CN104051806B - 整组蓄电池及其维护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明整组蓄电池及其维护装置与维护方法，蓄电池维护装置与待维护整组蓄电池中蓄电池并联，维护装置中电压采集电路采集蓄电池两端电压值，驱动电路将采集到的电压值与预设电压阈值比对，当采集到的电压值高于预设电压阈值时，驱动恒流电路工作，当采集到的电压值低于预设电压阈值时，控制恒流电路退出，即外部电源给当前蓄电池施加电压，直至当前蓄电池电压正常。整个过程中，提高了整组电压均衡度，避免过充或欠充对单体性能(寿命)的影响，同时实现蓄电池组容量的提升，其工作效率高、性能优良。

Description

整组蓄电池及其维护装置
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，特别是涉及整组蓄电池及其维护装置与维护方法。
背景技术
电力等***中直流电源***是由充电装置、蓄电池、馈出回路、调压装置和相关的控制、测量、信号、保护、调节单元等设备组成，为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的工作电源，是电力***安全运行的重要一环，直流***自身的可靠及安全直接影响到整个电力***的安全。而随着变电站直流***投运时间的不断增加，直流***中暴露的问题也屡见不鲜，其中最突出的问题在于：长期运行的蓄电池组会出现较多电池落后、劣化，造成一致性差异，最终导致整组蓄电池性能下降的恶性循环。
为了提高蓄电池的运行效率，减少上文所述问题的发生，目前广泛采用的改进措施主要分为以下两种：1)蓄电池充放电机制的改进，如采用脉冲间歇式充电方式，通过电流、电压的变化，做到间歇式充电；2)蓄电池活化，即选择最佳活化时机，当蓄电池出现劣化(欠充)初期(蓄电池容量不低于标称容量的60％)时进行活化工作，以此延长蓄电池组的使用寿命。而在实际操作中，变电检修，特别对于整租中存在多个劣化(欠充)单体蓄电池的情况下，人员更多地采用将劣化蓄电池退出运行并运回实验室后利用活化仪对其进行活化处理，该方法在取得一定成效的同时也存在了投退蓄电池组的风险，以及活化周期长、工作效率低等情况。
发明内容
基于此，有必要针对现有整组蓄电池维护装置与方法存在工作效率低下，性能差的问题，提供一种工作效率高、性能优良的整组蓄电池及其维护装置与方法。
一种整组蓄电池维护装置，包括电压采集电路、驱动电路、恒流电路和光电监视电路；
所述电压采集电路、所述驱动电路和所述恒流电路依次连接，所述光电监视电路分别与所述驱动电路、所述恒流电路并联连接；
所述电压采集电路采集待维护整组蓄电池中蓄电池两端电压值，并将采集到的电压值传输至所述驱动电路，所述驱动电路将接收到的电压值与预设电压基准值比较，当接收到的电压值高于预设电压基准值时，生成高电平，驱动所述恒流电路工作，所述恒流电路传输恒定电流至下一相邻蓄电池，当接收到的电压值低于预设电压基准值时，生成低电平，以使所述恒流电路退出，所述恒流电路停止传输电流至下一相邻蓄电池，所述光电监视电路监控所述驱动电路和所述恒流电路工作状态，当所述驱动电路和/或所述恒流电路出现异常时，发出报警信号。
一种整组蓄电池维护方法，包括步骤：
采集待维护整组蓄电池中蓄电池两端电压值，获取采集电压值；
将采集电压值与预设基准电压值比对；
当所述采集电压值高于所述预设基准电压值时，导通待维护整组蓄电池中蓄电池两端，以传输恒定电流至下一相邻蓄电池；
当所述采集电压值低于所述预设基准电压值时，断开待维护整组蓄电池中蓄电池两端，以停止传输恒定电流至下一相邻蓄电池。
一种整组蓄电池，包括多个单体蓄电池和如上述的整组蓄电池维护装置，所述多个单体蓄电池串联连接，所述整组蓄电池维护装置与所述单体蓄电池并联连接。
