CN208797604U - 一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置，属于蓄电池组电池电压均衡装置技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置；解决该技术问题采用的技术方案为：包括由工程塑料压注的壳体，所述壳体的正面设置有LED数码管，所述壳体的底部设置有与蓄电池对接的连接线及测试夹；所述壳体的内部设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有微控制器，所述微控制器的信号输出端与LED数码管相连；所述微控制器的输入端还连接有电池电压调理模块、温度传感器，所述微控制器的输出端还连接有充电电流分流模块，所述电池电压调理模块、充电电流分流模块分别与蓄电池相连；本实用新型应用于安装有蓄电池组的场所。
Description
技术领域
本实用新型一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置，属于蓄电池组电池电压均衡装置技术领域。
背景技术
当前电力***中变电站使用的蓄电池组通常由104只左右的密封铅酸蓄电池组成，由于制造方面的原因，部分电池可能会在绝大多数电池性能良好时提前损坏，为保证电池组输出电压，生产现场需要将故障电池更换为性能良好的同型号电池；由于新旧电池的内阻、容量及内部自放电电阻存在差别，蓄电池运行维护规程不允许新旧电池混用于同一组电池；相比于旧电池，通常新电池自放电较小，当其串入原电池组时，维持旧电池端电压的浮充电流将使得新电池的端电压超过允许值，过高的电池端电压将导致新换电池的阳极板损坏，还使电池内部失水严重，所以所更换的新电池由于上述原因将很快再次损坏。
由于无法解决新换电池电压超限问题，目前生产现场解决这个问题的通常办法是整组更换蓄电池；一组500安时进口密封阀控铅酸蓄电池的价格约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，由此可以看出整组更换蓄电池的方案会耗费大量的资金，并增加了拆除旧电池和安装新电池的工作量，更换下来的电池拆解时又对环境造成污染，更换电池组的施工过程中还存在工程风险。
现有技术中有采用只更换故障蓄电池，在新换的蓄电池两端并接分流电阻的方法，但是这种方法需要精确调整分流电阻的阻值，且需要维护人员经常监测新电池的电压并调整阻值，技术难度和需要花费的工作量都比较大，所以该方法很难推广使用；另外有一种分流型蓄电池组电池电压均衡装置，使用该装置并接在新换电池的两端，依靠所分流的浮充电流供电，采用调整对浮充电流分流的方法来调节电池端电压，但装置本身功耗较大，只能适用于需要较多浮充电流的蓄电池。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置；为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置，包括由工程塑料压注的壳体，所述壳体的正面设置有LED数码管，所述壳体的底部设置有与蓄电池对接的连接线及测试夹；
所述壳体的内部设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有微控制器，所述微控制器的信号输出端与LED数码管相连；
所述微控制器的输入端还连接有电池电压调理模块、温度传感器，所述微控制器的输出端还连接有充电电流分流模块，所述电池电压调理模块、充电电流分流模块分别与蓄电池相连；
所述温度传感器安装在用于夹持蓄电池极桩的测试夹内；
所述蓄电池检测端口引出导线及测试夹与蓄电池的两端相连；
所述微控制器的电源输入端还连接有电源模块；
所述微控制器还通过插针与数据通信模块相连；
所述微控制器使用的芯片为控制芯片U1；
所述温度传感器使用的芯片为温度传感芯片U2；
所述电源模块使用的芯片为稳压器U3；
所述微控制器的电路结构为：
所述控制芯片U1的电源输入端VCC连接电源模块的输出端，所述电源模块的输入端与蓄电池的正极相连；
