一種用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置，包括多個監(jiān)測及均衡單元、一數(shù)模采集芯片以及一中央處理器；每一監(jiān)測及均衡單元分別對應(yīng)與一蓄電池單體相連，還與數(shù)模采集芯片及中央處理器相連，且數(shù)模采集芯片還與中央處理器相連。每一蓄電池單體電壓信號都經(jīng)相連的監(jiān)測及均衡單元傳輸至數(shù)模采集芯片進(jìn)行計算，并完成信號模數(shù)轉(zhuǎn)換后至中央處理器計算出整組蓄電池平均電壓，根據(jù)每一蓄電池單體電壓與整組蓄電池平均電壓的比較結(jié)果，輸出不同控制信號至相應(yīng)的監(jiān)測及均衡單元，實現(xiàn)控制與之相連蓄電池單體的工作狀態(tài)。實施本發(fā)明，結(jié)合了蓄電池電壓監(jiān)測和電壓均衡功能，延長了蓄電池單體及整組的使用壽命，確保變電站后備直流電源的可靠性。
【專利說明】—種用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)變電站站用電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】和蓄電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]蓄電池是變電站唯一的儲備能源，是變電站交流電源失壓時用以支撐站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備運打的后備保障。
[0003]在變電站蓄電池的現(xiàn)行管理方式中:一方面，蓄電池的電壓等重要參數(shù)主要依賴日常巡視、年度檢查等人工手段進(jìn)行檢查記錄，這種傳統(tǒng)方式的缺點在于:依賴大量的人力工時支撐，又不能確保在蓄電池參數(shù)越限時及時發(fā)出告警，一旦運維人員未能及時獲知蓄電池內(nèi)部開路，將導(dǎo)致變電站交流電源失壓時蓄電池?zé)o法供電的巨大風(fēng)險。
[0004]另一方面，目前變電站蓄電池普遍存在電壓偏差度超標(biāo)及電壓不均衡等現(xiàn)象。蓄電池電壓不均衡，其缺點在于:一、電壓過高的蓄電池長期處于過度充電狀態(tài)，從而導(dǎo)致蓄電池失水、鼓脹，電壓過低者則長期欠充，從而導(dǎo)致蓄電池硫化、結(jié)晶，最終由于蓄電池單體電壓不均衡，使得整組蓄電池壽命縮短而退出運行；二、除去蓄電池本身的危害，還可能因蓄電池鼓脹，導(dǎo)致引發(fā)火災(zāi)、全站直流失壓，甚至主變燒毀等惡劣情況。因此，采取措施降低所轄范圍的蓄電池偏差度，使得蓄電池電壓回復(fù)均衡，延長其使用壽命，以保障變電站后備直流電源的可靠性，十分必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置，結(jié)合了實時在線監(jiān)測蓄電池電壓數(shù)據(jù)和均衡蓄電池電壓功能，從而延長了蓄電池單體及整組的使用壽命，確保變電站后備直流電源的可靠性。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置，其與相互串聯(lián)形成一個或多個蓄電池組的每一蓄電池單體均相連，包括多個監(jiān)測及均衡單元、一數(shù)模采集芯片以及一中央處理器；其中，
每一監(jiān)測及均衡單元分別對應(yīng)與一蓄電池單體相連，還與所述數(shù)模采集芯片及所述中央處理器相連，用于檢測相連蓄電池單體的電壓信號，并將所述檢測到的電壓信號輸出給所述數(shù)模采集芯片，以及接收所述中央處理器輸出的控制信號，并根據(jù)所述接收到的控制信號來控制所述相連蓄電池單體的工作狀態(tài)；其中，所述控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，所述工作狀態(tài)包括充電狀態(tài)、放電狀態(tài)和正常狀態(tài)；
所述數(shù)模采集芯片還與所述中央處理器相連，用于獲取所述每一監(jiān)測及均衡單元輸出的蓄電池單體的電壓信號，并將所述獲取的每一蓄電池單體的電壓信號轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的數(shù)字信號輸出給所述中央處理器；
所述中央處理器，用于統(tǒng)計所述每一蓄電池單體對應(yīng)數(shù)字信號的電平值，且計算出每一蓄電池單體所屬蓄電池組的平均電平值，將所述統(tǒng)計的每一蓄電池單體對應(yīng)數(shù)字信號的電平值分別與其所屬蓄電池組的平均電平值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出所述控制信號給對應(yīng)的監(jiān)測及均衡單元。
