CN100413141C - 带有检测单元的蓄电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种带有检测单元的蓄电池组，包括电池检测单元和一组或多组相互并联的蓄电池子组，其中每个蓄电池子组包括多个相串联的单体蓄电池；其特征是：所述电池检测单元用于根据每个蓄电池子组的检测点电压检测该蓄电池子组的状态，它包括一个或多个检测电压输入端，分别与各个蓄电池子组的检测点电压输出端相连；所述检测点设置于蓄电池子组中单体蓄电池的串联节点处，检测点与检测点之间至少间隔两个单体蓄电池、或者检测点至少与一个端电压输出端之间至少间隔两个单体蓄电池。由于每个蓄电池子组中最少可以只设置一个检测点，这样就以最少的接线实现对蓄电池的实时检测，而且还可以把单体蓄电池之间连接部位的故障一并检测出来。

Description

带有检测单元的蓄电池组
【技术领域】
本发明涉及一种带有检测单元的蓄电池组。
【背景技术】
在电信运营商通信电源设备中，蓄电池占了很大一部分投资，所以运营商对蓄电池的维护非常重视。对于蓄电池维护的研究和相关设备很多。但大多数都是通过检测每个单体电池的端电压来进行判断，根据电池的工作原理，到一节电池处于故障状态时，放电时它的端电压就比正常情况下低很多，例如一节12V的单体电池正常刚开始放电时大约12V，但故障的电池就会在10.5V以下。如图1所示就是按照上述思路设计的一种现有技术，这个方案相对来说检测比较精确，但是接线较多，对于每节电池都需要两根采样线，方案较复杂，成本较贵。对于非电池本身的故障不能检测出。如由于电池间连接线接触不好导致电池间接触电阻增大该方案就不能检测出。
【发明内容】
本发明的目的就是为了解决现有技术的上述接线多、非电池本身的故障不能检出的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种带有检测单元的蓄电池组，包括电池检测单元和一组或多组相互并联的蓄电池子组，其中每个蓄电池子组包括多个相串联的单体蓄电池；其特征是：所述电池检测单元用于根据每个蓄电池子组的检测点电压检测该蓄电池子组的状态，它包括一个或多个检测电压输入端，分别与各个蓄电池子组的检测点电压输出端相连；所述检测点设置于蓄电池子组中单体蓄电池的串联节点处，检测点与检测点之间至少间隔两个单体蓄电池、或者检测点与至少一个端电压输出端之间间隔至少两个单体蓄电池。
根据本发明实施例，每个蓄电池子组仅包括一个检测点，设置在位于靠近蓄电池子组的中点而远离蓄电池组的端电压输出端的节点处。
在最佳实施例中，所述蓄电池子组中包括偶数个单体蓄电池，所述述检测点是蓄电池子组的中点。
根据本发明实施例，所述电池检测单元包括检测点理想电压形成电路、中点电压检测补偿电路、检测点实际电压检测电路和检测点电压比较电路，所述中点电压检测补偿电路的输入端与检测点理想电压形成电路的输出端相连，所述检测点电压比较电路的输入端分别与中点电压检测补偿电路的输出端、检测点实际电压检测电路输出端相连；所述检测点理想电压形成电路输入端与蓄电池组的端电压输入端相连，所述检测点实际电压检测电路输入端与检测点相连。
根据本发明实施例，所述检测点电压比较电路包括检测点电压正比较电路、检测点电压负比较电路、正比较电压基准形成电路、负比较电压基准形成电路；所述正比较电压基准形成电路和负比较电压基准形成电路的输入端分别与中点电压检测补偿电路的输出端相连，用于形成检测点理想电压的正向和负向最大允许值，其输出端分别与所述检测点电压正比较电路和检测点电压负比较电路相连。
