具有远程通信的储电管控系统及其充放电控制方法与流程

本发明涉及固定用蓄电池的成组管理控制设计领域，特别涉及一种具有远程通信的储电管控系统及其充放电控制方法。

背景技术：

固定用电池组是蓄电池行业产品的一个重要分类，其使用特点为固定场合，电池组不随放电负载而移动，其单体储备容量一般较大或电池组电压较高，放电时率及充电制式通常也与电动车的动力蓄电池不同，广泛应用于通信机站ups及储能等领域，例如通信机站的固定用电池组一般由24只标称2伏的单体铅酸蓄电池串联成48伏电池组使用。由于固定用电池组以铅酸蓄电池为市场主流，其价格相对低廉，常规充放电管理通常是控制整组电池的两端电压，对电池组中某落后的模块电池或单体而言，将导致被深放电，充电时又会引致被过充，使其容量加速衰减。

固定用电池组较难达到设计使用寿命，其中一个重要原因是未能及时发现容量落后模块电池或单体，为此行业希望寻求一种能及时发现其中容量落后模块电池或单体、防止容量落后模块电池或单体被深放电以及被过充电的技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对固定用串联电池组常规充放电管理存在的技术缺陷，提供一种有别于常规设计的管控系统，该设备系统通过远程通信可及时发现电池组中容量落后模块电池，并具有防止容量落后模块电池被深放电以及被过充电的控制功能，能够有效延长串联电池组的使用寿命，降低电池组的更换成本。本发明所述的电池组或模块电池为固定场合使用，例如用于通信机站ups以及储能等领域；所述的模块电池，包括但不仅限于行业通常所称的低压电池组或单体。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种具有远程通信的储电管控系统，该储电管控系统用于对固定用电池组的充放电控制，包括：巡检模块、信号处理器、充电模块、放电模块和通信模块；所述的信号处理器至少包括电压信号比较功能和逻辑处理功能，其信号输入端连接所述巡检模块的信号输出端，其信号输出端分别连接所述的放电模块和充电模块的信号输入端；所述通信模块通过远程通信网络向所述储电管控系统的外部数据接收设备传输数据实现所述的远程通信；所述放电模块的电源输入端连接所述电池组的两端，其电源输出端连接电池组的放电负载；所述充电模块的电源输出端连接电池组的两端，其电源输入端连接所述电池组的外部充电电源；所述巡检模块的信号输入端连接所述电池组的两端以及电池组中各模块电池的串联抽头端；所述储电管控系统对所述固定用电池组执行惯例浮充电，并对电池组执行所述储电管控系统设定的放电控制和充电控制操作。

本发明中，配合所述具有远程通信的储电管控系统使用的电池组包括至少两个串联连接的模块电池，且模块电池两端在电池组中的串联接口设置有抽头端。

上述技术方案中，所述对电池组执行充电控制操作的电控程序内置于所述的充电模块，其充电恒压值受控于所述信号处理器的信号指令。

上述技术方案中，所述通信模块的信号输入端与所述信号处理器的信号输出端连接，或与所述巡检模块的信号输出端连接。通信模块为实现向储电管控系统外部数据接收设备(信息接收端)传输所述储电管控系统内贮数据的信息发射端。

上述技术方案中，所述的远程通信网络包括任意波段的无线通信网以及任意形式的信息互联网、局域网。

作为上述技术方案的一种改进，所述储电管控系统的巡检模块、信号处理器、放电模块、充电模块和通信模块之间分立设置或选择性组合设置或共用一体化模块设置。所述的选择性组合设置，包括把各模块的控制子模块的部分功能或全部功能一体化集成，例如所述巡检模块的部分功能或全部功能集成于信号处理器，放电模块与充电模块一体化集成设计。

