用于在线更换配电终端蓄电池组中蓄电池的跨接装置的制作方法

本发明涉及配电直流技术领域，涉及一种用于在线更换配电二次设备落后蓄电池的跨接装置和保护装置。

背景技术：

蓄电池是配电二次设备直流供电系统中不可缺少的重要组成部分；蓄电池主要作为储能设备，当外部交流供电突然中断时，蓄电池作为系统供电的后备保护，可为二次设备的正常工作提供1～20小时或更长时间的不停电供电电源；蓄电池组由多节蓄电池单体串联构成。串联电路中，任何一个蓄电池单体失效，将导致整组蓄电池的充电、放电能力减少或者丧失。蓄电池组在长期的工作过程中，由于各种使用条件、环境因素和维护水平的影响，会造成容量逐步下降直至失效，而且这个失效往往是个别的单体电池落后导致整组蓄电池失效。

目前，当出现落后的蓄电池单体时，几乎都是更换蓄电池组。而配电二次设备由于一般只有一组蓄电池组，直接整组替换蓄电池组将给配电二次设备的安全运行带来隐患。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种用于在线逐节或连续多节更换落后蓄电池的跨接装置，以解决现有更换落后蓄电池的跨接装置不能智能检测与控制的问题，以及整组替换蓄电池给配电二次设备带来停电风险的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于在线更换配电终端蓄电池组中蓄电池的跨接装置，其特征在于，包括第一接线夹、第二接线夹、第三接线夹、第四接线夹、第一二极管、第二二极管、第一开关、第二开关、非接触电流检测单元、升降压单元、检测和控制单元；

所述第一接线夹的一端同时与所述第一二极管的负极以及第二二极管的正极连接；所述第二接线夹的一端与所述升降压单元的负极连接；所述第一二极管的正极与所述第一开关的一端相连接，第一开关的另一端与所述升降压单元的正极相连接；所述第二二极管的负极与所述第二开关的一端相连接，第二开关的另一端与所述升降压单元的正极相连接；所述第三接线夹的一端与蓄电池组的负极连接，所述第三接线夹的另一端与检测和控制单元相连接；所述第四接线夹的一端与蓄电池组的正极连接，所述第四接线夹的另一端与检测和控制单元相连接；所述非接触电流检测单元套接于蓄电池组正极接线处；所述检测和控制单元与所述第一接线夹、第二接线夹、第三接线夹、第四接线夹、第一开关、第二开关、非接触电流检测单元、升降压单元相连。

优选方式下，所述检测和控制单元主要由电压采样保持电路、电压采集电路、电流采集电路和判断与控制电路构成。

优选方式下，所述电压采样保持电路的一个模组主要由隔离/保持元件u24和分压电阻网络构成，所述电压采样保持电路的一个模组具有两个输入端，分别与所测量的蓄电池的正负极相连接并与隔离/保持元件的输入相连，所述隔离/保持元件的输出与分压电阻网络中的r130的一端相连，电阻r130的另一端与所述电压采集保持电路的输出端，起到稳压作用的二极管d11的一端以及电阻r131的一端相连，电阻r131的另一端接地，所述二极管d11的另一端接高电平，所述电压采样保持电路的输出端与所述电压采集电路相连。

优选方式下，所述电压采集电路主要由多路高精度高速a/d采样元件组成，所述电压采集电路的输入端与电压采样保持电路的输出端相连，所述电压采集电路的输入端与所述多路高精度高速a/d采样元件u21，u22的输入端相连，所述多路高精度高速a/d采样元件u21，u22的输出端通过spi总线与电压采集电路的输出端与相连，所述电压采集电路的输出端与判断与控制电路相连。

优选方式下，所述电流采集电路主要由高精度高速a/d采样元件u11组成，所述电流采集电路的输入端与所述测量电流的非接触电流检测单元以及高精度高速a/d采样元件u11的输入端相连，所述高精度高速a/d采样元件u11的输出端通过spi总线与电流采集电路的输出端相连，所述电流采集电路的输出端与判断与控制电路相连。