所述控制芯片U1内置的AD转换器输入端与蓄电池的正极相连；
所述控制芯片U1的RXD端和TXD端与数据通信模块相连；
所述控制芯片U1的Pe端口与充电电流分流模块相连，所述充电电流分流模块包括至少两个分流单元，所述每个分流单元由场效应管和能耗电阻组成，所述场效应管的栅极与控制芯片U1的Pe端口相连；
所述控制芯片U1的Pa、Pb、Pc、Pd端口分别与LED数码管相连；
所述控制芯片U1的端口线与温度传感芯片U2的信号输入输出端相连，所述温度传感芯片U2的电源端与电源模块的输出端相连。
所述控制芯片U1的型号为STC15W4K32S4；
所述温度传感芯片U2的型号为DS18B20；
所述稳压器U3的型号为NCP1402-3.3。
本实用新型相对于现有技术具备以下的有益效果：
一、采用所述装置，在一组较新蓄电池组中部分电池性能发生劣化需要更换时，不用更换整组电池，只需使用同型号新电池置换故障电池，并在新电池两端并接所述本实用新型装置，即可保证蓄电池组的正常工作；
二、采用所述装置，避免了整组更换电池组的资金消耗，节约了大量生产设备的资金；
三、采用所述装置，避免了整组更换蓄电池组花费的较多工作量、潜在的工程风险及更换下来的电池对环境产生不利影响，更有利于节能减排；
四、采用所述装置，成本造价较低，安装便捷，便于推广。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的电路结构示意图；
图3为本实用新型微控制器的电路结构图；
图中：1为壳体、2为LED数码管、3为微控制器、4为电池电压调理模块、5为温度传感器、6为充电电流分流模块、7为蓄电池、8为电源模块、9为数据通信模块。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实用新型一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置，包括由工程塑料压注的壳体1，所述壳体1的正面设置有LED数码管2，所述壳体1的底部设置有与蓄电池对接的连接线及测试夹；
所述壳体1的内部设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有微控制器3，所述微控制器3的信号输出端与LED数码管2相连；
所述微控制器3的输入端还连接有电池电压调理模块4、温度传感器5，所述微控制器3的输出端还连接有充电电流分流模块6，所述电池电压调理模块4、充电电流分流模块6分别与蓄电池相连；
所述温度传感器5安装在用于夹持蓄电池极桩的测试夹内；
所述蓄电池检测端口引出导线及测试夹与蓄电池7的两端相连；
所述微控制器3的电源输入端还连接有电源模块8；
所述微控制器3还通过插针与数据通信模块9相连；
所述微控制器3使用的芯片为控制芯片U1；
所述温度传感器5使用的芯片为温度传感芯片U2；
所述电源模块8使用的芯片为稳压器U3；
所述微控制器3的电路结构为：
所述控制芯片U1的电源输入端VCC连接电源模块8的输出端，所述电源模块8的输入端与蓄电池7的正极相连；
所述控制芯片U1内置的AD转换器输入端与蓄电池7的正极相连；
所述控制芯片U1的RXD端和TXD端与数据通信模块9相连；
所述控制芯片U1的Pe端口与充电电流分流模块6相连，所述充电电流分流模块6包括至少两个分流单元，所述每个分流单元由场效应管和能耗电阻组成，所述场效应管的栅极与控制芯片U1的Pe端口相连；
所述控制芯片U1的Pa、Pb、Pc、Pd端口分别与LED数码管2相连；
所述控制芯片U1的端口线与温度传感芯片U2的信号输入输出端相连，所述温度传感芯片U2的电源端与电源模块8的输出端相连。
所述控制芯片U1的型号为STC15W4K32S4；
所述温度传感芯片U2的型号为DS18B20；
所述稳压器U3的型号为NCP1402-3.3。
