专利名称：以温差调控方式在线维护蓄电池组的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种利用蓄电池内部电化学反应与环境温度显著相关的特性，以对蓄电池组各单体的环境温度差别调控方式，在线维护其中的欠充或过充问题单体，使之电化学反应相对增强(或减弱)而逐渐趋向与正常单体的充/放电均衡，从而恢复蓄电池组的一致性和可靠性的装置和方法。
背景技术：
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蓄电池组广泛应用于电动汽车，太阳能/风能发电等行业的储能应用，以及电信，电力，银行，数据中心等行业的紧急备用等应用，通常由几块到数百块单体串联组成；使用了一段时间的蓄电池组的整体容量和可靠性取决于其中的欠充或过充问题单体的容量和可靠性。
传统的处理方法是对蓄电池组进行整组均充维护，但各个单体没有针对性差别化的均充电压，欠充或过充的问题单体仍未能彻底解决，而且频繁的均充大大影响电池的寿命O
现有的改进技术和方法，例如，单体活化仪，参考:中国专利号ZL200820118806.0，ZL200620129995.2 等；或例如，智能电平衡充电装置(Balanced charging controlapparatus)，参考:中国专利号 ZL200610034284.1,ZL200920262961.4, ZL200920294838.0,以及美国专利号7126310，7126312，7598706等；又或例如，智能蓄电池电平衡在线管理系统(Battery management system and method),参考:中国专利号 ZL201020101013.5,美国专利号7728552等，都是以外加平衡电路方式针对性和差别化地对蓄电池组的落后单体(长期处于欠充状态)补偿充电，但需要外加复杂的电平衡和监测电路，维护成本和操作难度大大提高，也是无法大规模应用于蓄电池组在线维护的主要原因；另外，对于电信，电力，银行，数据中心等应用于给关键负载作紧急备用的蓄电池组，因后端负载的纹波系数要求极严，蓄电池组外加的电平衡开关电路可能产生纹波的影响，实际应用上，往往不允许使用于这些行业的蓄电池组在线维护。
蓄电池的电特性受许多不同如温度，电解液等的化学因素影响，它的充放电过程是电化学反应，而且蓄电池组的各个串联单体之间充电电压/电流分布会动态地互相影响，并非简单的电平衡电路能够完全隔离和控制，所以，只以纯电平衡电路方法解决蓄电池组一致性问题的效果一般，或因采用复杂的监控比较电路而成本昂贵，特别是对于太阳能/风能发电，电信，电力，银行，数据中心等应用的大型蓄电池组，一般是由数十到百多块单体串联而组成。
参考图1，充电电压与环境温度是影响蓄电池组的可靠性和使用寿命是最重要因素。例如，美国专利号4229687，7061208, 7230404等，利用蓄电池组充电电压与环境温度的关系特性(参考图2)，尝试解决这个问题。它们涉及一种带温度补偿功能的充电器以及冷热温控调节的电池隔热柜，通过监测蓄电池组的环境温度来调节整组蓄电池组的充电电压和温度，从而避免蓄电池组整体的欠充(环境温度偏低情况)和过充(环境温度偏高情况)发生，并使整组蓄电池组保持最佳的环境温度工作，从而提高蓄电池组的使用寿命。但没有对蓄电池组个别单体的环境温度差别调控方式，尤其对使用一段时间，出现明显的欠充或过充单体的蓄电池组，就无法兼顾解决，从而无法有效地修复蓄电池组的一致性。
参考:
中国专利号ZL200610034284.1，一种串联电池组的均衡充电方法及其装置；
中国专利号ZL200620129995.2，一种“能量平衡蓄电池平衡棒”；
中国专利号ZL200820118806.0，蓄电池单体充电平衡电路；
中国专利号ZL200920218386.8，新型智能蓄电池均衡器；
中国专利号ZL200920262961.4，一种用于充电电池的均衡充电系统；
中国专利号ZL200920294838.0，蓄电池平衡电路；
中国专利号ZL201020101013.5，一种锂电池模块的电平衡结构；
美国专利号7126310， Apparatus and Method for balanced charging ofmultiple-cell battery pack ；
美国专利号7126312，Method and Apparatus for balancing multiple-celllithium battery system ；
