一种带显示装置的储电管控设备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，特别涉及一种带显示装置的储电管控设备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。

电动车行业在近年技术发展中，针对动力电池组应用寿命短的难题提出了多种对动力电池组管理的技术方案，在一定程度提升了动力电池组的应用寿命，但在固定用蓄电池应用领域，针对应用寿命管理的技术方案相对不足。

固定用电池组最常见的问题是未能及时发现容量落后模块电池或单体，为此，行业希望寻求到一种能及时发现固定用电池组中容量落后模块电池或单体、有效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，提高固定用电池组的实用寿命，降低固定用电池组的更换率。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对固定用电池组常规充放电管理存在的上述技术缺陷，提供一种带显示装置的储电管控设备，该设备具有为外部提供电池组中模块电池信息数据的功能，可防止容量落后模块电池被深放电以及被过充电，能够有效延长容量落后模块电池的匹配使用寿命，降低串联电池组的更换成本。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，本发明提供了一种带显示装置的储电管控设备，该储电管控设备用于对固定用电池组的充放电控制，包括：信号处理器、巡检模块、充电模块、放电模块和显示装置；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放电模块和充电模块的信号输入端；所述显示装置用于为所述储电管控设备的外部提供信息，其信号输入端与信号处理器或巡检模块的信号输出端连接；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；所述的储电管控设备对所述固定用电池组执行惯例浮充电，并对电池组执行设定的放电控制和充电控制操作。

本发明中，配合所述带显示装置的储电管控设备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充电模块，充电模块对电池组充电的恒定电压值优先受控于所述信号处理器的信号指令；所述的优先受控，是当充电模块接收到信号处理器发出的信号指令时，执行信号处理器指令的恒定电压值，当信号处理器无指令时，充电模块执行内置的电控程序。

上述技术方案中，所述显示模块的显示方式包括：数码显示、色灯显示、文字显示以及声音提示。

作为上述技术方案的一种改进，所述储电管控设备的信号处理器、巡检模块、放电模块、充电模块和显示装置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。

基于上述带显示装置的储电管控设备，本发明还提供了一种前述带显示装置的储电管控设备的充放电控制方法，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或/和电池组的实时电压进行数据巡检；

步骤3)通过信号处理器接收步骤2)所述巡检得到的数据，利用显示装置动态显示所述巡检得到的数据，并由信号处理器将所述巡检得到的数据与其内贮设定值进行比较，当信号处理器检测到任一模块电池的电压下降到内贮设定值时，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)利用信号处理器记录并贮存步骤2)或步骤3)得到的终止电池组放电时刻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)所述的数据记录，监测所述容量落后模块电池的充电电压状态，当信号处理器监测到容量落后模块电池的电压达到内贮设定的恒压充电上限值vm/v时，以电池组在该时刻的实时受充电压作为恒定电压值，发送信号指令控制充电模块对电池组恒压充电，充电模块以所述恒定电压值对电池组充电的电流下降至设定值时，变换为设置的浮充电压值浮充。

上述技术方案中，所述的步骤4)还包括：利用显示装置定态显示所述的数据。

上述技术方案中，所述步骤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。信号处理器内贮设定的恒压充电上限值vm/v，由所述电池组的模块电池种类确定，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。

本发明的一种带显示装置的储电管控设备及其充放电控制方法优点在于：

运用本发明的储电管控设备为外部提供电池组中的模块电池实时电压数据，并对各个模块电池的实时电压进行信号采集、处理，控制容量落后模块电池不被深放电和不被过充电，从而延长电池组的匹配使用寿命，降低电池更换成本。

附图说明

图1是常规储电管控设备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设备对电池组的信号监测控制结构示意图。

图2b是图2a中示出的储电管控设备的结构简化示意图。

图3是信号处理器与巡检模块组合设置的储电管控设备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设备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设备逻辑控制结构示意图。

图6是另一种设置显示模块的储电管控设备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4、显示模块

5、放电模块6、充电模块7、放电负载

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所述的一种带显示装置的储电管控设备及其充放电控制方法进行详细说明。