本实用新型提供一种具有自身功耗低，宽范围分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置，可以应用于所有出现电压升高现象的新换电池；本实用新型的内部有多路功能模块，包括具有掉电唤醒功能、用于测量电池电压的微控制器3，用于采集蓄电池组中新电池温度数据的温度传感器5，用于对蓄电池组中新电池浮充电流进行分流的充电电流分流模块6，用于显示电池端电压、环境温度等数据的LED数码管2及***电路。
本实用新型使用的微控制器3具备掉电唤醒功能，在微控制器3进入掉电状态时，微控制器3的功耗仅为数微瓦，整个装置的功耗为数毫瓦（具体使用时装置最低功耗为1毫安，2.2毫瓦），且装置的最大分流值可根据电池的分流要求设计。
根据需要，装置可以通过间歇掉电和自动唤醒进入工作状态来满足小电流分流条件，在需要大电流分流时，装置处于连续工作状态，通过充电电流分流模块6对多余浮充电流进行分流，因此本实用新型是具备宽分流能力的分流型电池电压均衡电路。
具体使用时，所述微控制器3与温度传感器5的I/O端、充电电流分流模块6的控制端分别相连，所述充电电流分流模块6的电源输入端VB与蓄电池组中新电池的两端相连。
所述温度传感器5为数字式温度传感器，所述充电电流分流模块6具体包括由微控制器3输出端驱动的开关元件和能耗电阻阵列；所述电池电压调理模块4包括阻容滤波元；模数转换器集成在微控制器内部。
所述微控制器3可以根据所述温度传感器5采集到的蓄电池组中新换电池温度计算出电池浮充电压理想值；所述微控制器3另外连接有LED数码管显示模块，该显示模块在关断后为零功耗。
所述充电电流分流模块6中设置的开关元件采用N沟道功率场效应管，所述N沟道功率场效应管的功率，耐压值以及导通电阻根据新换蓄电池的规格选配。
本实用新型通过采集蓄电池组中新换电池温度获得相应温度条件下蓄电池的理想浮充电压值，以便控制新电池的浮充电压，使之工作在优化状态；本实用新型所述装置对多余的浮充电电流进行分流，装置的微控制器处于掉电状态时消耗电流极小，而能耗元件可根据需要分流的电流进行配置，所以适用于所有电压升高的新电池，所述装置的电源取自新换电池两端。
进一步的，对本实用新型中各功能模块做进一步说明：
所述微控制器3通过数据通信模块9可以进行在***编程，使用时把接口器件MAX3232及***电容器单独做成小电路板，一端有4个插针与所述装置对接，在***编程时将其VCC（3.3V），GND，RXD 和TXD与微控制器相应的引脚相连；232接口另一端的3根线与编程计算机串口相连，编程完成后从装置上拔除232接口板，这样装置在工作时就不存在接口电路MAX3232的静态电流了，只有在***编程时才将该电路板与本体电路对接。
所述微控制器3的内部集成有上电复位电路、看门狗复位电路，所以无需使用外部阻容复位电路和复位按钮，可以使***电路精简。
本实用新型为在线运行装置，考虑到电力***蓄电池室温度较为恒定，电源模块NCP1402-3.3输出电压的温度系数小，而微控制器是宽电压使用器件，所以本实用新型使用稳压器U3的输出作为微控制器3、温度传感器5的工作电压和内部ADC的参考电压；所述电源模块可以将2V电压提升至3.3V对各模块进行供电。
本实用新型采用LED数码管2作为显示器件的原因，一是它支持由微控制器3的端口线直接驱动，关断后是零功耗，二是需要分流时可点亮LED进行分流，较大电流分流时则主要依靠能耗电阻阵列，充电电流分流模块6则针对大电流分流时使用；所述LED数码管2的显示方案可通过编程实现，比如需要大电流分流时，装置可显示电池电压、电池温度、电池温度对应的理想电池电压等，而在不需要分流时，可设置最后一位数码管的小数点闪烁等。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作具体说明：
一种蓄电池组电池电压均衡装置，包括用于监测蓄电池组中新换电池电压的微控制器，用于采集新换电池电压信号的电压调理电路，用于采集新换电池温度的温度传感器，以及用于对新电池浮充电流进行分流的充电电流分流电路，用于将装置与电池连接的测试夹，温度传感器安装在测试夹内侧，在测试夹夹持电池极桩时温度传感器可以较准确地测量电池温度。