本发明整组蓄电池及其维护装置与维护方法，蓄电池维护装置与待维护整组蓄电池中蓄电池并联，维护装置中电压采集电路采集蓄电池两端电压值，驱动电路将采集到的电压值与预设电压阈值比对，当采集到的电压值高于预设电压阈值时，生成高电平，驱动恒流电路工作，传输恒定电流至下一相邻蓄电池(当前蓄电池电压过高，需要停止施加外部电压)当采集到的电压值低于预设电压阈值时，生成低电平，控制恒流电路退出，停止传输电流至下一相邻蓄电池，即外部电源给当前蓄电池施加充电电压，直至当前蓄电池电压正常(当前蓄电池电压正常时，采集电压值会高于预设电压阈值，恒流电路工作，传输恒定电流至下一相邻蓄电池，外部电源不再给当前蓄电池施加电压)。整个过程中，通过设置预设电压阈值，根据采集到的单体蓄电池两端电压与预设电压阈值比对，控制恒流电路的投入或者退出，以实现对整组蓄电池的维护，最终将各单体电压钳至预期值，提高了整组电压均衡度，避免过充或欠充对单体性能(寿命)的影响，同时实现蓄电池组容量的提升，其工作效率高、性能优良。
附图说明
图1为本发明整组蓄电池维护装置第一个实施例的结构示意图；
图2为本发明整组蓄电池维护装置第二个实施例的结构示意图；
图3为本发明整组蓄电池维护装置第三个实施例的结构示意图；
图4为本发明整组蓄电池维护方法第一个实施例的流程示意图；
图5为本发明整组蓄电池维护方法第二个实施例的流程示意图；
图6为本发明整组蓄电池其中一个实例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，一种整组蓄电池维护装置，包括电压采集电路100、驱动电路200、恒流电路300和光电监视电路400；
所述电压采集电路100、所述驱动电路200和所述恒流电路300依次连接，所述光电监视电路400分别与所述驱动电路200、所述恒流电路300并联连接；
所述电压采集电路100采集待维护整组蓄电池中蓄电池两端电压值，并将采集到的电压值传输至所述驱动电路200，所述驱动电路200将接收到的电压值与预设电压基准值比较，当接收到的电压值高于预设电压基准值时，生成高电平，驱动所述恒流电路300工作，所述恒流电路300传输恒定电流至下一相邻蓄电池，当接收到的电压值低于预设电压基准值时，生成低电平，以使所述恒流电路300退出，所述恒流电路300停止传输电流至下一相邻蓄电池，所述光电监视电路400监控所述驱动电路200和所述恒流电路300工作状态，当所述驱动电路200和/或所述恒流电路300出现异常时，发出报警信号。
本发明整组蓄电池维护装置，电压采集电路采集蓄电池两端电压值，驱动电路将采集到的电压值与预设电压阈值比对，当采集到的电压值高于预设电压阈值时，生成高电平，驱动恒流电路工作，传输恒定电流至下一相邻蓄电池(当前蓄电池电压过高，需要停止施加外部电压)当采集到的电压值低于预设电压阈值时，生成低电平，控制恒流电路退出，停止传输电流至下一相邻蓄电池，即外部电源给当前蓄电池施加充电电压，直至当前蓄电池电压正常(当前蓄电池电压正常时，采集电压值会高于预设电压阈值，恒流电路工作，传输恒定电流至下一相邻蓄电池，外部电源不再给当前蓄电池施加电压)。整个过程中，通过设置预设电压阈值，根据采集到的单体蓄电池两端电压与预设电压阈值比对，控制恒流电路的投入或者退出，以实现对整组蓄电池的维护，最终将各单体电压钳至预期值，提高了整组电压均衡度，避免过充或欠充对单体性能(寿命)的影响，同时实现蓄电池组容量的提升，其工作效率高、性能优良。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述电压采集电路100包括依次连接的低压高稳定芯片120、电压分组电路140和滤波电路160；
所述低压高稳定芯片120稳定吸收蓄电池电压恒定分量，将蓄电池电压变化分量传输至所述电压分组电路140，所述电压分组电路140对接收到的蓄电池电压变化分量进行电压分组处理后传输至所述滤波电路160，所述滤波电路160对接收到的电压数据进行滤波处理后传输至所述驱动电路200。