[0007]其中，所述監(jiān)測及均衡單元包括與同一蓄電池單體相連的監(jiān)測模塊、放電模塊以及充電模塊，其中，所述監(jiān)測模塊還與所述數(shù)模采集芯片相連，所述放電模塊還與負(fù)載及所述中央處理器相連，所述充電模塊還與內(nèi)置充電電源及所述中央處理器相連。
[0008]其中，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值高于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號為低電平信號且輸出的所述第二控制信號為高電平信號，則所述監(jiān)測及均衡單元確定所述放電模塊為當(dāng)前工作模塊，并控制所述高于平均電平值的蓄電池單體進(jìn)入所述放電狀態(tài)下放電。
[0009]其中，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值低于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號為高電平信號且輸出的所述第二控制信號為低電平信號，則所述監(jiān)測及均衡單元確定所述充電模塊為當(dāng)前工作模塊，并控制所述低于平均電平值的蓄電池單體進(jìn)入所述充電狀態(tài)下充電。
[0010]其中，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值等于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號及所述第二控制信號均為高電平信號，則所述監(jiān)測及均衡單元確定所述監(jiān)測模塊為當(dāng)前工作模塊，保持所述正常狀態(tài)下繼續(xù)監(jiān)測所述與平均電平值相等的蓄電池單體。
[0011]其中，所述監(jiān)測模塊包括第一光耦繼電器和第二光耦繼電器；其中，所述第一光耦繼電器包括第一發(fā)光二極管和第一常開觸點；所述第一發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的Bn+引腳相連；第一常開觸點的一端與所述相連蓄電池單體的正極，另一端與所述數(shù)模采集芯片的正極相連；所述第二光耦繼電器包括第二發(fā)光二極管和第二常開觸點；所述第二發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的Bn-引腳相連；第二常開觸點的一端與所述相連蓄電池單體的負(fù)極相連，另一端與所述數(shù)模采集芯片的負(fù)極相連；其中，η為正整數(shù)；所述VCC引腳用于所述中央處理器輸出內(nèi)部工作電壓信號，所述內(nèi)部工作電壓信號為高電平信號；所述Bn+引腳和Bn-引腳均用于所述中央處理器輸出低電平信號；
所述放電模塊包括第三光耦繼電器和第四光耦繼電器；其中，所述第三光耦繼電器包括第三發(fā)光二極管和第三常開觸點；所述第三發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的JH-引腳相連；第三常開觸點的一端與所述數(shù)模采集芯片的正極，另一端與所述負(fù)載的一端相連；所述第四光耦繼電器包括第四發(fā)光二極管和第四常開觸點；所述第四發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的JH-引腳相連；第三常開觸點的一端與所述數(shù)模采集芯片的負(fù)極，另一端與所述負(fù)載的另一端相連；其中，所述JH-引腳用于所述中央處理器輸出所述第一控制信號;
所述充電模塊包括第五光耦繼電器和第六光耦繼電器；其中，所述第五光耦繼電器包括第五發(fā)光二極管和第五常開觸點；所述第五發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的JH+引腳相連；第五常開觸點的一端與所述數(shù)模采集芯片的正極，另一端與所述內(nèi)置充電電源的一端相連；所述第六光稱繼電器包括第六發(fā)光二極管和第六常開觸點；所述第六發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的JH+引腳相連；第六常開觸點的一端與所述數(shù)模采集芯片的負(fù)極，另一端與所述內(nèi)置充電電源的另一端相連；其中，所述JH+引腳用于所述中央處理器輸出所述第二控制信號。
