CN210111646U - 一种蓄电池过充控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种蓄电池过充控制装置，包括控制主机和若干调节单元，控制主机包括微处理单元和第一无线通信模块，调节单元包括电压采样电路、模数转换器、第二无线通信模块、主控制器、调节电路、供电电路，其中控制主机和调节单元分别通过第一无线通信模块、第二无线通信模块进行数据交互；控制主机中，第一无线通信模块与微处理单元连接；调节单元中，电压采样电路的输入端作为调节单元的输入端与单体蓄电池的输出端电连接；电压采样电路经过模数转换器与主控制器连接，主控制器与第二无线通信模块连接，主控制器的输出端与调节电路的输入端连接，调节电路的输出端与单体蓄电池的输入端电连接；主控制器通过供电电路获取工作电压。

Description

一种蓄电池过充控制装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统自动化装置领域，更具体地，涉及一种蓄电池过充控制装置。

背景技术

变电站直流系统是十分重要的电源系统，在使用过程中必须保证不间断供电，而蓄电池组是交流失电或其它事故时负荷唯一的能源供给，是保证不间断供电的关键设备，因此目前的变电站直流系统一般采用蓄电池组提供不间断供电。变电站用的蓄电池组是由若干电池串联构成的110V或220V的直流系统，由一台充电机对蓄电池组中整组的电池进行充电，然而，由于蓄电池组中每个单体蓄电池之间的内阻不同、特性不同，在充电过程中单体蓄电池存在端电压参差不齐的现象以及存在过充或欠充问题，从而造成电池容量落后、劣化问题，最终导致蓄电池组整体性能下降。

针对上述问题，目前广泛采用的改进措施包括：(1)人工使用活化仪对落后的单体蓄电池进行充电或放电，对电压高的电池进行放电降压、对低电压蓄电池进行补充电，以此延长蓄电池组的使用寿命，然而这种方法需要花费大量的人力，且工作效率低下；(2)对蓄电池进行核对性放电，使蓄电池组的充电和放电在一个周期内进行，但是这种方法难以实现蓄电池组的充放电均衡；(3)通过测试内阻对内阻差异较大的电池进行更换，但同样存在工作效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的难以实现蓄电池组的充放电均衡的缺陷，提供一种蓄电池过充控制装置，能够实现蓄电池组的均衡充电，有效避免充电过程中单体蓄电池存在端电压参差不齐的现象，进而解决蓄电池组整体性能下降的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种蓄电池过充控制装置，包括控制主机和若干调节单元，控制主机包括微处理单元和第一无线通信模块，调节单元包括电压采样电路、模数转换器、第二无线通信模块、主控制器、调节电路、供电电路，其中控制主机和调节单元分别通过第一无线通信模块、第二无线通信模块进行数据交互；

控制主机中，第一无线通信模块的输出端与微处理单元的输入端连接，微处理单元的输出端与第一无线通信模块的输入端连接；

调节单元中，电压采样电路的输入端作为调节单元的输入端与单体蓄电池的输出端电连接；电压采样电路与模数转换器连接；模数转换器的输出端与主控制器的第一输入端连接，主控制器的第一输出端与第二无线通信模块的输入端连接，第二无线通信模块的输出端与主控制器的第二输入端连接，主控制器的第二输出端与调节电路的输入端连接，调节电路的输出端与单体蓄电池的输入端电连接；供电电路的输入端与单体蓄电池的输入端电连接，供电电路的输出端与主控制器的供电端电连接。