基于上述具有远程通信的储电管控系统，本发明还提供了一种前述储电管控系统的充放电控制方法，该方法包括：

步骤1)利用充电模块对电池组以设置的浮充电压值充电。

步骤2)利用巡检模块对所述各个模块电池的实时放电电压进行数据巡检，并利用通信模块把各个模块电池或/和电池组的实时放电电压数据通过远程通信网络实时远程传输；

步骤3)通过步骤2)巡检得到的各模块电池对应的电压巡检数据，由信号处理器将所述的电压巡检数据与其内贮设定的阀值进行比较，当信号处理器检测到电池组中任一模块电池的电压值下降到内贮设定的阀值时，发送相应信号控制放电模块终止对所述电池组放电；

步骤4)通过信号处理器记录步骤2)巡检得到的以及电池组终止放电时刻得到的电压值最低的容量落后模块电池的数据；

步骤5)利用信号处理器控制充电模块对电池组在终止放电后充电，并通过步骤4)的信号记录，监测所述容量落后模块电池在下次充电的电压上升状态，当监测到该容量落后模块电池的受充电压达到内贮设定的恒压充电上限值vm/v时，发送相应信号控制充电模块以该时刻电池组充电的实时电压作为恒定电压值，当电池组受充电流下降至内置的设定值时，充电模块以恒定电流对电池组充电若干时间变换为设置的浮充电压值；所述的恒定电流值在0.02-0.1c/a之间选取。

上述技术方案中，所述的步骤3)或步骤4)还包括：在终止对电池组放电时，利用信号处理器记录贮存各个模块电池在终止放电时刻的实时电压数据，并利用通信模块通过所述远程通信网络向外部数据接收设备传输各个模块电池在终止放电时刻的实时电压数据。

上述技术方案中，所述的步骤5)对电池组在终止放电后的充电，包括外部电源来电立即启动、外部电源来电后延时若干时间启动以及待电池组中任一模块电池的电压下降到所述信号处理器内贮设定阀值的时刻启动。由信号处理器内贮设定的恒压充电上限值vm/v，根据所述电池组中模块电池的种类确定，所述的恒压充电上限值vm/v优选国家技术标准或行业对该种类模块电池的推荐值。

本发明的一种具有远程通信的储电管控系统及其充放电控制方法优点在于：

运用本发明的储电管控系统对串联电池组中各个模块电池的实时电压状态进行信号采集、处理，利用远程通信实时反映模块电池的放电状态，并控制容量落后模块电池不被深放电及不被过充电，可有效延长固定用电池组的使用寿命。

附图说明

图1是常规储电管控系统对电池组的信号监测结构示意图。

图2a是本发明中储电管控系统对电池组的信号监测控制结构示意图。

图2b是图2a中示出的储电管控系统的结构简化示意图。

图2c是另一种设置通信模块的储电管控系统逻辑控制结构示意图。

图3是信号处理器与巡检模块组合设置的储电管控系统逻辑控制结构示意图。

图4是充电模块与放电模块组合设置的储电管控系统逻辑控制结构示意图。

图5是充电模块与放电模块组合设置以及信号处理器与巡检模块组合设置的储电管控系统逻辑控制结构示意图。

附图标识：

1、电池组1a、第一模块电池1b、第二模块电池

2、信号处理器3、巡检模块5、放电模块

6、充电模块7、放电负载8、通信模块

9、常规放电管理系统10、常规充电管理系统

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明的一种具有远程通信的储电管控系统及其充放电控制方法进行详细说明。

图1是一个由第一模块电池1a和第二模块电池1b组成固定用电池组的最简单述例，在图1示例中，充放电控制的特点是以两个模块电池1a/1b串联的两端为电压信号监测对象，常规放电管理系统9与常规充电管理系统10均连接电池组的两端，这种简单的充放电控制管理系统并不真实测知两个模块电池1a/1b的实际放电电压，当两个模块电池不均衡时，必然有其中一只模块电池发生深放电。

