CN112737001A - 磷酸铁锂电池自救***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷酸铁锂电池自救***和方法，包包括充电单元、电源、上位机、控制单元、开关矩阵单元、备用电池、模数转换单元、电池组、电压采样单元、电流采样单元和温度传感器。应用本发明提供的磷酸铁锂电池自救***和方法，可以根据实时检测的电池电压、电流、温度等参数，对电池的荷电和运行状态进行预测，判断电池运行状态，当出现单体电池出现故障的时候可以对电池组进行自救，利用备用电池替换故障电池。本发明可以实现了变电站直流电池组***的全面深度感知，并提供准确严谨的运维保护措施，确保电池组的平稳运行，保证供电安全。

Description

磷酸铁锂电池自救***和方法
技术领域
本发明涉及电力装置领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池自救***和方法。
背景技术
铅酸电池一直被广泛应用，但目前我国资源紧缺，现有铅资源的储量动态开采保证年限仅为6-8年，影响了铅酸电池工业的发展。未来铅酸电池的市场占有量及使用量将会减低。锂离子电池具有体积重量能量比高、电压高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长等优点，是一种“绿色环保”的二次能源电池。因此锂离子电池取代铅酸电池将是未来发展的新趋势。常规电池组的监测管理***通常只针对铅酸蓄电池，而针对磷酸铁锂电池组的检测***比较少。部分磷酸铁锂电池组的虽有检测***但是没有设计自救***，这就导致了该***会出现运维管理不到位的现象，缺少准确严谨的运维预警、运维监测和运维保护措施，为电池组的运行带来安全隐患。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种磷酸铁锂电池自救***，其特殊之处在于，包括充电单元、电源、上位机、控制单元、开关矩阵单元、备用电池、模数转换单元、电池组、电压采样单元、电流采样单元和温度传感器；其中，电池组由多个磷酸铁锂单体电池经串联达到预定电压后并联组成；所述充电单元接收市电，通过整流转换为直流电为所述电源供电；所述电源为所述控制单元、开关矩阵单元和模数转换单元供电，同时为所述备用电池充电；所述备用电池为磷酸铁锂单体电池；所述电压采集单元接收电池组的电压信号，并将其传送至模数转换单元；所述电流采集单元接收电池组电流信号，并将其传送至模数转换单元；所述模数转换单元接收电压采集单元和电流采集单元传送的电压和电流信号，并将其转换为数字信号传送至控制单元；所述温度传感器接收电池组温度信号，并将其转换成数字信号传送至控制单元；所述控制单元将接收的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将温度数字信号进行处理得到单体电池温度信息，并将的荷电状态信息和单体电池温度信息传送至上位机；所述上位机接收控制单元传送的各单体电池荷电状态信息，若单体电池的荷电量低于设定值则判定单体电池需要充电，此时生成自救信号传回控制单元；上位机接收控制单元传送的单体电池温度信息，若温度高于设定值，则判定单体电池处于故障状态，生成自救信号传回控制单元；控制单元接收自救信号后，将自救信号发送至开关矩阵单元；所述开关矩阵可以通过调整多组开关的通断状态实现将各单体电池接入和切出电池组，同时所述开关矩阵可以通过调整多组开关的通断状态实现将备用电池接入和切出电池组；当开关矩阵单元接收到控制单元发出的自救信号时，调整相应开关状态，将需要充电或故障的单体电池切出电池组，同时将备用电池接入电池组。
进一步地，所述控制单元为采用ARM Cortex M4内核的32位单片机。
进一步地，所述控制单元与上位机之间通过RS485通信总线进行通信。
进一步地，所述备用电池为多个磷酸铁锂电池串联而成。
进一步地，所述上位机为PC机等固定终端或手机等移动终端。
另一方面本发明提供了一种可以磷酸铁锂电池自救方法，包括以下步骤：
(1)电压采集单元接收电池组内各单体电池电压信号，经过处理后传送至所述模数转换单元；所述模数转换单元接收电压信号，并将其转换成电压数字信号传送至控制单元；
(2)电流采集单元接收电池组内各单体电池电流信号，经过处理后传送至所述模数转换单元；所述模数转换单元接收电流信号，并将其转换成电电流数字信号传送至控制单元；
(3)温度传感器接收电池组内各单体电池温度信号，并将其转换成温度数字信号传送至控制单元；
(4)控制单元将接收到的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将单体电池温度信号进行处理得到各单体电池温度信息，同时将荷电状态信息和单体电池温度信息通过传送至上位机；