在本实用新型的实施例中，所述控制模块可以采用微控制器及相应***电路来实现，所述电池电压调理模块可以采用阻容网络，所述温度传感器可以采用数字式温度传感器，所述充电电流分流模块包括由微控制器输出端驱动的4位LED数码管、开关元件和能耗电阻。
具体的，微控制器在本实用新型中主要用于监测新电池两端的电压、新电池的温度，并通过控制充电电流分流电路中的开关元件导通或截止，来控制所述分流电路中电流的大小，保证新电池的电池电压处于较理想状态，从而符合蓄电池运行规程规定的电压要求。
在本实用新型的实施例中，所述控制模块根据所述温度传感器采集到的新换电池温度计算出的浮充电压理想值；例如：Vset（浮充电压理想值）=2.280V+3.9mV(25-T)，T为新换电池温度，2.280V是电池厂家给出的电池在25摄氏度时的浮充电压值；当T=10℃，Vset≈2.340V；当T=40℃，Vset≈2.220V。
在本实用新型的实施例中，所述浮充电电流分流电路中的开关元件采用N沟道功率场效应管；分流电阻通过开关元件连接在新电池两端，用于分流多余的浮充电电流。
如图1所示，本实用新型装置一共引出两根测试端口，端口1接新换电池B2的正极，端口2接B2的负极；所述装置与蓄电池组相连接，微控制器采集新电池两端的电压；在浮充电状态下，微控制器先将新电池的电压，与根据所述温度传感器采集到的新电池温度计算出的理想浮充电压作比较，当电池电压高于理想值时，装置对浮充电流进行分流，减少了进入新电池的浮充电流，其端电压即下降，反之亦然。
综上所述，采用本实用新型所述的分流型蓄电池组电池电压均衡装置，不仅能够避免了在蓄电池组中部分电池故障时整组更换电池的高额成本，并且本使用新型公开的技术方案实现便捷，易于推广。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置，其特征在于：包括由工程塑料压注的壳体（1），所述壳体（1）的正面设置有LED数码管（2），所述壳体（1）的底部设置有与蓄电池对接的连接线及测试夹；
所述壳体（1）的内部设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有微控制器（3），所述微控制器（3）的信号输出端与LED数码管（2）相连；
所述微控制器（3）的输入端还连接有电池电压调理模块（4）、温度传感器（5），所述微控制器（3）的输出端还连接有充电电流分流模块（6），所述电池电压调理模块（4）、充电电流分流模块（6）分别与蓄电池相连；
所述温度传感器（5）安装在用于夹持蓄电池极桩的测试夹内；
所述蓄电池检测端口引出导线及测试夹与蓄电池（7）的两端相连；
所述微控制器（3）的电源输入端还连接有电源模块（8）；
所述微控制器（3）还通过插针与数据通信模块（9）相连；
所述微控制器（3）使用的芯片为控制芯片U1；
所述温度传感器（5）使用的芯片为温度传感芯片U2；
所述电源模块（8）使用的芯片为稳压器U3；
所述微控制器（3）的电路结构为：
所述控制芯片U1的电源输入端VCC连接电源模块（8）的输出端，所述电源模块（8）的输入端与蓄电池（7）的正极相连；
所述控制芯片U1内置的AD转换器输入端与蓄电池（7）的正极相连；
所述控制芯片U1的RXD端和TXD端与数据通信模块（9）相连；
所述控制芯片U1的Pe端口与充电电流分流模块（6）相连，所述充电电流分流模块（6）包括至少两个分流单元，所述每个分流单元由场效应管和能耗电阻组成，所述场效应管的栅极与控制芯片U1的Pe端口相连；
所述控制芯片U1的Pa、Pb、Pc、Pd端口分别与LED数码管（2）相连；
所述控制芯片U1的端口线与温度传感芯片U2的信号输入输出端相连，所述温度传感芯片U2的电源端与电源模块（8）的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有宽分流能力的蓄电池组电池电压均衡装置，其特征在于：
所述控制芯片U1的型号为STC15W4K32S4；
所述温度传感芯片U2的型号为DS18B20；
所述稳压器U3的型号为NCP1402-3.3。
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