工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種電池，尤其涉及一種工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源。本實(shí)用新型的工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源，包括單片機(jī)控制模塊、電池充/放電器、恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組，單片機(jī)控制模塊分別與電池充/放電器、恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組電連接；單片機(jī)控制模塊接收電池狀態(tài)信號(hào)并作出判斷，向智能型蓄電池模塊組的巡檢裝置發(fā)出指令，集中控制恒溫恒濕裝置的運(yùn)行，單片機(jī)控制模塊判斷并發(fā)出指令指揮電池充/放電器向電網(wǎng)充、放電。工業(yè)級(jí)模塊化智慧型儲(chǔ)能電池電源BPS，針對(duì)工業(yè)系統(tǒng)環(huán)境特點(diǎn)，主要應(yīng)用于分布式供電的生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)以及集中式供電的DCS控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理中心等場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種電池，尤其涉及一種工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 儲(chǔ)能電池電源系列產(chǎn)品應(yīng)用的閥控鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鋰電池等儲(chǔ)能電池 自投入使用以來(lái)，出現(xiàn)了較多很難解決的問(wèn)題，具體如下：
[0003] 1.電氣參數(shù)均衡問(wèn)題：
[0004] 蓄電池成組使用時(shí)，要求每節(jié)電池的電氣參數(shù)高度一致，實(shí)際上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；而 當(dāng)成組使用的蓄電池電氣參數(shù)不一致時(shí)，參數(shù)漂移的單節(jié)電池很容易出現(xiàn)過(guò)充或過(guò)放問(wèn) 題，加劇該電池的參數(shù)漂移，且該電池壽命將很快縮短至無(wú)法使用。此時(shí)因單節(jié)電池?fù)p壞造 成電池組不能正常使用，只能更換成組的蓄電池，不能只對(duì)單節(jié)的故障蓄電池進(jìn)行維護(hù)或 者更換，不然會(huì)造成成組蓄電池電氣參數(shù)更為嚴(yán)重的不一致。
[0005] 2.參數(shù)檢測(cè)問(wèn)題：
[0006] 在使用蓄電池直流供電的場(chǎng)合，一般要求安裝對(duì)蓄電池監(jiān)測(cè)的必要裝置，比如電 壓巡檢儀、電池巡檢儀等，一般可以檢測(cè)蓄電池的端電壓、充放電電流、蓄電池溫度。但對(duì)反 應(yīng)蓄電池剩余壽命的關(guān)鍵參數(shù)蓄電池內(nèi)阻，一般無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻 時(shí)，必須將蓄電池拆下，使用專門的內(nèi)阻測(cè)試儀器經(jīng)行測(cè)量。因?yàn)椴僮鲝?fù)雜，檢測(cè)蓄電池內(nèi) 阻的間隔期一般很長(zhǎng)，在內(nèi)阻測(cè)試間隔期，同樣有可能電池已經(jīng)失效而電池使用者無(wú)法獲 知故障信息。
[0007] 因此，針對(duì)上述存在的問(wèn)題，急需一種新型的電池電源來(lái)解決這些問(wèn)題。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0008] 本實(shí)用新型旨在解決目前電池存在的電氣參數(shù)不均衡、電池電氣參數(shù)難以檢測(cè)的 問(wèn)題，提供一種工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源。
[0009] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：其包括單片機(jī)控制模塊、電 池充/放電器、恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組，單片機(jī)控制模塊分別與電池充/ 放電器、恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組電連接；單片機(jī)控制模塊接收電池狀態(tài)信 號(hào)并作出判斷，向智能型蓄電池模塊組的巡檢裝置發(fā)出指令，集中控制恒溫恒濕裝置的運(yùn) 行，單片機(jī)控制模塊判斷并發(fā)出指令指揮電池充/放電器向電網(wǎng)充、放電。
[0010] 智慧型蓄電池模塊組的每組電池都配有電池巡檢裝置，檢測(cè)每塊電池的實(shí)時(shí)狀 態(tài)。單片機(jī)控制模塊是整個(gè)電池電源的控制指揮中心，其可以接收電池狀態(tài)信號(hào)，作出判 斷，向電池巡檢裝置發(fā)出指令，還可以集中控制恒溫恒濕裝置的運(yùn)行。