图1所示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，常规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1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1a/1b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，在一个实施例中，本发明提供的带显示装置的储电管控设备包括：巡检模块3、信号处理器2、放电模块5、充电模块6和显示装置4，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以及显示装置的信号输入端；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，显示模块4使用数码显示，充电模块6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并把数据动态贮存于信号处理器2的可读取内贮，通过显示装置4动态显示两个模块电池1a/1b实时放电的电压数据；信号处理器2还把两个模块电池1a/1b的放电电压数据与内贮数据进行比较，当检测到任一模块电池的电压值下降到内贮设定的阀值时，控制放电模块5终止对电池组放电；该放电过程中，信号处理器还监测并记录放电电压值低的模块电池数据，为电池组下次充电提供监测目标依据，对电池组执行充电操作。

本发明中，所述的储电管控设备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、储电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，例如锂电池、铅电池、镍锌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系统控制放电且受信号处理器2优先控制的功能，放电模块5可完整地独立设计，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。所述放电模块的电源输出形式任意，包括直流电、逆变为常规交流电以及电流的波形、频率任意。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通常是备用或作为辅助电源使用，所述放电负载7对电池组1的终止放电为优先级，电池组1在实际使用中较少完全放空电。

充电模块6具有对电池组1恒定电压充电和充电电流监测的功能，其对电池组1充电的起充电流/限制电流值在充电模块6内置设定，充电恒定电压值根据信号处理器2发送的信号指令而优先执行，当信号处理器2监测到容量落后模块电池(电池组中放电电压值最低)的受充电压上升至内贮设定值时，发送相应的恒压充电程序或恒压充电信号指令控制充电模块6以此时刻对电池组1的实时充电电压作为恒定电压值执行充电操作；所述对电池组1执行的变换浮充电及及其变换的逻辑条件，在充电模块6设置。充电模块6可独立设计，也可以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。

显示装置4是为储电管控设备外部提供信息数据，用于显示各模块电池以及电池组1动态的实时放电电压值，利用信号处理器2的数据内贮还可定态显示各模块电池以及电池组1终止放电时刻的实时电压值。前述如图2a/2b所示的实施例中，显示模块4动态显示两个模块电池1a/1b以及电池组1的实时放电电压值，利用信号处理器2的数据内贮记录，还可定态显示两个模块电池1a/1b以及电池组1终止放电时刻的实时电压值；所述的终止放电，包括信号处理器2发出信号控制放电模块5终止对电池组1的放电，以及所述固定用电池组1在常规放电管理系统控制下终止的放电，通过对显示模块4的电压值数据监察，能够实时了解到所述固定用电池组中各模块电池的电压状态，有利于用户及时维护。

市场专用于电压信号巡检的集成电路模块一般由a/d转换芯片加微处理器构成，a/d转换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准确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与串联电池组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设备示意图简化为图2b所示。

所述储电管控设备的巡检模块3、信号处理器2、放电模块5充电模块6和显示装置4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包括显示装置4的全部功能共用一体化模块设置。显示模块4的信号输入端也可连接巡检模块3的信号输出端，该连接方式只能动态显示电池组以及各模块电池的实时电压值，如图6所示。

本发明还提供了一种所述带显示装置的储电管控设备的充放电控制方法，该方法以电池组中的任一模块电池的实时放电电压值下降到内贮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2-6所示的储电管控设备，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或/和电池组1的实时电压进行数据巡检；

步骤3)通过信号处理器2接收步骤2)所述巡检得到的数据，利用显示装置4动态显示所述巡检得到的数据，并由信号处理器2将所述巡检得到的数据与其内贮设定值进行比较，当信号处理器2检测到任一模块电池的电压下降到内贮设定值时，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)利用信号处理器2记录并贮存步骤2)或步骤3)得到的终止电池组1放电时刻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)所述的数据记录，监测所述容量落后模块电池的充电电压状态，当信号处理器2监测到容量落后模块电池的电压达到内贮设定的恒压充电上限值vm/v时，以电池组1在该时刻的实时受充电压作为恒定电压值，发送信号指令控制充电模块6对电池组1恒压充电，充电模块6以所述恒定电压值对电池组1充电的电流下降至设定值时，变换为设置的浮充电压值浮充。