[0012]其中，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值高于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號為低電平信號且輸出的所述第二控制信號為高電平信號，則所述第一光耦繼電器、第二光耦繼電器、第三光耦繼電器及第四光耦繼電器均導(dǎo)通，所述第五光耦繼電器和第六光耦繼電器均斷開，控制所述高于平均電平值的蓄電池單體進(jìn)入所述放電狀態(tài)下放電。
[0013]其中，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值低于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號為高電平信號且輸出的所述第二控制信號為低電平信號，則所述第一光耦繼電器、第二光耦繼電器、第五光耦繼電器及第六光耦繼電器均導(dǎo)通，所述第三光耦繼電器和第四光耦繼電器均斷開，控制所述低于平均電平值的蓄電池單體進(jìn)入所述充電狀態(tài)下充電。
[0014]其中，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值等于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號及所述第二控制信號均為高電平信號，則所述第一光耦繼電器和第二光耦繼電器均導(dǎo)通，所述第三光耦繼電器、第四光耦繼電器、第五光耦繼電器及第六光耦繼電器均斷開，保持所述正常狀態(tài)下繼續(xù)監(jiān)測所述與平均電平值相等的蓄電池單體。
[0015]實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果:
1、在本發(fā)明實施例中，由于監(jiān)測及均衡單元集成電壓監(jiān)測與電壓均衡于一體，區(qū)別于單一的電壓監(jiān)測或電壓均衡，裝置結(jié)合了實時在線監(jiān)測蓄電池電壓數(shù)據(jù)和均衡蓄電池電壓的功能，其功能更加豐富，并且不增加占地空間或接線數(shù)量；
2、在本發(fā)明實施例中，由于針對每一個蓄電池單體，均有一個監(jiān)測及均衡單元對應(yīng)安裝，該監(jiān)測及均衡單元體積小，便于分散式安裝在蓄電池單體上，無須將許多蓄電池單體電池電壓信號線引入在線監(jiān)測主機，從而大幅度降低系統(tǒng)安裝調(diào)試或維護的工作量；
3、在本發(fā)明實施例中，由于監(jiān)測及均衡單元利用光耦繼電器實現(xiàn)電壓采集與均衡。相比于傳統(tǒng)的采集回路，光耦繼電器的反應(yīng)時間更快捷，可實現(xiàn)實時在線無間斷的采集功能，且壽命長、缺陷少、更易于長時間使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本發(fā)明的范疇。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置的一結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例提供的用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置的又一結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例提供的用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置的應(yīng)用場景示意圖。

【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置，其與相互串聯(lián)形成一個或多個蓄電池組的每一蓄電池單體4均相連，包括多個監(jiān)測及均衡單元1、一數(shù)模采集芯片2以及一中央處理器3 ;其中，
每一監(jiān)測及均衡單元I分別對應(yīng)與一蓄電池單體4相連，還與數(shù)模采集芯片2及中央處理器3相連，用于檢測相連蓄電池單體4的電壓信號，并將檢測到的電壓信號輸出給數(shù)模采集芯片2，以及接收中央處理器3輸出的控制信號，并根據(jù)接收到的控制信號來控制相連蓄電池單體的工作狀態(tài)；其中，控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，工作狀態(tài)包括充電狀態(tài)、放電狀態(tài)和正常狀態(tài)；
數(shù)模采集芯片2還與中央處理器3通過RS485方式相連，用于獲取每一監(jiān)測及均衡單元I輸出的蓄電池單體4的電壓信號，并將獲取的每一蓄電池單體4的電壓信號轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的數(shù)字信號輸出給中央處理器3 ；