优选方式下，所述升降压单元(4)主要由电压调整电路和电压反馈电路组成，所述电压调整电路并联在电压反馈电路的两端。

优选方式下，所述判断与控制电路主要由mcu元件组成，所述判断与控制电路的输入端分别与电压采集电路和电流采集电路的输出端相连，所述判断与控制电路的输出端与升降压单元中的电压调整电路相连。

优选方式下，所述电压调整电路主要由pwm/电压转换元件和开关电源元件构成，所述电压反馈电路由分压电阻网络和高精度高速a/d采样元件组成。

优选方式下，所述跨接装置中设有显示模块。

优选方式下，所述检测与控制单元的控制器为mcu。

优选方式下，所述检测和控制单元具备本地和远程通信的模块。

优选方式下，所述非接触电流检测单元的检测器件为霍尔传感器。

优选方式下，所述第一接线夹、第二接线夹、第三接线夹、第四接线夹上均设有绝缘套和自恢复保险丝。

本发明的有益效果是不仅可以用于更换单体电池，也可以用于更换连续串联在一起的多节电池，可以自动根据待替换落后电池的电压自动判断接续电压，自动均衡单体和整组电池电压的分配，不会造成开关电源工作状态的改变。完善的自保护功能确保跨接装置可长期在线运行；功能实用，造价低廉，操作简单。

附图说明

图1为本发明提供的用于更换落后蓄电池的跨接装置的结构示意图；

图2为本发明检测控制单元中的电压采样保持电路图；

图3为本发明检测控制单元中的电压采集电路图；

图4为本发明检测控制单元中的电流采集电路图；

图5为本发明检测控制单元中的判断与控制电路图；

图6为本发明升降压单元中的电压调整电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种于更换落后蓄电池的跨接装置的结构示意图，包括：第一接线夹7、第二接线夹10、第三接线夹11、第四接线夹5、第一二极管1、第二二极管8、第一开关2、第二开关9、非接触电流检测单元6、升降压单元4、检测和控制单元3。

所述第一接线夹的一端同时与所述第一二极管的负极以及第二二极管的正极连接；所述第二接线夹的一端与所述升降压单元的负极连接；所述第一二极管的正极与所述第一开关的一端相连接，第一开关的另一端与所述升降压单元的正极相连接；所述第二二极管的负极与所述第二开关的一端相连接，第二开关的另一端与所述升降压单元的正极相连接；所述第三接线夹的一端与蓄电池组的负极连接，所述第三接线夹的另一端与检测和控制单元3相连接；所述第四接线夹的一端与蓄电池组的正极连接，所述第四接线夹的另一端与检测和控制单元3相连接；所述非接触电流检测单元6套接于蓄电池组正极接线处；所述检测和控制单元3与所述第一接线夹7、第二接线夹10、第三接线夹11、第四接线夹5、第一开关2、第二开关9、非接触电流检测单元6、升降压单元4相连；第一接线夹7、第二接线夹10、第三接线夹11、第四接线夹5上设有绝缘套和自恢复保险丝；为了防止将第一接线夹、第二接线夹、第三接线夹、第四接线夹连接错误，可以给第一接线夹套上棕色的绝缘套，给第二接线夹套上蓝色的绝缘套，第三接线夹套上黑色的绝缘套，给第四接线夹套上红色的绝缘套。

所述检测和控制单元3主要由电压采样保持电路、电压采集电路、电流采集电路和判断与控制电路构成。

如图2所示，所述电压采样保持电路的一个模组主要由隔离/保持元件u24和分压电阻网络构成，所述电压采样保持电路的一个模组具有两个输入端，分别与所测量的蓄电池的正负极相连接并与隔离/保持元件的输入相连，所述隔离/保持元件的输出与分压电阻网络中的r130的一端相连，电阻r130的另一端与所述电压采集保持电路的输出端，起到稳压作用的二极管d11的一端以及电阻r131的一端相连，电阻r131的另一端接地，所述二极管d11的另一端接高电平，所述电压采样保持电路的输出端与所述电压采集电路相连。原理是将电压采集电路与蓄电池隔离，以防电压采集电路故障或和电池组与电压采集电路之间的存在电压差造成的危险。