[0011] 智慧型免維護(hù)蓄電池可實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)無(wú)損充放電、自動(dòng)均衡功能：在智慧型免維 護(hù)蓄電池的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了分布式控制技術(shù)，在每節(jié)電池里均單獨(dú)配置使用了 Buck-Boost 技術(shù)的自動(dòng)高頻脈沖式充放功能模塊，它自動(dòng)檢測(cè)本節(jié)電池的電氣參數(shù)，并與同組其它蓄 電池的參數(shù)比較，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后控制高頻脈沖式充放功能模塊的工作狀態(tài)，使本節(jié)電池多余 的能量自動(dòng)轉(zhuǎn)移到上下相鄰的兩節(jié)蓄電池里，電池組內(nèi)的每節(jié)蓄電池的充放功能模塊均自 動(dòng)工作，從而使整個(gè)電池組實(shí)現(xiàn)能量的動(dòng)態(tài)平衡。這樣既防止了單節(jié)電池過(guò)充而漏氣、欠充 而硫化，同時(shí)電池組內(nèi)參數(shù)一致性較差的電池完成自動(dòng)修復(fù)，使其達(dá)到與同組其它蓄電池 的電氣參數(shù)均衡一致。
[0012] 當(dāng)信號(hào)源給電池注入一個(gè)交流電流信號(hào)時(shí)，測(cè)量出在電池兩端產(chǎn)生的交流電壓信 號(hào)和輸入電流，就可計(jì)算出電池的內(nèi)阻。采用交流法測(cè)量電池內(nèi)阻，不需要對(duì)電池進(jìn)行放 電，從理論上講電池在任何狀態(tài)下都能對(duì)其實(shí)施測(cè)量。在實(shí)際測(cè)量中，由于電池的內(nèi)阻在微 歐或毫歐級(jí)，注入一定的電流后，在電池兩端產(chǎn)生的電壓信號(hào)非常微弱，往往被噪聲淹沒(méi)， 放大后再測(cè)量，用交流電壓表很難區(qū)分出來(lái)有用的信號(hào)，需要用相關(guān)檢測(cè)的原理，才能測(cè)量 出電池兩端的交流電壓信號(hào)。
[0013] 所述的電池充/放電器包括串接的電源￥81、￥82、￥83，電源￥81正極連接相互并聯(lián) 的二極管D11、三極管Q11，二極管D11串接二極管D12后與電源VB2負(fù)極連接，三極管Q11 串接三極管Q12后與電源VB2負(fù)極連接；三極管Q11、三極管Q12連接處與二極管D11、二極 管D12連接處連通并通過(guò)電感L1連接電源VB2正極；電源VB2正極連接相互并聯(lián)的二極 管D13、三極管Q13,二極管D13串接二極管D14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13串接三 極管Q14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13、三極管Q14連接處與二極管D13、二極管D14 連接處連通并通過(guò)電感L2連接電源VB3正極；三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、三極管 Q14的集電極和發(fā)射極之間分別連接二極管。所述的三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、 三極管Q14皆采用74ALS03型號(hào)；二極管D11、二極管D12、二極管D13、二極管D14皆采用 1N4148 型號(hào)。
[0014] 所述的單片機(jī)控制模塊采用DSP18F458型號(hào)。
[0015] 蓄電池管理系統(tǒng)是動(dòng)力電池的重要組成部分，LDC電池智能管理系統(tǒng)(配合 EPM-C0NTR0L工業(yè)級(jí)模塊化智慧型蓄電池）能對(duì)每節(jié)蓄電池及蓄電池組的電壓、溫度、充放 電電流及電池容量、內(nèi)阻和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)蓄電池 S0C (荷電狀態(tài))，管理電池的工 作情況，對(duì)每節(jié)電池的充電電流獨(dú)立自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到每節(jié)電池的自動(dòng)均衡充電及自動(dòng)維護(hù)， 既能避免蓄電池組的過(guò)放電、過(guò)充電，又能對(duì)每節(jié)蓄電池的過(guò)熱，過(guò)放電、過(guò)充電、與同組其 它蓄電池的參數(shù)漂移等出現(xiàn)的問(wèn)題提前自我修復(fù)并記錄報(bào)警。
[0016] LDC電池智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電池組內(nèi)的每節(jié)蓄電池在其生命周期內(nèi)性能參數(shù)一 致，最大限度的延長(zhǎng)蓄電池組的存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命，保障整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0017] 工業(yè)級(jí)模塊化智慧型儲(chǔ)能電池電源BPS，針對(duì)工業(yè)系統(tǒng)環(huán)境特點(diǎn)，專為大型工業(yè)系 統(tǒng)而設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于分布式供電的生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)(開(kāi)關(guān)與控制裝置）以及集中式供電的DCS 控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理中心等需要提供高可靠蓄能的重要設(shè)備及場(chǎng)合。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0019] 圖2為本實(shí)用新型的均衡充放電模塊示意圖；