根据本发明实施例，所述检测点电压比较电路包括检测点电压正比较电路、检测点电压负比较电路、正比较电压基准形成电路、负比较电压基准形成电路；所述正比较电压基准形成电路与中点电压检测补偿电路的输出端相连，用于形成检测点理想电压的正向最大允许值，所述负比较电压基准形成电路的输入端与正比较电压基准形成电路的输出端相连，用于形成检测点理想电压的负向最大允许值，所述正比较电压基准形成电路和负比较电压基准形成电路的输出端分别与所述检测点电压正比较电路和检测点电压负比较电路相连。
根据本发明实施例，所述检测点实际电压检测电路包括一组或多组相串联的保护二极管，每组二极管串联后其阳极接负比较电压基准形成电路，阴极接正比较电压基准形成电路，其串联接点接其中一组蓄电池子组的检测点；所述检测点理想电压形成电路包括串联后接于蓄电池组端电压输出端的两个或多个分压电阻，所述检测点理想电压形成于分压电阻的一个串联接点上。
根据本发明实施例，所述中点电压检测补偿电路包括补偿二极管和运算放大器。
根据本发明实施例，所述正比较电压基准形成电路包括一组相串联的基准电阻和多段开关，所述多段开关的多个输入端分别与基准电阻的各个串联节点相连，所述多段开关的输出端用于产生检测点理想电压的正向最大允许偏离值；所述负比较电压基准形成电路包括反相器，反相器的输入端与多段开关的输出端相连，反相器输出端输出检测点理想电压的负向最大允许偏离值。
由于采用了以上的方案，检测点与检测点之间至少间隔两个单体蓄电池，也就是说，每间隔两个或两个以上的单体蓄电池才有一个接线，大大减少了接线数量。而且，按照本发明，每个蓄电池子组中最少可以只设置一个检测点，这样就以最少的接线实现对蓄电池的实时检测。同时，由于检测的是两个或多个单体蓄电池串联后的电压值，这样就可以把单体蓄电池之间连接部位的故障一并检测出来。
每个蓄电池子组仅包括一个检测点，设置在位于靠近蓄电池子组的中点而远离蓄电池组的端电压输出端的节点处。这样不但检测点数量最少，检测精度也高。
当所述蓄电池子组中包括偶数个单体蓄电池时，将所述述检测点设置于蓄电池子组的中点，这样可以获得最佳的检测效果。
所述电池检测单元包括检测点理想电压形成电路、检测点实际电压检测电路和检测点电压比较电路，这样，利用蓄电池组自身的电压形成理想电压以便与检测电压相比较，不需增设另外的标准蓄电池，也不需增加单片机等器件，实现简单、成本低。
所述检测点电压比较电路包括检测点电压正比较电路、检测点电压负比较电路、正比较电压基准形成电路、负比较电压基准形成电路；用分立元件进一步实现电压正负偏离值的比较，进一步节省成本。
所述检测点实际电压检测电路包括一组或多组相串联的保护二极管，可防止电极接反时对电路造成损坏。
中点电压检测补偿电路则可以补偿上述保护二极管所带来的电压变化。
所述正比较电压基准形成电路和负比较电压基准形成电路的具体电路形式使得本发明可以以最简单的形式产生检测点理想电压的正向和负向最大允许偏离值。
【附图说明】
图1是现有技术中的一种蓄电池检测示意图。
图2A、2B、2C、2D是本发明几种实施例的原理示意图。
图3A是本发明检测单元实施例示意图。
图3B是本发明检测单元另一种实施例示意图。
图3C是本发明检测单元另一种实施例示意图。
图4A是本发明检测单元实施例的具体电路图的第一部分；
图4B是本发明检测单元实施例的具体电路图的第二部分；
图4C是本发明检测单元实施例的具体电路图的第三部分。
【具体实施方式】
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本发明主要的特点是通过检测每组蓄电池子组中数量比单体蓄电池少得多的检测点电压来判断该电池子组故障。当检测到蓄电池子组故障时，通过告警干接点进行告警。每组蓄电池子组最少只需接三根线，该方案简单实用，成本低。具体接线图如图2A-2D所示。