(5)上位机接收控制单元传送的各单体电池荷电状态信息和单体电池温度信息并进行判断，若单体电池荷电量低于设定值或单体电池温度高于设定值则判定单体电池需进行更换，进入步骤(6)，若没有出现以上两种情况，组判定电池组工作正常，不需进行电池组自救，返回步骤(1)；
(6)上位机生成自救信号通过传回控制单元，控制单元接收自救信号发送至开关矩阵单元，开关矩阵单元调整相应开关状态，将需要更换的单体电池切出电池组，并将备用电池接入电池组；
(7)对切出电池组的单体电池进行更换；
(8)更换完成后，向上位机发送复位信号，上位机将复位信号传送至控制单元，控制单元将复位信号传送至开关矩阵单元；
(9)开关矩阵单元调整相应开关状态，将更换后的单体电池切入电池组，并将备用电池接出电池组，完成电池组的自救，返回步骤 (1)。
本发明提供的磷酸铁锂电池自救***和方法，可以根据实时检测的电池电压、电流、温度等参数，对电池的荷电和运行状态进行预测，判断电池运行状态，当出现单体电池出现故障的时候可以对电池组进行自救，利用备用电池替换故障电池。本发明酸铁锂电池自救***和方法实现了变电站直流电池组***的全面深度感知，并提供准确严谨的运维保护措施，确保电池组的平稳运行，保证供电安全。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为磷酸铁锂电池自救***的结构示意图；
图2为本发明电池组结构示意图；
图3为进行自救前备用电池与故障电池接线图；
图4为进行自救后备用电池与故障电池接线图。
图中：1、充电单元，2、电源，3、上位机，4、控制单元，5、开关矩阵单元，6、备用电池，7、模数转换单元，8、电池组，9、电压采样单元，10、电流采样单元，11、温度传感器。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
如图1～图4所示，本实施例中提供了一种磷酸铁锂电池自救***，包括充电单元1、电源2、上位机3、控制单元4、开关矩阵单元5、备用电池6、模数转换单元7、电池组8、电压采样单元9、电流采样单元10和温度传感器11；其中，电池组8由多个磷酸铁锂单体电池经串联达到预定电压后并联组成；所述充电单元1接收市电，通过整流转换为直流电为所述电源2供电；所述电源2为所述控制单元 4、开关矩阵单元5和模数转换单元7供电，同时为所述备用电池6 充电；所述备用电池6为磷酸铁锂单体电池；所述电压采集单元9接收电池组8的电压信号，并将其传送至模数转换单元7；所述电流采集单元10接收电池组8电流信号，并将其传送至模数转换单元7；所述模数转换单元7接收电压采集单元9和电流采集单元10传送的电压和电流信号，并将其转换为数字信号传送至控制单元4；所述温度传感器11接收电池组8温度信号，并将其转换成数字信号传送至控制单元4；所述控制单元4将接收的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将温度数字信号进行处理得到单体电池温度信息，并将的荷电状态信息和单体电池温度信息传送至上位机3；所述上位机3接收控制单元4传送的各单体电池荷电状态信息，若单体电池的荷电量低于设定值则判定单体电池需要充电，此时生成自救信号传回控制单元4；上位机3接收控制单元4 传送的单体电池温度信息，若温度高于设定值，则判定单体电池处于故障状态，生成自救信号传回控制单元4；控制单元4接收自救信号后，将自救信号发送至开关矩阵单元5；所述开关矩阵5可以通过调整多组开关的通断状态实现将各单体电池接入和切出电池组8，同时所述开关矩阵5可以通过调整多组开关的通断状态实现将备用电池6 接入和切出电池组8；当开关矩阵单元5接收到控制单元4发出的自救信号时，调整相应开关状态，将需要充电或故障的单体电池切出电池组8，同时将备用电池6接入电池组8。
所述控制单元4为采用ARM Cortex M4内核的32位单片机。
所述控制单元4与上位机3之间通过RS485通信总线进行通信。
所述备用电池6为多个磷酸铁锂电池串联而成。
所述上位机3为PC机等固定终端或手机等移动终端。
应用本发明磷酸铁锂电池自救***进行磷酸铁锂电池组自救的步骤如下：
(1)电压采集单元9接收电池组8内各单体电池电压信号，经过处理后传送至所述模数转换单元7；所述模数转换单元7接收电压信号，并将其转换成电压数字信号传送至控制单元4；
(2)电流采集单元10接收电池组8内各单体电池电流信号，经过处理后传送至所述模数转换单元7；所述模数转换单元7接收电流信号，并将其转换成电电流数字信号传送至控制单元4；
(3)温度传感器11接收电池组8内各单体电池温度信号，并将其转换成温度数字信号传送至控制单元4；
(4)控制单元4将接收到的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将单体电池温度信号进行处理得到各单体电池温度信息，同时将荷电状态信息和单体电池温度信息通过传送至上位机3；
