CN110011373A - 一种置换蓄电池单体的电池组管理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，包括程控电源、蓄电池单体、切换开关、控制板和负载元件，所述程控电源包括正极输出端和负极输出端，所述蓄电池单体包括正极引出线和负极引出线，所述正极引出线与切换开关连接后，分别与正极输出端和负载元件的一端连接，所述负极引出线与切换开关连接后，分别与负极输出端和负载元件的另一端连接；本发明的优点：通过程控电源能够对蓄电池单体进行单独充电，避免因单体性能不一致造成的充电不均衡的问题，不仅能够延长蓄电池单体的使用寿命，还能保证每个蓄电池单体都能以满充电的状态备用供电，大大提高整体蓄电池组的续航能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种置换蓄电池单体的电池组管理装置。
背景技术
蓄电池作为直流供电***的核心组成部分，串联蓄电池组中任意单体电池的性能的下降，都会对整个蓄电池组的性能造成影响，甚至可能会造成整个***无法工作。传统的蓄电池组配组是一项非常繁琐的工作，不管是铅酸蓄电池配组还是锂离子蓄电池配组，都强调相同厂家、相同容量、相同批次，内阻接近、静置电压接近等指标。但因蓄电池生产厂家技术、生产批量、管理等因素影响，造成实际蓄电池的性能之间存在一定的离散性，配组时需要把性能相近的蓄电池组合在一起，以保证蓄电池的性能及寿命。事实证明，蓄电池组如果不能很好的配组，蓄电池组在使用中就非常容易出现蓄电池单体性能离散化，导致蓄电池组过早失效。由于蓄电池组内劣化单体电池不能随意置换，传统的蓄电池组在使用过程中，当某个或者部分蓄电池单体失效，就需要更换整个蓄电池组，造成巨大的经济损失以及环境污染。另一方面，在电池组处于充电状态时，由于某个存在性能差异的蓄电池单体的存在，部分蓄电池单体不能正常充满电，导致蓄电池组始终处于欠充电状态，无法以正常满充电的状态备用供电。
发明内容
本发明所要达到的目的就是提供一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，解决现有蓄电池单体不能正常充满电导致蓄电池组始终处于欠充电状态的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，包括程控电源、蓄电池单体、切换开关和负载元件，所述程控电源包括正极输出端和负极输出端，所述蓄电池单体包括正极引出线和负极引出线，所述正极引出线与切换开关连接后，分别与正极输出端和负载元件的一端连接，所述负极引出线与切换开关连接后，分别与负极输出端和负载元件的另一端连接；
所述程控电源通过切换开关与蓄电池单体连接形成了对蓄电池单体充电的充电回路；
所述负载元件通过切换开关与蓄电池单体连接形成了对蓄电池单体放电的放电回路；
所述程控电源上还连接有控制程控电源输出的控制板。
优选的，所述充电回路和放电回路上均设有电流互感器，所述电流互感器与控制板相连。
优选的，所述电池组管理装置还包括电压采集电路，所述电压采集电路分别与充电回路和放电回路相连，所述电压采集电路与控制板相连。
优选的,所述切换开关为机械开关或半导体开关，所述切换开关与控制板相连。
优选的,所述程控电源还包括输入端，所述输入端上连接有整流器或/和交流电。
优选的，所述放电回路上还设有控制放电回路导通和断开的控制开关。
优选的，所述电池组管理装置还包括电路板，所述程控电源、切换开关、控制板和负载元件均安装在电路板上。
优选的，所述电池组管理装置还包括箱体，所述电路板设置在箱体内。
综上所述，本发明的优点：1.通过程控电源能够对蓄电池单体进行单独充电，避免因单体性能不一致造成的充电不均衡的问题，不仅能够延长蓄电池单体的使用寿命，还能保证每个蓄电池单体都能以满充电的状态备用供电，大大提高整体蓄电池组的续航能力，使用过程中，可以将好的蓄电池单体并联在劣化蓄电池单体正负极，再将劣化电池剔除，既保证蓄电池组的正常运行，不影响***供电的前提下，又能将劣化电池单体剔除，置换后的蓄电池单体不会影响原有蓄电池组的正常充放电，避免传统方式因某个蓄电池单体劣化使得电池组提前失效而需更换整个电池组所带来的经济损失以及环保问题；
2.电流互感器的设置，当蓄电池单体在充电或放电时，能实时采集在线监控充电电流或放电电流，能确保蓄电池单体充电或放电的安全性能；
3.电压采集电路的设置，当蓄电池单体在充电或放电时，能实时采集在线监控充电电压或放电电压，能确保蓄电池单体充电或放电的安全性能；
4.将切换开关设置成机械开关或半导体开关，能实现切换开关的快速导通和断开，且通过控制板来控制切换开关的导通和断开，能单独的控制任何一个蓄电池单体进行单独充电或单独放电；
5.输入端的设置，且输入端上连接整流器或/和交流电，能根据需求选择供电方式，满足不同的需求，能适应不同的工作环境；
6.控制开关的设置，能实现对放电回路的导通和断开的控制，确保放电回路和充电回路相互独立的工作，确保蓄电池单体的充电放电的切换；
7.电路板的设置，能实现程控电源、切换开关、控制板和负载元件统一的安装固定，实现整体的集成化组装；
8.箱体的设置，能实现电路板的统一放置，能防止整个电池组管理装置受到外力的影响，减少电路板的损坏，使电池组管理装置整体呈小巧轻便化设置。
