CN214672736U - 一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，包括相互通讯并与后台上位机通讯的节点监控模块，节点监控模块包括：电池电压检测模块、温度检测模块、电池SOC检测模块、脉冲修复电路；分别与电池电压检测模块、电池温度检测模块、SOC检测模块相连的BMS监控模块；与BMS监控模块相连的处理模块，所述的处理模块根据BMS监控模块输出的参数控制所述的脉冲修复电路产生中心频率为8400Hz的谐振脉冲对该节点蓄电池修复；BMS监控模块输出的参数包括电池电压、电池温度、电池SOC。这是一种高效率的在线智能修复和均衡延寿系统。

Description

一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池维护领域，特别是一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，能源行业成为我国发展的支柱行业，铅酸蓄电池作为提供安全备用能源的主要设备，其应用规模一直在通信、铁路、电力、数据、光伏、风能等多种行业保持稳定快速增长，这些行业中，由于铅酸蓄电池对比于新型的锂电池仍具有低成本，安全性高等优点，铅酸蓄电池组仍旧作为安全备份的主要储能设备，其中对铅酸蓄电池组进行现代化管理的是BMS管理系统，BMS管理系统主要目的就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，一般而言，BMS管理系统主要实现以下几个功能：

(1)电池工作状态监控：主要指在电池的工作过程中，对电池的电压，温度，工作电流，电池电量等一系列电池相关参数进行实时监测或计算，并根据这些参数判断目前电池的状态，以进行相应的操作，防止电池的过充或过放。

(2)电池充放电管理：在电池的充电或放电的过程中，根据环境状态，电池状态等相关参数对电池的充电或放电进行管理，设置电池的最佳充电或放电曲线(如充电电流，充电上限电压值，放电下限电压值等)，除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发新型电池、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供依据。

(3)电池间的均衡，即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。

如上所述，BMS管理系统的主要用途就是电池参数监控采集、充放电管理和电池均衡，一般来说，传统BMS管理系统应用目标场景较多的是承担后备储能及电源保障用的铅酸蓄电池组，这些铅酸蓄电池组的充放电管理模式一般是采用充放电加长期浮充，均衡一般采用放电被动式均衡模式，对电池的日常维护保障仅限于浮充电、放电均衡或人工干预，由于铅酸蓄电池如果长期处于浮充状态下，无法避免的产生单体硫化现象，对电池组中各个单体的硫化等现象，传统BMS系统基本没有有效的手段进行处理。

传统BMS系统的充电基于成本及技术的原因都采用均充管理模式，而在蓄电池单体电池硫化后，正常充电是往往无法达到最佳充电效果，而使得在串联浮充直流电路中的单体形成虚电压保持所谓的电池组均衡一致性，也就必然导致在均充的过程中，对于好的单体仍旧欠充电，差的电池更加过充，从而带来电池的不可逆损伤。因此，大部分电池服役期限在3～5年之内，就会导致在实际运营过程中存在极大的备电容量不达标及其他用电安全隐患。

整组电池的容量是以状况最差的那一块电池的容量值为准，而不是以平均值或额定值为准，同时蓄电池组整组的寿命又决定于性能最差的单体。若不及时除硫化提升电池容量或不及时调整，电池组的容量将加速变小，电池寿命加速缩短，影响系统的高效安全运行。

在实际应用过程中如果不能实时在线智能维护蓄电池单体并及时精准的预警问题和报警通知，应用系统会存在极大的安全运营风险，还有可能带来灾难性后果。所以让每一块蓄电池时刻处于完好状态是蓄电池智能运维管理的最主要的目的。

