行一定时间后，主动监测模块再次监测执行均衡操作的电池单体的电压值，以判断其是否需要继续执行均衡操作，如果需要，则继续执行，如果不需要，切断直流均衡电源与当前电池单体的连接，继续进行其他电池单体的监测及均衡操作。

附图说明

图1微电网储能系统用电池组均衡监测装置结构框图。

图2均衡主动监测模块结构框图。

图3功率电源模块电路原理图。

图4控制电源模块电路原理图。

图5均衡执行模块电路原理图。

图6均衡控制模块电路原理图。

图7主动监测模块电路原理图。

图8单体电压采样电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1-2所示，本实施例所述微电网储能系统用电池组均衡监测装置，包括功率电源模块、控制电源模块、均衡主动监测模块和主控制模块，所述功率电源模块输入端连接主控制模块，功率电源输出端分别为控制电源模块和均衡主动监测模块供电，所述均衡主动监测模块包括均衡控制模块、均衡执行模块和主动监测模块，所述均衡执行模块个数与电池组内电池单体的个数相匹配，所述主控制模块通过均衡控制模块连接至各均衡执行模块控制端，直流均衡电源正、负极通过均衡执行模块执行端连接至对应电池单体的正负极，对应电池单体的正负极同时连接至主动监测模块的电压信号输出端，主动监测模块的电压信号输出端连接至主控制模块，主控制模块连接至主动监测模块控制端，主控制模块为单片机，型号选用STM32F103VCT6。

如图3所示，功率电源模块包括接线端子J1、电源隔离模块DCDC1-DCDC2、光电耦合器P1、稳压二极管W1-W2、功率开关管Q1和三极管Q2，三极管Q2的基极与主控制模块任一I/O端口相连，三极管Q2的集电极连接光电耦合器P1输入端发光管的负极侧，光电耦合器P1输入端发光管的正极侧通过电阻R5连接3.3V电源正极，三极管Q2的发射极连接3.3V电源负极，光电耦合器P1输出端的正负极分别连接至网络标号KG和网络标号DS，接线端子J1分别与保险丝F1和二极管D1的正极端相连，二极管D1的负极端连接12V电源正极，保险丝F1分别与二极管D2和二极管D3的负极端相连，二极管D3的负极端与二极管D4的正极端相连，二极管D2和二极管D3的正极端均连接12V电源负极，二极管D4的负极端与二极管D5的正极端相连，二极管D5的负极端分别与电容C1的正极端和功率开关管Q1的漏极相连，电容C1的负极端连接12V电源负极，功率开关管Q1的漏极与基极之间并联电阻R1，电源隔离模块DCDC1和电源隔离模块DCDC2的输入正极端均与功率开关管Q1的源极相连，电源隔离模块DCDC1的输入正极端和负极端并联电容C2，电容C2的负极端12V电源正极，电源隔离模块DCDC1的输出正极端和负极端依次并联有电容C3、电容C6和稳压二极管W1，稳压二极管W1的负极端接网络标号485VCC+，稳压二极管W1的正极端接网络标号485GND，电源隔离模块DCDC2的输入负极端连接12V电源负极，电源隔离模块DCDC2的输出正极端和负极端依次并联有电容C4、电容C5和稳压二极管W2，稳压二极管W2的负极端连接5V电源正极，稳压二极管W2的正极端连接5V电源负极。

功率开关管Q1选用N沟道型MOS管，如IRFS654B，三极管Q2一般选用NPN型三极管，如S8050，光电耦合器P1选用PC357C，二极管D1-D5选用1N4007或SR560，稳压二极管W1-W2选用2CW系列，电容选用105℃，耐压值25V，容量值100uF以下的电容，电源隔离模块DCDC1和电源隔离模块DCDC2选用ZMD1205S，电路元件采用常规电子器件，电路成本低、可靠性高，通过光电耦合器P1实现对功率开关管Q1的隔离开关控制，进而实时控制电源隔离模块DCDC1、DCDC2的系统供电响应速度，克服了现有技术中均衡系统电源供电稳定性差的不足，同时设置稳压二极管W1-W2，进一步保证了均衡系统供电的安全性，增强了电源输出的可靠性。功率电源模块为控制电源模块、均衡主动监测模块和主控制模块提供DC12V、5V、3.3V直流电源，同时为其它外部接入的RS485通讯电路提供必要的通信电源，主控制模块通过功率电源模块电路中的光电耦合器P1组成的外围电路，实时监测、控制功率电源模块的输出。