本技术方案中，蓄电池组中的每个单体蓄电池对应设置有一个调节单元，每个调节单元将当前所获取的单体蓄电池电压数值发送到控制主机中，控制主机向对应调节单元发送工作信号，从而实现调节单元与控制主机之间的数据交互。在蓄电池组充电过程中，调节单元中通过电压采样电路获取单体蓄电池的电压后，经模数转换器对所获取的电压进行模数转换为电压模拟值并输入到主控制器中，主控制器将该电压模拟值通过第二无线通信模块传送到控制主机中进行分析处理；控制主机中的第一无线通信模块接收调节单元发送的电压模拟值后，传送到微处理单元中进行分析处理，判断是否高于该单体蓄电池对应的上门槛值，若否，则不作任何处理，单体蓄电池继续充电；若是，则证明该单体蓄电池完成充电，控制主机通过第一无线通信模块向调节单元发送工作信号，调节单元中的第二无线通信模块将该工作信号发送至主控制器中，主控制器向调节电路发送电信号，此时调节电路导通并为该单体蓄电池提供旁路通道，外置的充电设备输入的充电电流经调节电路为蓄电池组中的其他欠充单体蓄电池继续充电。

优选地，调节电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q1、可调稳压芯片，其中：

电阻R3的一端作为调节电路的第一输入端与主控制器的第一输出端电连接，电阻R3的另一端与三极管Q1的基极电连接；

电阻R4的一端作为调节电路的第二输入端与单体蓄电池的一端电连接，电阻R4的另一端与三极管Q1的集电极电连接；

三极管Q1的发射极与单体蓄电池的负极电连接；

电阻R3的另一端与电阻R5的一端电连接，电阻R5的另一端与三级管Q1的发射极电连接；

电阻R4的另一端与可调稳压芯片的输入端电连接，可调稳压芯片的输出端与电阻R6的一端电连接，电阻R6的另一端作为调节电路的输出端与单体蓄电池的另一端电连接；

电阻R4的另一端与电阻R7的一端电连接，电阻R7的另一端与电阻R6的另一端电连接。

优选地，供电电路包括二极管D1、二极管D2、电感L1、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2和稳压芯片，其中：

二极管D1的阳极作为供电电路的输入端与单体蓄电池的输出端电连接，二极管D1的阴极与电感L1的一端电连接，电感L1的另一端与二极管D2的阳极电连接，二极管D2的阴极作为供电电路的输出端与主控制器的供电端电连接；

二极管D1的阴极与电容C1的一端电连接，电容C1的另一端接地；

二极管D2的阴极与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端电连接，电阻R2的另一端接地；

二极管D2的阴极与电容C2的一端电连接，电容C2的另一端接地；

二极管D1的阴极与稳压芯片的输入端电连接，稳压芯片的输出端与电阻R1的另一端电连接。

优选地，调节单元还包括运算放大电路，运算放大电路的输入端与电压采样电路的输出端电连接，运算放大电路的输出端与模数转换器的输入端电连接。

优选地，运算放大电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电感L2、电容C3、电容C4、运算放大器，其中：

电阻R8的一端作为运算放大电路的负极输入端与电压采样电路的负极输出端电连接，电阻R8的另一端与运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的输出端与电阻R12的一端电连接，电阻R12的另一端作为运算放大电路的输出端与模数转换器的输入端电连接；

电阻R8的另一端与电阻R9的一端电连接，电阻R9的另一端与运算放大器的输出端电连接；

电阻R10的一端作为运算放大器的正极输入端与电压采样电路的正极输出端电连接，电阻R10的另一端与运算放大器的正相输入端电连接；

电阻R10的另一端与电阻R11的一端电连接，电阻R11的另一端接地；

运算放大器的正电源端与电感L2的一端电连接，电感L2的另一端与正电源电连接；

运算放大器的正电源端与电容C3的一端电连接，电容C3的另一端接地；

运算放大器的正电源端与电容C4的一端电连接，电容C4的另一端接地。

优选地，控制主机还包括用于设置调节单元地址的拨码开关，拨码开关的输出端与微处理单元的输入端电连接，工作人员可通过直接控制拨码开关使控制主机对对应地址的调节单元进行识别。