参见图2a所示，在本发明提供的具有远程通信的储电管控系统的一个实施例中，储电管控系统包括：巡检模块3、信号处理器2、放电模块5、充电模块6和通信模块8，其中，电池组1由两个串联连接的第一模块电池1a和第二模块电池1b组成，且第一模块电池1a和第二模块电池1b的串联接口设置有串联抽头端；信号处理器2具有电压信号的逻辑处理功能，其信号输入端连接巡检模块3的电压信号输出端，其三个信号输出端分别连接放电模块5、充电模块6以及通信模块的信号输入端；放电模块5的电源输入端连接电池组1的两端，其电源输出端连接电池组的放电负载7；充电模块6的电源输出端连接电池组1的两端，其电源输入端连接所述电池组1的外部充电电源(为清晰表示逻辑控制关系，图2a未标明放电模块5/充电模块6与电池组1两端的连接)；巡检模块3的三个信号输入端分别连接第一模块电池1a和第二模块电池1b串联连接的两端以及串联抽头端。该实施例中，充电模块对电池组1以设置的浮充电压值充电，当电池组1放电时，巡检模块3通过对两个模块电池1a/1b的放电电压数据进行实时巡检，通过通信模块8把各个模块电池或/和电池组1的实时放电电压数据通过远程通信网络实时远程传输，并由信号处理器2与内贮数据进行比较，当检测到两个模块电池1a/1b中任一模块电池的电压值下降到内贮设定的阀值时，发出信号控制放电模块5终止对电池组1放电；该放电过程中，信号处理器还监测并记录电池组1中放电电压值最低的容量落后模块电池的数据，为电池组下次充电提供监测目标依据，控制充电模块对电池组执行下次充电操作。

本发明中，所述的储电管控系统可与固定用电池组的常规充放电管理系统分立设置，亦可将其部分功能或全部功能与所述的常规充放电管理系统一体化集成；所述的放电负载7包括例如通信机站系统、储能系统以及其他使用固定用电池组的装置；所述的固定用电池组或/和模块电池，包括任意可反复充电使用的二次电池，例如铅电池、锂电池、镍电池以及金属储氢电池；所述的模块电池可以是单体电池，也可以是多个单体电池内部串/并联而成的一体化结构产品，包括模块电池组，模块电池组专指两个模块电池以上内部或外部串/并联组合的连接方式。

信号处理器2的内部结构一般包括信号接口、工作电路以及若干功能子模块，例如内贮、计时、运算子模块，由于大规模集成电路的发展，市场上已有大量信号逻辑处理的一体化集成电路器件，因此在本发明所述的技术方案中，只阐述信号处理器2需要的功能，对模块内部结构不作任何限定。所述信号处理器2内贮设定的阀值，优选模块电池1a/1b种类的国家技术标准或行业推荐值而定，例如当模块电池1a/1b选用标称2v的铅蓄电池，行标推荐的放电下限值为1.80v。

放电模块5具有受放电负载7系统控制放电并且受信号处理器2优先控制的功能，也可以设置为常规放电管理系统的优先控制接口电路，即放电模块5可独立设计，也可以在常规放电管理系统加入优先控制的接口电路而形成，包括设置为与固定用电池组放电输出端串联连接的逻辑电源开关。放电模块5受信号处理器2的优先控制方法通常采用0/1数字控制逻辑，在一个实施例中，放电模块5与固定用电池组的放电管理系统分立设置，放电模块5为放电管理系统的优先控制接口电路，该优先控制接口电路受控于信号处理器2输出的0/1指令，放电模块5接收到“1”信号时正常工作，当接收“0”信号时放电模块5不工作。所述的终止放电，包括信号处理器2控制放电模块5终止对电池组1的放电，以及放电负载7在常规运行中终止对电池组1的放电，由于固定用电池组1通常是备用，所述放电负载7对电池组1的终止放电为优先级，即电池组1在备用放电中较少完全放空电。

