铅酸蓄电池管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种铅酸蓄电池管理系统，具有监测部分、输入输出控制单元以及中央处理器，其中监测部分与蓄电池的各监测点相连接，采集到的监测信号输出至中央处理器；输入输出控制单元与中央处理器相连，同时连接铅酸蓄电池的充放电装置；监测部分包括电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元，其中电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元分别接收蓄电池的电压、电流以及温度的检测信号输出至中央处理器。本发明可有效的保护蓄电池，延缓蓄电池寿命，保证铅酸蓄电池可靠和稳定地运行，成本低廉，结构简单，运行稳定，可广泛应用于储能电站及相关领域。
【专利说明】 铅酸蓄电池管理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种储能电站领域中的电池管理技术，具体的说是一种铅酸蓄电池管理系统。
【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池管理系统负责蓄电池电压、温度及充放电电流的采集，高低压继电器的控制，蓄电池系统的监测及故障诊断以及蓄电池单体的均衡管理等功能，是铅酸蓄电池应用不可缺少的一部分。
[0003]铅酸蓄电池技术发展到今已趋于成熟，成本低，安全性高，稳定，能输出较大的电流及功率，适用于不同领域的储能需要。但随着蓄电池的老化，其各项性能指标会出现不稳定的变动，各单体蓄电池间会出现不同程度的容量变化，运行过程中蓄电池电压不均衡。故铅酸蓄电池同样需要一种管理系统，来实时监测蓄电池状态，保护蓄电池不过充过放，延长蓄电池适用寿命。
[0004]目前市场上的铅酸蓄电池多为单独蓄电池，不包括管理系统，无法进行实时的监测和监控，不利于蓄电池的维护和良好运行。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中对铅酸蓄电池无法进行实时的监测和监控的不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种可实时监测蓄电池运行状态，对运行中出现的问题进行及时分析和监控的铅酸蓄电池管理系统。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0007]本发明铅酸蓄电池管理系统具有监测部分、输入输出控制单元以及中央处理器，其中监测部分与蓄电池的各监测点相连接，采集到的监测信号输出至中央处理器；输入输出控制单元与中央处理器相连，同时连接铅酸蓄电池的充放电装置。
[0008]监测部分包括电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元，其中电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元分别接收蓄电池的电压、电流以及温度的检测信号输出至中央处理器。
[0009]本发明还具有漏电检测单元，其与中央处理器进行通讯连接，漏电检测单元外部连接在蓄电池外壳和大地引出的接地线上，内部与中央处理器相连。
[0010]本发明还具有均衡模块，外部与铅酸蓄电池单体电压端相连，内部与中央处理器硬件连接。
[0011]所述中央处理器内部安装有铅酸蓄电池管理程序，其控制步骤如下:
[0012]开机，系统初始化；
[0013]通过监测部分采集铅酸蓄电池的监测信号；
[0014]对上述监测信号进行滤波，得到去除噪声后的监测信号；
[0015]对上述去除噪声后的监测信号与对应的报警设定信号进行比较，判断是否有异常信号，如果有异常信号则报警。
[0016]所述监测部分采集铅酸蓄电池的监测信号为:分别通过电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元实现，其中电压监测单元具有多路电压检测通道，分别采集每只蓄电池单体的电压，每只铅酸蓄电池通过采样线，经硬件电路切换将该蓄电池电压分压后进入模/数转换模块，通过模/数转换模块转化将数字量输入中央处理器，由中央处理器计算分析单体电压，再通过单体电压累加得到总电压。