优选地，调节单元还包括用于指示调节单元工作状态的LED指示模块，LED指示模块的输入端与主控制器的第三输出端电连接，调节单元中的主控制器根据当前工作状态向LED指示模块中对应的LED二极管发送电信号，工作人员可根据当前LED指示模块的亮灯情况判断不同单体蓄电池对应的调节单元的工作状态。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：通过调节单元为完成充电的单体蓄电池提供旁路通道，外置的充电机经过旁路通道为其他欠充蓄电池继续充电，从而使蓄电池组整体均衡充电，有效解决在充电过程中单体蓄电池存在端电压参差不齐的现象以及存在过充或欠充问题。

附图说明

图1为蓄电池过充控制装置的结构示意图。

图2为调节单元供电电路的电路图。

图3为调节单元运算放大电路的电路图。

图4为调节单元调节电路的电路图。

图5为调节单元主控制器的电路图。

图6为调节单元模数转换器的电路图。

图7为调节单元LED指示模块的电路图。

图8为蓄电池过充控制装置的使用状态示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，为本实施例的蓄电池过充控制装置的结构示意图。

本实施例中的蓄电池过充控制装置，包括控制主机1和若干调节单元2，控制主机1包括微处理单元11和第一无线通信模块12，调节单元2包括电压采样电路21、运算放大电路22、模数转换器23、供电电路24、第二无线通信模块25、主控制器26、调节电路27，其中，变电站用蓄电池通过外置的串联设置的充电机对蓄电池组进行充电，将本实施例中的调节单元2设置在待充电蓄电池组中的单体蓄电池的两端，本实施例中的控制主机1和调节单元2分别通过第一无线通信模块12、第二无线通信模块25进行数据交互。

本实施例的控制主机1中，第一无线通信模块12的输出端与微处理单元11的输入端连接，微处理单元11的输出端与第一无线通信模块12的输入端连接；

调节单元2中，供电电路24的输入端与单体蓄电池的输出端电连接，供电电路24的输出端与主控制器26的供电端电连接；电压采样电路21的输入端作为调节单元2的输入端与单体蓄电池的输出端电连接，电压采样电路21的输出端与运算放大器的输入端电连接，运算放大器的输出端与模数转换器23的输入端连接，模数转换器23的输出端与主控制器26的第一输入端连接，主控制器26的一输出端与第二无线通信模块25的输入端连接，第二无线通信模块25的输出端与主控制器26的第二输入端连接，主控制器26的第二输出端与调节电路27的输入端连接，调节电路27的输出端与单体蓄电池的输入端电连接。

如图2所示，为本实施例的供电电路的电路图。本实施例中的供电电路24包括二极管D1、二极管D2、电感L1、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2和稳压芯片，其中：

稳压芯片采用LT1615型号芯片，该型号芯片应用于具有350mA电流限制和1.2V～15V输入电压范围的较高功率系统；

二极管D1的阳极作为供电电路24的输入端与单体蓄电池的输出端电连接，二极管D1的阴极与电感L1的一端电连接，电感L1的另一端与二极管D2的阳极电连接，二极管D2的阴极作为供电电路24的输出端与主控制器26的供电端电连接；

二极管D1的阴极与电容C1的一端电连接，电容C1的另一端接地；

二极管D2的阴极与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端电连接，电阻R2的另一端接地；

二极管D2的阴极与电容C2的一端电连接，电容C2的另一端接地；

二极管D1的阴极与稳压芯片的输入端电连接，稳压芯片的输出端与电阻R1的另一端电连接。

如图3所示，为本实施例的运算放大电路的电路图。本实施例中的运算放大电路22包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电感L2、电容C3、电容C4、运算放大器，其中：

运算放大器采用OPA2333型号运算放大器；

电阻R8的一端作为运算放大电路22的负极输入端与电压采样电路21的负极输出端电连接，电阻R8的另一端与运算放大器的反相输入端连接，运算放大器的输出端与电阻R12的一端电连接，电阻R12的另一端作为运算放大电路22的输出端与模数转换器23的输入端电连接；