现有固定用电池组的常规充放电控制设备是监测电池组两端的电压，导致容量落后的模块电池被深放电及过充电。本发明储电管控设备的充放电控制方法，是通过监测各个模块电池的电压状态，以任一模块电池的放电电压到达下限为依据终止电池组放电，防止容量落后的模块电池深放电。上述步骤4)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下次充电提供电压监测的目标依据。

上述步骤5)中，信号处理器2对电池组1终止放电后可设置不同的充电逻辑，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，是一种合理保护电池的方法；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的可读取内贮增加记录放电时间的功能，从而通过显示装置4显示电池组1的放电时间数据，提升所述储电管控设备对固定用电池组的管理功能。

通过上述步骤4)的记录，信号处理器2对电池组1充电的监测是以容量落后模块电池的受充电压为依据，以其受充电压上升到vm/v时刻来决定对整组电池充电的恒压值，该vm/v值由信号处理器2内贮根据所述模块电池的种类设定；例如通信机站固定用的24只标称2v铅蓄电池串联的电池组1，标称2v铅蓄电池恒压均充的行业推荐值为2.35v，当信号处理器2监测到容量落后模块电池的受充电压上升至2.35v时，以此时刻电池组1的受充实时电压作为恒压值，发出信号控制充电模块6以该恒压值对电池组1充电；所述的恒定电压值变换浮充电压值的逻辑条件，为充电模块6对电池组1充电的电流下降至设定值，该设定值在0.01-0.03c/a之间选取，所述的浮充电压取决于电池种类，其优选值为行业技术人员所公知，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。

所述步骤2)或步骤3)包括的利用信号处理器2记录并贮存所述各个模块电池在终止放电时刻的实时电压数据，是为了通过显示装置4定态显示所述各个模块电池所述的数据，使固定用电池组用户对所述的容量落后电池一目了然。

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设备，该储电管控设备包括巡检模块3、信号处理器2、放电模块5、充电模块6和显示装置4，其中，配套该通信机站使用的固定用电池组1由24只2v150ah的铅蓄电池串联组成，且24只电池的串联接口设置有抽头端，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的信号输入端连接巡检模块3的信号输出端，其两个信号输出端分别连接一体设计的放电模块5和充电模块6的信号输入端；显示装置4使用数码显示方式，其信号输入端连接巡检模块3的另一个信号输出端，各功能模块的控制逻辑结构示意如图6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，其电源输入端连接电池组1的外部充电电源，该充电模块6内置有若干充电程序，具体充电恒压值受控于信号处理器2输出的相应指令。

该储电管控设备工作时，显示装置4向储电管控设备外部动态显示各模块电池以及电池组1的实时放电电压数据；当24只电池的放电电压均高于1.80v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受人工操作装置控制正常放电；巡检模块3通过对24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，将每次巡检获得的每个电池的实时放电电压数据传送给信号处理器2，由信号处理器2与内贮设定的数据进行比较，当信号处理器2检测到24个铅蓄电池中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；该放电过程中，信号处理器2还对放电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，作为对电池组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监测到放电过程中电压最低或放电电压首先达到1.80v的电池的电压上升至2.35v时，发出充电恒压值信号给充电模块6，控制充电模块6把此时刻对电池组1充电的实时电压作为恒定电压值，以该恒定电压值、限制50a电流对电池组1充电，并且当充电电流下降至10.00a时将该恒定电压值变换为53.52v的浮充电压值对电池组1充电。

本实施例的储电管控设备通过显示装置4向外部动态显示各模块电池以及电池组1的实时放电电压值，使用户直接了解固定用电池组的模块电池状态，在维护保障中容易识别、更换容量落后的电池，有利于延长固定用电池组的寿命。

实施例2

将实施例1所述显示模块4的信号输入端改连接信号处理器2增设的信号输出端，如图4所示。通过信号处理器2的内贮编程，除控制显示模块4动态显示电池组中24个电池的实时放电电压值外，还设定为：当放电模块5终止对电池组放电时，显示模块4定态显示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发出“1”信号状态但由常规放电管理系统控制放电模块5终止固定用电池组1放电的两种情况，使通信机站用户对所述固定用电池组中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。