美国专利号7598706，Cell balancing battery pack and method of balancingthe cell of a battery ；
美国专利号7728552，Battery Management System and Method ；
参考:
美国专利号4229687，Temperature maintained battery system ；
美国专利号7O6I2O8, Storage battery temperature regulator havingthermoelectric transducer，and vehicle including the storage battery temperatureregulator ；
美国专利号723O4O4, Battery Pack apparatus with heat supply anddischarge ；发明内容:
本发明的目的在于提供一种蓄电池组均衡性的在线维护系统和方法。在根据本发明的系统和方法中，显著的区别特征是，利用蓄电池的内部电化学反应受环境温度影响显著的特性，对蓄电池组单体的各自环境温度相应于它们的实际充电电压值而进行差别调控方式，在线修复蓄电池组中的欠充或过充问题单体，从而恢复蓄电池组的一致性和可靠性。
具体地说，在蓄电池组的部分或全部单体外壳安装冷热控温晶片模块，根据此类属性蓄电池的环境温度与充电电压特有关系特性，差别性地调控欠充问题单体(一般指，蓄电池组回充电时它相对充电不足，表现为浮充状态下的单体电压值相对于蓄电池组的平均值显著偏低；或，放电时它相对过放电，表现为单体放电终止电压值相对于蓄电池组的平均值显著偏低)，以及过充问题单体(一般指，蓄电池组回充电时它相对过充电，表现为浮充状态下的单体电压值相对于蓄电池组的平均值显著偏高；或，放电时它相对放电较浅，表现为单体放电终止电压值相对于蓄电池组的平均值偏高)的环境温度，使之相对于蓄电池组的整体环境温度平均值而适当独立地提高(或降低)并持续特定时间，使之内部电化学反应在相对增强(或减弱)，从而逐渐使蓄电池组的各个单体趋向一致性。
具体地，在回充电过程中，蓄电池的内部电化学反应是以充电方向的电化学反应为主导。因此，通过独立调控欠充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时整体环境温度平均值而提高至预设值并持续特定时间，使之内部的充电电化学反应相对增强，充电饱和度得以逐渐提升；同时，独立调控过充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时整体环境温度平均值而降低至预设值并持续特定时间，使之内部的充电电化学反应相对减弱，过充电得以逐渐减少。同时，控制蓄电池组的的各个单体温度尽量趋于一致，使蓄电池组的整体环境温度保持恒定的最佳工作温度。
在放电过程中，蓄电池的内部电化学反应是以放电方向的电化学反应为主导。因此，通过独立调控欠充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时整体环境温度平均值而降低至预设值并持续特定时间，使之内部的放电电化学反应相对减弱，过放电得以逐渐减少；同时，独立调控过充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时整体环境温度平均值而提高至预设值并持续特定时间，使之内部的放电电化学反应相对增强，放电速度得以逐渐平衡。同时，控制蓄电池组的的各个单体温度尽量趋于一致，使蓄电池组的整体环境温度保持恒定的最佳工作温度。
在浮充电过程中，蓄电池的内部电化学反应是放电方向的电化学反应与充电方向的电化学反应的动态平衡，同一组蓄电池组的各个单体，浮充电流是相同的，由蓄电池组的平均浮充电压决定的。对于正常单体，浮充电流恰好地补足自放电损失的容量，和维持电池内部电化学循环的动态平衡；但对于欠充单体，相同的浮充电流却不足自放电损失的容量，从而造成长期欠充和容量下降；但对于过充单体，相同的浮充电流却超过补充自放电的所需，从而造成长期过充和损坏电池。因此，通过独立调控欠充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时整体环境温度平均值降低至预设值并持续特定时间，使之内部的放电方向的电化学反应相对减弱，减低因自放电损失的容量下降和硫化的增加；同时，独立调控过充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时整体环境温度平均值降低至预设值并持续特定时间，使之内部的充电方向的放电化学反应相对减弱，过充电得以逐渐减少。同时，控制蓄电池组的的各个单体温度尽量趋于一致，使蓄电池组的整体环境温度保持恒定的最佳工作温度。
