一种蓄电池组电压均衡系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种蓄电池组电压均衡系统，该系统采用主模块管理若干个充/放电子模块的两级层次结构；所述主模块和每个子模块都由微处理器控制,每个子模块独立地对一个蓄电池进行充/放电,所述子模块的工作由主模块调度。该系统不仅能对串联工作下的蓄电池进行独立的充/放电,使所有蓄电池的电压达成一致,从而大大延长蓄电池的使用寿命，还能检测并显示各蓄电池的电压、充/放电电流和电瓶温度等参数,发现异常及时报警,提高了蓄电池组的工作可靠性。
【专利说明】一种蓄电池组电压均衡系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及蓄电池，具体是一种蓄电池组电压均衡系统。
【背景技术】
[0002]铅酸蓄电池是目前应用最广泛的一种蓄电池，它具有容量大，寿命长，成本低等优点。铅酸蓄电池的理论寿命可达20年，但许多蓄电池的实际使用年限却只有五，六年。这既增加了无谓的浪费，废弃的电池又造成了环境污染。蓄电池实际使用年限远小于理论寿命的原因是:蓄电池组通常是由若干个电瓶串联在一起使用的。对这些蓄电池组进行充电时，使用统一的充电电流，由于这些蓄电池的参数不尽一致，所以造成有些电池充电不足，有些则充电过足。充电不足，充电过足都会加速电瓶的损坏，从而进一步拉大了电池组内电瓶间的差距。正是这种恶性循环极大地缩短了蓄电池组的使用寿命，导致以蓄电池组作为应急能源的设备的可靠性降低，甚至引发严重事故。这在通信、电力等应用领域中时有发生。
[0003]针对这些问题，我们研制了一个铅酸蓄电池精密充/放电管理系统。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术的不足，本发明提供了一种蓄电池组电压均衡系统。针对串联充/放电的缺点，本系统自动地以最佳方式对蓄电池组中的各个电瓶进行独立的充/放电。对超过额定电压的蓄电池进行放电，对低于额定电压的蓄电池进行充电。各个充/放电回路的工作是互相独立的，不受其它充/放电回路的影响，这个过程称为电压均衡。电压均衡完成后，所以电瓶都达到统一的额定电压。本系统还能在线检测并显示各电瓶的电压、充/放电电流和电瓶温度，如发现异常会及时报警。使用本系统不但能大大延长铅酸蓄电池的使用寿命，而且能增强整个应用系统的稳定性和可靠性，消除系统可能出现的隐患。本设计充分利用了微处理器的高性能，低价格的特点，广泛地使用了微处理器。比较传统的电子线路具有调试简单，功能修改方便等优点。
[0005]本发明一种蓄电池组电压均衡系统，该系统米用主模块管理若干个充/放电子模块的两级层次结构；所述主模块和每个子模块都由微处理器控制，每个子模块独立地对一个蓄电池进行充/放电，所述子模块的工作由主模块调度。
[0006]具体地，所述主模块和子模块之间、子模块与子模块之间是电气隔离的，各个模块的供电相互独立，主模块通过光电祸合方式与子模块通信。所述主模块上使用双CPU，所述双CPU为主CPU和从CPU，其中，主CPU负责主控，从CPU负责通信，主CPU和从CPU之间以双端口 RAM进行数据交换。
[0007]进一步地，所述主模块除和子模块通信外，还能通过RS232或RS485接口和PC机通信。
[0008]具体地，所述主模块由四个部分构成，分为主机板，显示器，键盘和译码器；所述四个部分在整体上是统一的，电气上是相联的。
[0009]具体地，所述主机板上的主CPU采用微控制器89C55，主控程序固化在它的ROM中，微控制器89C52作为主CPU的从CPU，从事和PC机的通信工作；两个微控制器的时钟频率均采用1.0592MHzο
[0010]具体地，所述主机板通过8位地址呼叫某子模块，并与其通信；采用分段译码以减少连线，高4位地址选通16个译码器中的某一个，低4位地址选通连接到某译码器的16个子模块中的某一个。
[0011 ] 进一步地，所述系统通过8个七段码显示器所构成的显示屏和16个按钮开关所构成的键盘来实现人机交互。
[0012]更进一步地，所述主模块和子模块间的信号传输由光电祸合器实现，串行通信的波特率为960 ;通信方式为主从式，主模块始终为呼叫方；主模块发出的8位地址经两级译码后，选通某子模块，该子模块才能和主模块通信。
[0013]由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果:(I)适用范围广，对各行各业的各种蓄电池都能进行电压均衡、检测、监视和报警。(2)可对在线工作的电池组进行电压均衡。既可对已处于浮充状态下的电池组进行电压均衡。也可对电池组进行初始电压均衡。(3)可独立于PC机工作，也可连接PC机。(4)产品模块化、系列化，结构紧凑、维护方便。操作简单，可无人值守。