[0017]所述异常信号包括:充电过流、电池过充或过放、电池温度过高或过低以及电池漏电。
[0018]还具有均衡处理步骤，如果监测模块监测到的某单体蓄电池的电压高于均值，则对该单体蓄电池进行额外放电，直至该单体蓄电池与均值一致；如果监测模块监测到的某单体蓄电池的电压低于均值，则对该单体蓄电池进行额外充电，直至该单体蓄电池与均值一致。
[0019]本发明具有以下有益效果及优点:
[0020]1.本发明通过监测部分采集蓄电池的电压、温度、电流信息，通过中央处理器的运算，实时监测蓄电池及系统的运行状态，并实现实时的调控，通过充电系统与整体系统的交互，对过程中出现的问题进行及时的分析和监控，可有效的保护蓄电池，延缓蓄电池寿命，保证铅酸蓄电池可靠和稳定地运行。
[0021]2.本发明系统集成采集及控制功能于一体，成本低廉，结构简单，运行稳定，可广泛应用于储能电站及相关领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明系统结构框图；
[0023]图2为本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
[0025]如图1所示，本发明铅酸蓄电池管理系统具有监测部分、输入输出控制单元以及中央处理器，其中监测部分与蓄电池的监测点相连接，采集到的监测信号输出至中央处理器；输入输出控制单兀与中央处理器相连，输入输出控制单兀连接电池现场信号。输入输出控制单元采用继电器控制回路，对铅蓄电池充放电操作实施控制。
[0026]本实施例中，监测部分包括电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元，其中电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元分别接收蓄电池的电压、电流以及温度的检测信号输出至中央处理器；电流监测单元外部与现场电池充放电电路的电流感应器件相连，内部与中央处理器(本实施例采用单片机)进行通讯连接。
[0027]电压采集:本管理系统采集每只蓄电池单体的电压。由于铅酸蓄电池体积较大，同时其放电电流又较大，因此，为每只蓄电池配置两根采样线，正、负各一根。经硬件电路切换将该蓄电池电压分压后进入芯片，通过模数转换和输出数字信息后输入单片机，由单片机计算单体电压，同时将单体电压累加得到总电压。
[0028]电流采集:电流采集可以监控蓄电池当前的充放电状态，充放电电流的大小，根据蓄电池状态，及时调整充放电最大电流限值以保护蓄电池。同时蓄电池采集的准确度直接影响到蓄电池的状态的计算。本发明通过蓄电池传感器及相关硬件电路将电流转换为电压信号，将数字信息输入单片机，由单片机计算电流值。
[0029]温度采集:通过多路温度采集通道采集每只蓄电池单体的温度；通过温度传感器引入蓄电池及环境温度，经模数转化将数字量输入单片机，由单片机计算当前温度值。
[0030]本发明还具有漏电检测单元，其与中央处理器进行通讯连接，漏电检测单元外部连接在蓄电池外壳和大地引出的接地线上，内部和中央处理器相连。漏电监测用于检测蓄电池是否漏电。
[0031]本发明还具有均衡模块，外部与铅酸蓄电池单体电压端相连，内部与中央处理器相连接，用于蓄电池的维护。长期使用蓄电池会导致蓄电池容量的衰减，及各单体电池间的不一致性。本模块可以监测模块电压高于均值的铅酸蓄电池单体单体，并对其额外放电；低于均值的铅酸蓄电池单体单体，并对其额外充电，从而达到均衡的目的。
[0032]本发明铅酸蓄电池管理系统主要负责铅酸电池的单体电压检测、温度检测、漏电检测和充放电电流检测以及对单体电压之间的不均衡进行控制，以起到均衡各单体电压，延长电池寿命的作用。另外铅酸电池管理系统可以在紧急情况下(电池温度过高或充电电流过高)通过继电器控制切断充放电装置的充放电回路的作用。
[0033]所述中央处理器内部安装有铅酸蓄电池管理程序，其控制步骤如图2所示:
[0034]开机，系统初始化；
[0035]通过监测部分采集铅酸蓄电池的监测信号；
[0036]对上述监测信号进行滤波，得到去除噪声后的监测信号参与运算；
[0037]对上述去除噪声后的监测信号与对应的报警设定信号进行比较，判断是否有异常信号，如果有异常信号则报警。