本发明因采用对问题单体的环境温度差别性地调控方式，相等于没有对整组蓄电池组均充的情况下，针对欠充问题单体进行了“均充”而使之提升充电饱和度，而过充问题单体却因差别性地调低环境温度而减低持续的相对过充电，既避免影响蓄电池组寿命的频繁均充，又可达到恢复蓄电池组一致性的效果。
本发明因无需采用外加在蓄电池组上的复杂充放电平衡开关电路，所以绝无纹波产生可能，而且实施简易，操作可靠，维护成本大大降低，特别适用于太阳能/风能发电，电信，电力，银行，数据中心等应用的蓄电池组的在线维护。
本发明因采用对问题单体的环境温度差别性地调控方式，既解决了影响蓄电池组使用寿命的最重要因素——工作环境温度的控制，也兼顾解决了影响蓄电池组一致性和可靠性的欠充或过充单体而造成的不均衡问题。
参考美国专利号7061208，详细描述了冷热控温晶片模块和冷热气流调控器(thermoelectric moduleand temperature regulator),通过监控蓄电池组的充电电压和温度传感器，调控整组的最佳工作环境温度的具体实施。本发明与之不同的是，提供一种以相互独立地和差别性地调控蓄电池组各单体的环境温度方式，针对性地对其中的欠充或过充问题单体在线维护，从而恢复蓄电池组的一致性和可靠性的装置和方法，名为“蓄电池组温差调控在线维护系统(Battery Cell -Thermo -Differ Management System) ”。具体地说，系统由I个主控制器(microprocessor),多组电压和温度传感器(sensor),多组冷热控温晶片模块和冷热气流调控器(thermoelectric module and temperature regulator),多组单体隔热带(heatinsulation cover),冷热气流调控器(temperature regulator)等组成。
所述的主控制器通过电压传感器，实时监测和比较分析欠充或过充问题单体的实时电压与整组实时平均值的偏离程度，偏离方向和偏离发展趋势等，从而决定相应单体的预设温差程度和持续时间等；所述的冷热控温晶片模块和单体隔热带，配对安装在蓄电池组全部或部分单体外壳，通过主控制器，控制冷热控温晶片模块的极性改变以及持续时间等，给相应单体致冷或加温，独立差别性地调控欠充或过充问题单体的环境温度，达到并保持在相对于整组实时平均值的特定温差范围，使之内部电化学反应相对增强(或减弱)而逐渐趋向与蓄电池组其它正常单体的充/放电均衡，从而恢复蓄电池组的一致性和可靠性；所述的冷热气流调控器，包括鼓风机和分布于蓄电池组的各单体之间的送风软管道，管道每隔一段距离有截面纵向8个方向的出风孔，通过控制送风气流的致冷或加温，以及气流强弱程度和频率，使已致冷或加温至预设温度的恒温气流上下左右地均匀流过各个单体，使蓄电池组各个正常单体趋向并保持一致的环境温度，从而调控蓄电池组的整体环境温度保持预设的最佳工作温度。
本发明所述的蓄电池组在线维护系统和方法，适用于所有具有内部电化学反应与环境温度显著相关特性的，并由数个到数百个单体串联组成的蓄电池组，包括但不限于，应用于电动汽车，太阳能/风能发电等行业的储能应用，以及电信，电力，银行，数据中心等行业的紧急备用等的铅酸蓄电池，胶体蓄电池，镍镉电池，锂电池等的蓄电池组均衡性的实时监测和在线修复。
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图1:蓄电池充电电压及环境温度对电池寿命的影响关系图
图2:环境温度与蓄电池充电电压的相关性及校正曲线图
图3:本发明“蓄电池组温差调控在线维护系统”简明结构图和应用于电信基站的蓄电池组在线维护的实施例-1的应用示意图
图4:本发明应用于电力，银行数据中心的蓄电池组在线维护的实施例-2的应用示意图
图5:本发明应用于电动汽车的蓄电池组在线维护的实施例-3的应用示意图具体实施方式
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参照图3，本发明“蓄电池组温差调控在线维护系统”由6个主要部分组成，主控制器(I)，电压传感器(2)，温度传感器(3)，冷热控温晶片模块(4)，冷热气流调控器(5)，单体隔热带出)。