电阻R8的另一端与电阻R9的一端电连接，电阻R9的另一端与运算放大器的输出端电连接；

电阻R10的一端作为运算放大器的正极输入端与电压采样电路21的正极输出端电连接，电阻R10的另一端与运算放大器的正相输入端电连接；

电阻R10的另一端与电阻R11的一端电连接，电阻R11的另一端接地；

运算放大器的正电源端与电感L2的一端电连接，电感L2的另一端与正电源电连接；

运算放大器的正电源端与电容C3的一端电连接，电容C3的另一端接地；

运算放大器的正电源端与电容C4的一端电连接，电容C4的另一端接地。

如图4所示，为本实施例的调节电路的电路图。本实施例中的调节电路27包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q1、可调稳压芯片，其中：

可调稳压芯片采用LT1083型号稳压器，该芯片为7.5A低压差正可调稳压器，是以高于现有期间的效率来提供7.5A、5A、3A的输出电流而设计的；

电阻R3的一端作为调节电路27的第一输入端与主控制器26的第一输出端电连接，电阻R3的另一端与三极管Q1的基极电连接；

电阻R4的一端作为调节电路27的第二输入端与单体蓄电池的一端电连接，电阻R4的另一端与三极管Q1的集电极电连接；

三极管Q1的发射极与单体蓄电池的负极电连接；

电阻R3的另一端与电阻R5的一端电连接，电阻R5的另一端与三级管Q1的发射极电连接；

电阻R4的另一端与可调稳压芯片的输入端电连接，可调稳压芯片的输出端与电阻R6的一端电连接，电阻R6的另一端作为调节电路27的输出端与单体蓄电池的另一端电连接；

电阻R4的另一端与电阻R7的一端电连接，电阻R7的另一端与电阻R6的另一端电连接。

如图5、6所示，为本实施例的调节单元主控制器和模数转换器的电路图。

本实施例中，调节单元2中的主控制器26采用STM32F101系列处理器，模数转换器23采用TM7705芯片，第二无线通信模块25采用NRF905无线模块；控制主机1中的无线通信模块同样地采用NRF905无线模块，微处理单元11用于接收调节单元2传送的单体蓄电池的电压值，以及接收对应单体蓄电池的上门槛值，并将上述单体蓄电池当前的电压值及其上门槛值进行对比，若当前电压值高于其上门槛值，则微处理单元11通过第一无线通信模块12向调节单元2发送工作信号，使调节单元2中的调节电路27导通工作，对单体蓄电池提供旁路通道，用于对蓄电池组中其他的欠充蓄电池继续充电。

如图8所示，为本实施例的蓄电池过充控制装置的使用状态示意图。

在具体实施过程中，待充电的蓄电池组中包括有104节单体蓄电池，该待充电蓄电池组通过外置的直流充电机进行充电。本实施例中的104个调节单元2分别设置在待充电蓄电池组中每一个单体蓄电池两端，每个调节单元2与1个控制主机1进行数据交互。

在蓄电池组充电过程中，调节单元2中通过电压采样电路21获取单体蓄电池的电压后，依次经过运算放大电路22、模数转换器23对所获取的电压进行放大、模数转换为电压模拟值并输入到主控制器26中，主控制器26将该电压模拟值通过第二无线通信模块25传送到控制主机1中进行分析处理；控制主机1中的第一无线通信模块12接收调节单元2发送的电压模拟值后，传送到微处理单元11中进行分析处理，判断是否高于该单体蓄电池对应的上门槛值，若是，则证明该单体蓄电池完成充电，控制主机1通过第一无线通信模块12向调节单元2发送工作信号，调节单元2中的第二无线通信模块25将该工作信号发送至主控制器26中，主控制器26向调节电路27发送电信号，此时调节电路27导通并为该单体蓄电池提供旁路通道，外置的充电设备输入的充电电流经调节电路27为蓄电池组中的其他欠充单体蓄电池继续充电，直至蓄电池组中所有单体蓄电池的电压值达到对应的上门槛值，即完成蓄电池组的均衡充电，从而解决蓄电池组充电过程中出现过充电的问题，有效延长蓄电池组的使用寿命。当直流充电设备故障时，待充蓄电池组失去充电电源，此时处于导通状态下的调节电路27对相应的单体蓄电池进行放电，直至其端电压低于下门槛值时调节器截止，避免出现单体过放现象。