随着BMS管理技术及铅酸蓄电池特性研究的深入，近年来也有少量采用新技术的BMS管理系统问世，但一方面，基于各种蓄电池组安装应用环境的复杂性，需要满足空间体积、低负载运行、高隔离度、高精度采样等技术要求，增加了BMS管理系统的设计成本和安装成本，另一方面，新技术较多的是对均衡充电和管理模式研究，对蓄电池单体硫化现象没有进行有效的干预，这些被监控的铅酸蓄电池一般长期处于浮充状态下，日常维护最好的是仅仅根据单体电池监控状况采用较好的均衡策略的方法对电池组进行一致性优化维护，无法满足于对组内各个电池进行有效的除硫化结晶，使得电池组每个电池在使用过程中逐步降低电池容量，这些铅酸蓄电池组在传统的BMS管理系统监控管理下，其原有的理论寿命往往远远达不到就会导致蓄电池容量下降以至于3～5年后蓄电池组就会报废。

为了解决单体电池的硫化现象，近年来也有不少采用无损脉冲修复技术的修复类的产品出现，其工作模式有离线式的和在线式的，对于可以结合铅酸电池组的应用，在线工作模式比较理想，对于铅酸蓄电池除硫化的技术原理，应该行业的长期研究和应用，发现脉冲修复是最佳的物理无损伤的修复技术和方法，目前国内在行业中应用的脉冲修复法主要有以下2种：

高频脉冲：采用脉冲波使硫酸铅结晶体重新转化为晶粒细小、电化学性高的可逆硫酸铅，使其能正常参与充放电的化学反应，修复率为60％左右。但修复时间长，需数十小时，甚至一周时间，效率较低，对严重硫化的铅酸蓄电池修复不了。

复合谐振脉冲：合理控制修复脉冲的前沿，利用组合脉冲群与大的硫酸铅结晶谐振的方法，在修复过程中消除硫化。这种方法的修复率高，对铅酸蓄电池的损伤小，可极大的延长铅酸蓄电池的使用寿命，是一种无损修复技术，前景广阔。

复合谐振脉冲技术是在特定的频率(一般是1～10000Hz)下，以连续变化的组合脉冲群，对电极表面的硫酸铅晶体进行轰击、振荡，与硫酸铅晶体谐振，进而使分子进入亚稳定状态，随之发生解体、疏松、溶解，使被坚硬的硫酸铅晶体覆盖的电极表面恢复活性，在充电时硫酸铅进行正常的电化学反应，还原成铅、氧化铅和稀硫酸。在“休克电池”和“疲劳电池”的电极表面上已经形成的硫酸铅堆积层被清除，因此，电池被修复，恢复了容量，延长了寿命。新的铅蓄电池在谐振脉冲振荡的作用下，电极表面上不会产生硫酸铅结晶的覆盖层，能长时期保持新电池状态，从而延长了寿命。

传统铅酸蓄电池BMS管理系统及技术的主要缺点是：

(1)、在长期浮充条件下，电池组单个电池具有硫化的必然性，BMS缺乏维护手段，不能够消除硫化这个根本问题。

(2)、蓄电池单体硫化后，容量下降，但电压不一定下降，传统的均衡管理得不到想要的结果，这样均衡管理对电池寿命的延长反而具有反向作用，这样在长期均充条件下，好电池欠充，差电池过充，容量差距越来越大，整组容量下降，电池组寿命缩短。

(3)、传统的均充解决的表面的一致性，并没有真正从内因提高电池容量，而电池内阻变化的差异和不确定性，导致内阻增高后带来的单体电池虚电压和极化电压，传统的监控就会不精准、不符合电池真正负载容量特性，同时不精准的数据监控也会误导电池维护管理工作。

(4)、由于管理数据的不精准，均衡管理方法不能治本，电池组长期使用后，一方面各个电池差异化增强，内阻变化不均衡，另一方面个体温度差异不能精确获得，蓄电池硫化及内阻值升高，导致蓄电池在充电过程中温度会升高，产生热失控及火灾风险。

(5)、由于电池应用环境的复杂性，环境温度对蓄电池也有较大影响，均充一般没有温度补偿措施，BMS管理系统无法弥补没有温度补偿带来的问题，长期充电，电池必然硫化和失水。