参照图3，主控制器(I)面板上的类型3-档选择开关(1-1a)，容量3-档选择开关(1-1b)，状况3-档选择开关(1-1c)，以及顶部凹槽内的分类4-档拨动开关(1-1d)，分别根据准备进行在线维护的蓄电池组的具体情况，例如，蓄电池组的组成单体类型:2v/6v/12v，蓄电池组的容量:大(> 800ah) /中(150-800ah)/小(< 150ah)，蓄电池组的不均衡问题程度和使用程度:差/ 一般/良好，分类属性:铅酸电池/胶体电池/镍镉电池/锂电池，进行初始化设定。因为这些因素决定采用不同的环境温度与充电电压相关性及校正曲线标准，不同的预设温差程度/持续时间，以及不同的温差调控维护模式/周期长短等。
参照图3，主控制器(I)面板上的RS-232端口(l_le)，用于远程控制的实时通讯，数据收集，过温报警，实时控制等。
参照图3，主控制器(I)共有3组的I/O输入输出端口组，第I组:电压I/O输入端口(l_2a，…，1-21);第2组:温度I/O输入端口(l_3a，…，1-31);第3组:单体控制信号输出端口(l_4a,…，l-4h)和整组控制信号输出端口(l_5a,…，l_5d)。
参照图3，电压传感器(2a，...，21)，分别连接主控制器⑴第I组的电压I/O输入端口(l-2a，…，1-21)。其中η个的电压传感器，实时监测η个欠充和过充问题单体的单体电压值及变化，反馈给主控制器(I)以确定温差调控模式，温差预设值等；其余的电压传感器，实时监测蓄电池组的其它正常单体，确定整组的实时电压平均值作为温差调控的基准。
参照图3，温度传感器(3a，…，31)，分别连接主控制器⑴第2组的温度I/O输入端口(l_3a，…，1-31)。温度传感器(3)与电压传感器(2)配对工作，例如，温度传感器(3a)配对电压传感器(2a)，独立监测单体(a)的环境温度；其中η个的温度传感器，实时监测η个欠充和过充问题单体的独立环境温度是否符合预设值，否则通过主控制器(I)调控相应的冷热控温晶片模块(4a，4b，4c，…)，致冷或加温对应的单体，以达到预设值。其余的温度传感器，实时监测蓄电池组的其它正常单体，确定整组的实时温度平均值作为温差调控的基准，并确定蓄电池组各个正常单体是否趋向一致并保持预设温度，否则通过主控制器(I)调控冷热气流调控器(5)，调控蓄电池组的整体环境温度保持预设的最佳工作温度。
参照图3，n个冷热控温晶片模块(4a，4b，4c，…)，连接主控制器⑴第3组的单体控制信号输出端口(l_4a,…，l-4h)。配对安装在η个欠充和过充问题单体外壳,通过主控制器(I)，独立控制冷热控温晶片模块的极性改变以及持续时间等，给相应单体致冷或加温，独立差别性地调控欠充或过充问题单体的环境温度，使之达到并保持在相对于整组实时平均值的特定温差范围，逐渐趋向与蓄电池组其它正常单体的充/放电均衡。
参照图3，冷热气流调控器(5)，连接主控制器(I)第3组的整组控制信号输出端口(l-5a，…，l-5d)，通过主控制器⑴控制温控晶片模块(5-1)的致冷或加温，以及送风系统(5-2)的气流强弱程度和频率，从而调控蓄电池组的整体环境温度保持预设的最佳工作温度。
参照图3，冷热气流调控器(5)的送风系统(5-2)是由鼓风机(5_2a)和分布于蓄电池组的各单体之间的送风软管道(5-2b)组成，管道每隔一段距离有截面纵向8个方向的出风孔，能使已致冷或加温 至预设温度的恒温气流上下左右地均匀流过各个单体，使蓄电池组的各个单体温度尽量趋于一致的预设最佳工作温度。
参照图3，每组单体隔热带(6)配对I个冷热控温晶片模块(4)，包裹对应的单体外壳，使它们与其他单体隔离而环境温度独立变化，从而差别性温度调控效果更佳。具体地说，冷热控温晶片模块(4)镶嵌在单体隔热带(6)组成一个单体温差调控箱，冷热控温晶片模块(4)的散热面突露在单体隔热带￠)的外部，而冷热控温晶片模块(4)的工作面包裹在单体隔热带(6)的内部，并贴装单体外壳上；温度传感器(3)的探测头也包裹在单体隔热带(6)中，紧贴在单体外壳上。
在图3所示的实施例-1中，本发明应用于电信发射基站的蓄电池组的在线维护。这类蓄电池组一般由十数到数十块单体串联而组成，用于紧急备用，经常性处于浮充电状态；但环境条件相对较差，或可能没有配备空调恒温的设备房间。例如，对一组24块2V单体组成的基站用蓄电池组，通常的蓄电池组温差调控在线维护系统由:36路I/O输入输出端口的主控制器，12组电压传感器，12组温度传感器，2套冷热气流调控器，3组(最多可达8组)的冷热控温晶片模块和单体隔热带，组成。