低压高稳定芯片在电路中能够稳定吸收大部分的电池电压恒定分量(这里可以理解为电池的电压变化量由恒定不变的分量与变化的分量组成)，电池电压变化分量被传输至电阻风压电路，电阻分压电路由若干电阻串联而成，串联电阻中最后一个电阻输出一个适合变化分量给下一级，滤波电路优选的为电阻和电容串联构成的RC低通滤波电路，滤波电路能够吸收电压信号中的交流谐波分量，能够提高直流输入电压的抗干扰能力。
在其中一个实施例中，所述滤波电路为RC低通滤波电路。
RC低通滤波电路是一种效率高、成本低廉、性能稳定的滤波电路，能够很好吸收电压信号中的交流谐波分量，能够提高直流输入电压的抗干扰能力。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述驱动电路200包括电压比较电路220、基准电压电路240和驱动模块260；
所述电压比较电路220分别与所述电压采集电路100、所述驱动模块260以及所述基准电压电路240连接，所述驱动模块260与所述恒流电路300连接；
所述基准电压电路240输入预设基准电压值至所述电压比较电路220，所述电压比较电路220比对电压采集电路100输入电压值与所述预设基准电压值，当电压采集电路100输入电压值高于所述预设基准电压值时，输出高电平至所述驱动模块260，所述驱动模块260驱动所述恒流电路300工作，传输恒定电流至下一相邻蓄电池，当电压采集电路100输入电压值低于所述预设基准电压值时，输出低电平至所述驱动模块260，所述驱动模块控制260所述恒流电路300退出，停止传输电流至下一相邻蓄电池。
基准电压电路用于预设基准电压值，在这里，预设基准电压值可以根据实际应用环境的需求进行调节设置，在预设完成后将预设基准电压值输入电压比对电路。优选的，电压比较电路为迟滞电压比较器，其比对预设基准电压值和采集的电压值，若采集的电压值高于预设基准电压值，则说明当前蓄电池电压过高，需要停止施加外部电压，电压比较器输出高电平至驱动模块，驱动模块驱动恒流电路工作，导通当前蓄电池两端，传输恒定电流至下一相邻蓄电池，若采集的电压值低于预设基准电压值，则说明当前蓄电池电压过低，需要在两端施加外部电压，以便提升自身电压，这时，电压比较器输出低电平，驱动模块控制恒流电路退出，不再导通蓄电池两端，则外部电压施加于蓄电池两端。
如图3所示，在其中一个实施例中，所述驱动电路200还包括低通放大电路280，所述电压采集电路100通过所述低通放大电路280与所述电压比较电路220连接，所述电压采集电路100传输采集到的电压值至所述低通放大电路280，所述低通放大电路280对接收到的电压值进行低通放大处理后传输至所述电压比较电路220。
低通放大电路采集提取并分压后的直流变化量进行运算放大，以配合电压比较器分辨率的需要，确保比对结果的准确和精度。
在其中一个实施例中，所述驱动电路为NPN型三极管，当所述电压比较电路输出高电平至所述NPN型三极管时，所述NPN型三极管导通，当所述电压比较电路输出低电平至所述NPN型三极管时，所述NPN型三极管截止。
在其中一个实施例中，所述光电监视电路包括发光二极管，所述光电监视电路通过所述发光二极管闪亮状态表征被监视电路的工作状态，其中，所述发光二极管闪亮状态包括常亮、闪亮、熄灭和亮起颜色变化。
光电监视电路监测整个整组蓄电池维护装置中其他电路的工作状况，当出现异常时，需要及时表征出来，以便操作人员快速、准确发现异常情况、查找到异常点。在本实施例中，光电监视电路包括有发光二极管，发光二极管有三个闪亮状态，分别是常亮、闪亮和熄灭，操作人员可以根据并联于整组蓄电池维护装置中其他电路的发光二极管闪亮状态知晓其工作状态，具体二极管闪亮状态表征的电路工作状态可以根据实际需要设定，例如二极管常亮表示电路正常工作，二极管闪亮表示存在异常，但是可以继续工作，二极管熄灭表示电路出现故障，无法继续工作，需要及时检修、更换。
如图4所示，一种整组蓄电池维护方法，包括步骤：