充电模块6具有接受信号处理器2信息指令对固定用电池组1恒定电压充电的功能，以及充电电流监测和恒定电流充电的功能，其恒定电压充电的控制程序或其恒压值指令受控于信号处理器2，充电电流监测和恒定电流充电的控制程序内置于充电模块6；当充电模块6接收到信号处理器2发出的恒压充电信号指令(信号处理器2通过巡检模块3监测到容量落后模块电池的受充电压上升至设定值，按预设规则浮选出对电池组1的充电恒压值)，对电池组1执行相应的恒压限流充电操作，并继续执行内置设定的恒定电流充电若干时间及浮充。充电模块6可独立设计，也可在常规充电管理系统中加入可被信号处理器2优先控制的逻辑控制接口而形成。

巡检模块3可以独立设置，也可将其巡检功能集成于信号处理器2。市场专用于电压信号巡检的集成电路模块一般由a/d转换专用芯片加微处理器构成，a/d转换专用芯片负责将电压的模拟信号转换为数字信号，微处理器控制在不同时刻对串联电池组中的某模块电池进行采样，通过采样时间比较，就可以准确获知某模块电池的实时电压，使用这类专用巡检模块，从其输出端就可以测知图2a所示第一模块电池1a和第二模块电池1b的实时电压，这类专用巡检信号处理的集成电路模块的精度一般较高，信号输入端也较多，适用于众多模块电池的实时电压巡检。当所选购的信号处理器2的信号输入端足够用时，还可以将电压巡检的信号处理功能集成在信号处理器，该电压巡检的信号输入端一般设计为(n+1)路输入通道，n为串联电池组中的模块电池只数，工作时，信号处理器内部的a/d转换子模块负责将电压的模拟信号转换为数字信号，微处理器控制在不同时刻对电池组中的某模块电池进行采样，通过采样时间比较同样可获知某模块电池的实时电压。

在一个巡检模块3与电池组的接口实施例中，巡检对象为常规通信机站用的48v电池组，该电池组由24只2v铅蓄电池串联组成，其两端加23个抽头端共25个对外信号接口，分别与巡检模块的25个信号输入端相接，巡检模块选择a/d转换专用芯片，其信号输出端与信号处理器的信号输入端相接，a/d转换专用芯片负责将电压的模拟信号转换为数字信号，由信号处理器2控制该巡检模块在不同时刻对电池组中的模块电池进行采样，通过采样时间比较可获知模块电池的实时电压。巡检模块3除了监测所述各模块电池的实时电压，也可以同时监测固定用电池组两端的电压。在以下附图及说明中，不再专门标示巡检模块3与电池组1中模块电池的巡检示意结构，图2a所示巡检结构的储电管控系统示意图简化为图2b所示。

通信模块8是为实现所述管控系统通过远程通信网络向远程数据接收端提供实时信息数据，所述的信号处理器2设置有数据内贮的子模块，通信模块8的信号输入端可如图2b所示与所述信号处理器的信号输出端连接，也可与所述巡检模块的信号输出端连接，如图2c所示。所述的信息数据，包括以上实施例所述第一模块电池1a和第二模块电池1b的实时/终止放电电压值，以及电池组的实时/终止放电电压值。通过外部的远程数据接收端，可掌握各模块电池的放电状态，便于随时掌握固定用电池组的状态，并在维护中准确地检出、更换容量落后的模块电池。

本发明所述的具有远程通信的储电管控系统中，所述的巡检模块3、信号处理器2、放电模块5充电模块6和通信模块8可分立设置，也可选择性组合设置，上述将电压巡检模块3的功能集成在信号处理器2是选择性组合设置的一个实施例，如图3所示；同理，放电模块5和充电模块6的功能也可共用一体化模块设置，如图4和图5所示；甚至可将巡检模块3、信号处理器2、放电模块5、充电模块6包括通信模块8的全部功能共用一体化模块设置。

本发明还提供了一种具有远程通信的储电管控系统的充放电控制方法，该方法以电池组中任一模块电池的放电电压值下降到设定的阀值作为终止放电的依据，并且以电池组中的容量落后模块电池的受充电压状态作为监测对象，由信号处理器控制充电模块对整组电池执行浮选恒压值的充电操作。参考图2-5所示的储电管控系统，所述的充放电控制方法具体包括以下步骤：

