專利名稱：電力直流操作開關(guān)電源及其蓄電池組管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，特別是電力直流操作開關(guān)電源及其蓄電池組操作管理 技術(shù)。
背景技術(shù)：
在變電站和發(fā)電廠，為自動(dòng)裝置等控制負(fù)荷，以及斷路器電磁合閘、交流不間斷電 源、事故照明等動(dòng)力負(fù)荷供電的系統(tǒng)，通稱為直流操作電源系統(tǒng)。它由閥控鉛酸蓄電池組和 充電裝置構(gòu)成。蓄電池組是電力直流操作開關(guān)電源的重要組成部分，目前的做法是，通過整 流將電網(wǎng)的交流電變換為直流電為整個(gè)蓄電池組充電。蓄電池組通常是由一組串聯(lián)的蓄電池構(gòu)成的，由于制造工藝、檢驗(yàn)手段和裝卸運(yùn) 輸諸多因素的影響，即使是相同型號(hào)、參數(shù)的電池，其離散性也普遍存在，蓄電池組中每塊 電池的端電壓和內(nèi)阻均存在一定的差異。所以，當(dāng)對蓄電池串聯(lián)構(gòu)成的蓄電池組統(tǒng)一充電， 充電完成時(shí)，會(huì)使原始容量較小的蓄電池長期過充電導(dǎo)致蓄電池壽命縮短，使容量較大的 蓄電池長期欠充電而容量下降；而且缺乏對各個(gè)蓄電池組的保護(hù)，當(dāng)蓄電池故障，比如單個(gè) 電池放電能力下降，就會(huì)拉低整個(gè)蓄電池組的放電能力；又或者是單個(gè)電池板開路或者內(nèi) 阻異常增大，就會(huì)使整個(gè)蓄電池組從系統(tǒng)切除，使整個(gè)電源系統(tǒng)停止工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電力直流操作開關(guān)電源蓄電池組的管理方法，用以解決 上述的串聯(lián)充電方式造成有些電池欠充、有些過充和不能排除故障電池的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案，一種電力直流操作開關(guān)電源的蓄電池組管 理方法，該方法包括如下步驟A.根據(jù)蓄電池組中蓄電池的個(gè)數(shù)，設(shè)置對應(yīng)個(gè)數(shù)的電池管理模塊；B.充電時(shí)，由每個(gè)電池管理模塊為相應(yīng)的蓄電池單獨(dú)充電；C.為每個(gè)蓄電池設(shè)置保護(hù)旁路，當(dāng)蓄電池運(yùn)行故障時(shí)，其對應(yīng)的旁路短路蓄電池。采用這種方法，蓄電池由對應(yīng)的電池管理模塊單獨(dú)充電，避免串聯(lián)充電中電池的 過充和欠充引起的電池品質(zhì)下降；在單個(gè)蓄電池故障時(shí)，利用旁路短路該蓄電池，為蓄電池 組提供保護(hù)，提高運(yùn)行可靠、穩(wěn)定性。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供采用上述方法的電力直流操作開關(guān)電源。為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案一種電力直流操作開關(guān)電源，包括串聯(lián)的蓄 電池組，該開關(guān)電源內(nèi)設(shè)置有數(shù)量不少于蓄電池組的蓄電池?cái)?shù)量的電池管理模塊，蓄電池 組的每個(gè)蓄電池的正負(fù)極與一個(gè)對應(yīng)的電池管理模塊的輸出端連接，每個(gè)電池管理模塊的 輸入端均與一整流配電單元的直流輸出端連接，每個(gè)電池管理模塊的輸出端上均接有一個(gè) 保護(hù)旁路。由于蓄電池組的每個(gè)蓄電池上對應(yīng)連接有一個(gè)電池管理模塊，使得一個(gè)電池管 理模塊可以單獨(dú)對一個(gè)蓄電池充電，充電時(shí)就能夠根據(jù)各個(gè)蓄電池的情況確定充電電流和 電壓，能夠避免串聯(lián)充電造成的過充和欠充引起的電池品質(zhì)下降。由于在每個(gè)電池管理模塊的輸出端上均接有保護(hù)旁路，使得在對應(yīng)的蓄電池出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)旁路可以及時(shí)旁通， 排除掉故障蓄電池，保障了蓄電池組的可靠、穩(wěn)定工作。