S100：采集待维护整组蓄电池中蓄电池两端电压值，获取采集电压值；
S200：将采集电压值与预设基准电压值比对；
S300：当所述采集电压值高于所述预设基准电压值时，导通待维护整组蓄电池中蓄电池两端，以传输恒定电流至下一相邻蓄电池；
S400：当所述采集电压值低于所述预设基准电压值时，断开待维护整组蓄电池中蓄电池两端，以停止传输恒定电流至下一相邻蓄电池。
本发明整组蓄电池维护方法，采集待维护整组蓄电池中蓄电池两端电压值，获取采集电压值，将采集电压值与预设基准电压值比对，当所述采集电压值高于所述预设基准电压值时，导通待维护整组蓄电池中蓄电池两端，以传输恒定电流至下一相邻蓄电池，当所述采集电压值低于所述预设基准电压值时，断开待维护整组蓄电池中蓄电池两端，以停止传输恒定电流至下一相邻蓄电池。整个过程中，通过设置预设电压阈值，根据采集到的单体蓄电池两端电压与预设电压阈值比对，控制恒流电路的投入或者退出，以实现对整组蓄电池的维护，最终将各单体电压钳至预期值，提高了整组电压均衡度，避免过充或欠充对单体性能(寿命)的影响，同时实现蓄电池组容量的提升，其工作效率高、性能优良。
如图5所示，在其中一个实施例中，所述S100之后还有步骤：
S120：对所述采集采集电压值进行滤波处理。
滤波处理能够处理掉电压信号中的交流谐波分量，能够提高直流输入电压的抗干扰能力。
一种整组蓄电池，包括多个单体蓄电池和如上述的整组蓄电池维护装置，所述多个单体蓄电池串联连接，所述整组蓄电池维护装置与所述单体蓄电池并联连接。
本发明整组蓄电池，包括多个单体蓄电池和上述蓄电池维护装置，蓄电池维护装置与待维护整组蓄电池中蓄电池并联，蓄电池维护装置中电压采集电路采集蓄电池两端电压值，驱动电路将采集到的电压值与预设电压阈值比对，当采集到的电压值高于预设电压阈值时，生成高电平，驱动恒流电路工作，传输恒定电流至下一相邻蓄电池(当前蓄电池电压过高，需要停止施加外部电压)当采集到的电压值低于预设电压阈值时，生成低电平，控制恒流电路退出，停止传输电流至下一相邻蓄电池，即外部电源给当前蓄电池施加充电电压，直至当前蓄电池电压正常(当前蓄电池电压正常时，采集电压值会高于预设电压阈值，恒流电路工作，传输恒定电流至下一相邻蓄电池，外部电源不再给当前蓄电池施加电压)。整个过程中，通过设置预设电压阈值，根据采集到的单体蓄电池两端电压与预设电压阈值比对，控制恒流电路的投入或者退出，以实现对整组蓄电池的维护，最终将各单体电压钳至预期值，提高了整组电压均衡度，避免过充或欠充对单体性能(寿命)的影响，同时实现蓄电池组容量的提升，其工作效率高、性能优良。
为了更进一步详细解释本发明整组蓄电池的技术方案及其有益效果，下面将用一实例进行说明。
充电机为直流***主电源，满足直流负荷需求，蓄电池组作为备用电源确保充电机故障后直流母线不失压，为直流负荷提供临时电源。正常情况时，蓄电池组工作在浮充状态下，由充电机提供稳定的浮充电流。当蓄电池组完成核容试验后，充电机完成对其补充电。
如图6所示，在充电工作开始前或站端蓄电池组端电压严重参差不齐时，将整组蓄电池维护装置置于每个单体两端，对整组电池进行充电维护。由于单体本身特性的差异，在充电过程中各单体的端电压会出现参差不齐现象。当单体电压超过上门槛值时，该单体整组蓄电池维护装置导通，为整组充电回路提供旁路通道，使整组中其他欠充单体继续补充电。当充电机出现输出故障时，整组电池失去充电电源，此时处于导通状态下的整组蓄电池维护装置会对该单体放电，直至其端电压低于下门槛值时整组蓄电池维护装置截止，避免出现单体过放现象。正常情况下整组电池中如存在荷电态不一致电池时，会使得单体电池满充时间不一致，较快得到满充的电池会使得其他慢充电池得不到继续充电，导致整组中单体电池容量不一致，长期下去势必出现过充和欠充现象。