中央處理器3，用于統(tǒng)計每一蓄電池單體4對應(yīng)數(shù)字信號的電平值，且計算出每一蓄電池單體4所屬蓄電池組的平均電平值，將所統(tǒng)計的每一蓄電池單體4對應(yīng)數(shù)字信號的電平值分別與其所屬蓄電池組的平均電平值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出控制信號給對應(yīng)的監(jiān)測及均衡單元I。
[0020]本發(fā)明實施例中，針對每一個蓄電池單體4，均有一個監(jiān)測及均衡單元I對應(yīng)安裝，該監(jiān)測及均衡單元I體積小，便于分散式安裝在蓄電池單體4上，無須將許多蓄電池單體4電池電壓信號線引入在線監(jiān)測主機，從而大幅度降低系統(tǒng)安裝調(diào)試或維護的工作量。
[0021]由于監(jiān)測及均衡單元3集成電壓監(jiān)測和電壓均衡于一體，因此該監(jiān)測及均衡單元3包括與同一蓄電池單體4相連的監(jiān)測模塊11、放電模塊12以及充電模塊13，其中，監(jiān)測模塊11還與數(shù)模采集芯片2相連，放電模塊12還與負(fù)載5及中央處理器2相連，充電模塊13還與內(nèi)置充電電源6及中央處理器3相連?？梢岳斫獾氖?，與放電模塊12的負(fù)載在于分壓從而起到蓄電池單體4放電的效果，內(nèi)置充電電源6在于給蓄電池單體4提供充電電壓。
[0022]監(jiān)測模塊11所檢測到的蓄電池單體4的電壓信號進(jìn)入中央處理器3進(jìn)行分析處理后，會對蓄電池單體4的三種工作狀態(tài)產(chǎn)生對應(yīng)的三種方式來實現(xiàn):
第一種方式為放電狀態(tài)的實現(xiàn)，當(dāng)一蓄電池單體4的電壓信號的電平值高于其所屬蓄電池組的平均電平值時，中央處理器3輸出的第一控制信號為低電平信號且輸出的第二控制信號為高電平信號，則監(jiān)測及均衡單元I確定放電模塊12為當(dāng)前工作模塊，并控制高于平均電平值的蓄電池單體4進(jìn)入放電狀態(tài)下放電；
第二種方式為放電狀態(tài)的實現(xiàn)，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值低于其所屬蓄電池組的平均電平值時，中央處理器3輸出的第一控制信號為高電平信號且輸出的第二控制信號為低電平信號，則監(jiān)測及均衡單元I確定充電模塊13為當(dāng)前工作模塊，并控制低于平均電平值的蓄電池單體4進(jìn)入充電狀態(tài)下充電；
第三種方式為正常狀態(tài)的實現(xiàn)，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值等于其所屬蓄電池組的平均電平值時，中央處理器3輸出的第一控制信號及第二控制信號均為高電平信號，則監(jiān)測及均衡單元I確定監(jiān)測模塊11為當(dāng)前工作模塊，保持正常狀態(tài)下繼續(xù)監(jiān)測與平均電平值相等的蓄電池單體4。
[0023]如圖2所示，為了實現(xiàn)實時在線無間斷的采集功能，反應(yīng)時間更快捷，且壽命長、缺陷少、更易于長時間使用，監(jiān)測及均衡單元3中的監(jiān)測模塊11、放電模塊12以及充電模塊13均采用雙路光耦繼電器。
[0024](I)監(jiān)測模塊11包括第一光耦繼電器A和第二光耦繼電器B ;其中，
第一光耦繼電器A包括第一發(fā)光二極管Al和第一常開觸點A2 ;第一發(fā)光二極管Al的正極(+ )與中央處理器3的VCC引腳相連，負(fù)極(_)與中央處理器3的Bn+引腳相連；第一常開觸點A2的一端與相連蓄電池單體4的正極( + )，另一端與數(shù)模采集芯片2的正極(+ )相連；
第二光耦繼電器包括第二發(fā)光二極管BI和第二常開觸點B2 ;第二發(fā)光二極管BI的正極(+ )與中央處理器3的VCC引腳相連，負(fù)極(_)與中央處理器3的Bn-引腳相連；第二常開觸點B2的一端與相連蓄電池單體4的負(fù)極(-)相連，另一端與數(shù)模采集芯片2的負(fù)極(-)相連；
其中，η為正整數(shù)；VCC引腳用于中央處理器3輸出內(nèi)部工作電壓信號，內(nèi)部工作電壓信號為高電平信號；所述Bn+引腳和Bn-引腳均用于中央處理器3輸出低電平信號。
[0025]應(yīng)當(dāng)說明的是，為了能夠?qū)崟r采集每一蓄電池單體4的電壓信號，其Bn+引腳和Bn-引腳所提供的信號的電平必須為低于VCC引腳提供的信號電平，即一直為低電平信號。