在图3所示的实施例-1中，本发明“蓄电池组温差调控在线维护系统”的通常安装规程，首先，检查蓄电池组的状况，包括各个单体的浮充电压，内阻，放电终电压等，以及使用程度和年份的记录等，从而确定欠充和过充问题单体的位置，例如，a, b, c ;然后,分别对应安装由电压传感器(2a，2b，2c)，温度传感器(3a，3b，3c)，冷热控温晶片模块(4a，4b，4c)和单体隔热带^a，6b，6c)配对组成的3组单体温差调控箱；同时，其余的电压传感器(2d，-,2k, 21)和温度传感器(3d，…，3k，31)，随机连接在蓄电池组的其它正常单体；最后，在蓄电池组的各单体之间布置冷热气流调控器(5)的送风管道。
在图3所示的实施例-1中，本发明“蓄电池组温差调控在线维护系统”的通常使用规程，首先，根据蓄电池组的状况以及分类，单体类型，容量等，初始化设置主控制器(I)，以确定维护模式和周期；然后，主控制器(I)与各组电压传感器(2)，温度传感器(3)，冷热控温晶片模块(4)，冷热气流调控器(5)的同步化和系统自检测。初始化设置和检测完成后，系统就可以开始对蓄电池组的自动温差调控在线维护工作，一般每个维护周期大约1-2个月。
在图3所示的实施例-1中，本发明“蓄电池组温差调控在线维护系统”的通常工作模式和流程，浮充状态下:主控制器(I)实时监测和比较分析各组电压传感器(2)和温度传感器(3)的采样信号，在线维护开始时，例如，监测发现有3个单体的实时电压显著地偏离整组的实时平均值Vp1 (例如，2.250v/cell)，偏离度分别为+0.02v (过充可能)，-0.04v (欠充可能)，-0.02v (欠充可能)，主控制器(I)相应调控此3个单体的环境温度，相对整组的实时平均值IV1 (例 如，25.(TC )的特定温差范围，分别为1^3.0°C,Ta_r3.0°C,Ta_r2.5°C,使处于过充电倾向的单体因电化学反应相对减弱而平衡，过充电程度得以逐渐减弱，而处于欠充的单体或减少了因自放电损失的容量下降和硫化增加，欠充电程度得以逐渐改善，从而趋向与蓄电池组其它正常单体的浮充均衡。在线维护一段时间，例如，监测发现问题单体的电压值与实时平均值Va_2(例如，2.251v/cell)的偏离度有所改善，例如，偏离度分别为+0.0lv, -0.03v, -0.0lv，则相应调整此3个单体的环境温度，相对整组的实时平均值Ta_2 (例如，24.90C )的特定温差范围，分别为Ta_2-2.5°C，Ta_2_2.5°C，Ta_2_2.0°C，以维持相对平衡的趋势，避免温差调控过度。同时，主控制器(I)控制冷热气流调控器(5)，使蓄电池组的各个单体温度尽量趋于一致的预设最佳工作温度范围Ta，例如，25.(TC。
放电过程中:放电一段时间后，例如，主控制器(I)监测发现，上述3个问题单体的实时电压下降速度显著地偏离整组的实时平均值Va_3(例如，2.172v/cell)，偏离度分别为+0.04v (放电过浅)，-0.07v (欠充，过放电可能)，-ο.04v (欠充，过放电可能)，主控制器(I)相应调控上述3个问题单体的环境温度，相对整组的实时平均值Ta_3(例如，25.2V )的特定温差范围，分别为Ta_3+2.5°C, Ta_3-4.5°C, Ta_3-3.0°C，使处于过放电倾向的欠充单体因放电方向的电化学反应相对减弱而过放电程度得以逐渐减弱，而放电过浅单体因放电方向的电化学反应相对加强而得以平衡，从而趋向与蓄电池组其它正常单体的放电均衡。蓄电池组继续放电，例如，主控制器(I)实时监测发现，各个单体的实时电压下降速度开始趋向与整组实时平均值Va_4的一致方向，例如，偏离度分别为+0.02v, -0.035v, -0.02v (相对于整组的实时平均值Va_4=为2.015v)，主控制器(I)则相应调整欠充单体的环境温度，相对整组的实时平均值Ta_3(例如，25.10C )的特定温差范围，分别为Ta_4+1.5 °C, Ta_4-3.5°C,Ta_4-2.0°C，以维持相对均衡的趋势，避免温差调控过度。同时，主控制器⑴控制冷热气流调控器(5)，使蓄电池组的各个单体温度尽量趋于一致的预设最佳工作温度范围Ta，例如，25.0℃。
回充电过程中:回充电开始时，例如，主控制器⑴监测发现，上述3个问题单体的放电终止电压值显著地偏离整组的实时平均值va_5(例如，1.802v/cell)，偏离度分别为+0.07v (放电过浅)，-0.08ν (放电过深)，-0.05v (放电过浅)，主控制器(I)分别调控此3个单体的环境温度，相对整组的实时平均值Ta_5(例如，24.80C )的特定温差范围，分别为Ta_5-4.0°C，Ta_5+5.0°C, Ta_5+3.5°C，使过放电单体因充电方向的电化学反应相对加强而充电饱和度相对加快，而放电过浅单体因充电方向的电化学反应相对减弱而避免过充电可能，从而趋向与蓄电池组其它正常单体的充电均衡。蓄电池组继续回充电，例如，主控制器(I)实时监测发现，各个单体的实时电压上升速度开始趋向与整组实时平均值Va_6的一致方向，例如，偏离度分别为+0.03v, -0.035v, -0.025v(相对于整组的实时平均值Va_6 =为2.051v)，主控制器(I)则相应调整此3个单体的环境温度，相对整组的实时平均值Ta_6 (例如，25.(TC )的特定温差范围，分别为Ta_6-3.00C，Ta_6+3.5°C，Ta_6+2.0°C，以维持相对均衡的趋势，避免温差调控过度。同时，主控制器(I)控制冷热气流调控器(5)，使蓄电池组的各个单体温度尽量趋于一致的预设最佳工作温度范围Ta，例如，25.(TC。