(6)、由于电池组的均衡效果达不到理想状态，单体容量差异变化较大，单体铅酸蓄电池无法组合形成高压串联电池组，无法面向更高级应用，所以在高端应用方面容易被锂电池等新兴能源电池替代，而锂电池本身的安全风险又远大于铅酸电池，所以高压串联应用得不到规模化发展。

(7)、由于现有BMS管理的不足，使得铅酸蓄电池组的使用寿命远达不到设计要求，间接造成了能源输出的成本较高。

(8)、传统BMS系统为了满足电池参数的精确采集和监控管理的要求，其系统一般比较复杂，监控模块的体积较大、成本较高，系统扩展数量及多级分层管理较为麻烦，这样直接造成了蓄电池BMS规模化系统化应用成本过高。

现有蓄电池脉冲修复技术的缺点：

现有的谐振脉冲修复技术，更多的关注修复脉冲的波形、电压、电流等物理特性的控制，忽视了“谐振”这一概念中更多地包含了“频率”的成份，因而未能达到的应有的修复效果。考虑到电池的材质、结构、容量、使用条件等的差异性，结晶状况的不一致使得选择合适的谐振频率变得非常困难。

而现有一些在线修复保护类专利产品例如ZL200510134588.0及ZL200720175419.6所公开的在线维护装置，可以减少和抑制硫化的产生，但是有的是需要提供电源，有的是功能单一，无法进行大规模、多层次的铅酸蓄电池组集中管理，安装方法很难适应各种安装环境，所以有改进的必要。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型依靠多年铅酸蓄电池行业检测经验，并建立在大量实际测量的数据基础上，找到蓄电池修复的最优谐振频率，解决谐振脉冲修复技术中，电池内部结晶况难以检测而导致的谐振频率不好确定的难题，提供一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统。

本实用新型实现其技术目的技术方案是：一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，包括相互通讯并与后台上位机通讯的节点监控模块，所述的节点监控模块包括：对该节点蓄电池进行电压检测的电池电压检测模块、对该节点蓄电池进行温度检测的电池温度检测模块、对该节点蓄电池进行SOC检测电池SOC检测模块、对该节点蓄电池进行修复的脉冲修复电路；分别与所述的电池电压检测模块、电池温度检测模块、SOC检测模块相连的BMS监控模块；与BMS监控模块相连根据BMS监控模块相连的处理模块，所述的处理模块根据BMS监控模块输出的参数控制所述的脉冲修复电路产生中心频率为8400Hz的谐振脉冲对该节点蓄电池修复；所述的BMS监控模块输出的参数包括电池电压、电池温度、电池SOC。

进一步的，上述的集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统中：所述的脉冲修复电路包括MOS管Q1、上拉电阻R1、限流电阻R2、驱动芯片U1、下拉电阻R3、脉冲续流二极管D2、储能滤波电容E1、自恢复保险F1、滤波电感L1、储能电感L2；MOS管Q1的D极依次通过储能电感L2、滤波电感L1、限流电阻R2、自恢复保险F1接待修复的电池BT1的阳极； MOS管Q1的S极接待修复的电池BT1的阴极；所述的处理模块产生的8400Hz 的PWM信号经上拉电阻R1接电压VCC以后接驱动芯片U1，驱动芯片U1 反相以后接MOS管Q1的G极；脉冲续流二极管D2设置在MOS管Q1的D 极与自恢复保险F1之间，脉冲续流二极管D2的P极接MOS管Q1的D极；储能滤波电容E1设置在储能电感L2、滤波电感L1之间的公共接点与BT1 的阴极之间，储能滤波电容E1的负极接待修复的电池BT1的阴极；下拉电阻 R3设置在MOS管Q1的G极与S极之间。