[0026]同時，應(yīng)當(dāng)說明的是，每一蓄電池單體4都對應(yīng)安裝一監(jiān)測及均衡單元1，監(jiān)測及均衡單元I所采集的電壓信號也將不同，從而針對每一蓄電池單體4，需要監(jiān)測模塊11與中央處理器3所相連的Bn+引腳和Bn-引腳不相同。作為一個例子，一蓄電池單體B1對應(yīng)與監(jiān)測模塊相連的中央處理器的引腳為(BI+、B1-),另一蓄電池單體a2對應(yīng)與監(jiān)測模塊相連的中央處理器的引腳為(B2+、B2-)，依次類推，得到第η個蓄電池單體an對應(yīng)與監(jiān)測模塊相連的中央處理器的引腳為(Bn+、Bn-)。
[0027](2)放電模塊12包括第三光耦繼電器J和第四光耦繼電器K ;其中，
第三光耦繼電器J包括第三發(fā)光二極管Jl和第三常開觸點J2 ;第三發(fā)光二極管Jl的正極(+ )與中央處理器3的VCC引腳相連，負(fù)極(_)與中央處理器3的JH-引腳相連；第三常開觸點J2的一端與數(shù)模采集芯片2的正極( + )，另一端與負(fù)載5的一端相連；
第四光耦繼電器K包括第四發(fā)光二極管Kl和第四常開觸點K2 ;第四發(fā)光二極管Kl的正極(+ )與中央處理器3的VCC引腳相連，負(fù)極(_)與中央處理器3的JH-引腳相連；第三常開觸點K2的一端與數(shù)模采集芯片2的負(fù)極(_)，另一端與負(fù)載5的另一端相連；其中，JH-引腳用于中央處理器3輸出第一控制信號；
(3)充電模塊13包括第五光稱繼電器L和第六光稱繼電器M ;其中，
第五光耦繼電器L包括第五發(fā)光二極管LI和第五常開觸點L2 ;第五發(fā)光二極管LI的正極(+ )與中央處理器3的VCC引腳相連，負(fù)極(-)與中央處理器3的JH+引腳相連；第五常開觸點L2的一端與數(shù)模采集芯片2的正極( + )，另一端與內(nèi)置充電電源6的一端相連；第六光耦繼電器M包括第六發(fā)光二極管Ml和第六常開觸點M2 ;第六發(fā)光二極管Ml的正極(+ )與中央處理器3的VCC引腳相連，負(fù)極(_)與中央處理器3的JH+引腳相連；第六常開觸點M2的一端與數(shù)模采集芯片2的負(fù)極(_)，另一端與內(nèi)置充電電源6的另一端相連；其中，JH+引腳用于中央處理器3輸出第二控制信號。
[0028]因此，也存在有實現(xiàn)蓄電池單體4的三種工作狀態(tài)的方式: 第一種方式為放電狀態(tài)的實現(xiàn)，當(dāng)一蓄電池單體4的電壓信號的電平值高于其所屬蓄電池組的平均電平值時，中央處理器3輸出的第一控制信號為低電平信號且輸出的第二控制信號為高電平信號，則第一光耦繼電器A、第二光耦繼電器B、第三光耦繼電器J及第四光耦繼電器K均導(dǎo)通，第五光耦繼電器L和第六光耦繼電器M均斷開，控制高于平均電平值的蓄電池單體4進(jìn)入放電狀態(tài)下放電；
第二種方式為充電狀態(tài)的實現(xiàn)，當(dāng)一蓄電池單體4的電壓信號的電平值低于其所屬蓄電池組的平均電平值時，中央處理器3輸出的第一控制信號為高電平信號且輸出的第二控制信號為低電平信號，則第一光稱繼電器A、第二光稱繼電器B、第五光稱繼電器L及第六光耦繼電器M均導(dǎo)通，第三光耦繼電器J和第四光耦繼電器K均斷開，控制低于平均電平值的蓄電池單體4進(jìn)入充電狀態(tài)下充電。
[0029]第二種方式為正常狀態(tài)的實現(xiàn)，當(dāng)一蓄電池單體4的電壓信號的電平值等于其所屬蓄電池組的平均電平值時，中央處理器3輸出的第一控制信號及第二控制信號均為高電平信號，則第一光耦繼電器A和第二光耦繼電器B均導(dǎo)通，第三光耦繼電器J、第四光耦繼電器K、第五光耦繼電器L及第六光耦繼電器M均斷開，保持正常狀態(tài)下繼續(xù)監(jiān)測與平均電平值相等的蓄電池單體4。
[0030]應(yīng)當(dāng)說明的是，任一光耦繼電器的導(dǎo)通是因其所包括的發(fā)光二極管工作發(fā)光，使得其所包括的常開觸點閉合而實現(xiàn)；同理，任一光耦繼電器的斷開是因為其所包括的發(fā)光二極管不工作，使得其所包括的常開觸點斷開而實現(xiàn)。
[0031]作為一個例子，僅針對一個蓄電池單體安裝本發(fā)明實施例提供的用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置，如圖3所示，對該裝置應(yīng)用場景進(jìn)一步說明:
圖中，監(jiān)測及均衡單元包括雙路光耦繼電器I (型號AQW214)形成的監(jiān)測模塊，雙路光耦繼電器II (型號AQW214)形成的放電模塊，雙路光耦繼電器III (型號AQW214)形成的充電模塊，其中，雙路光耦繼電器I包括光耦繼電器A和光耦繼電器B ;芯片AD7705為數(shù)模采集芯片；CPU單元為中央處理器；L0AD為負(fù)載；P0WER為內(nèi)置充電電源；
(一)監(jiān)測模塊的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系如下:
(I)雙路光耦繼電器I中光耦繼電器A的端子I和光耦繼電器B的端子3引接至CPU電源接口以獲得工作電源VCC，光耦繼電器A的端子2和光耦繼電器B的端子4分別弓丨接至CPU輸出接口 Bn+、Bn-處，光耦繼電器A的端子7和光耦繼電器B的端子5分別引接至AD采集芯片AD7705的正極、負(fù)極輸入端，光耦繼電器A的端子8和光耦繼電器B的端子6分別引接至蓄電池單體正極、負(fù)極處。
[0032](2)光耦繼電器A和B，其觸點均為常開狀態(tài)；光耦繼電器A輸入端引接至端子1、2，輸出端引接至端子7、8 ;光耦繼電器B輸入端引接至端子3、4，輸出端引接至端子5、6;
電壓監(jiān)測的工作原理為:光耦繼電器A、B通過輸入端的電壓信號使得發(fā)光二極管發(fā)出光線，輸出端受光體接收光信號后常開觸電閉合，即端子7與端子8連通，端子6與端子5連通，蓄電池單體與AD采集芯片形成回路，從而將蓄電池的單體電壓信號傳輸至AD采集芯片進(jìn)行計算，AD采集芯片接收蓄電池單體電壓信號，完成電壓信號模數(shù)轉(zhuǎn)換后上送所有電壓信號至CPU單元，CPU單元完成整組蓄電池平均電壓的計算，并完成蓄電池單體電壓與整組蓄電池平均電壓的比較，輸出低電平控制信號至光耦繼電器的端子2、4以控制電壓監(jiān)測及均衡功能的實現(xiàn)； 具體為，對于模塊內(nèi)的光I禹繼電器A, CPU單兀輸出低電平信號VO至模塊的端子2,由于VCC大于V0，則發(fā)光二極管導(dǎo)通，并發(fā)出光線號，光耦繼電器A輸出端常開觸點閉合，即端子7與8導(dǎo)通，蓄電池單體正極電位VN+通過端子7、8傳輸至AD采集芯片正極；
對于模塊內(nèi)的光I禹繼電器B,CPU單兀輸出低電平信號VO至模塊的端子4,由于VCC大于V0，則發(fā)光二極管導(dǎo)通，并發(fā)出光線號，光耦繼電器B輸出端常開觸點閉合，即端子6與5導(dǎo)通，蓄電池單體負(fù)極電位VN-通過端子6、5傳輸至AD采集芯片負(fù)極；
通過光耦繼電器A、B的觸點閉合，光耦繼電器A、B與AD采集芯片形成回路，輸入采集芯片的電壓即為蓄電池單體電壓VN+-VN-，每個蓄電池單體的電壓采集程序耗時50-60ms。
[0033](二)放電模塊和放電模塊組成的電壓均衡電路的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系如下:
(3)雙路繼電器I1、III的端子1、3均引接至CPU電源接口以獲得工作電源VCC，雙路光耦繼電器II的端子2、4引接至CPU單元的輸出接口 JH-以接收放電信號；雙路光耦繼電器III端子2、4引接至CPU單元的輸出接口 JH+以接收充電信號；
(4)雙路光耦繼電器I1、III的端子8均引接至蓄電池單體正極處、端子6均引接至蓄電池單體負(fù)極處，雙路光耦繼電器II的端子7、5之間連接放電電阻LOAD的兩端，雙路光耦繼電器III的端子7、5之間連接充電電源POWER的兩端；
電壓均衡的工作原理具體為:AD采集芯片在完成蓄電池電壓采集后，上送所有電壓信號至CPU單元，CPU計算出電池的平均電壓，并與每個蓄電池單體電壓比較；
若蓄電池單體電壓Vn高于平均電壓Va，CPU單元輸出低電平信號VJH-至雙路光耦繼電器II的端子2和端子4，高電平信號VJH+至雙路光耦繼電器III的端子2和端子4 ;對于單體電壓高于平均電壓的蓄電池，工作電位VCC大于VJH-,雙路光稱繼電器II的輸出端常開觸點閉合，工作電位VCC小于VJH+，雙路光耦繼電器III的輸出端常開觸點斷開，此時光耦繼電器II上的端子7、8導(dǎo)通，端子6、5導(dǎo)通，蓄電池單體與模塊內(nèi)置電阻LOAD形成回路，蓄電池單體對電阻進(jìn)行放電；當(dāng)蓄電池單體電壓Vn=平均電壓Va時，CPU停止輸出低電平信號VJH-并轉(zhuǎn)變成輸出高電平信號，則雙路光耦繼電器II和III的輸出端常開觸點均斷開，恢復(fù)單一的在線電壓監(jiān)測模式；
若蓄電池單體電壓Vn低于平均電壓Va，CPU單元輸出低電平信號VJH+至雙路光耦繼電器III的端子2和端子4，高電平信號VJH-至雙路光耦繼電器II的端子2和端子4 ;對于單體電壓低于平均電壓的蓄電池，工作電位VCC大于VJH+,雙路光稱繼電器III的輸出端常開觸點閉合，工作電位VCC小于VJH-，雙路光耦繼電器II的輸出端常開觸點斷開，此時雙路光耦繼電器III的端子7、8導(dǎo)通，端子6、5導(dǎo)通，蓄電池單體與模塊內(nèi)置充電電源POWER形成回路，內(nèi)置充電電源POWER對蓄電池單體進(jìn)行充電，當(dāng)蓄電池單體電壓Vn=平均電壓Va時，CPU停止輸出低電平信號VJH+并轉(zhuǎn)變成輸出高電平信號，則雙路光耦繼電器II和III的輸出端常開觸點均斷開，恢復(fù)單一的在線電壓監(jiān)測模式。
