CN203967786U - 落后电池电压均衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子设备技术领域，具体为一种落后电池电压均衡装置。解决了目前变电站蓄电池组一些电池出现电压落后的情况后需要更换时成本高昂且存在安全隐患的技术问题。一种落后电池电压均衡装置，包括用于采集落后电池两端电压的电池电压采集模块、采集落后电池充电电流的充电电流采集模块、向落后电池充电的脉宽调制充电模块以及向上述三个模块供电的内置隔离型稳压电源；所述电池电压采集模块和充电电流采集模块的信号输出端共同通过一个模数转换器模块连接有一个控制模块；所述控制模块的模块调制输出信号输出端与脉宽调制充电模块的信号输入端相连接。本实用新型节约了大量生产设备的资金，大大减轻了工作量，更有利于节能减排。

Description

落后电池电压均衡装置

技术领域

   本实用新型涉及电力电子设备技术领域，具体为一种落后电池电压均衡装置。

背景技术

蓄电池组是变电站的重要元件，它的作用是在电力***发生故障时向变电站的重要负荷提供电源。重要变电站使用的蓄电池组通常由110只左右的2伏大容量蓄电池串联构成，由于制造方面的原因部分电池会表现出电压落后现象，如有的电池电压较标准电压低100毫伏或更多，远高于国网公司电压差别小于30毫伏的要求。由于落后电池的电压长期低于标准电压，使得电压落后蓄电池的极板存在一定的硫酸化，导致电池内阻增加、充放电性能、电池容量和可靠性下降。生产现场解决这个问题的通常办法是整组更换蓄电池。根据前几年的电池报价，一组进口500安时阀控蓄电池的价格约18万元人民币，一组进口300安时阀控蓄电池的价格约12万元人民币，一组国产300安时阀控蓄电池的价格约9万元人民币，可以看出整组更换蓄电池的方案将耗费大量的资金，增加了新电池安装的工作量，而且更换电池组时要先将原电池组退出运行会导致不安全因素，并且更换下来的电池拆解时又可能造成环境污染，产生环境安全隐患。

发明内容

   本实用新型为解决目前变电站蓄电池组一些电池出现电压落后的情况后需要更换时成本高昂且存在安全隐患的技术问题，提供一种落后电池电压均衡装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：一种落后电池电压均衡装置，包括用于采集落后电池两端电压的电池电压采集模块、采集落后电池充电电流的充电电流采集模块、向落后电池充电的脉宽调制充电模块以及向上述三个模块供电的内置隔离型稳压电源；所述电池电压采集模块和充电电流采集模块的信号输出端共同通过一个模数转换器模块连接有一个控制模块；所述控制模块的信号输出端与脉宽调制充电模块的信号输入端相连接；所述脉宽调制充电模块的充电回路中串接有一个定值电阻R1，所述充电电流采集模块的信号输入端连接在定值电阻R1的两端。

具体应用时将本装置的内置隔离型稳压电源与外部AC-DC电源适配器相连接，以向电池电压采集模块、充电电流采集模块、脉宽调制充电模块以及控制模块供电。本实用新型通过电池电压采集模块和充电电流采集模块分别采集电池两端的电压以及电池的充电电流，控制模块对采集到的电池的电压与规定值进行比较，当采集到的电压值低于标准值时，控制模块向脉宽调制充电模块发出信号，脉宽调制充电模块通过充电回路向落后电池充电；控制模块通过调节脉宽调制系数控制充电电流和电池电压。模数转换器模块将采集到的电流和电压的模拟信号转换成数字信号后输入至控制模块中，供控制模块与预先设定的标准值进行比较。所述控制模块与脉宽调制充电模块为现有公知技术，是本领域技术人员所容易实现的（见：基于脉冲宽度调制技术的太阳能充电***的设计，重庆科技学院学报，2009年第11卷第2期）。

进一步的，还包括用于采集落后电池温度的由内置隔离型稳压电源供电的电池温度采集模块；所述电池温度采集模块的信号端与控制模块的信号端相连接。

本装置的模数转换器模块对电池的端电压及电池组的充电电流进行分时采集，需要采用信号切换电路对信号进行切换，装置采用了模拟开关CD4052；一个优良的电池管理***需要对电池的温度进行监测并应根据其温度调整其浮充端电压以保证电池的荷电量和寿命，装置里设有电池电压温度补偿选择开关，根据电池生产厂家提供的电池电压温度补偿系数设定，本装置中存储了5个电池的浮充电温度系数，分别是0mV/℃（不补偿）、-2mV/℃、-3mV/℃、-3.5mV/℃、-4.0mV/℃,应用时根据电池生产厂家提供的数据设置DIP开关状态。