实施例2

本实施例在上述实施例1的基础上，在控制主机1上增设了8位拨码开关13，其中拨码开关13的输出端与微处理单元11的输入端电连接，且该8位拨码开关13最高可设置255个地址，最高可支持256个单体装置，工作人员可通过不同的拨码地址设置不同调节单元2的地址，在使用过程中通过调节拨码开关13即可使控制主机1对相应的调节单元2及单体蓄电池进行识别处理。

本实施例在上述实施例1的基础上，在调节单元2上增设了用于指示调节单元2工作状态的LED指示模块28。如图7所示，为本实施例的LED指示模块的电路图。LED指示模块28的输入端与主控制器26的第三输出端电连接，调节单元2中的主控制器26根据当前工作状态向LED指示模块28中对应的LED二极管发送电信号，工作人员可根据当前LED指示模块28的亮灯情况判断不同单体蓄电池对应的调节单元2的工作状态。

在具体实施过程中，待充电的蓄电池组中包括有104节单体蓄电池，该待充电蓄电池组通过外置的直流充电机进行充电。本实施例中的104个调节单元2分别设置在待充电蓄电池组中每一个单体蓄电池两端，每个调节单元2与1个控制主机1进行数据交互。

在蓄电池组充电过程中，调节单元2中通过电压采样电路21获取单体蓄电池的电压后，依次经过运算放大电路22、模数转换器23对所获取的电压进行放大、模数转换为电压模拟值并输入到主控制器26中，主控制器26将该电压模拟值通过第二无线通信模块25传送到控制主机1中进行分析处理；控制主机1中的第一无线通信模块12接收调节单元2发送的电压模拟值后，传送到微处理单元11中进行分析处理，判断是否高于该单体蓄电池对应的上门槛值，若是，则证明该单体蓄电池完成充电，控制主机1通过第一无线通信模块12向调节单元2发送工作信号，调节单元2中的第二无线通信模块25将该工作信号发送至主控制器26中，主控制器26向调节电路27发送电信号，此时调节电路27导通并为该单体蓄电池提供旁路通道，外置的充电设备输入的充电电流经调节电路27为蓄电池组中的其他欠充单体蓄电池继续充电，直至蓄电池组中所有单体蓄电池的电压值达到对应的上门槛值，即完成蓄电池组的均衡充电。同时，工作人员可通过设置控制主机1上的拨码开关13，控制主机1与相应拨码地址的调节单元2进行数据交换，控制主机1获取当前调节单元2的工作状态及对应单体蓄电池的电压模拟值。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蓄电池过充控制装置，其特征在于：包括控制主机和若干调节单元，所述控制主机包括微处理单元和第一无线通信模块，所述调节单元包括电压采样电路、模数转换器、第二无线通信模块、主控制器、调节电路、供电电路，其中所述控制主机和调节单元分别通过第一无线通信模块、第二无线通信模块进行数据交互；

所述控制主机中，所述第一无线通信模块与微处理单元连接；

所述调节单元中，所述电压采样电路的输入端作为调节单元的输入端与单体蓄电池的输出端电连接；所述电压采样电路经过模数转换器与主控制器连接，所述主控制器与第二无线通信模块连接，所述主控制器的输出端与调节电路的输入端连接，所述调节电路的输出端与单体蓄电池的输入端电连接；所述供电电路的输入端与单体蓄电池的输入端电连接，所述供电电路的输出端与主控制器的供电端电连接。