实施例一：
图2A是实施例一的原理示意图，它包括电池检测单元30和一组或多组相互并联的蓄电池子组20，其中每个蓄电池子组20包括多个相串联的单体蓄电池；电池检测单元30用于根据每个蓄电池子组20的检测点电压检测该蓄电池子组的状态，它包括一个或多个检测电压输入端，分别与各个蓄电池子组的检测点电压输出端26相连；检测点设置于蓄电池子组的中点处(蓄电池子组中含有偶数个单体蓄电池，因此可以有真正的中点)。此时每组蓄电池子组最少只需接三根线。
图3A所示是本实施例的电池检测单元30的方框示意图，它包括检测点理想电压形成电路32、中点电压检测补偿电路33、检测点实际电压检测电路34、检测点电压比较电路36和告警输出电路38，检测点电压比较电路36的输出端与告警输出电路38相连，其输入端分别与中点电压检测补偿电路33、检测点实际电压检测电路34相连；中点电压检测补偿电路33的输入端与检测点理想电压形成电路32相连，检测点理想电压形成电路32输入端与蓄电池组的端电压输入端相连，检测点实际电压检测电路34与检测点相连。
图3B是图3A中检测点电压比较电路36进一步细化后的方框图，检测点电压比较电路36包括检测点电压正比较电路36A、检测点电压负比较电路36B、正比较电压基准形成电路36C、负比较电压基准形成电路36D；正比较电压基准形成电路36C、负比较电压基准形成电路36D的输入端分别与中点电压检测补偿电路33的输出端相连，而中点电压检测补偿电路33的输入端则与检测点理想电压形成电路32相连，用于形成检测点理想电压的正向和负向最大允许值，正比较电压基准形成电路36C、负比较电压基准形成电路36D的输出端分别与检测点电压正比较电路36A和检测点电压负比较电路36B相连。
注意图3A和图3B也可以看成是两个不同的实施例，其中图3A是直接比较，图3B是先产生正负比较基准，然后再进行比较。
图3C是另一种方案图3A中检测点电压比较电路36进一步细化后的方框图，与图3B不同的是，正比较电压基准形成电路36C与中点电压检测补偿电路33相连，而负比较电压基准形成电路36D与正比较电压基准形成电路36C相连，也就是说，负比较电压基准是通过正比较电压基准转换后产生的，下述图4B中就是采用此种接法。
如图4A所示，检测点实际电压检测电路34包括一组或多组(其组数与蓄电池子组的组数相同)相串联的保护二极管D6-D13，其串联接点接其中一组蓄电池子组的检测点，图4A中是通过接线端子J2、J3接入的。之所以采用二极管，主要是为了防止电极接反所带来的损害。但接上二极管后，造成检测的实际电压与真正的实际电压不一致，相差0.7V，每组二极管串联后其阳极端比中点实际电压大0.7V(图4A中Vmini，接负比较电压基准形成电路36D)，阴极端比中点实际电压小0.7V(图4A中Vmax，接正比较电压基准形成电路36C)，因而需要在形成理想中点电压时也做相应的补偿，这就是图3B中中点电压补偿电路33所起的作用，下面将进一步解释。
如图4A所示，电池组端电压通过电阻R2，R3，D1形成24VDC的电压，Q1，Q2与R2，R3，D1形成一个电压跟随器，作为本电路的辅助电源。电池组端电压是通过接线端子J1接入的。
如图4B所示，检测点理想电压形成电路32包括串联后接于蓄电池组端电压输出端22、24的两个或多个分压电阻R8、R9，检测点理想电压形成于分压电阻R8、R9的一个串联接点上。中点电压检测补偿电路33包括与分压电阻R8、R9相串联的补偿二极管D14、D15以及运放U1。图3B中的中点电压检测补偿电路33是通过D14、D15、U1形成的电压跟随器来补偿在实际检测中点电压时出现的正负0.7V的二极管的管压降。