附图说明
图1为本发明一种置换蓄电池单体的电池组管理装置的结构示意图；
图2为本发明一种置换蓄电池单体的电池组管理装置的原理框图。
附图标记：
1程控电源、2蓄电池单体、3切换开关、4控制板、5负载元件、6充电回路、7放电回路、9电流互感器、10电压采集电路、11输入端、12控制开关、13电路板、14箱体、15整流器。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，包括程控电源1、蓄电池单体2、切换开关3和负载元件5，所述蓄电池单体2为铅酸蓄电池或锂离子电池或镍氢电池，所述蓄电池单体2的电压为2V或6V或12V，所述程控电源1包括正极输出端和负极输出端，所述蓄电池单体2包括正极引出线和负极引出线，所述正极引出线与切换开关3连接后，分别与正极输出端和负载元件5的一端连接，所述负极引出线与切换开关3连接后，分别与负极输出端和负载元件5的另一端连接；所述程控电源1通过切换开关3与蓄电池单体2连接形成了对蓄电池单体2充电的充电回路6；所述负载元件5通过切换开关3与蓄电池单体2连接形成了对蓄电池单体2放电的放电回路7；所述程控电源1上还连接有控制程控电源1输出的控制板4。
通过程控电源1能够对蓄电池单体2进行单独充电，避免因单体性能不一致造成的充电不均衡的问题，不仅能够延长蓄电池单体2的使用寿命，还能保证每个蓄电池单体2都能以满充电的状态备用供电，大大提高整体蓄电池组的续航能力，使用过程中，可以将好的蓄电池单体2并联在劣化蓄电池单体2正负极，再将劣化电池剔除，既保证蓄电池组的正常运行，不影响***供电的前提下，又能将劣化电池单体剔除，置换后的蓄电池单体2不会影响原有蓄电池组的正常充放电，避免传统方式因某个蓄电池单体2劣化使得电池组提前失效而需更换整个电池组所带来的经济损失以及环保问题。
所述充电回路6和放电回路7上均设有电流互感器9，所述电流互感器与控制板相连，所述电池组管理装置还包括电压采集电路10，所述电压采集电路10分别与充电回路6和放电回路7相连，所述电压采集电路与控制板相连，当蓄电池单体2在充电或放电时，能实时采集在线监控充电电流或放电电流、充电电压或放电电压，能确保蓄电池单体2充电或放电的安全性能。
所述切换开关3为机械开关，所述切换开关3与控制板4相连，实现切换开关3的快速导通和断开，且通过控制板4来控制切换开关3的导通和断开，能单独的控制任何一个蓄电池单体2进行单独充电或单独放电，所述程控电源1还包括输入端11，所述输入端11上连接有整流器和交流电，能根据需求选择供电方式，满足不同的需求，能适应不同的工作环境，所述放电回路7上还设有控制放电回路7导通和断开的控制开关12，控制开关12能实现对放电回路7的导通和断开的控制，确保放电回路7和充电回路6相互独立的工作，确保蓄电池单体2的充电放电的切换。
所述电池组管理装置还包括电路板13，所述程控电源1、切换开关3、控制板4和负载元件5均安装在电路板13上，能实现程控电源1、切换开关3、控制板4和负载元件5统一的安装固定，实现整体的集成化组装，所述电池组管理装置还包括箱体14，所述电路板13设置在箱体14内，箱体14的设置，能实现电路板13的统一放置，能防止整个电池组管理装置受到外力的影响，减少电路板13的损坏，使电池组管理装置整体呈小巧轻便化设置。
蓄电池单体2充电时，控制板4控制切换开关3闭合，并控制程控电源1以设定值对蓄电池单体2进行单独充电，同时通过电流互感器9和电压采集电路10实时采集在线监控充电电流和充电电压；蓄电池单体2放电时，控制板4控制放电回路7中的控制开关12闭合，蓄电池单体2通过负载元件5放电，同时控制板4实时采集放电电压及电流，计算放电容量并进行放电控制。
整流器15对蓄电池组进行预充电：整流器遵循常规的蓄电池充电操作，直到蓄电池进入浮充状态。
程控电源1对蓄电池单体2单独充电：控制板4控制一个蓄电池单体2的切换开关3闭合，并控制程控电源1以设定的蓄电池单体2充电电压恒定电压该个蓄电池单体2充电，直到充电电流下降到涓流状态，控制板4控制该蓄电池切换开关3断开，停止对该蓄电池单体2充电，以同样的方式转为下一个蓄电池单体2充电。
蓄电池单体2在线核容：选择需要在线核容的蓄电池单体2，控制板4控制与该蓄电池单体2正负极连接的切换开关3闭合，并使控制开关12闭合，该蓄电池单体2通过负载元件5进行放电，控制板4实时获取放电电压及放电电流，并计算该蓄电池单体2的容量，当控制板4获取到放电电压及放电电流满足放电停止条件，控制板4控制该蓄电池切换开关3断开，停止放电。
劣化蓄电池单体2单独置换：将性能良好的蓄电池单体2并联在劣化蓄电池单体2正负极，再将劣化电池剔除，既保证蓄电池组的正常运行，又能将劣化电池单体单独剔除。
例如：以总电压48V总容量300AH的铅酸蓄电池组为例，24只蓄电池单体B1、B2、B3...B24串联连接，每个蓄电池单体2的正负极分别并联连接着切换开关3，蓄电池单体B1的正负极分别并联连接切换开关K1和K2，蓄电池单体B2的正负极分别并联连接切换开关K3和K4，按照此方式连接，蓄电池单体B24的正负极分别并联连接切换开关3K47和K48，常规状态下，切换开关处于断开状态，若采用整流器直流为本发明装置供电，将整流器的输出端连接输入端11，若采用外部交流供电，则将外部交流输出端连接输入端11。