进一步的，上述的集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统中：在节点监控模块接入待修复的电池BT1时还包括反接保护原理图，所述的反接保护电路包括自恢复保险F2、反接保护二极管D3和D4、电源滤波电感L3、压敏电阻MOV1；节点监控模块供电输入的正极接反接保护二极管D3 的N极，反接保护二极管D3的P极依次通过电源滤波电感L3、自恢复保险 F2接待修复的电池BT1的正极，在电源滤波电感L3和自恢复保险F2之间通过反接保护二极管D4和压敏电阻MOV1接节点监控模块供电输入的负极和地，保护二极管D4的P极接地。

进一步的，上述的集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统中：还包括对单体电池进行均衡的片内均衡电路，所述的片内均衡电路包括设置在集成电路芯片内的检测各单体电池电压的电压检测模块，同样设置在集成电路芯片内的片内开关，所述的开关两端分别与单体电池两端相连，在任意单体电池的电压走出设定值时，片内开关闭合放电。

进一步的，上述的集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统中：还包括设置在任意单体电池两端的片外开关，所述的片外开关由集成电路芯片的均衡管脚控制。

本实用新型提供一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，给铅酸蓄电池在线监控行业提供一种能够满足多层次，容易设计实施的管理实施方案，使得BMS监控管理系统在满足BMS监控模块的设计小型化，规模化的同时又具有科学化、有效化的在线修复效果，综合了两方面技术的新系统能够真正有效降低铅酸蓄电池硫化程度，使得BMS系统有了除硫化的科学干预手段，能够满足BMS管理下对电池的长期浮充工作要求，使得单体容量能够保持理想状态，延长蓄电池的使用寿命，BMS采集的电压、容量等基本参数能够保持稳定和精准，对于电池相关参数比如内阻、SOC等计算的结果也更精准，均衡管理变得更有效率，提升了电池组的电压稳定性，同时降低了电池无温补充电过程带来的硫化失水的问题，促进电池组能够以新的组合管理方案应用到高压电池组等未来更高效、高新的场合，提升了铅酸蓄电池的应用范围，降低了能源损耗和使用成本，在结合了本专利提供的集成化方案后，BMS管理系统的成本和开发难度降低，较大程度的解决了传统BMS监控的缺点，使得监控管理的电池数据更科学，电池寿命得到较大程度的提升，可以推动能源应用行业的发展。

以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。

附图说明

附图1为本实用新型实施例1集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统。

附图2为图1中点监控模块原理框图。

附图3为图1中节点监控模块接入保护原理图

附图4为图2中修复脉冲电路原理图。

附图5为图2中均衡电路(片内均衡)电路原理图。

附图6为图2中均衡电路(片外均衡)电路原理图。

具体实施方式

实施例1如图1所示：本实施例是一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，包括相互通讯并与后台上位机通讯的节点监控模块，所述的节点监控模块包括：对该节点蓄电池进行电压检测的电池电压检测模块、对该节点蓄电池进行温度检测的电池温度检测模块、对该节点蓄电池进行SOC检测电池SOC检测模块、对该节点蓄电池进行修复的脉冲修复电路；分别与所述的电池电压检测模块、电池温度检测模块、SOC检测模块相连的BMS监控模块；与BMS监控模块相连根据BMS监控模块相连的处理模块，处理模块根据BMS监控模块输出的参数控制脉冲修复电路产生中心频率为 8400Hz的谐振脉冲对该节点蓄电池修复；BMS监控模块输出的参数包括电池电压、电池温度、电池SOC。

如图1所示，每个节点监控模块可以监控1～16块电池，每个节点监控模块通过隔离的环形总线连接，最大数量可连接256个节点监控模块，节点监控模块监控的电池可以进行分组管理，节点监控模块的首尾节点最终连接到监控节点数据管理模块上，这样就实现了整个BMS在线修复管理系统的整个连接，通过在监控节点数据管理模块上的软件设置，可以组合成多组电池分布式电池监控系统。

图1中包含监控节点数据管理模块的原理框图，监控管理模块主要由电源电路、BMS接口管理芯片、4G通讯模块、微控制器、以太网模块等部分组成，BMS接口管理芯片采用GMS1XX2配套接口芯片GMS1XX1，GMS1XX1内部集成了光电隔离SPI通信协议，可以通过两线SPI隔离通讯总线和下级设备进行通信，支持下级设备的工作状态管理、功能设置和采样数据传输，另有非隔离的SPI通信接口，可以直接和微控制器互传数据，并受微控制器的管理。