接线端子J1接入DC12V直流电源，三极管Q2的基极若接收到高电平信号，则光电耦合器P1的受光侧一端导通，网络标号KG、DS连接，此时功率开关管Q1基极为低电平，处于关断状态，此时RS485通信电源和直流5V电源均无输出；反之，三极管Q2的基极若接收到低电平信号，则光电耦合器P1的受光侧不导通，网络标号KG、DS断开，此时功率开关管Q1基极为高电平，处于开通状态，此时RS485通信电源和直流5V电源正常输出。

如图4所示，控制电源模块包括三端稳压器V1-V2和电源隔离模块DCDC3，电源隔离模块DCDC3的输入正极端和负极端并联电容C7，电源隔离模块DCDC3的输出正极端和负极端依次并联有电容C8和电容C9，电源隔离模块DCDC3的输出正极端与三端稳压器V1的输入端相连，电源隔离模块DCDC3的输出负极端与3.3V电源负极相连，三端稳压器V1的输出端与3.3V电源正极相连，三端稳压器V1的输出端与参考端之间并联有电阻R6，三端稳压器V1的参考端与三端稳压器V2的阴极相连，电容C10与电阻R7串联后并联在三端稳压器V1的输出端和参考端之间，三端稳压器V2的阳极与3.3V电源负极相连，电阻R7与电阻R8串联后并联在3.3V电源正、负极之间，三端稳压器V2的参考极连接在电阻R7与电阻R8之间，3.3V电源正、负极之间还依次并联有电容C11和电容C12，确保了控制电源的精度和可靠性，为主控制模块的可靠和准确动作提供保障，控制电源模块主要提供主控制模块工作时所需的3.3V直流电源，确保整个主控制系统模块的稳定运行。

电容C7～C12选用105℃，耐压值25V，容量值100uF以下的电容，电阻R6～R8选用精度1％以上的电阻，三端稳压器V1选用LM317T，三端稳压器V2选用可控精密稳压源TL431，电源隔离模块DCDC2选用ZMD1212S。

如图5所示，均衡执行模块包括三极管Q3，稳压二极管W3，继电器K1，接线端子J2-J3，三极管Q3的基极与均衡执行模块控制端KQ1相连，均衡执行模块控制端连接主控制模块，三极管Q3的集电极分别与稳压二极管W3的正极端和继电器K1线圈控制输入负极端相连，继电器K1线圈控制输入正极端和稳压二极管W3的负极端分别与12V电源正极相连，电阻R9和发光二极管LED1串联后并联在继电器K1线圈控制侧的两端，直流均衡电源负极DC-通过继电器K1功率端串联自恢复保险丝F2和电池单体负极，电池单体负极与接线端子J2相连，直流均衡电源负极DC-和直流均衡电源正极DC+并联二极管D6，二极管D6的负极端与电池单体正极相连，电池单体正极与接线端子J3相连，每块单体电池对应设置一组均衡执行模块，实现对不同单体电压的主动监测，兼容性强、安全可靠、控制响应及时简单。

电池组内的每个电池单体对应设置一组均衡执行模块，以第一路电池单体为例，该电池单体的正负极在图5中分别为网络标号VB1+、VB1－表示，网络标号VB1+、VB1－被主控制模块确认开通，即此时确认对第一路单体电池准备进行均衡操作，主控制模块发送高电平信号至均衡执行模块控制端，此时三极管Q3导通，继电器K1线圈通电，继电器K1功率端吸合，网络标号VB1+经主动监测模块完成对第一路单体电池电压的主动监测控制；其它各单体电池的均衡主动监测控制与此相同。电阻R9和R10采用精度值小于1％的，发光二极管LED1选用红色发光源，三极管Q3选用S8050，稳压二极管W3选用SF28，继电器K1选用宏发规格为12V的线圈继电器，二极管D6选用肖特基快恢复二极管MBR3060PT，自恢复保险丝F2选用规格为耐压值12V、熔断电流为600毫安，该电路采用上述电子器件，成本低、稳定性好；采用上述连接方式可实现对不同单体电压的主动监测，兼容性强、安全可靠、控制响应及时简单，对单电压范围1-12V的单体电池均可实现主动均衡监测。

如图6所示，均衡控制模块包括光电耦合器P2和译码器U3，译码器U3的输入端A0-A2均与主控制模块的I/O端口相连，译码器U3的I/O端口连接至光电耦合器P2发光侧的输出端，光电耦合器P2发光侧的输入端与5V电源正极相连，光电耦合器P2受光侧的输入端与12V电源正极相连，光电耦合器P2受光侧的输出端与均衡执行模块控制端相连，译码器U3的GND引脚和选通端E2、E3均与5V电源负极相连，译码器U3的VDD引脚和选通端E1均与5V电源正极相连，实现了主动均衡监测的双重隔离，安全可靠性高，实现了主控制模块对均衡控制模块相应控制指令的快速响应。