充电：启动整流器对该组48V铅酸蓄电池组进行预充电，以充电电流为30A，充电电压为56V进行先恒流后恒压的方式充电，当检测到充电电流下降到低于3A时，启动程控电源1逐个为蓄电池单体2进行单独充电，控制板4控制切换开关K1、K2闭合，为蓄电池单体2B1充电，并控制程控电源1以恒压限流的方式对该蓄电池单体2进行单独均衡充电，当充电电流下降到涓流状态时，此时蓄电池单体2已经处于满充电状态，控制板4控制切换开关K1、K2断开，停止对蓄电池单体B1进行充电，切换到为下一个蓄电池单体B2充电，充电方式与上述描述一致，并按照此方式依次逐个为整个电池组的蓄电池单体2充电。
放电：当需要对某个蓄电池单体2进行在线核容放电时，如蓄电池单体B2，控制板4控制与B2正负极连接的切换开关K3和K4闭合，同时使放电回路7的控制开关12闭合，放电回路7接通，B2对外进行放电，控制板4实时获取放电电压和放电电流，并以此计算放电容量，当放电电压或放电时间达到设定的放电停止条件时，控制板4控制控制开关12L断开，并控制程控电源1为B2进行先恒流后恒压的方式进行单独充电。
劣化电池置换：假设蓄电池单体B3已经劣化，性能落后，一致性差，该蓄电池单体2需要及时更换，否则将会影响整组蓄电池的供电能力。参见图1，可在电池B3的正极端A点，负极端B点并联接入一个性能良好的替换电池，再将B3电池拆除，此方法既不会影响蓄电池组的供电，又可以将劣化单体剔除、置换，新置换的蓄电池单体2通过本发明方法进行充电，可随时以满电的状态对外供电，不会影响整体蓄电池组的正常充放电。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。
Claims (8)
1.一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，其特征在于：包括程控电源、蓄电池单体、切换开关和负载元件，所述程控电源包括正极输出端和负极输出端，所述蓄电池单体包括正极引出线和负极引出线，所述正极引出线与切换开关连接后，分别与正极输出端和负载元件的一端连接，所述负极引出线与切换开关连接后，分别与负极输出端和负载元件的另一端连接；
所述程控电源通过切换开关与蓄电池单体连接形成了对蓄电池单体充电的充电回路；
所述负载元件通过切换开关与蓄电池单体连接形成了对蓄电池单体放电的放电回路；
所述程控电源上还连接有控制程控电源输出的控制板。
2.根据权利要求1所述的一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，其特征在于：所述充电回路和放电回路上均设有电流互感器，所述电流互感器与控制板相连。
3.根据权利要求2所述的一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，其特征在于：所述电池组管理装置还包括电压采集电路，所述电压采集电路分别与充电回路和放电回路相连，所述电压采集电路与控制板相连。
4.根据权利要求1所述的一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，其特征在于：所述切换开关为机械开关或半导体开关，所述切换开关与控制板相连。
5.根据权利要求1所述的一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，其特征在于：所述程控电源还包括输入端，所述输入端上连接有整流器或/和交流电。
6.根据权利要求1所述的一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，其特征在于：所述放电回路上还设有控制放电回路导通和断开的控制开关。
7.根据权利要求1所述的一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，其特征在于：所述电池组管理装置还包括电路板，所述程控电源、切换开关、控制板和负载元件均安装在电路板上。
8.根据权利要求7所述的一种置换蓄电池单体的电池组管理装置，其特征在于：所述电池组管理装置还包括箱体，所述电路板设置在箱体内。
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Cited By (2)
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| CN110967649A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-04-07 | 南京瑞控电气有限公司 | 一种在线式电池组单体加载巡检***及方法 |
| CN113824198A (zh) * | 2021-11-23 | 2021-12-21 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 电力蓄电池在线核容保护***及其控制方法 |
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2019
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