如图4B所示，正比较电压基准形成电路36C包括一组相串联的电阻基准R11-R16和多段开关SW1，多段开关SW1的多个输入端分别与基准电阻R11-R16的各个串联节点相连，其输出端用于产生检测点理想电压的正向最大允许偏离值；负比较电压基准形成电路36D包括反相器U2，它的输入端与多段开关SW1的输出端相连，其输出端输出检测点理想电压的负向最大允许偏离值。
如图4C所示，是告警灯和告警信号输出部分示意图。
本实施例的操作原理如下：
当蓄电池子组出现断路和短路故障时或者蓄电池子组中某节电池出现故障时，该蓄电池子组的中点电压就会出现偏离。该电路通过检测四组蓄电池子组的中点电压与中点理想电压相比较，当偏离值达到一定程度时就认为该蓄电池子组出现故障，从而驱动告警继电器进行告警。偏离值可以进行调节(例如本实施例中正比较电压基准形成电路36C和负比较电压基准形成电路36D就是用于对偏离值进行预设)。
检测点除可以设置于蓄电池子组的中点处外，还可以有以下变通的设置：
实施例二：
如图2B、2C所示，每个蓄电池子组20仍然是仅包括一个检测点，设置在位于靠近蓄电池子组的中点而远离蓄电池组的端电压输出端的节点处，而非严格位于中点(当单体蓄电池个数为奇数个时，将不存在严格的中点，本实施例就尤其有用)。
按照实施例一、二，可以实现以最少的接线对蓄电池进行实时检测，其原因解释如下：
(1)由于蓄电池组是一个或多个蓄电池子组和通信电源并联工作的，其中一组蓄电池子组出现故障时其蓄电池组端电压仍可以保持不变，因此单纯检测蓄电池组端电压是无法实现检测目的的。
(2)同样，当其中一个蓄电池子组出现故障时，它不但不能影整个蓄电池组的端电压，它也不能影响其邻近的或其他的蓄电池子组的工作，因此，只检测部分蓄电池子组的电压是不够的。
(3)由上可知，要想对蓄电池组进行实时检测，需要对每个蓄电池子组进行检测。
(4)本实施例在每个蓄电池子组中只设置了一个检测点，因此可以实现以最少的接线对蓄电池进行实时检测。也就是说，要实现对蓄电池进行实时检测，接线不能再少了。
实施例三：
如图2D所示，在每个蓄电池子组中，检测点不只一个，设置于蓄电池子组中单体蓄电池的串联节点处，检测点与检测点之间至少间隔两个单体蓄电池、或者检测点与端电压输出端22、24中的至少一个之间至少间隔两个单体蓄电池。这样做的优点是出现故障时可以更进一步定位出故障在蓄电池子组中的位置，而不象实施例一那样，只定位出是哪组蓄电池子组出现了故障。
但正如前面，蓄电池检测的目的是发现故障，只要发现了故障，剩下的问题——确定故障位置和后续处置就很容易处理了。因此，对比而言，发现故障要比定位故障位置重要得多，而实施例一、二用最少的接线实现了这一点，可见，三个实施例各自有其独特的优越性。

Claims (9)

1. 一种带有检测单元的蓄电池组，包括电池检测单元(30)和一组或多组相互并联的蓄电池子组(20)，其中每个蓄电池子组(20)包括多个相串联的单体蓄电池；其特征是：所述电池检测单元(30)用于根据每个蓄电池子组(20)的检测点电压检测该蓄电池子组的状态，它包括一个或多个检测电压输入端，分别与各个蓄电池子组的检测点电压输出端(26)相连；所述检测点设置于蓄电池子组中单体蓄电池的串联节点处，检测点与检测点之间至少间隔两个单体蓄电池、或者检测点与至少一个端电压输出端(22、24)之间间隔至少两个单体蓄电池。
2. 如权利要求1所述的带有检测单元的蓄电池组，其特征是：每个蓄电池子组(20)仅包括一个检测点，设置在位于靠近蓄电池子组的中点而远离蓄电池组的端电压输出端的节点处。
