程式化直流变压供电监控系统的制作方法

本发明涉及一种供电装置的监测，尤指一种具有人机图形化界面的程式化直流变压供电监控系统。

背景技术：

1、锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由gilbert n.lewis提出并研究。20世纪70年代时，m.s.whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流，经过多年的研究与开发，锂电池由早期的不可充电的一次电池发展到已经商业化可充放电的二次锂离子电池，现今可作为多种商业上的供电系统应用，但锂电池的输出电压偏低，基本上需以多个锂离子电池串联/并联共组方式形成电池模组，通过直流升压装置来提升整体输出电压以满足为供电系统的电力需求。

2、但应注意的是，目前的大型锂电池模组化为了做为提供高压的电源供应源，如何在高压电池模组的上位机(电池管理系统，battery management system,bms)确实管控每一个电池模组之间的电力配置；及如何管理单一电池模组控制(电池管理单元,batterymanagement unit,bmu)中的各电池串充/放电程序，达到电池模组中每一串电池的串电压、电流、温度等多个工作状态的监控是至关重要的一个问题。然而锂电池中的正极材料是不稳定的化合物结构体，在应用上除了单电池芯须保持一致外(电压、内阻)，在充放电的演算法上与受温度影响的健康度修正上，都须有较深度的分析与经验配合修正系数。

3、有鉴于此，为解决高压须求与降低高功率或高能量锂电池管理上风险，。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种程式化直流变压供电监控系统，将模组化电池组通过电池状态监测单元、直流变压转换单元、充放电切换单元、人机图性化操作界面以及与通讯模组所构成，可以稳定提供高压(400-750v)电压源取代直流电源供器，并通过人机图性化操作界面显示各项电池的状态参数的监测数据于界面上，且供使用者于界面中输入各项操作指示分别执行相应的程序以提升整体系统的运作效能，并且额外提供电池组使用保护以延长其寿命。

2、为达到本发明的一目的，本发明提出一种程式化直流变压供电监控系统，包括一模组化电池组、一充放电单元以及一电池监控单元，模组化电池组包含多个以串联或并联方式连接的多个二次电池；充放电单元包含直流电压转换电路和浮动充电电路，该模组化电池组分别连接该直流电压转换电路及该浮动充电电路，该直流电压转换电路连接一外部负载，该浮动充电电路连接一外部电源和该直流电压转换电路；电池监控单元用以即时监控在多个运作模式下的该模组化电池组的多个状态参数，该电池监控单元包含：

3、一状态检测部，用以即时检测并判定该模组化电池组中的一或多个该二次电池的电压、电流是否低于或超过一预设阀值，当低于或超过该预设阀值时发送一请求指令；

4、一切换控制部，连接该状态检测部以接收该请求指令，并根据该请求指令来切换该充放电单元对该模组化电池组执行不同供电策略，该供电策略包含对外部负载供给电力、对该模组化电池组充电或者终止充电与放电；以及

5、一人机界面部，分别连接该状态检测部和该切换控制部，用以显示该模组化电池组中的一或多个二次电池的该些状态参数，并且用以提供对该些运作模式中的多个操作参数以及该些状态参数的调整设定；其中对该模组化电池组充电以相同或者小于各该二次电池的放电速率的速率充电、或者对该模组化电池组执行放电以相同或者大于各该二次电池的充电速率的速率放电。

6、根据本发明一实施例，其中当该状态检测部判定该模组化电池组中的一或多个该二次电池的电压、电流及温度超过各该二次电池的第一参考电压、第一参考电流及参考温度时，由切换控制部中断对该模组化电池组执行充电以做为对检测判定该二次电池的电压、电流及温度超过各该二次电池的该第一参考电压、该第一参考电流及该第一参考温度的回应，并切换由该模组化电池组执行放电并通过该直流电压转换电路升压以对该外部负载供给电力，而对该模组化电池组充电以相同或者小于各该二次电池的放电速率的速率充电至该第一参考电压，而该第一参考电压小于各该二次电池的工作电压上限值，其中对该模组化电池组中每一该二次电池充电的充电电流系介于0.1～2.0c之间。

7、根据本发明一实施例，其中当该状态检测部判定该模组化电池组中的一或多个该二次电池的电压、电流及温度低于各该二次电池的第二参考电压、第二参考电流及该参考温度时，由该切换控制部中断对该模组化电池组执行放电以做为对检测判定该二次电池的电压、电流及温度低于各该二次电池的该第二参考电压、该第二参考电流及该参考温度的回应，并切换由该外部电源通过该直流电压转换电路和该浮动充电电路以对该模组化电池组执行充电，而对该模组化电池组执行放电以相同或者大于各该二次电池的充电速率的速率放电至该第二参考电压，而该第二参考电压大于各该二次电池的工作电压下限值。