进一步的，所述控制模块的信号输出端还连接有一个显示模块。

显示模块用于显示整个装置的工作状态及工作参数；便于进行参数调节以及实时监控。

1、在一组蓄电池中对个别电池电压落后的电池两端并接所述装置进行补充充电而不需要更换整组电池，保证了该电池极板不发生劣化现象和蓄电池组的正常工作。

2、如果更换一组国产300Ah密封阀控铅酸蓄电池，计算约需9万元人民币，本创新所述技术方案节约了大量生产设备的资金。

3、如果采用整组更换蓄电池的方法，就要花费很大的工作量，更换下来的电池又对环境产生不利影响，采用本创新所述技术方案则大大减轻了工作量，更有利于节能减排。

 4、所述装置成本造价较低，安装便捷，节约了生产成本。

    5、所述装置在充电电路中增加了逆止二极管，保证装置对电压落后电池只充电、不放电。

附图说明

图1本实用新型结构示意图。

图2 本实用新型结构简图。

图3本实用新型内部电路连接图。

1-AC/DC适配器，2-内置隔离型稳压电源，3-电池温度采集模块，4-电池电压采集模块，5-充电电流采集模块，6-脉宽调制充电模块，7-模数转换器模块，8-控制模块，9-显示模块，10-落后电池，11-落后电池电压均衡装置。

具体实施方式

一种落后电池电压均衡装置，包括用于采集落后电池10两端电压的电池电压采集模块4、采集落后电池10充电电流的充电电流采集模块5、向落后电池10充电的脉宽调制充电模块6以及向上述三个模块供电的内置隔离型稳压电源2；所述电池电压采集模块4和充电电流采集模块5的信号输出端共同通过一个模数转换器模块7连接有一个控制模块8；所述控制模块8的信号输出端与脉宽调制充电模块6的信号输入端相连接；所述脉宽调制充电模块6的充电回路中串接有一个定值电阻R1，所述充电电流采集模块5的信号输入端连接在定值电阻R的两端。

还包括用于采集落后电池10温度的由内置隔离型稳压电源2供电的电池温度采集模块3；所述电池温度采集模块3的信号端与控制模块8的信号端相连接。

所述控制模块8的信号输出端还连接有一个显示模块9。

所述脉宽调制充电模块6包括TC4469的一个驱动单元、P型功率场效应管T1、储能电感L1、续流二极管D1、逆止二极管D2、滤波电容器E2和正温度系数自恢复电阻PTC；所述TC4469的驱动单元输出端分别连接有电阻R3和R2；R2的另一端与T1的栅极连接，T1的漏极与L1相连接，L1的另一端与D2正极连接，D2负极与PTC相连接，PTC的另一端连接有接线端J1；T1的漏极还与D1负极连接，D1的正极接地；T1的源极与电阻R2的另一端相连并与内置隔离型稳压电源2相连接；接线端J1的第二、第三接线端之间串接有分压电阻R4和R5；所述R5的两端与电池电压采集模块4相连接；J1的第四接线端通过定值电阻R1接地，R1的两端与充电电流采集模块5相连接；所述控制模块8的信号输出端与驱动单元的一个信号输入端PWM相连接。电容器E2的正极作为充电输出端。驱动单元的另一个信号输入端接地。如图3所示，虚线框内为TC4469的一个驱动单元。

通过上述电路能够实现对落后电池的充电电流以及端电压的采集，并能够实现对落后电池的充电工作。

本实用新型所述装置由控制模块、内部电源电路、显示电路（显示模块的电路）、微控制器监控复位电路、模数转换电路、电压基准电路、负电压发生电路、电池电压分压电路（上述三个电路与模数转换器模块相匹配的）、充电电流采样电路、模拟开关电路、数字式温度传感器、脉宽调制电池充电电路和电池电压温度补偿系数选择开关等构成。微控制器选用了具有脉宽调制输出的51系列8位微控制器SM5964,该微控制器内部有64K字节的FLASH存储器、脉宽调制控制电路、1K字节的RAM，还有一个看门狗定时器，可保证微控制器在较强电磁干扰环境下不发生长期死机事件，是一种适合本项目的微控制器。外部电源适配器采用AC100-240V输入、DC24V输出、输出电流2安培的工业电源、内部电源电路采用输入电压为19-36V、输出电压为5V的高可靠性隔离电源模块，输入和输出端的隔离电压为1500VDC，显示电路采用了带LED背光的16*2字符点阵型液晶显示模块，用于显示装置的工作状态及工作参数；微控制器监控复位电路为微控制器提供上电复位信号，本装置采用MAX810作为监控复位电路;由于变电站存在较大的电磁干扰，本装置的模数转换器采用抗干扰性能好，功耗低的双积分模数转换器ICL7135；电压基准采用REF192E再经高精度、高稳定性和高可靠性电阻分压产生、负电压发生器为ICL7135提供-5伏电压，本装置的负电压发生器采用了MAX1044；数字式温度传感器采用了DS18B20，电池电压信号同样通过高精度、高稳定性和高可靠性电阻分压获得，充电电流信号由充电电流通过小电阻时产生的电压降获得，脉宽调制电池充电电路由微控制器产生的脉宽调制信号、场效应管驱动电路、P型功率场效应管、储能电感、续流二极管、滤波电容器和逆止二极管等构成。