3. 如权利要求2所述的带有检测单元的蓄电池组，其特征是：所述蓄电池子组(20)中包括偶数个单体蓄电池，所述述检测点是蓄电池子组的中点。
4. 如权利要求1所述的带有检测单元的蓄电池组，其特征是：所述电池检测单元(30)包括检测点理想电压形成电路(32)、中点电压检测补偿电路(33)、检测点实际电压检测电路(34)和检测点电压比较电路(36)，所述中点电压检测补偿电路(33)的输入端与检测点理想电压形成电路(32)的输出端相连，所述检测点电压比较电路(36)的输入端分别与中点电压检测补偿电路(33)输出端、检测点实际电压检测电路(34)输出端相连；所述检测点理想电压形成电路(32)输入端与蓄电池组的端电压输入端相连，所述检测点实际电压检测电路(34)输入端与检测点相连。
5. 如权利要求4所述的带有检测单元的蓄电池组，其特征是：所述检测点电压比较电路(36)包括检测点电压正比较电路(36A)、检测点电压负比较电路(36B)、正比较电压基准形成电路(36C)、负比较电压基准形成电路(36D)；所述正比较电压基准形成电路(36C)和负比较电压基准形成电路(36D)的输入端分别与中点电压检测补偿电路(33)的输出端相连，用于形成检测点理想电压的正向和负向最大允许值，其输出端分别与所述检测点电压正比较电路(36A)和检测点电压负比较电路(36B)相连。
6. 如权利要求4所述的带有检测单元的蓄电池组，其特征是：所述检测点电压比较电路(36)包括检测点电压正比较电路(36A)、检测点电压负比较电路(36B)、正比较电压基准形成电路(36C)、负比较电压基准形成电路(36D)；所述正比较电压基准形成电路(36C)与中点电压检测补偿电路(33)的输出端相连，用于形成检测点理想电压的正向最大允许值，所述负比较电压基准形成电路(36D)的输入端与正比较电压基准形成电路(36C)的输出端相连，用于形成检测点理想电压的负向最大允许值，所述正比较电压基准形成电路(36C)和负比较电压基准形成电路(36D)的输出端分别与所述检测点电压正比较电路(36A)和检测点电压负比较电路(36B)相连。
7. 如权利要求6所述的带有检测单元的蓄电池组，其特征是：所述检测点实际电压检测电路(34)包括一组或多组相串联的保护二极管(D6-D13)，每组二极管串联后其阳极接负比较电压基准形成电路(36D)，阴极接正比较电压基准形成电路(36C)，其串联接点接其中一组蓄电池子组的检测点；所述检测点理想电压形成电路(32)包括串联后接于蓄电池组端电压输出端(22、24)的两个或多个分压电阻(R8、R9)，所述检测点理想电压形成于分压电阻(R8、R9)的一个串联接点上。
8. 如权利要求5或6所述的带有检测单元的蓄电池组，其特征是：所述中点电压检测补偿电路(33)包括补偿二极管(D14、D15)和运算放大器(U1)。
9. 如权利要求8所述的带有检测单元的蓄电池组，其特征是：所述正比较电压基准形成电路(36C)包括一组相串联的基准电阻(R11-R16)和多段开关(SW1)，所述多段开关(SW1)的多个输入端分别与基准电阻(R11-R16)的各个串联节点相连，所述多段开关(SW1)的输出端用于产生检测点理想电压的正向最大允许偏离值；所述负比较电压基准形成电路(36D)包括反相器(U2)，反相器(U2)的输入端与多段开关(SW1)的输出端相连，反相器(U2)输出端输出检测点理想电压的负向最大允许偏离值。
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