如图3所示，所述电压采集电路主要由多路高精度高速a/d采样元件组成，所述电压采集电路的输入端与电压采样保持电路的输出端相连，所述电压采集电路的输入端与所述多路高精度高速a/d采样元件u21，u22的输入端相连，所述多路高精度高速a/d采样元件u21，u22的输出端通过spi总线与电压采集电路的输出端与相连，所述电压采集电路的输出端与判断与控制电路相连。原理是利用多路高速a/d采集，将电压采样保持电路传递的所述第一线夹、第二线夹、第三线夹、第四线夹的模拟电压信号转换为数字信号供判断与控制电路分析判断。

如图4所示，所述电流采集电路主要由高精度高速a/d采样元件u11组成，所述电流采集电路的输入端与所述测量电流的非接触电流检测单元6以及高精度高速a/d采样元件u11的输入端相连，所述高精度高速a/d采样元件u11的输出端通过spi总线与电流采集电路的输出端相连，所述电流采集电路的输出端与判断与控制电路相连。原理是将非接触电流检测单元采集的蓄电池组当前电流值由模拟信号变换为判断与控制电路可以处理的数字信号.

优选方式下，所述升降压单元4主要由电压调整电路和电压反馈电路组成，所述电压调整电路并联在电压反馈电路的两端。

如图5所示，所述判断与控制电路主要由mcu元件组成，所述判断与控制电路的输入端分别与电压采集电路和电流采集电路的输出端相连，所述判断与控制电路的输出端与升降压单元中的电压调整电路相连。原理是通过分析、判断所采集到的电压、电流值，控制所述第一开关、第二开关和升降压单元的工作状态改变。检测和控制单元检测电池组当前电流以及蓄电池组和落后电池的电压，检测和控制单元自动控制第一开关断开并控制第二开关闭合，将第二二极管接入电路，同时控制升降压单元调整对外电压，利用二极管的单相导通性，将落后电池保护起来，为在线更换落后电池做好准备。如在更换落后电池过程中外界交流电源突然失效，需要蓄电池组提供后备电源，检测和控制单元自动控制第二开关断开并控制第一开关闭合，将第一二极管接入电路，同时控制升降压单元调整对外电压，利用二极管的单相导通性，可以确保落后电池离线时蓄电池组可以继续为配电二次设备提供后备电力。

如图6所示，所述电压调整电路主要由pwm/电压转换元件和开关电源元件构成，所述电压反馈电路由分压电阻网络和高精度高速a/d采样元件组成。电压调整电路受检测与控制单元和电压反馈电路的控制，在二者的联合控制器输出合适的电压值和电流值，其原理是根据电压反馈电路返回的电压值为基准，随时调整其输出电压值，检测与判断单元通过改变输出给升降压单元pwm信号的占空比，来改变电压调整电路所输出的电流大小。电压反馈电路的输入端并联在电压调整电路的输出端两端，其输出端作为基准电压输出给电压调整电路，当电压调整电路输出电压高于设定值时，电压反馈电路将降低输出电压以强迫电压调整电路也降低输出电压，反之当电压调整电路输出电压低于设定值时，电压反馈电路将提高输出电压以强迫电压调整电路也提高输出电压，从而保证电压调整电路输出电压保持在设定值。

优选方式下，所述跨接装置中设有显示模块。

优选方式下，所述检测与控制单元的控制器为mcu。

优选方式下，所述检测和控制单元具备本地和远程通信的模块。

优选方式下，所述非接触电流检测单元的检测器件为霍尔传感器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。