[0034]實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果:
1、在本發(fā)明實施例中，由于監(jiān)測及均衡單元集成電壓監(jiān)測與電壓均衡于一體，區(qū)別于單一的電壓監(jiān)測或電壓均衡，裝置結(jié)合了實時在線監(jiān)測蓄電池電壓數(shù)據(jù)和均衡蓄電池電壓的功能，其功能更加豐富，并且不增加占地空間或接線數(shù)量；
2、在本發(fā)明實施例中，由于針對每一個蓄電池單體，均有一個監(jiān)測及均衡單元對應(yīng)安裝，該監(jiān)測及均衡單元體積小，便于分散式安裝在蓄電池單體上，無須將許多蓄電池單體電池電壓信號線引入在線監(jiān)測主機，從而大幅度降低系統(tǒng)安裝調(diào)試或維護的工作量；
3、在本發(fā)明實施例中，由于監(jiān)測及均衡單元利用光耦繼電器實現(xiàn)電壓采集與均衡。相比于傳統(tǒng)的采集回路，光耦繼電器的反應(yīng)時間更快捷，可實現(xiàn)實時在線無間斷的采集功能，且壽命長、缺陷少、更易于長時間使用。
[0035]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，所述的存儲介質(zhì)，如R0M/RAM、磁盤、光盤等。
[0036]以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)測及均衡蓄電池電壓的裝置，其與相互串聯(lián)形成一個或多個蓄電池組的每一蓄電池單體均相連，其特征在于，包括多個監(jiān)測及均衡單元、一數(shù)模采集芯片以及一中央處理器；其中， 每一監(jiān)測及均衡單元分別對應(yīng)與一蓄電池單體相連，還與所述數(shù)模采集芯片及所述中央處理器相連，用于檢測相連蓄電池單體的電壓信號，并將所述檢測到的電壓信號輸出給所述數(shù)模采集芯片，以及接收所述中央處理器輸出的控制信號，并根據(jù)所述接收到的控制信號來控制所述相連蓄電池單體的工作狀態(tài)；其中，所述控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，所述工作狀態(tài)包括充電狀態(tài)、放電狀態(tài)和正常狀態(tài)； 所述數(shù)模采集芯片還與所述中央處理器相連，用于獲取所述每一監(jiān)測及均衡單元輸出的蓄電池單體的電壓信號，并將所述獲取的每一蓄電池單體的電壓信號轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的數(shù)字信號輸出給所述中央處理器； 所述中央處理器，用于統(tǒng)計所述每一蓄電池單體對應(yīng)數(shù)字信號的電平值，且計算出每一蓄電池單體所屬蓄電池組的平均電平值，將所述統(tǒng)計的每一蓄電池單體對應(yīng)數(shù)字信號的電平值分別與其所屬蓄電池組的平均電平值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出所述控制信號給對應(yīng)的監(jiān)測及均衡單元。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述監(jiān)測及均衡單元包括與同一蓄電池單體相連的監(jiān)測模塊、放電模塊以及充電模塊，其中，所述監(jiān)測模塊還與所述數(shù)模采集芯片相連，所述放電模塊還與負(fù)載及所述中央處理器相連，所述充電模塊還與內(nèi)置充電電源及所述中央處理器相連。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值高于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號為低電平信號且輸出的所述第二控制信號為高電平信號，則所述監(jiān)測及均衡單元確定所述放電模塊為當(dāng)前工作模塊，并控制所述高于平均電平值的蓄電池單體進(jìn)入所述放電狀態(tài)下放電。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值低于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號為高電平信號且輸出的所述第二控制信號為低電平信號，則所述監(jiān)測及均衡單元確定所述充電模塊為當(dāng)前工作模塊，并控制所述低于平均電平值的蓄電池單體進(jìn)入所述充電狀態(tài)下充電。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值等于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號及所述第二控制信號均為高電平信號，則所述監(jiān)測及均衡單元確定所述監(jiān)測模塊為當(dāng)前工作模塊，保持所述正常狀態(tài)下繼續(xù)監(jiān)測所述與平均電平值相等的蓄電池單體。