译码器U3的输入端A0-A2接收来自主控制模块的高、低电平组合信号，从而选通译码器U3的Q1通道为高电平或是低电平，当Q1通道为低电平时，经过光电耦合器P2时输出的均衡执行模块控制信号KQ1即为高电平，此时图5中的三极管Q3导通，继电器K1线圈通电，继电器K1功率端吸合，其它各单体电池的选通方式与此相同。

图6中，选通端E1为高电平，选通端E2(—)、E3(一)为低电平，此时主控制模块向译码器U3的输入端A0-A2发送高、低电平组合信号(0，0，1)，即十六进制指令0X01，则译码U3输出端Q0-Q7的高、低电平组合为(1，0，1，1，1，1，1，1)，即此时对应的网络标号Q1为低电平，光电耦合器P2的发光侧输入端对应的网络标号Q1构成的电路导通，则光电耦合器P2的受光侧输出端对应的均衡执行模块控制信号KQ1为高电平，光电耦合器P发光侧的其余网络标号Q2、Q3等均为高电平不导通，此时只是第一路单体电池进行均衡；若主控制模块向译码器U3的输入端A0-A2发送高、低电平组合信号(0，1，0)，即十六进制指令0X02，则译码器U3输出端Q0-Q7的高、低电平组合为(1，1，0，1，1，1，1，1)，即此时对应的网络标号Q2为低电平，光电耦合器P2的发光侧输入端对应的网络标号Q2构成的电路导通，则光电耦合器P2的受光侧输出端对应的第二路单体电池均衡执行模块控制信号KQ2为高电平，光电耦合器P2发光侧的其余网络标号Q1、Q3等均为高电平不导通，此时只是第二路单体电池进行均衡，其它各路情况以此类推。光电耦合器P2选用PS2801-4，译码器U3选用74LS138，该电路采用上述电子器件，成本低、可靠性高，采用上述连接方式，可实现主动均衡监测的双重隔离，安全可靠性高，同时可实现主控制模块对均衡控制模块相应控制指令的快速响应。

如图7所示，主动监测模块包括数字模拟电子开关模块U1-U2、运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U1C，运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U1C的输入端分别与主控制模块的I/O端口相连，运算放大器U1A的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的A地址端相连，运算放大器U1B的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的B地址端相连，运算放大器U1C的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的C地址端相连，数字模拟电子开关模块U1、U2的GND端口均与5V电源负极相连，数字模拟电子开关模块U1、U2的VDD端口均与5V电源正极相连，数字模拟电子开关模块U1的I/O端口与电池单体正极相连，数字模拟电子开关模块U1的I/O端口与电池单体负极相连，数字模拟电子开关模块U1的X端口为电压信号输出端，电压信号输出端通过单体电压采样电路连接至主控制模块，数字模拟电子开关模块U2的X端口接地，通过运算放大器和数字模拟电子开关模块实现电池组内单体电池的主动均衡监测，并对电池组内各单体电池之间进行有效的电气隔离，避免电池组均衡系统产生误操作。

主控制模块通过三个运算放大器发送电平信号组合给数字模拟电子开关模块U1、U2的地址端，从而灵活控制数字模拟电子开关模块U1、U2各I/O端口的开通与关断，并通过数字模拟电子开关模块U1的X端口将各单体电压采样值发送给主控制模块，主控制模块根据发送的采样值进一步监测电池组均衡系统的后续均衡执行动作。如主控制模块发送给运算放大器U1C、U1B、U1A的电平信号组合为(0，0，1)，即十六进制指令0X01，则数字模拟电子开关模块U1、U2的x1端口分别与单体电压采样电路和5V电源接地端接通，当主控制模块发送十六进制指令0X02时，数字模拟电子开关模块U1、U2的x2端口分别与单体电压采样电路和5V电源接地端接通，即对第二路单体电池进行主动均衡监测，当主控制模块发送十六进制指令0X03时，数字模拟电子开关模块U1、U2的x3端口分别与单体电压采样电路和5V电源接地端接通，即对第三路单体电池进行主动均衡监测，其它端口的选通以此类推。电阻R11～R13选用精度为1％的精密电阻，运算放大器U1选用LM258或LM358、数字模拟电子开关模块U1和U2选用CD4051，该电路选用上述电子器件，成本低、可靠性高；采用的上述连接方式，可实现对电池组内各单体电池之间的有效电气隔离和主动监测功能，避免电池组均衡系统产生误操作。