监控节点数据管理模块中的微控制器是监控数据管理模块的主控单元，协调控制数据管理模块的各单元电路工作，通过接收来自4G通讯模块或以太网通讯模块的软件指令进行管理设置工作，在软件管理下，微控制器控制接口芯片GMS1XX1对下级监控管理模块进行管理和数据传输，来自下级监控管理模块采集到的电池数据和工作状态等信息由BMS接口管理芯片GMS1XX1隔离接收并在微控制器解析后发送到4G通信模块或以太网模块，4G通信模块或以太网通信模块通过联网和上位应用层管理媒介交换数据并接受应用层管理，这样就实现了蓄电池组的远程层次管理，实现高层次便捷灵活的电池监控管理。

图2为采用了锂电池专用BMS监控芯片的一体化节点监控修复模块电路原理框图，内部采用了两个控制核心，即BMS监控芯片和微控制器，BMS监控芯片负责对所管理的电池组的电池进行全参数的检测和数据分析，包括电池电压、电池温度、电池SOC等参数分析计算，输出来自上位机的修复控制信号到微控制器，微控制器采用高速MCU，负责修复控制电路的检测与修复脉冲输出，也负责N节点监控状态指示。

本实施例中，BMS监控芯片为锂电池专用高性能集成化SOC监控芯片 GMS1XX2，支持1～16节电池电压检测，具有16位高速SAR ADC转换能力，2Mbps 高速隔离通信，可监测芯片内温度、各数字电路和模拟电路的供电电压，16 节电池总电压、充放电电流和库伦积分，有较低的功耗，多种过欠压，过流，过温保护可编程能力，各检测电路具有备份电路功能，支持放电式被动电压均衡方式。

图2中的脉冲修复电路采用图1所示典型的脉冲修复电路原理。

图2中电源转换电路为节点监控模块提供工作用各种DC直流供电，电源转换电路采用DC-DC直流转换电路和稳压电路，不再复述。

图2中接入保护电路为节点监控模块提供接入安全保护，防止反接、短路、过载等故障，接入保护电路采用自恢复保险进行限流，典型电路图如下图3所示：在节点监控模块接入待修复的电池BT1时还包括反接保护电路，所述的反接保护电路包括自恢复保险F2、反接保护二极管D3和D4、电源滤波电感L3、压敏电阻MOV1；节点监控模块供电输入的正极接反接保护二极管 D3的N极，反接保护二极管D3的P极依次通过电源滤波电感L3、自恢复保险F2接待修复的电池BT1的正极，在电源滤波电感L3和自恢复保险F2之间通过反接保护二极管D4和压敏电阻MOV1接节点监控模块供电输入的负极和地，保护二极管D4的P极接地。

图3中F1为自恢复保险，D1、D2为反接保护电阻，MOV1为压敏电阻， L1为电源滤波电感，当BT1反接时，电流从D1流过F1，F1过载后电阻无穷大，等效断开连接，当接入电池电压正常后恢复，MOV1为压敏电阻，当超过 MOV1电压阀值后，MOV1相当于开关闭合，电流从此泄放，防止内电路过压， L1可以抗电流突变和纹波。

图2中采样电路采用常用AD转换接入电路不再复述，但是脉冲修复电路是本实施例的重要一环如图4所示。本实施例均衡电路则分为片内均衡和片外均衡，片内均衡对应的是小容量电池，片外均衡对应的是大容量电池，片内均衡的电路原理图见图5所示，片外均衡的电路见图6所示.