[0020] 圖3為本實(shí)用新型的內(nèi)阻檢測(cè)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述：
[0022] 如圖1所示，本實(shí)用新型的工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源包括單片機(jī)控制模塊、 電池充/放電器、恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組，所述的單片機(jī)控制模塊分別通 過(guò)BUSCAN接口與電池充/放電器、恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組電連接。；單片 機(jī)控制模塊接收電池狀態(tài)信號(hào)并作出判斷，向智能型蓄電池模塊組的巡檢裝置發(fā)出指令， 集中控制恒溫恒濕裝置的運(yùn)行，單片機(jī)控制模塊判斷并發(fā)出指令指揮電池充/放電器向電 網(wǎng)充、放電。所述的單片機(jī)控制模塊采用DSP18F458型號(hào)。
[0023] 如圖2所示，所述的充/放電器包括串接的電源VB1、VB2、VB3,電源VB1正極連接 相互并聯(lián)的二極管D11、三極管Q11，二極管D11串接二極管D12后與電源VB2負(fù)極連接，三 極管Q11串接三極管Q12后與電源VB2負(fù)極連接；三極管Q11、三極管Q12連接處與二極管 D11、二極管D12連接處連通并通過(guò)電感L1連接電源VB2正極；電源VB2正極連接相互并聯(lián) 的二極管D13、三極管Q13,二極管D13串接二極管D14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13 串接三極管Q14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13、三極管Q14連接處與二極管D13、二極 管D14連接處連通并通過(guò)電感L2連接電源VB3正極；三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、 三極管Q14的集電極和發(fā)射極之間分別連接二極管。三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、 三極管Q14皆采用74ALS03型號(hào)；二極管D11、二極管D12、二極管D13、二極管D14皆采用 1N4148 型號(hào)。
[0024] 如圖2所示，每個(gè)均衡充放電模塊均由1個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Q、1個(gè)二極管D和兩個(gè)儲(chǔ)能 元件電感L組成。在均衡電路中兩電池電壓出現(xiàn)不均衡，如VBDVB2,則三極管Q11導(dǎo)通， 電池 B1向電感L1充電；當(dāng)三極管Q11截止時(shí)，電感L1為了續(xù)流，與電池 B2、二極管D12構(gòu) 成回路，電感中儲(chǔ)存的能量就轉(zhuǎn)移到電池 B2中，實(shí)現(xiàn)了能量從電池 B1到電池 B2的轉(zhuǎn)移。 同理當(dāng)VB1 < VB2時(shí)，則通過(guò)三極管Q12的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)能量從電池 B2到電池 B1的轉(zhuǎn)移，即 該電路是一種能量雙向傳遞的均衡裝置。盡管能量只在相鄰電池間傳遞，由于能量的傳遞 趨勢(shì)總是由電壓高的電池傳遞到電壓低的電池上，因而最終實(shí)現(xiàn)整組電池的均衡。放電 時(shí)，原理與充電時(shí)基本相同。VB1-VB2=0. IV為臨界點(diǎn)，高于臨界點(diǎn)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)均衡電路，從 而實(shí)現(xiàn)充放電均衡功能，即使在靜態(tài)狀態(tài)下，單模塊內(nèi)也能實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，從而使整個(gè)電 池組達(dá)到均衡。