[0038]异常信号的比较包括模拟量的计算、控制逻辑的处理、系统状态的计算等，均在中央处理器中进行。均衡的处理是通过均衡模块将采集的现场电池单体电压送与中央处理器，由中央处理器完成单体电压间的均衡问题，均衡模块采用TI的bq761536A芯片搭建硬件电路。
[0039]所述监测部分采集铅酸蓄电池的监测信号分别通过电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元实现，其中电压监测单元具有多路电压检测通道，分别采集每只蓄电池单体的电压，每只铅酸蓄电池通过两根正、负采样线，经硬件电路切换将该蓄电池电压分压后进入模/数转换模块，通过模/数转换模块转化将数字量输入中央处理器，由中央处理器计算分析单体电压，再通过单体电压累加得到总电压。
[0040]所述异常信号包括:充电过流、电池过充或过放、电池温度过高或过低以及电池漏电。判断方法为实际检测值和设定值比较，来判断是否提示报警信息。
[0041]本发明方法中还具有均衡处理步骤，如果监测模块监测到的某单体蓄电池的电压高于均值，则对该单体蓄电池进行放电，直至该单体蓄电池与均值一致。
[0042]本系统中各监测单元负责检测对应的铅酸电池电压、充放电电流、电池内温度等，然后送与中央处理器进行模拟量转换并加以滤波，得到实测值，然后和对应的报警设定值进行比较，判断是否发出报警信息。同时对监测的铅酸电池多个单体电压进行比较，判断是否需要均衡，由中央处理器实施均衡策略。在紧急情况下由中央处理单元启动继电器断开充放电回路。
【权利要求】
1.一种铅酸蓄电池管理系统，其特征在于:具有监测部分、输入输出控制单元以及中央处理器，其中监测部分与蓄电池的各监测点相连接，采集到的监测信号输出至中央处理器；输入输出控制单元与中央处理器相连，同时连接铅酸蓄电池的充放电装置。
2.按权利要求1所述的铅酸蓄电池管理系统，其特征在于:监测部分包括电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元，其中电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元分别接收蓄电池的电压、电流以及温度的检测信号输出至中央处理器。
3.按权利要求1所述的铅酸蓄电池管理系统，其特征在于:还具有漏电检测单元，其与中央处理器进行通讯连接，漏电检测单元外部连接在蓄电池外壳和大地引出的接地线上，内部与中央处理器相连。
4.按权利要求1所述的铅酸蓄电池管理系统，其特征在于:还具有均衡模块，外部与铅酸蓄电池单体电压端相连，内部与中央处理器硬件连接。
5.按权利要求1所述的铅酸蓄电池管理系统，其特征在于:所述中央处理器内部安装有铅酸蓄电池管理程序，其控制步骤如下: 开机，系统初始化； 通过监测部分采集铅酸蓄电池的监测信号； 对上述监测信号进行滤波，得到去除噪声后的监测信号； 对上述去除噪声后的监测信号与对应的报警设定信号进行比较，判断是否有异常信号，如果有异常信号则报警。
6.按权利要求5所述的铅酸蓄电池管理系统，其特征在于:所述监测部分采集铅酸蓄电池的监测信号为:分别通过电压监测单元、电流监测单元以及温度监测单元实现，其中电压监测单元具有多路电压检测通道，分别采集每只蓄电池单体的电压，每只铅酸蓄电池通过采样线，经硬件电路切换将该蓄电池电压分压后进入模/数转换模块，通过模/数转换模块转化将数字量输入中央处理器，由中央处理器计算分析单体电压，再通过单体电压累加得到总电压。
7.按权利要求5所述的铅酸蓄电池管理系统，其特征在于:所述异常信号包括:充电过流、电池过充或过放、电池温度过高或过低以及电池漏电。
8.按权利要求5所述的铅酸蓄电池管理系统，其特征在于:还具有均衡处理步骤，如果监测模块监测到的某单体蓄电池的电压高于均值，则对该单体蓄电池进行额外放电，直至该单体蓄电池与均值一致；如果监测模块监测到的某单体蓄电池的电压低于均值，则对该单体蓄电池进行额外充电，直至该单体蓄电池与均值一致。
【文档编号】H02J7/00GK103986195SQ201310050561
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2013年2月7日
【发明者】陈晖 , 冯兴梅, 刘欣, 程佳, 刘建国, 严川伟 申请人:中国科学院金属研究所