(5)上位机3接收控制单元4传送的各单体电池荷电状态信息和单体电池温度信息并进行判断，若单体电池荷电量低于设定值或单体电池温度高于设定值则判定单体电池需进行更换，进入步骤(6)，若没有出现以上两种情况，组判定电池组8工作正常，不需进行电池组8自救，返回步骤(1)；
(6)上位机3生成自救信号通过传回控制单元4，控制单元4接收自救信号发送至开关矩阵单元5，开关矩阵单元5调整相应开关状态，将需要更换的单体电池切出电池组8，并将备用电池接入电池组 8；
(7)对切出电池组8的单体电池进行更换；
(8)更换完成后，向上位机3发送复位信号，上位机3将复位信号传送至控制单元4，控制单元4将复位信号传送至开关矩阵单元 5；
(9)开关矩阵单元5调整相应开关状态，将更换后的单体电池切入电池组8，并将备用电池接出电池组8，完成电池组8的自救，返回步骤(1)。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磷酸铁锂电池自救***，其特征在于，包括充电单元、电源、上位机、控制单元、开关矩阵单元、备用电池、模数转换单元、电池组、电压采样单元、电流采样单元和温度传感器；其中，电池组由多个磷酸铁锂单体电池经串联达到预定电压后并联组成；所述充电单元接收市电，通过整流转换为直流电为所述电源供电；所述电源为所述控制单元、开关矩阵单元和模数转换单元供电，同时为所述备用电池充电；所述备用电池为磷酸铁锂单体电池；所述电压采集单元接收电池组的电压信号，并将其传送至模数转换单元；所述电流采集单元接收电池组电流信号，并将其传送至模数转换单元；所述模数转换单元接收电压采集单元和电流采集单元传送的电压和电流信号，并将其转换为数字信号传送至控制单元；所述温度传感器接收电池组温度信号，并将其转换成数字信号传送至控制单元；所述控制单元将接收的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将温度数字信号进行处理得到单体电池温度信息，并将的荷电状态信息和单体电池温度信息传送至上位机；所述上位机接收控制单元传送的各单体电池荷电状态信息，若单体电池的荷电量低于设定值则判定单体电池需要充电，此时生成自救信号传回控制单元；上位机接收控制单元传送的单体电池温度信息，若温度高于设定值，则判定单体电池处于故障状态，生成自救信号传回控制单元；控制单元接收自救信号后，将自救信号发送至开关矩阵单元；所述开关矩阵可以通过调整多组开关的通断状态实现将各单体电池接入和切出电池组，同时所述开关矩阵可以通过调整多组开关的通断状态实现将备用电池接入和切出电池组；当开关矩阵单元接收到控制单元发出的自救信号时，调整相应开关状态，将需要充电或故障的单体电池切出电池组，同时将备用电池接入电池组。
2.如权利要求1所述磷酸铁锂电池自救***，其特征在于，所述控制单元为采用ARMCortex M4内核的32位单片机。
3.如权利要求1所述磷酸铁锂电池自救***，其特征在于，所述控制单元与上位机之间通过RS485通信总线进行通信。
4.如权利要求1所述磷酸铁锂电池自救***，其特征在于，所述备用电池为多个磷酸铁锂电池串联而成。
5.如权利要求1所述磷酸铁锂电池自救***，其特征在于，所述上位机为PC机等固定终端或手机等移动终端。
6.一种磷酸铁锂电池自救方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)电压采集单元接收电池组内各单体电池电压信号，经过处理后传送至所述模数转换单元；所述模数转换单元接收电压信号，并将其转换成电压数字信号传送至控制单元；
(2)电流采集单元接收电池组内各单体电池电流信号，经过处理后传送至所述模数转换单元；所述模数转换单元接收电流信号，并将其转换成电电流数字信号传送至控制单元；
(3)温度传感器接收电池组内各单体电池温度信号，并将其转换成温度数字信号传送至控制单元；
(4)控制单元将接收到的电压数字信号和电流数字信号进行处理得到各单体电池的荷电状态信息，同时将单体电池温度信号进行处理得到各单体电池温度信息，同时将荷电状态信息和单体电池温度信息通过传送至上位机；
(5)上位机接收控制单元传送的各单体电池荷电状态信息和单体电池温度信息并进行判断，若单体电池荷电量低于设定值或单体电池温度高于设定值则判定单体电池需进行更换，进入步骤(6)，若没有出现以上两种情况，组判定电池组工作正常，不需进行电池组自救，返回步骤(1)；
(6)上位机生成自救信号通过传回控制单元，控制单元接收自救信号发送至开关矩阵单元，开关矩阵单元调整相应开关状态，将需要更换的单体电池切出电池组，并将备用电池接入电池组；
(7)对切出电池组的单体电池进行更换；
(8)更换完成后，向上位机发送复位信号，上位机将复位信号传送至控制单元，控制单元将复位信号传送至开关矩阵单元；
(9)开关矩阵单元调整相应开关状态，将更换后的单体电池切入电池组，并将备用电池接出电池组，完成电池组的自救，返回步骤(1)。
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