在任何状态下，主控制器(I)都实时监测和比较分析各组温度传感器(3)，确保蓄电池组的各个单体的工作温度(包括进行着温差调控的欠充和过充问题单体)，不会超出预设的温度阈值持续特定时间，防止造成蓄电池不可恢复性的损害可能性，例如，热失控等。同时，控制冷热控温晶片模块(4)和冷热气流调控器(5)进行事故处理模式，即，暂停温差调控工作而全部进行持续的最大程度致冷，使蓄电池组的工作温度能尽快下降到安全水平；并且通过RS-232端口，向远程控制中心报警。
在图4所示的实施例-2中，本发明“蓄电池组温差调控在线维护系统”应用于电力，银行数据中心的蓄电池组的在线维护。这类蓄电池组一般由数十到数百块单体串联而组成，用于紧急备用，绝大部分时间处于浮充电状态；另外，蓄电池组通常安装在空调的设备房间内，所以无需另加的冷热气流调控器，但电压传感器，温度传感器，冷热控温晶片模块和单体隔热带的数量可适当增加，例如图4-A所示，对一组108块2V单体组成的电力用蓄电池组，通常的温差调控在线维护系统由:60路I/O输入输出端口的主控制器(1B)，24组电压传感器(2B，即:2B-1…2B-24)，24组温度传感器(3B，即:3B_1…3B-24)，8组(最多可达12组)的冷热控温晶片模块(4B，即:4Β-1，...，4Β-12)和单体隔热带(6Β，即:6Β_1，…，6B-12)组成。
在图4所示的实施例-2中，本发明“蓄电池组温差调控在线维护系统”通常的安装规程，例如图4-B所示，由电压传感器(2B-1，…，2B-8)，温度传感器(3B-1，…，3B-8)，冷热控温晶片模块(4B-1，…，4B-8)和单体隔热带(6B-1，…，6B-8)配对组成的8组单体温差调控箱，分别安装在8个欠充和过充问题单体，实时监测它们的电压相对于整组的实时平均值的偏离度，偏离方向，以及偏离发展趋势等，通过主控制器(IB)调控相应的冷热控温晶片模块(4B)而使之温差调控；其余的16组电压传感器(2B-9，…，2B-24)和温度传感器(3B-9，…，3B-24)，随机连接在蓄电池组的其它正常单体，通过主控制器(IB)比较分析，确定整组的实时电压和温度平均值作为调控的基准。
在图4所示的实施例-2中，系统的通常使用规程，工作模式和流程与实施例-1所述的相似，只是蓄电池组通常安装在恒温控制的设备房间内，所以无需用于调控蓄电池组整体环境温度的冷热气流调控器。
在图5所示的实施例-3中，本发明“蓄电池组温差调控在线维护系统”应用于电动汽车的蓄电池组的在线维护。这类蓄电池组一般由几块到百多块单体串联而组成，用于储能，经常性的循环充放电工作。这类蓄电池组因对过充电或过放电的要求极高，通常采用对蓄电池组中的所有单 体状况全部实时监测和独立温度调控的配套方式；另外，安装在有限空间的电池箱内，对于温度控制和散热要求也相对较高。例如图5-A所示，对于120块单体组成的电动汽车蓄电池组，通常的温差调控在线维护系统由:主控制器(1C)，120组电压传感器(2C，即:201...2(:-120)，120组温度传感器(3C，即:3C_1...3-120)，120组冷热控温晶片模块(4C，即:401...4(:-120)和120套单体隔热带(6C，即:6C_1...6C-120)，和水冷式散热器(5C)组成。
在图5的实施例-3中，系统的通常安装规程，120组电压传感器(2C)分别实时监测120个单体的电压。120组冷热控温晶片模块(401...40120)和120套单体隔热带(6C-1-6C-120)组成120组单体温差调控箱，套装在120个单体外壳，使之能相互独立地，能够差别性地被调控各自的环境温度并保持；具体地说，如图5-Β所示，每组冷热控温晶片模块(4C)镶嵌在I套单体隔热带^C)中成为I组单体温差调控箱，冷热控温晶片模块(4C)的散热面突露在单体隔热带^C)的外部，而冷热控温晶片模块(4C)的工作面包裹在单体隔热带^C)的内部，并贴装每个单体外壳上；每组温度传感器(3C)配对包裹在I套单体隔热带^C)中，紧贴在每个单体外壳上；如图5-C所示，水冷式散热器(5C) —体式地贴装在所有冷热控温晶片模块(4C)的散热面。