所述单体电压采样电路包括稳压二极管W4和分压电阻R23、R24，分压电阻R23高电位端连接电压信号输出端，分压电阻R23低电位端串联分压电阻R24，分压电阻R24地点为端接地，分压电阻R24分别并联稳压二极管W4和电容C13，稳压二极管W4正极端连接主控制模块，采用该电路单体电池电压监测精度更高，响应更及时。

本实用新型工作过程如下：

S01，主控制模块系统初始化操作，数据初始化，转步骤S02；

S02，电源系统巡检，主控制模块接收控制电源模块、均衡主动监测模块和功率电源模块的电源自检信号，转S03；

S03，主控制模块判断控制电源模块、均衡主动监测模块和功率电源模块的系统电压是否正常，若正常转S1，否则转S04；

S04，电源系统故障报警，主控制模块恢复初始化状态；

S1，主控制模块发送电池识别指令，通过主动监测模块依次识别并接入储能系统电池组的各单体电池，同时，单体电压采样电路采集各单体电池的电压值，并将该电压值发送至主控制模块，执行S2；

S2，主控制模块判断采集的各电池单体电压值是否正常，若正常，转S4，否则转S3；

S3，主控制模块发出告警，单体电池电压异常；

S4，主控制模块判断是否存在符合均衡条件的单体电池，如果有，转S5，如果没有，间隔固定时间(一般取1-2小时)后执行S1；

S5，主控制模块向均衡控制模块发送需要均衡的一块单体电池的均衡指令，并通过均衡控制模块控制均衡执行模块执行均衡动作，转S6；

S6，均衡执行模块执行均衡操作，并实时上传均衡时间信号给主控制模块，转S7；

S7，主控制模块判断均衡时间是否到达预设时间(一般取2-5分钟)后，若是，转S1，否则转S6。

主控制模块判断接入的单体电池是否符合均衡条件的逻辑为：

如果，储能系统电池组内各单体电池的单体电压最大值与最小值之差大于均衡告警值，对单体电压值最小的单体电池进行均衡，所述均衡告警值根据不同的电池生产厂家，设置的数值有所差别，一般取100mV。

一般情况下，步骤S2中主控制模块接收到的电池单体电压值与电池单体的标准值之差的绝对值超过3V即认定电池单体电压值异常。

Claims (7)

1.一种微电网储能系统用电池组均衡监测装置，其特征在于，包括功率电源模块、控制电源模块、均衡主动监测模块和主控制模块，所述功率电源模块输入端连接主控制模块，功率电源输出端分别为控制电源模块和均衡主动监测模块供电，所述均衡主动监测模块包括均衡控制模块、均衡执行模块和主动监测模块，所述均衡执行模块个数与电池组内电池单体的个数相匹配，所述主控制模块通过均衡控制模块连接至各均衡执行模块控制端，直流均衡电源正、负极通过均衡执行模块执行端连接至对应电池单体的正负极，对应电池单体的正负极同时连接至主动监测模块的电压信号输出端，主动监测模块的电压信号输出端连接至主控制模块，主控制模块连接至主动监测模块控制端。

2.根据权利要求1所述的微电网储能系统用电池组均衡监测装置，其特征在于，所述功率电源模块包括接线端子J1、电源隔离模块DCDC1-DCDC2、光电耦合器P1、稳压二极管W1-W2、功率开关管Q1和三极管Q2，三极管Q2的基极与主控制模块任一I/O端口相连，三极管Q2的集电极连接光电耦合器P1输入端发光管的负极侧，光电耦合器P1输入端发光管的正极侧通过电阻R5连接3.3V电源正极，三极管Q2的发射极连接3.3V电源负极，光电耦合器P1输出端的正负极分别连接至网络标号KG和网络标号DS，接线端子J1分别与保险丝F1和二极管D1的正极端相连，二极管D1的负极端连接12V电源正极，保险丝F1分别与二极管D2和二极管D3的负极端相连，二极管D3的负极端与二极管D4的正极端相连，二极管D2和二极管D3的正极端均连接12V电源负极，二极管D4的负极端与二极管D5的正极端相连，二极管D5的负极端分别与电容C1的正极端和功率开关管Q1的漏极相连，电容C1的负极端连接12V电源负极，功率开关管Q1的漏极与基极之间并联电阻R1，电源隔离模块DCDC1和电源隔离模块DCDC2的输入正极端均与功率开关管Q1的源极相连，电源隔离模块DCDC1的输入正极端和负极端并联电容C2，电容C2的负极端12V电源正极，电源隔离模块DCDC1的输出正极端和负极端依次并联有电容C3、电容C6和稳压二极管W1，稳压二极管W1的负极端接网络标号485VCC+，稳压二极管W1的正极端接网络标号485GND，电源隔离模块DCDC2的输入负极端连接12V电源负极，电源隔离模块DCDC2的输出正极端和负极端依次并联有电容C4、电容C5和稳压二极管W2，稳压二极管W2的负极端连接5V电源正极，稳压二极管W2的正极端连接5V电源负极。