步骤1)利用充电模块6对电池组1以设置的浮充电压值充电。

步骤2)利用巡检模块3对所述各个模块电池的实时放电电压进行数据巡检，并利用通信模块8把各个模块电池或/和电池组1的实时放电电压数据通过远程通信网络实时远程传输；

步骤3)通过步骤2)巡检得到的各模块电池对应的电压巡检数据，由信号处理器2将所述的电压巡检数据与其内贮设定的阀值进行比较，当信号处理器2检测到电池组1中任一模块电池的电压值下降到内贮设定的阀值时，发送相应信号控制放电模块5终止对所述电池组1放电；

步骤4)通过信号处理器2记录步骤2)巡检得到的以及电池组1终止放电时刻得到的电压值最低的容量落后模块电池的数据；

步骤5)利用信号处理器2控制充电模块6对电池组1在终止放电后充电，并通过步骤4)的信号记录，监测所述容量落后模块电池在下次充电的电压上升状态，当监测到该容量落后模块电池的受充电压达到内贮设定的恒压充电上限值vm/v时，发送相应信号控制充电模块6以该时刻电池组1充电的实时电压作为恒定电压值，当电池组1受充电流下降至内置的设定值时，充电模块6以恒定电流对电池组1充电若干时间变换为设置的浮充电压值；所述的恒定电流值在0.02-0.1c/a之间选取。

现有常规充放电控制设备是监测固定用电池组两端的电压，导致容量落后的模块电池深放电和过充电。本发明储电管控系统的充放电控制方法，是通过监测电池组中各个模块电池的电压状态，以容量落后模块电池的放电电压到达下限终止整组电池放电，防止容量落后的模块电池深放电，以上所述步骤4)所述的容量落后模块电池的数据，包括其放电电压值，或其在电源电路中的位置记忆，利用信号处理器2记录该数据的技术目的，是为电池组1下次充电提供监测目标依据。

上述步骤5)中，信号处理器2对电池组1终止放电后的充电可设置不同的逻辑，所述外部电源来电立即启动是一种常规方法；外部电源来电后延时若干时间启动，例如延时15分钟(待电池反弹电压稳定)再启动充电程序，是一种合理使用电池的优选方法；所述待电池组中任一模块电池的电压下降到内贮设定阀值的时刻启动，可利用信号处理器2的可读取内贮增加放电时间的记录，从而使外部数据读取设备通过连接所述数据读取接口8读取到信号处理器2内贮的放电时间数据，进一步提升所述电控设备对固定用电池组的技术管理功能。

上述步骤5)通过步骤4)的记录，启动充电后以容量落后模块电池的受充电压上升到vm/v时刻来决定对整组电池充电的恒压值，这一恒压值根据所述模块电池的种类由信号处理器2内贮设定。例如在通信机站固定用的24只标称2v铅蓄电池串联的电池组中，标称2v铅蓄电池恒压充电的行标均充推荐值为2.35v，当信号处理器2监测到所述容量落后模块电池的受充电压上升至2.35v时，发出信号控制充电模块6把此时刻对整组电池充电的实时电压作为恒压值。充电模块6对电池组1以不限电压的恒定电流充电若干时间是一种促使各模块电池趋向均衡的经验方法，所述恒定电流充电变换的电流下降设定值在0.02-0.04c/a之间选取；所述恒定电流充电的“若干时间”，由设置的电流强度对电池组1充入0.02-0.10c/ah电量而定；所述的浮充电压值取决于电池种类，其优选值为行业的技术人员所公知，例如通信机站的固定用电池组通常为铅蓄电池，其浮充电压优选值为2.23v/单格。