如图4所示，脉冲修复电路包括MOS管Q1、上拉电阻R1、限流电阻 R2、驱动芯片U1、下拉电阻R3、脉冲续流二极管D2、储能滤波电容E1、自恢复保险F1、滤波电感L1、储能电感L2。

MOS管Q1的D极依次通过储能电感L2、滤波电感L1、限流电阻R2、自恢复保险F1接待修复的电池BT1的阳极。

MOS管Q1的S极接待修复的电池BT1的阴极。

所述的处理模块产生的8400Hz的PWM信号经上拉电阻R1接电压VCC 以后接驱动芯片U1，驱动芯片U1反相以后接MOS管Q1的G极。

脉冲续流二极管D2设置在MOS管Q1的D极与自恢复保险F1之间，脉冲续流二极管D2的P极接MOS管Q1的D极。

储能滤波电容E1设置在储能电感L2、滤波电感L1之间的公共接点与BT1的阴极之间，储能滤波电容E1的负极接待修复的电池BT1的阴极。

下拉电阻R3设置在MOS管Q1的G极与S极之间。

如图4所示，其中上拉电阻R1、驱动芯片U1、下拉电阻R3组成MOS管整形驱动电路，给开关MOS管Q1提供开关电压和电流，R2为限流电阻，L1 为滤波电感，L2为储能电感，D2为修复脉冲续流二极管，E1为储能滤波电容， F1为自恢复保险。

工作时修复脉冲低电平输入到U1输入端，U1反相为高加载到Q1栅极， Q1打开脉冲电流放电，电流由电池正、F1、R2、L1、L2、Q2到电池负，修复脉冲输出高电平到U1输入端，U1反相为低使Q1栅极电荷泄放而关闭，上一步L2中的储能电流无法向下，则经由D2、F1到电池正极，产生高速上升沿的修复脉冲电流，脉冲工作时来自微控制器的修复脉冲是一个可变占空比的方波，使得电流大小可调。

图4所示的电路工作时，修复脉冲通过微控制器加载到修复脉冲输入端，通过调整频率和占空比的PWM控制，使得在电池正极得到最优的高频复合谐振脉冲，这个脉冲采用了本发明的特定频率，能够最优的降低电池硫化现象，最优频率说明如下：

谐振脉冲最优频率点在8400Hz±5％，通过大量实际测量的数据，我们发现在这一频点上谐振脉冲对80％以上的各类铅酸蓄电池都有远超其他频点的修复效果。

在本方案中，首先由PWM波生成电路产生频率为8400Hz±5％，占空比为1％～10％的PWM波，该PWM波经由谐振脉冲生成电路生成频率为8400Hz±5％的谐振脉冲，加载到电池两端对电池进行修复。

不同容量电池占空比选择：

电池容量	占空比
		100AH	2％
200AH	4％
		500AH	6％
1000AH	8％
		2000AH	10％

我们选用不同样本来验证本发明的效果，如下：

1)、不同标称容量(10h率容量，以下同)电池(每种100只)，实际容量(10h率容量，以下同)为标称容量65％情况下修复率。这里修复率的定义是：

修复率＝实际容量恢复到95％以上的电池数量

不同容量电池修复率对比：

	1000Hz	2000Hz	3000Hz	4000Hz	5000Hz	6000Hz	7000Hz	8400kHz	9000Hz	10000Hz
											100AH	14	23	32	54	86	95	95	99	91	88
200AH	18	26	25	66	78	89	96	100	95	86
											500AH	22	24	33	71	82	86	91	100	92	90
1000AH	23	35	63	71	79	85	95	98	91	85
											2000AH	12	22	40	53	69	78	89	99	93	88

2)、相同标称容量(100AH)电池，不同实际容量(每种100只)情况下修复率。这里修复率的定义是：

修复率＝实际容量恢复到95％以上的电池数量

不同实际容量电池修复率对比

	1000Hz	2000Hz	3000Hz	4000Hz	5000Hz	6000Hz	7000Hz	8400Hz	9000Hz	10000Hz
											80％	68	76	75	84	87	92	97	100	99	92
70％	38	45	52	64	74	89	95	99	98	86
											60％	15	28	34	53	67	78	88	92	82	77
50％	8	12	29	43	55	69	73	82	78	72