[0014]本系统经华东电力设计院实测，性能指标完全达到设计要求，即:电压均衡误差<目标电压的1%，电压显示相对误差〈0.01，电流显示相对误差〈0.001，温度显示误差
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【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0016]图1是本发明蓄电池组电压均衡系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]实施例:一种蓄电池组电压均衡系统，本系统采用两级层次结构，即主模块管理若干个充/放电子模块的结构形式如图1所示。主模块和每个子模块都由微处理器控制，每个子模块可以独立地对一个蓄电池进行充/放电，但子模块的工作必须由主模块调度。主模块协调所有子模块的工作，以达到电池组电压均衡的目的。
[0019]主模块和子模块之间，子模块与子模块之间是电气隔离的，各个模块的供电相互独立，主模块通过光电祸合方式与子模块通信。采用这种设计的优越性是不言而喻的。在系统运行时，每个子模块分别控制一个充/放电回路，可以起到隔离故障的作用。如系统出现故障，可在数分钟内更换子模块即可排除，大大缩短维修时间，减少维护费用。
[0020]主模块上使用双CPU，主CPU负责主控，从CPU负责通信，主CPU和从CPU之间以双端口 RAM进行数据交换。主模块除和子模块通信外，还能通过RS232或RS485接口和PC机通信。本系统可以不依赖PC机独立工作，这对于要求不高的用户，是个较合理的选择。对于要求较高的用户，配上PC机后，利用PC机的软硬件资源和联网能力，可以获得图形化的人机交互介面、历史记录的储存、对数据的综合分析，以及远程监视的能力。
[0021]主模块由4个部分构成，分为主机板，显示器，键盘和译码器。它们在整体上是统一的，电气上是相联的。
[0022]主机板上的主CPU采用微控制器89C55，主控程序固化在它的ROM中。微控制器89C52作为主CPU的从CPU，从事和PC机的通信工作，以减轻主CPU的工作负担。两个微控制器的时钟频率均采用1.0592MHz，这个频率可以精确地分频到IHz和96oOHz，分别用于I秒钟中断和串行数据通信。
[0023]为提高系统的抗干扰能力，使用了看门狗电路。如果系统受到干扰，程序不能正常运行，则看门狗电路使系统复位并重新运行。主机板上的skBRAM是系统的工作单元，用于存放系统工作时的中间结果以及所采得的各种数据。实时钟芯片带有可充电电池，即使系统掉电，实时钟也照走，同时，其内部的寄存器可以非挥发性地保存各种设置参数。
[0024]主机板通过8位地址呼叫某子模块，并与其通信。采用分段译码以减少连线，高4位地址选通16个译码器中的某一个，低4位地址选通连接到某译码器的16个子模块中的某一个。因而主模块可以和多达256个子模块通信。主机板上的RS232和RS485接口用于连接PC机，波特率位960。
[0025]人机交互通过8个七段码显示器所构成的显示屏和16个按钮开关所构成的键盘来实现。
[0026]本系统中，每个子模块控制一个电池的充/放电。使用双积分A/D转换器将电池的端电压、充/放电的工作电流、电池的温度这些模拟量转换成数字量，由子模块上的CPU(89C52)读入。该CPU将所采得的电池电压和从主模块收到的额定电压进行比较，确定是对电池进行充电还是放电，以及充/放电电流的大小。它控制MOSFET的开关状态来切换充/放电状态，并调节占空比以改变充/放电电流的大小。
[0027]主模块和子模块间的信号传输由光电祸合器实现，串行通信的波特率为960。通信方式为主从式，主模块始终为呼叫方。主模块发出的8位地址经两级译码后，选通某子模块，该子模块才能和主模块通信。这种结构使所有的子模块在硬件和软件上完全一致，可以方便子模块间的替换和子模块数量的增减，便于维护。
[0028]主模块中的主程序执行下面4项任务:
[0029](I)显示数据，分为巡回显示和监视两种情况。
[0030]巡回显示时，逐个显示所有电池的编号，和当前的端电压，或充/放电电流，或电瓶温度(显示何种参数，由用户通过键盘设定)。
[0031]监视时，显示某个电池的编号，和它的端电压，或充/放电电流，或电瓶温度(电池编号和显示何种参数，由用户通过键盘设定)。
[0032](2)接收键盘命令
[0033]主程序时刻监视按键的状态，一旦用户按了某个键，程序将以显示屏向用户反馈信息，进行人机交互。程序对于用户的输人进行合法性检查，只有合法的输人才被接受，否则给出错误信息。
[0034](3)和子模块通信
[0035]向子模块发送各种命令，设置参数。分析从子模块发送来的各种数据，更新子模块的充/放电状态，并检查是否有损坏的电池，是否有电池温升过高，如有这样的情况发生，将给出报警音响和报警显示，并作报警记录。