在图5的实施例-3中，“温差调控在线维护系统”的通常工作模式和流程，主控制器(I)实时监测和控制所有单体的环境温度，使各个单体趋向一致并保持预设的最佳工作温度范围，保证蓄电池组的的工作可靠性和使用寿命。同时，主控制器(I)实时监测所有单体的电压相对于整组的实时平均值的偏离度，偏离方向，以及偏离发展趋势等，确定是否出现过充，欠充，过放电的问题单体，以及它们的位置，程度，状况等。
放电过程中，当监测到某些单体的电压明显偏离整组的实时平均值Va时，则根据实时比较的偏离度/偏离方向等，独立差别性地调控这些单体的环境温度，相对整组的实时平均值八，达到并保持在特定温差范围。例如，放电相对过深(过放电可能)的单体，实时监测的电压值明显负偏离于整组的实时平均值va，即Va-X1 (V)，则独立差别性地降低此单体的环境温度至特定温差范围TaI1CC );放电相对过浅的单体，实时监测的电压值明显正偏离于整组的实时平均值va，即Va+x2 (V)，则独立差别性地调升此单体的环境温度至特定温差范围Ta+y2(°C)。当这些正在进行温差调控的某单体，实时监测的电压值趋向与整组的实时平均值Va的一致方向，则逐级地调控此单体的环境温度恢复到整组的实时平均值TaCC )。同时，实时监测和控制蓄电池组各个单体的温度，使之尽量趋于一致的预设最佳工作温度范围。
充电过程中，当监测到某些单体的电压明显偏离整组的实时平均值Va时，则根据实时比较的偏离度/偏离方向等，独立差别性地调控这些单体的环境温度，相对整组的实时平均值Ta，达到并保持在特定温差范围。例如，充电相对过慢(欠充电可能)的单体，实时监测的电压值明显负偏离于整组的实时平均值va，即Va-X3(V)，则独立差别性地提高此单体的环境温度至特定温差范围！>73(°0 ;充电相对过快(过充电可能)的单体，实时监测的电压值明显正偏离于整组的实时平均值Va，即Va+x4 (V)，则独立差别性地降低此单体的环境温度至特定温差范围Ta_y4(°C )。当这些正在进行温差调控的某单体，实时监测的电压值趋向与整组的实时平均值Va的一致方向，则逐级地调控此单体的环境温度恢复到整组的实时平均值1；(1:)。同时，实时监测和控制蓄电池组各个单体的温度，使之尽量趋于一致的预设最佳工作温度范围。
以上的3个具体实施例，是以举例的方式对根据本发明的系统和方法进行了说明。但上述说明并不应造成对本发明的限制。本领域的普通技术人员应能够清楚地知道，在不脱离本发明的本质和范围的情况下，可以对本发明的系统和方法进行各种修改或改进，而这些修改或改进均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种蓄电池组在线维护的装置，以对蓄电池组各个单体的环境温度相互独立地温差调控方式(Cell-Thermo-Differ Management),在线修复蓄电池组中的欠充或过充问题单体，从而恢复蓄电池组的一致性和可靠性，其特征在于，所述的装置包括； 主控制器，用于比较分析蓄电池组各个单体的实时电压和温度，并控制单体温差调控箱和冷热气流调控器，独立差别性地调控各个单体的环境温度到特定温差范围； 电压/温度传感器，用于监测蓄电池组各个单体的实时电压和温度； 单体温差调控箱(Cell-thermoelectric-control),用于对蓄电池组单体的环境温度进行相互独立地温差调控； 冷热气流调控器(temperature regulator),用于调控并保持蓄电池组整体趋向一致的最佳工作环境温度。
2.如权利要求1所述的蓄电池组在线维护装置，其特征在于，所述的主控制器，通过安装在蓄电池组全部或部分单体外壳的电压/温度传感器，实时监测和比较分析欠充或过充问题单体的实时电压与整组实时平均值的偏离程度，偏离方向和偏离发展趋势等，独立地调控相应问题单体的冷热控温晶片模块，使之的环境温度达至相对于整组实时平均值的特定温差范围，从而电化学反应相对增强(或减弱)而逐渐趋向与蓄电池组其它正常单体的充/放电均衡。
3.如权利要求2所述的蓄电池组在线维护装置，其特征在于，所述的主控制器，实时监测蓄电池组各个单体，确定整组的实时电压和实时温度平均值作为温差调控的基准；并控制所述的冷热气流调控器，调控蓄电池组的整体环境温度保持预设的最佳工作温度。