(2)集成化BMS监控管理修复系统的方案说明，如图6所示，本发明采用的BMS监控系统原理方案可分为节点监控模块原理部分、监控节点数据管理模块、上位应用层管理媒介三个部分组成，其中上位应用层管理媒介一般为电脑端上层管理软件或手机端软件等等，此部分不在方案中详述，监控节点数据管理模块是BMS监控系统的中心数据管理和软件解析通信传输的控制模块。

如图6所示，监控系统的硬件网络拓扑采用环形总线(也可归类为菊花链总线拓扑)，上位机模块采用隔离传输总线集成电路，下位机监控模块采用 BMS监控终端芯片和微控制器集成方案，简化了设计，拓展了原BMS的使用范围，使得蓄电池BMS监控能够采用集成专业化的电路控制芯片，提高了检测精度，系统结构简单，方便安装使用。

节点监控模块原理部分为本方案的主要核心原理组成部分，采用了最新型集成化锂电池BMS监控电路芯片方案电路整合蓄电池在线修复模块原理电路方案，每个节点监控模块是对电池组中最大到16节电池的具体数据采样、电压均衡、脉冲修复、数据上传的具体执行和实施电路。

如图5所示，是片内均衡电路，片内均衡电路包括设置在集成电路芯片内的检测各单体电池电压的电压检测模块，同样设置在集成电路芯片内的片内开关，所述的开关两端分别与单体电池两端相连，在任意单体电池的电压走出设定值时，片内开关闭合放电。

如图6所示是片外均衡电路，在片内均衡电路的基础上还包括设置在任意单体电池两端的片外开关，所述的片外开关由集成电路芯片的均衡管脚控制。

片内均衡应用在小容量电池组的被动均衡功能，所有均衡电流通过外部放电电阻流经片内均衡开关(内部开关)，片外均衡采用图6的电路，均衡开启时，均衡管脚被拉低从而打开外部开关PMOS，均衡管脚的电压可以检测均衡是否开启，或在均衡功能关闭时均衡电路是否有漏电。

本实施例中对电池的监控管理可以实现电池的电压、电流、内阻、SOC 等数据采集和分析计算，由于本方案整合了铅酸蓄电池修复电路，监控采集到的数据基本符合实际值，具有很高的参考意义，在蓄电池修复管理方面，可以采用如下修复管理策略：

1、对蓄电池修复采用的谐振脉冲来自于前文所述最优频率点在 8400Hz±5％，占空比小于等于10％的脉冲谐振波形，脉冲峰值电流大于1A/100AH。

2、修复脉冲工作时间一个流程为48小时，循环采样频率为1～3次/分钟，每单次采样延时10ms，循环采样期间暂停修复脉冲。

3、当监控到单体电池高于14.1V(电压计算值，以12V电池为例，是经过温度修正后的电压值，修正方法是：计算电压＝测得电压-(测得温度-25度)*3mV)后启动一个修复流程，当一个流程结束或单体电压下降到13.8V后关闭修复流程。

4、计算电池的均衡度差异，以超过当前节点监控模块管理的电池平均电压0.1以上启动修复流程，每个节点监控模块最多有1/4的电池进行脉冲修复流程，避免给系统增加纹波干扰。