[0036](4)和PC机的通信
[0037]本系统通过RS232或RS485标准接口和PC机进行通信。当收到PC机的取数命令后，向PC机发送收据。
[0038]主模块中的I秒钟中断程序完成刷新显示和采集数据两项任务。每隔I秒钟，从一个子模块采集数据，下一次I秒钟中断时，切换到下一个子模块，循环反复，周而复始。
[0039]子模块的控制程序比较简单，固化在89C52中。它根据主模块发来的命令对蓄电池进行充/放电并随时调节电流的大小，以使所控制的蓄电池达到额定电压。并在接收到主模块索取数据的命令后，向主模块发送电压、电流、温度等测量值。
[0040]PC机程序以vC编写。利用windows丰富的软件资源，提供优质的人机界面，并对数据进行综合处理。可显示全貌图、实时趋势图、历史趋势图和棒图，可以保存一个月的历史收据，以备分析。PC机联网后，可以实现远程监控。
[0041]由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果:(I)适用范围广，对各行各业的各种蓄电池都能进行电压均衡、检测、监视和报警。(2)可对在线工作的电池组进行电压均衡。既可对已处于浮充状态下的电池组进行电压均衡。也可对电池组进行初始电压均衡。(3)可独立于PC机工作，也可连接PC机。(4)产品模块化、系列化，结构紧凑、维护方便。操作简单，可无人值守。
[0042]本系统经华东电力设计院实测，性能指标完全达到设计要求，即:电压均衡误差<目标电压的1%，电压显示相对误差〈0.01，电流显示相对误差〈0.001，温度显示误差
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[0043]以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:该系统采用主模块管理若干个充/放电子模块的两级层次结构；所述主模块和每个子模块都由微处理器控制，每个子模块独立地对一个蓄电池进行充/放电，所述子模块的工作由主模块调度。
2.根据权利要求1所述的蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:所述主模块和子模块之间、子模块与子模块之间是电气隔离的，各个模块的供电相互独立，主模块通过光电祸合方式与子模块通信。
3.根据权利要求2所述的蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:所述主模块上使用双CPU,所述双CPU为主CPU和从CPU，其中，主CPU负责主控，从CPU负责通信，主CPU和从CPU之间以双端口 RAM进行数据交换。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:所述主模块除和子模块通信外，还能通过RS232或RS485接口和PC机通信。
5.根据权利要求4所述的蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:所述主模块由四个部分构成，分为主机板，显示器，键盘和译码器；所述四个部分在整体上是统一的，电气上是相联的。
6.根据权利要求5所述的蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:所述主机板上的主CPU采用微控制器89C55，主控程序固化在它的ROM中，微控制器89C52作为主CPU的从CPU，从事和PC机的通信工作；两个微控制器的时钟频率均采用1.0592MHz。
7.根据权利要求6所述的蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:所述主机板通过8位地址呼叫某子模块，并与其通信；采用分段译码以减少连线，高4位地址选通16个译码器中的某一个，低4位地址选通连接到某译码器的16个子模块中的某一个。
8.根据权利要求7所述的蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:所述系统通过8个七段码显示器所构成的显示屏和16个按钮开关所构成的键盘来实现人机交互。
9.根据权利要求8所述的蓄电池组电压均衡系统，其特征在于:所述主模块和子模块间的信号传输由光电祸合器实现，串行通信的波特率为960;通信方式为主从式，主模块始终为呼叫方；主模块发出的8位地址经两级译码后，选通某子模块，该子模块才能和主模块通信。
【文档编号】H02J7/00GK104377767SQ201410654763
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】熊庆华, 史永凯 申请人:柳州市金旭节能科技有限公司