4.如权利要求1所述的蓄电池组在线维护装置，其特征在于，所述的单体温差调控箱，每组包括I个冷热控温晶片模块(thermoelectric module)和I套单体隔热带(heatinsulation cover),配对安装在蓄电池组全部或部分单体外壳,通过所述的主控制器，控制冷热控温晶片模块的极性改变以及持续时间等，给相应单体致冷或加温，独立差别性地调控欠充或过充问题单体的环境温度，达到并保持在相对于整组实时平均值的特定温差范围，使之逐渐趋向与蓄电池组其它正常单体的充/放电均衡，从而恢复蓄电池组的一致性和可靠性。
5.如权利要求1所述的蓄电池组在线维护装置，其特征在于，所述的冷热气流调控器，包括鼓风机和分布于蓄电池组的各单体之间的送风软管道，管道每隔一段距离有截面纵向8个方向的出风孔， 通过控制送风气流的致冷或加温，以及气流强弱程度和频率，使已致冷或加温至预设温度的恒温气流上下左右地均匀流过各个单体，使蓄电池组各个正常单体趋向并保持一致的环境温度，从而调控蓄电池组的整体环境温度保持预设的最佳工作温度。
6.一种蓄电池组在线维护的方法，利用蓄电池内部电化学反应与环境温度显著相关的特性，独立差别性地调控蓄电池组中的欠充或过充问题单体的环境温度，达到并保持在相对于整组实时平均值的特定温差范围，从而逐渐使蓄电池组的各个单体趋向一致性，其特征在于，所述方法包括以下步骤: a)在回充电过程中，蓄电池的内部电化学反应是以充电方向的电化学反应为主导，通过独立调控欠充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时温度平均值而提高至预设值并持续特定时间，从而内部的充电电化学反应相对增强，充电饱和度得以逐渐提升；同时，独立调控过充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时温度平均值而降低至预设值并持续特定时间，从而内部的充电电化学反应相对减弱，过充电得以逐渐减少； b)在放电过程中，蓄电池的内部电化学反应是以放电方向的电化学反应为主导，通过独立调控欠充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时温度平均值而降低至预设值并持续特定时间，从而内部的放电电化学反应相对减弱，过放电得以逐渐减少；同时，独立调控过充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时温度平均值而提高至预设值并持续特定时间，从而内部的放电电化学反应相对增强，放电速度得以逐渐平衡； c)在浮充电过程中，蓄电池的内部电化学反应是放电方向的电化学反应与充电方向的电化学反应的动态平衡，通过独立调控欠充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时温度平均值降低至预设值并持续特定时间，从而内部的放电方向的电化学反应相对减弱，减低因自放电损失的容量下降和硫化的增加；同时，独立调控过充问题单体的环境温度，使之相对于蓄电池组的实时温度平均值降低至预设值并持续特定时间，从而内部的充电方向的电化学反应相对减弱，过充电得以逐渐减少； d)无论充电和放电过程中，实时监测和控制蓄电池组的的各个正常单体温度趋向并保持一致，使蓄电池组的整体环境温度保持恒定的最佳工作温度。
7.如权利要求1所述 的蓄电池组在线维护装置，以及如权利要求6所述的蓄电池组在线维护方法，适用于所有具有内部电化学反应与环境温度显著相关特性的，并由数个到数百个单体串联组成的蓄电池组，包括但不限于，应用于电动汽车，太阳能/风能发电等行业的储能应用，以及电信，电力，银行，数据中心等行业的紧急备用等的铅酸蓄电池，胶体蓄电池，镍镉电池，锂电池等的蓄电池组均衡性的实时监测和在线修复。
全文摘要
本发明涉及一种利用蓄电池内部电化学反应与环境温度相关特性，以对蓄电池组单体温度独立地差别调控方式，在线维护蓄电池组一致性的装置和方法。如图5-A所示，系统包括主控制器(1C)，配对在各单体的电压传感器(2C)，温度传感器(3C)，冷热控温晶片模块(4C)，水冷式散热器(5C)和单体隔热带(6C)。所述主控制器，实时监测欠充或过充问题单体实时电压的偏离程度，控制冷热控温模块而独立调控相应单体的温度至特定温差，使之电化学反应相对增强(或减弱)而逐渐趋向与正常单体的充/放电均衡；同时，实时监控其它正常单体趋向一致的最佳工作温度。所述蓄电池组通常应用于电动汽车，电信，电力，银行等，由数个到数百个单体串联组成。
文档编号H01M10/50GK103138014SQ20111038280
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者何建新, 特尼·泰勒 申请人:青岛博光电子有限公司, 九源科技(香港)公司, 森泉科技公司