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述監(jiān)測模塊包括第一光耦繼電器和第二光耦繼電器；其中，所述第一光耦繼電器包括第一發(fā)光二極管和第一常開觸點；所述第一發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的Bn+引腳相連；第一常開觸點的一端與所述相連蓄電池單體的正極，另一端與所述數(shù)模采集芯片的正極相連；所述第二光耦繼電器包括第二發(fā)光二極管和第二常開觸點；所述第二發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的Bn-引腳相連；第二常開觸點的一端與所述相連蓄電池單體的負(fù)極相連，另一端與所述數(shù)模采集芯片的負(fù)極相連；其中，η為正整數(shù)；所述VCC引腳用于所述中央處理器輸出內(nèi)部工作電壓信號，所述內(nèi)部工作電壓信號為高電平信號；所述Bn+引腳和Bn-引腳均用于所述中央處理器輸出低電平信號; 所述放電模塊包括第三光耦繼電器和第四光耦繼電器；其中，所述第三光耦繼電器包括第三發(fā)光二極管和第三常開觸點；所述第三發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的JH-引腳相連；第三常開觸點的一端與所述數(shù)模采集芯片的正極，另一端與所述負(fù)載的一端相連；所述第四光耦繼電器包括第四發(fā)光二極管和第四常開觸點；所述第四發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的JH-引腳相連；第三常開觸點的一端與所述數(shù)模采集芯片的負(fù)極，另一端與所述負(fù)載的另一端相連；其中，所述JH-引腳用于所述中央處理器輸出所述第一控制信號; 所述充電模塊包括第五光耦繼電器和第六光耦繼電器；其中，所述第五光耦繼電器包括第五發(fā)光二極管和第五常開觸點；所述第五發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的JH+引腳相連；第五常開觸點的一端與所述數(shù)模采集芯片的正極，另一端與所述內(nèi)置充電電源的一端相連；所述第六光稱繼電器包括第六發(fā)光二極管和第六常開觸點；所述第六發(fā)光二極管的正極與所述中央處理器的VCC引腳相連，負(fù)極與所述中央處理器的JH+引腳相連；第六常開觸點的一端與所述數(shù)模采集芯片的負(fù)極，另一端與所述內(nèi)置充電電源的另一端相連；其中，所述JH+引腳用于所述中央處理器輸出所述第二控制信號。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值高于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號為低電平信號且輸出的所述第二控制信號為高電平信號，則所述第一光耦繼電器、第二光耦繼電器、第三光耦繼電器及第四光耦繼電器均導(dǎo)通，所述第五光耦繼電器和第六光耦繼電器均斷開，控制所述高于平均電平值的蓄電池單體進(jìn)入所述放電狀態(tài)下放電。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值低于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號為高電平信號且輸出的所述第二控制信號為低電平信號，則所述第一光稱繼電器、第二光稱繼電器、第五光耦繼電器及第六光耦繼電器均導(dǎo)通，所述第三光耦繼電器和第四光耦繼電器均斷開，控制所述低于平均電平值的蓄電池單體進(jìn)入所述充電狀態(tài)下充電。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，當(dāng)一蓄電池單體的電壓信號的電平值等于其所屬蓄電池組的平均電平值時，所述中央處理器輸出的所述第一控制信號及所述第二控制信號均為高電平信號，則所述第一光耦繼電器和第二光耦繼電器均導(dǎo)通，所述第三光耦繼電器、第四光耦繼電器、第五光耦繼電器及第六光耦繼電器均斷開，保持所述正常狀態(tài)下繼續(xù)監(jiān)測所述與平均電平值相等的蓄電池單體。
【文檔編號】H02J7/00GK104242392SQ201410458300
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】周永光, 佘楚云 申請人:深圳供電局有限公司