如图1，AC-DC电源适配器为外部电源，采用AC100-240V输入、DC24V、2A输出的工业电源供给本装置使用（该电源可为同组蓄电池中5只同类型落后电池电压均衡装置供电）；内置隔离型稳压电源采用输入电压为19-36V、输出电压为5V的高可靠性隔离电源模块，输入和输出端的隔离电压为1500VDC，为电池温度采集模块，电池电压采集模块，充电电流采集模块、脉宽调制充电模块提供电源。

采集到的温度、电压、电流后通过控制模块，与脉宽调制充电模块对落后电池进行控制充电，其中微控制器监控复位电路为微控制器（主控模块）提供上电复位信号，本发明采用MAX810作为监控复位电路；脉宽调制电池充电电路由微控制器产生的脉宽调制信号、场效应管驱动电路、P型功率场效应管、储能电感、续流二极管、滤波电容器和逆止二极管等构成。显示模块采用了带LED背光的16*2字符点阵型液晶显示，用于显示的工作状态及运行参数。

本装置里电池电压温度补偿选择开关，分别是0mV/℃（不补偿）、-2mV/℃、-3mV/℃、-3.5mV/℃、-4.0mV/℃,根据电池生产厂家提供的电池电压温度补偿系数设定，Vset=2.250V+电池电压温度补偿系数*(25-T),T为电池温度，2.250V是电池厂家给出的电池在25℃时的浮充电压值，电池电压温度补偿系数由电池厂家给出，可通过选择开关选最接近的补偿系数：0、-2.0/℃、-3.0/℃、-3.5/℃、-4.0/℃，也可在控制程序编制时直接写入温度补偿系数。

为避免电流通过导线产生的压降导致电压测量误差，装置采用了四线制测量方法，J1的1端和2端与落后电池的正极连接，3端和4端与落后电池的负极连接。充电电流经D2、PTC、J1的1端到电池正极，又由电池负极流出，经R1回到电源负极。J1的2、3端导线中没有大电流，所以2、3端导线上基本没有压降。

 R1取50毫欧，R4、R5均取20千欧。

本装置只需要在电压落后电池两端并接电池电压装置，不仅节约了成组更换蓄电池组的高额成本，减轻了工作人员维护设备的工作量，而且降低了工程风险。

Claims (7)

1.一种落后电池电压均衡装置，其特征在于：包括用于采集落后电池（10）两端电压的电池电压采集模块（4）、采集落后电池（10）充电电流的充电电流采集模块（5）、向落后电池（10）充电的脉宽调制充电模块（6）以及向上述三个模块供电的内置隔离型稳压电源（2）；所述电池电压采集模块（4）和充电电流采集模块（5）的信号输出端共同通过一个模数转换器模块（7）连接有一个控制模块（8）；所述控制模块（8）的信号输出端与脉宽调制充电模块（6）的信号输入端相连接；所述脉宽调制充电模块（6）的充电回路中串接有一个定值电阻R1，所述充电电流采集模块（5）的信号输入端连接在定值电阻R1的两端。

2.根据权利要求1所述的落后电池电压均衡装置，其特征在于：还包括用于采集落后电池（10）温度的由内置隔离型稳压电源（2）供电的电池温度采集模块（3）；所述电池温度采集模块（3）的信号输出端与控制模块（8）的信号输入端相连接。

3.根据权利要求2所述的落后电池电压均衡装置，其特征在于：所述控制模块（8）的信号输出端还连接有一个显示模块（9）。

4.根据权利要求1或2或3所述的落后电池电压均衡装置，其特征在于：内置隔离型稳压电源（2）采用输入电压为19-36V、输出电压为5V的高可靠性隔离电源模块，输入和输出端的隔离电压为1500VDC；控制模块（8）采用51系列8位微控制器SM5964。

5.根据权利要求3所述的落后电池电压均衡装置，其特征在于：显示模块（9）采用了带LED背光的16*2字符点阵型液晶显示模块；电池温度采集模块（3）采用DS18B20型数字式温度传感器；模数转换器模块（7）采用双积分模数转换器ICL7135。

6.根据权利要求2或3所述的落后电池电压均衡装置，其特征在于：所述脉宽调制充电模块（6）包括TC4469的一个驱动单元、P型功率场效应管T1、储能电感L1、续流二极管D1、逆止二极管D2、滤波电容器E2和正温度系数自恢复电阻PTC；所述TC4469的驱动单元输出端分别连接有电阻R3和R2；R2的另一端与T1的栅极连接，T1的漏极与L1相连接，L1的另一端与D2正极连接，D2负极与PTC相连接，PTC的另一端连接有接线端J1；T1的漏极还与D1负极连接，D1的正极接地；T1的源极与电阻R2的另一端相连并与内置隔离型稳压电源（2）相连接；接线端J1的第二、第三接线端之间串接有分压电阻R4和R5；所述R5的两端与电池电压采集模块（4）相连接；J1的第四接线端通过定值电阻R1接地，R1的两端与充电电流采集模块（5）相连接；所述控制模块（8）的信号输出端与驱动单元的一个信号输入端相连接。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的落后电池电压均衡装置，其特征在于：控制模块（8）内部有64K字节的FLASH存储器、1K字节的RAM、脉宽调制控制电路、并有一个看门狗定时器。