而使用本装置后，在充电机输出电压(设定为各整组蓄电池维护装置均导通值)稳定的前提下，如附图6所示，当此时#27单体端电压超过上门槛值的整组蓄电池维护装置导通，提供旁路通道(电流I27)使其他欠充单体继续充电；#28单体经补充电后端电压升高，当达到上门槛值后其整组蓄电池维护装置导通，继续提供旁路通道(电流I28)使余下欠充单体补充电，如此直至各单体的整组蓄电池维护装置均达到上门槛值而导通，最终将各单体电压钳至预期值，提高了整组电压均衡度，避免过充或欠充对单体性能(寿命)的影响，同时实现蓄电池组容量的提升。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种整组蓄电池维护装置，其特征在于，包括电压采集电路、驱动电路、恒流电路和光电监视电路；
所述电压采集电路、所述驱动电路和所述恒流电路依次连接，所述光电监视电路分别与所述驱动电路、所述恒流电路并联连接；
所述电压采集电路采集待维护整组蓄电池中蓄电池两端电压值，并将采集到的电压值传输至所述驱动电路，所述驱动电路将接收到的电压值与预设电压基准值比较，当接收到的电压值高于预设电压基准值时，生成高电平，驱动所述恒流电路工作，所述恒流电路传输恒定电流至下一相邻蓄电池，当接收到的电压值低于预设电压基准值时，生成低电平，以使所述恒流电路退出，所述恒流电路停止传输电流至下一相邻蓄电池，所述光电监视电路监控所述驱动电路和所述恒流电路工作状态，当所述驱动电路和/或所述恒流电路出现异常时，发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的整组蓄电池维护装置，其特征在于，所述电压采集电路包括依次连接的低压高稳定芯片、电压分组电路和滤波电路；
所述低压高稳定芯片稳定吸收蓄电池电压恒定分量，将蓄电池电压变化分量传输至所述电压分组电路，所述电压分组电路对接收到的蓄电池电压变化分量进行电压分组处理后传输至所述滤波电路，所述滤波电路对接收到的电压数据进行滤波处理后传输至所述驱动电路。
3.根据权利要求2所述的整组蓄电池维护装置，其特征在于，所述滤波电路为RC低通滤波电路。
4.根据权利要求1或2或3所述的整组蓄电池维护装置，其特征在于，所述驱动电路包括电压比较电路、基准电压电路和驱动模块；
所述电压比较电路分别与所述电压采集电路、所述驱动模块以及所述基准电压电路连接，所述驱动模块与所述恒流电路连接；
所述基准电压电路输入预设基准电压值至所述电压比较电路，所述电压比较电路比对电压采集电路输入电压值与所述预设基准电压值，当电压采集电路输入电压值高于所述预设基准电压值时，输出高电平至所述驱动模块，所述驱动模块驱动所述恒流电路工作，传输恒定电流至下一相邻蓄电池，当电压采集电路输入电压值低于所述预设基准电压值时，输出低电平至所述驱动模块，所述驱动模块控制所述恒流电路退出，停止传输电流至下一相邻蓄电池。
5.根据权利要求4所述的整组蓄电池维护装置，其特征在于，所述驱动电路还包括低通放大电路，所述电压采集电路通过所述低通放大电路与所述电压比较电路连接，所述电压采集电路传输采集到的电压值至所述低通放大电路，所述低通放大电路对接收到的电压值进行低通放大处理后传输至所述电压比较电路。
6.根据权利要求4所述的整组蓄电池维护装置，其特征在于，所述驱动电路为NPN型三极管，当所述电压比较电路输出高电平至所述NPN型三极管时，所述NPN型三极管导通，当所述电压比较电路输出低电平至所述NPN型三极管时，所述NPN型三极管截止。
7.根据权利要求1或2或3所述的整组蓄电池维护装置，其特征在于，所述光电监视电路包括发光二极管，所述光电监视电路通过所述发光二极管闪亮状态表征被监视电路的工作状态，其中，所述发光二极管闪亮状态包括常亮、闪亮、熄灭和亮起颜色变化。
8.一种整组蓄电池，其特征在于，包括多个单体蓄电池和如权利要求1-7任意一项所述的整组蓄电池维护装置，所述多个单体蓄电池串联连接，所述整组蓄电池维护装置与所述单体蓄电池并联连接。
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