8、根据本发明一实施例，其中该状态参数包含该模组化电池组中一或多个该二次电池的电极连接状态、电池健康度(soh)、电池温度、电池容量百分比、电池充电百分比、电池充/放电的电流变化、电池充/放电深度、电池充/放电的时间、电池再次充/放电的时间、电池充/放电的内阻。

9、根据本发明一实施例，其中该运作模式包含充电模式、放电模式、启动模式、待机模式以及失效模式的前述任一个或以上，该些操作参数的调整设定包含在该运作模式情况下的该模组化电池组的调整设定，其包含：该充电模式的调整设定，包含定电压(cv)、定电流(cc)、混合定电流/定电压(cc/cv)充电法、脉冲充电法(cp)的充电方式；该放电模式的调整设定，包含放电输出的电压上限值、电流上限值、功率上限值、截止电压值；该启动模式的调整设定，包含电池状态自检、电流流向状态；该待机模式的调整设定，包含电流流向状态、电压值、时间值；该失效模式的调整设定，包含电流流向状态、电压值、异常记录时间。

10、根据本发明一实施例，其中该启动模式执行以下步骤：

11、通过该状态检测部检测该模组化电池组中每一该二次电池的电池健康度(soh)、电池温度、电池容量百分比的任一个是否符合预设标准值；若每一该二次电池的电池健康度(soh)、电池温度、电池容量百分比都符合该预设标准值，则通过该切换控制部切换由该模组化电池组通过该直流电压转换电路以供给电力；若任一该二次电池的电池健康度(soh)和电池温度的任一个不符合该预设标准值，则通过该人机界面部显示一异常警示；若任一该二次电池的电池容量百分比不符合该预设标准值，则通过该切换控制部切换由该浮动充电电路与该模组化电池组的闭合连接，以相同或者小于各该二次电池的放电速率的速率充电至该参考电压后，中断充电并静置一预设时长，之后通过该切换控制部切换由该模组化电池组通过该直流电压转换电路以供给电力。

12、根据本发明一实施例，其中该失效模式为该模组化电池组的一或多个该二次电池的该状态参数的任一个发生异常，其包含过电流、过电压、过负截、过温、过低放电电压、短路、漏电的前述任一个的电池性能异常状态。

13、根据本发明一实施例，其中该第一参考电压为小于各该二次电池的工作电压上限值的90％的电压，该第一参考电流系为介于各该二次电池的最大电流的20％～110％的电流，该参考温度为小于各该二次电池的工作温度上限值且大于工作温度下限值；该第二参考电压为大于各该二次电池的工作电压下限值的90％的电压，该第二参考电流为介于各该二次电池的最大电流的20％～50％的电流。

14、根据本发明一实施例，其中该浮动充电电路至少包含ac/dc转换器、运算放大器以及线性调节器，该直流电压转换电路至少包含直流转直流升压转换电路(step-upconverter)、直流转直流降压转换电路(step-down converter)、直流转直流升/降压转换电路(sepic)、线性稳压器(ldo，low dropout regulator)。

15、根据本发明一实施例，其中该浮动充电电路与该模组化电池组之间设有一过电流保护电路，该过电流保护电路包含：监测部和控制部；

16、监测部用以通过预设电路器件收集多个目标位置的目标电流信号，并根据该目标电流信号和预设电流阀值之间的大小关系输出一检测信号；

17、控制部连接该监测部，用以接收该检测信号，当该目标电流信号大于预设电流阀值时，将该检测信号则转换为第一电平且通过该切换控制部中的第一回路，用以触发该模组化电池组与该浮动充电电路之间的连接断开以中断充电，而当该目标电流信号小于该预设电流阀值时，将该检测信号则转换为第二电平且通过该切换控制部中的第二回路，用以触发该模组化电池组与该浮动充电电路之间的连接闭合以执行充电，该第一电平为一高电平或者低电平，而该第二电平与该第一电平相反。

18、根据本发明一实施例，其中该模组化电池组中包含m个电池组单元，该m个电池组单元以n个该二次电池彼此串接方式构成一个电池组单元，而该m个电池组单元则彼此并联以构成该模组化电池组，其中n>m且m≧2，而且m和n皆为复数。

19、根据本发明一实施例，其中该模组化电池组的各该二次电池为锂离子/锂三元电池、锂聚合物电池、铅酸电池。