以下实施例仅用于进一步说明本发明的技术方案，这些技术方案可单独使用，也可加入或组合并用其他成熟技术。

实施例1

设计一种通信机站固定用电池组使用的储电管控系统，该储电管控系统包括巡检模块3、信号处理器2、放电模块5、充电模块6和通信模块8，其中，配套该通信机站使用的固定用电池组1由24只2v500ah的铅蓄电池串联组成，且24只电池的串联接口设置有串联抽头端，即该48v电池组由其两端加23个抽头端共25个对外信号接口，分别与巡检模块3的25个信号输入端连接；信号处理器2具有电压信号比较功能和逻辑处理功能，其信号输入端连接巡检模块3的信号输出端，其三个信号输出端分别连接放电模块5的信号输入端、充电模块6的信号输入端以及通信模块8的信号输入端，各功能模块的控制逻辑结构示意如图2b所示。

放电模块5的电源输入端连接电池组1的两端，其电源输出端连接电池组的放电负载7，该放电模块5由通信机站常规放电管理系统加入优先控制接口电路而成，该优先控制接口电路受控于信号处理器2输出的0/1指令，放电模块5当接收到“1”信号时正常工作，当接收“0”信号时不工作。充电模块6的电源输出端连接电池组1的两端，其电源输入端连接所述固定用电池组的外部电源，该充电模块6内置有充电程序，充电恒压值受控于信号处理器2输出的相应指令。

该储电管控系统工作时，信号处理器2向控制放电模块5发出“1”信号，放电模块5受通信机站的常规放电管理系统控制正常放电；巡检模块3通过对6个铅蓄电池的巡检获得实时放电电压数据，巡检周期为3秒，并由通信模块8把各个模块电池以及电池组1的实时放电电压数据通过通信网络实时远程传输；同时，巡检模块3将获得的每个电池的实时放电电压巡检数据由信号处理器2与内贮设定数据进行比较，当信号处理器2检测到任一电池的电压值下降到内贮设定的1.80v时，通过向控制放电模块5发出“0”信号而终止对48v电池组的放电。在该放电测控过程中，信号处理器2还对放电过程中电压相对最低或终止放电时刻首先达到1.80v的电池作出记录，该记录以电源电路中的位置信号在信号处理器2的内贮暂存，作为信号处理器对所述固定用电池组1下次充电的电压监测目标依据。

充电程序设定为：当外部电源有电时电池组1不放电，充电模块6以53.52v的电压对电池组1浮充(24只电池的充电恒压平均取值为2.23v)；电池组1发生放电后，只要外部电源有电，信号处理器2立即启动充电模块6以50a恒定电流对电池组1充电，当信号处理器2监测到电压相对最低或放电首先达到1.80v的电池的电压上升至2.35v时，发出控制信号给充电模块6，充电模块6接收到指令把此时刻对电池组1充电的实时电压作为恒定电压值，以恒定该实时电压值、限制50a电流对电池组1充电，当电池组1的充电电流自然下降至10.00a时，以恒定电流20.00a不限制电压对电池组1充电15分钟变换为53.52v的浮充电压值。

信号处理器2设置有数据内贮的子模块，通信模块8的信号输入端与所述信号处理器2的信号输出端连接，通过通信网络向远程数据接收端传输24个铅蓄电池实时放电的电压值数据，通信网络方式使用任意波段的远程无线通信网。

本实施例所述的储电管控系统通过外部专用的远程数据接收端，可使用户实时获得电池组中各只电池放电的实时电压值，便于在所述通信机站维护时准确检出、更换容量落后的电池，降低了该通信机站固定用电池组的更换率。

实施例2

本实施例中，将实施例1的放电模块5和充电模块6实行一体化设计，参考图4所示的储电管控系统结构。

信号处理器2的内贮编程设定为：当放电模块5终止对电池组放电时，控制通信模块8通过通信网络向远程数据接收端实时远程传输24个电池在终止放电时刻的电压值，该电压值包括信号处理器2发出“0”信号控制放电模块5终止放电(其中至少一只电池的电压下降到信号处理器2内贮设定的1.80v)，以及信号处理器2处于“1”信号状态但由常规放电管理系统控制放电模块5终止电池组1放电的两种情况，使用户通过远程数据接收端对该通信机站的容量落后电池一目了然。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。