[0025] 如圖3所示，本實(shí)用新型解決了單節(jié)蓄電池的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)內(nèi)阻問(wèn)題：本實(shí)用新 型使用現(xiàn)今較先進(jìn)的小信號(hào)交流阻抗法測(cè)量蓄電池的內(nèi)阻。蓄電池參數(shù)檢測(cè)模塊在線產(chǎn)生 高頻mV級(jí)正弦波信號(hào)，注入被檢測(cè)的蓄電池，通過(guò)對(duì)輸出的高頻正線電流信號(hào)響應(yīng)進(jìn)行一 系列的濾波、正峰值檢測(cè)、放大以及AD轉(zhuǎn)換和采集，然后根據(jù)測(cè)量到的電壓比來(lái)推算出電 池內(nèi)阻。該技術(shù)使用了小波變換技術(shù)、專家系統(tǒng)、模糊控制技術(shù)等先進(jìn)控制算法，計(jì)算出蓄 電池內(nèi)阻精度符合國(guó)家關(guān)于〇. 1級(jí)儀表的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)采用在線內(nèi)阻檢測(cè)，測(cè)試時(shí)無(wú) 需人工干預(yù)、無(wú)需將蓄電池拆下、無(wú)需使用專門的內(nèi)阻測(cè)試儀器經(jīng)行測(cè)量，測(cè)量精度高，解 決了單節(jié)蓄電池的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)內(nèi)阻問(wèn)題。
[0026] 蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)具體工作過(guò)程為：相關(guān)器檢測(cè)微弱信號(hào)，它由開(kāi)關(guān)式乘法器和積 分器組成，蓄電池兩端檢測(cè)到的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大濾波后輸入到乘法器信號(hào)輸入端， 注入蓄電池的正弦波信號(hào)通過(guò)電路變換形成方波信號(hào)后，輸入到乘法器參考信號(hào)端。根據(jù) 相關(guān)檢測(cè)的原理，通過(guò)乘法器相乘運(yùn)算，信號(hào)和噪聲、噪聲和噪聲之間是互相獨(dú)立的，它們 的相關(guān)函數(shù)為零，只有信號(hào)和信號(hào)相關(guān)，且可從噪聲中檢出。通過(guò)乘法器和積分器以后，抑 制了噪聲。在輸入信號(hào)和電路傳輸系數(shù)一定的情況下，輸出信號(hào)的大小只與電池的內(nèi)阻成 比例，只要測(cè)出蓄電池兩端交流電壓值和通過(guò)蓄電池的交流電流值，就能計(jì)算出蓄電池的 內(nèi)阻，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1. 一種工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源，其特征在于，包括單片機(jī)控制模塊、電池充/放 電器、恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組，單片機(jī)控制模塊分別與電池充/放電器、 恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組電連接；單片機(jī)控制模塊接收電池狀態(tài)信號(hào)并作 出判斷，向智能型蓄電池模塊組的巡檢裝置發(fā)出指令，集中控制恒溫恒濕裝置的運(yùn)行，單片 機(jī)控制模塊判斷并發(fā)出指令指揮電池充/放電器向電網(wǎng)充、放電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)級(jí)智慧型儲(chǔ)能蓄電池電源，其特征在于，所述的電池充 /放電器包括串接的電源VB1、VB2、VB3,電源VB1正極連接相互并聯(lián)的二極管D11、三極管 Q11，二極管D11串接二極管D12后與電源VB2負(fù)極連接，三極管Q11串接三極管Q12后與 電源VB2負(fù)極連接；三極管Q11、三極管Q12連接處與二極管D11、二極管D12連接處連通并 通過(guò)電感L1連接電源VB2正極；電源VB2正極連接相互并聯(lián)的二極管D13、三極管Q13,二 極管D13串接二極管D14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13串接三極管Q14后與電源VB3 負(fù)極連接，三極管Q13、三極管Q14連接處與二極管D13、二極管D14連接處連通并通過(guò)電感 L2連接電源VB3正極；三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、三極管Q14的集電極和發(fā)射極 之間分別連接二極管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的免維護(hù)電池，其特征在于，所述的三極管Q11、三極管Q12、三 極管Q13、三極管Q14皆采用74ALS03型號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的免維護(hù)電池，其特征在于，所述的二極管D11、二極管D12、二 極管D13、二極管D14皆采用1N4148型號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的免維護(hù)電池，其特征在于，所述的單片機(jī)控制模塊采用 DSP18F458 型號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的免維護(hù)電池，其特征在于，所述的單片機(jī)控制模塊分別通過(guò) BUSCAN接口與電池充/放電器、恒溫恒濕控制裝置、智能型蓄電池模塊組電連接。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203895994SQ201320889452
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】王照忠, 李永臣, 陳愛(ài)柒 申請(qǐng)人:青島艾迪森科技有限公司