以上修复管理策略有效的保持了电池组的电池健康状况，具有最佳电池均衡度维持效果，同时避免了电池同时修复带来的纹波问题，兼顾了监控数据的精确度和电池延寿功效。

与现有技术相比，本实施例具有如下优点：

1)、能够替代传统的巡检仪和普通BMS系统，具有一体化的蓄电池在线监控与修复维护功能，可以对大功率铅酸蓄电池进行精确监控和在线修复

2)、可以长期挂载在电池两端，无损伤延长电池寿命。

3)、具有优秀的组网功能，通过简单有效的隔离总线可以实现多组大数量的电池组分布式监控管理，可以通过上位机管理平台实现远程智能化数据管理和共享。

4)、采用了修复加监控的整合模式，使得蓄电池监控数据真实有效，对电池监控管理更高效更准确。

5)、采用系统化的集成方案，集成化程度高，简洁实用，管理模块设计简单，成本低。

6)、使用修复管理策略有效的保持了电池组的电池健康状况，具有最佳电池均衡度维持效果，同时避免了电池同时修复带来的纹波问题，兼顾了监控数据的精确度和电池延寿功效。

7)在脉冲修复电路及频率选择方面，相对现有技术，本发明的最大优势是简单、高效、经济。它利用了长期积累的经验数据，即达到对大多数电池有良好的修复效果，又避免了为适应不同电池选择不同谐振频率所带来的技术难度及成本的增加。

Claims (5)

1.一种集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，包括相互通讯并与后台上位机通讯的节点监控模块，其特征在于：所述的节点监控模块包括：

对该节点蓄电池进行电压检测的电池电压检测模块、对该节点蓄电池进行温度检测的电池温度检测模块、对该节点蓄电池进行SOC检测电池SOC检测模块、对该节点蓄电池进行修复的脉冲修复电路；

分别与所述的电池电压检测模块、电池温度检测模块、SOC检测模块相连的BMS监控模块；

与BMS监控模块相连的处理模块，所述的处理模块根据BMS监控模块输出的参数控制所述的脉冲修复电路产生中心频率为8400Hz的谐振脉冲对该节点蓄电池修复；

所述的BMS监控模块输出的参数包括电池电压、电池温度、电池SOC。

2.根据权利要求1所述的集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，其特征在于：所述的脉冲修复电路包括MOS管Q1、上拉电阻R1、限流电阻R2、驱动芯片U1、下拉电阻R3、脉冲续流二极管D2、储能滤波电容E1、自恢复保险F1、滤波电感L1、储能电感L2；

MOS管Q1的D极依次通过储能电感L2、滤波电感L1、限流电阻R2、自恢复保险F1接待修复的电池BT1的阳极；

MOS管Q1的S极接待修复的电池BT1的阴极；

所述的处理模块产生的8400Hz的PWM信号经上拉电阻R1接电压VCC以后接驱动芯片U1，驱动芯片U1反相以后接MOS管Q1的G极；

脉冲续流二极管D2设置在MOS管Q1的D极与自恢复保险F1之间，脉冲续流二极管D2的P极接MOS管Q1的D极；

储能滤波电容E1设置在储能电感L2、滤波电感L1之间的公共接点与BT1的阴极之间，储能滤波电容E1的负极接待修复的电池BT1的阴极；

下拉电阻R3设置在MOS管Q1的G极与S极之间。

3.根据权利要求1所述的集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，其特征在于：在节点监控模块接入待修复的电池BT1时还包括反接保护电路，所述的反接保护电路包括自恢复保险F2、反接保护二极管D3和D4、电源滤波电感L3、压敏电阻MOV1；

节点监控模块供电输入的正极接反接保护二极管D3的N极，反接保护二极管D3的P极依次通过电源滤波电感L3、自恢复保险F2接待修复的电池BT1的正极，在电源滤波电感L3和自恢复保险F2之间通过反接保护二极管D4和压敏电阻MOV1接节点监控模块供电输入的负极和地，保护二极管D4的P极接地。

4.根据权利要求1或2或3所述的集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，其特征在于：还包括对单体电池进行均衡的片内均衡电路，所述的片内均衡电路包括设置在集成电路芯片内的检测各单体电池电压的电压检测模块，同样设置在集成电路芯片内的片内开关，所述的开关两端分别与单体电池两端相连，在任意单体电池的电压走出设定值时，片内开关闭合放电。

5.根据权利要求4所述的集成通讯的蓄电池组在线智能修复和均衡延寿系统，其特征在于：还包括设置在任意单体电池两端的片外开关，所述的片外开关由集成电路芯片的均衡管脚控制。

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