2.根据权利要求1所述的蓄电池过充控制装置，其特征在于：所述调节电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q1、可调稳压芯片，其中：

所述电阻R3的一端作为调节电路的第一输入端与主控制器的第一输出端电连接，所述电阻R3的另一端与三极管Q1的基极电连接；

所述电阻R4的一端作为调节电路的第二输入端与单体蓄电池的一端电连接，所述电阻R4的另一端与三极管Q1的集电极电连接；

所述三极管Q1的发射极与单体蓄电池的负极电连接；

所述电阻R3的另一端与电阻R5的一端电连接，所述电阻R5的另一端与三级管Q1的发射极电连接；

所述电阻R4的另一端与可调稳压芯片的输入端电连接，所述可调稳压芯片的输出端与电阻R6的一端电连接，所述电阻R6的另一端作为调节电路的输出端与单体蓄电池的另一端电连接；

所述电阻R4的另一端与电阻R7的一端电连接，所述电阻R7的另一端与电阻R6的另一端电连接。

3.根据权利要求1所述的蓄电池过充控制装置，其特征在于：所述供电电路包括二极管D1、二极管D2、电感L1、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2和稳压芯片，其中：

所述二极管D1的阳极作为供电电路的输入端与单体蓄电池的输出端电连接，所述二极管D1的阴极与电感L1的一端电连接，所述电感L1的另一端与二极管D2的阳极电连接，所述二极管D2的阴极作为供电电路的输出端与主控制器的供电端电连接；

所述二极管D1的阴极与电容C1的一端电连接，所述电容C1的另一端接地；

所述二极管D2的阴极与电阻R1的一端电连接，所述电阻R1的另一端与电阻R2的一端电连接，所述电阻R2的另一端接地；

所述二极管D2的阴极与电容C2的一端电连接，所述电容C2的另一端接地；

所述二极管D1的阴极与稳压芯片的输入端电连接，所述稳压芯片的输出端与电阻R1的另一端电连接。

4.根据权利要求1所述的蓄电池过充控制装置，其特征在于：所述调节单元还包括运算放大电路，所述运算放大电路的输入端与电压采样电路的输出端电连接，所述运算放大电路的输出端与模数转换器的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的蓄电池过充控制装置，其特征在于：所述运算放大电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电感L2、电容C3、电容C4、运算放大器，其中：

所述电阻R8的一端作为运算放大电路的负极输入端与电压采样电路的负极输出端电连接，所述电阻R8的另一端与运算放大器的反相输入端连接，所述运算放大器的输出端与电阻R12的一端电连接，所述电阻R12的另一端作为运算放大电路的输出端与模数转换器的输入端电连接；

所述电阻R8的另一端与电阻R9的一端电连接，所述电阻R9的另一端与运算放大器的输出端电连接；

所述电阻R10的一端作为运算放大器的正极输入端与电压采样电路的正极输出端电连接，所述电阻R10的另一端与运算放大器的正相输入端电连接；

所述电阻R10的另一端与电阻R11的一端电连接，所述电阻R11的另一端接地；

所述运算放大器的正电源端与电感L2的一端电连接，所述电感L2的另一端与正电源电连接；

所述运算放大器的正电源端与电容C3的一端电连接，所述电容C3的另一端接地；

所述运算放大器的正电源端与电容C4的一端电连接，所述电容C4的另一端接地。

6.根据权利要求1～5任一项所述的蓄电池过充控制装置，其特征在于：所述控制主机还包括用于设置调节单元地址的拨码开关，所述拨码开关的输出端与微处理单元的输入端电连接。

7.根据权利要求6所述的蓄电池过充控制装置，其特征在于：所述调节单元还包括用于指示调节单元工作状态的LED指示模块，所述LED指示模块的输入端与主控制器的第三输出端电连接。

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