3.根据权利要求1所述的微电网储能系统用电池组均衡监测装置，其特征在于，所述控制电源模块包括三端稳压器V1-V2和电源隔离模块DCDC3，电源隔离模块DCDC3的输入正极端和负极端并联电容C7，电源隔离模块DCDC3的输出正极端和负极端依次并联有电容C8和电容C9，电源隔离模块DCDC3的输出正极端与三端稳压器V1的输入端相连，电源隔离模块DCDC3的输出负极端与3.3V电源负极相连，三端稳压器V1的输出端与3.3V电源正极相连，三端稳压器V1的输出端与参考端之间并联有电阻R6，三端稳压器V1的参考端与三端稳压器V2的阴极相连，电容C10与电阻R7串联后并联在三端稳压器V1的输出端和参考端之间，三端稳压器V2的阳极与3.3V电源负极相连，电阻R7与电阻R8串联后并联在3.3V电源正、负极之间，三端稳压器V2的参考极连接在电阻R7与电阻R8之间，3.3V电源正、负极之间还依次并联有电容C11和电容C12。

4.根据权利要求1所述的微电网储能系统用电池组均衡监测装置，其特征在于，所述均衡执行模块包括三极管Q3，稳压二极管W3，继电器K1，接线端子J2-J3，三极管Q3的基极与均衡执行模块控制端相连，均衡执行模块控制端连接主控制模块，三极管Q3的集电极分别与稳压二极管W3的正极端和继电器K1线圈控制输入负极端相连，继电器K1线圈控制输入正极端和稳压二极管W3的负极端分别与12V电源正极相连，电阻R9和发光二极管LED1串联后并联在继电器K1线圈控制侧的两端，直流均衡电源负极DC-通过继电器K1功率端串联自恢复保险丝F2和电池单体负极，电池单体负极与接线端子J2相连，直流均衡电源负极DC-和直流均衡电源正极DC+并联二极管D6，二极管D6的负极端与电池单体正极相连，电池单体正极与接线端子J3相连。

5.根据权利要求4所述的微电网储能系统用电池组均衡监测装置，其特征在于，所述均衡控制模块包括光电耦合器P2和译码器U3，译码器U3的输入端均与主控制模块的I/O端口相连，译码器U3的I/O端口连接至光电耦合器P2发光侧的输出端，光电耦合器P2发光侧的输入端与5V电源正极相连，光电耦合器P2受光侧的输入端与12V电源正极相连，光电耦合器P2受光侧的输出端与均衡执行模块控制端相连，译码器U3的GND引脚和选通端E2、E3均与5V电源负极相连，译码器U3的VDD引脚和选通端E1均与5V电源正极相连。

6.根据权利要求1所述的微电网储能系统用电池组均衡监测装置，其特征在于，所述主动监测模块包括数字模拟电子开关模块U1-U2、运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U1C，运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U1C的输入端分别与主控制模块的I/O端口相连，运算放大器U1A的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的A地址端相连，运算放大器U1B的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的B地址端相连，运算放大器U1C的输出端分别与数字模拟电子开关模块U1、U2的C地址端相连，数字模拟电子开关模块U1、U2的GND端口均与5V电源负极相连，数字模拟电子开关模块U1、U2的VDD端口均与5V电源正极相连，数字模拟电子开关模块U1的I/O端口与电池单体正极相连，数字模拟电子开关模块U1的I/O端口与电池单体负极相连，数字模拟电子开关模块U1的X端口为电压信号输出端，电压信号输出端通过单体电压采样电路连接至主控制模块，数字模拟电子开关模块U2的X端口接地。

7.根据权利要求6所述的微电网储能系统用电池组均衡监测装置，其特征在于，所述单体电压采样电路包括稳压二极管W4和分压电阻R23、R24，分压电阻R23高电位端连接电压信号输出端，分压电阻R23低电位端串联分压电阻R24，分压电阻R24地点为端接地，分压电阻R24分别并联稳压二极管W4和电容C13，稳压二极管W4正极端连接主控制模块。