圖1是本發(fā)明的電力直流開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例1電池管理模塊電路示意圖；圖3是實(shí)施例2電池管理模塊電路示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明介紹的蓄電池組管理方法包括如下步驟A.根據(jù)蓄電池組中蓄電池的個(gè)數(shù)，設(shè)置對應(yīng)個(gè)數(shù)的電池管理模塊；B.充電時(shí)，由每個(gè)電池管理模塊為相應(yīng)的蓄電池單獨(dú)充電；C.為每個(gè)蓄電池設(shè)置保護(hù)旁路，當(dāng)蓄電池運(yùn)行故障時(shí)，其對應(yīng)的旁路短路蓄電池。根據(jù)這種方法，本發(fā)明說明書提供兩個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例1如圖1所示，電力直流操作開關(guān)電源由整流配電單元、電池管理模塊、充電監(jiān)控及 電池監(jiān)控單元、通訊模塊、GPRS無線模塊、觸摸屏監(jiān)控模塊、配電監(jiān)控、絕緣監(jiān)測、硅堆降壓、 串行接口及U盤接口、風(fēng)冷散熱系統(tǒng)組成。整流配電單元由兩路交流電自動(dòng)互鎖控制電路組成，兩組交流電互為備用，將交 流電整流為直流電提供給電池管理模塊。通訊模塊用于電力直流操作開關(guān)電源與上位機(jī)數(shù) 據(jù)通訊。GPRS無線模塊用于電力直流操作開關(guān)電源與維護(hù)人員、及集控中心通訊。觸摸屏 監(jiān)控模塊對數(shù)據(jù)的輸入、設(shè)置、顯示。串行接口用于對上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)雙操作功能；U盤接 口用于數(shù)據(jù)拷貝到U盤，方便數(shù)據(jù)的保存。絕緣監(jiān)測對直流系統(tǒng)進(jìn)行絕緣監(jiān)測。降壓硅堆 為控制母線提供電源。風(fēng)冷散熱系統(tǒng)為電池管理模塊提供散熱。蓄電池是閥控鉛酸蓄電 池。充電監(jiān)控及電池監(jiān)控單元對每個(gè)電池管理模塊進(jìn)行控制和監(jiān)測，控制蓄電池的浮充、均 充的時(shí)間和充電電流、電壓，并監(jiān)測蓄電池的運(yùn)行狀況，與GPRS無線模塊和通訊模塊相配 合，可以實(shí)時(shí)的將各種充放電的信息和電池信息發(fā)送到操作人員手機(jī)或者直接發(fā)送到上位 機(jī)存儲(chǔ)。從圖1中可以看出，蓄電池管理模塊與蓄電池?cái)?shù)量相同，一一對應(yīng)，充電時(shí)，由每 個(gè)電池管理模塊為相應(yīng)的蓄電池單獨(dú)充電；每個(gè)蓄電池都設(shè)置保護(hù)旁路，當(dāng)蓄電池運(yùn)行故 障時(shí)，其對應(yīng)的旁路能夠短路蓄電池。如圖2所示，電池管理模塊包括前部的直流濾波電路及其后部連接的一個(gè)高頻整 流電路。對電網(wǎng)交流電進(jìn)行整流形成的直流電通過直流濾波電路進(jìn)入高頻整流電路；首先 經(jīng)過高頻逆變模塊，進(jìn)行逆變，然后通過高頻變壓器降壓隔離，變壓器副邊后面的電路形成 一個(gè)半波整流Buck電路，即整流二極管Dl陽極接變壓器副邊繞組同名端，與LC濾波電感 電容、變壓器副邊繞組形成回路，續(xù)流二極管D2陽極接變壓器副邊繞組異名端、陰極接整 流二極管Dl陰極。每個(gè)蓄電池(I-N)對應(yīng)一個(gè)電池管理模塊，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)充電。上述高頻逆 變模塊、高頻變壓器、半波整流Buck電路、LC濾波電感電容構(gòu)成高頻整流電路。對蓄電池1及其對應(yīng)的電池管理模塊和旁路進(jìn)行分析。二極管D3與蓄電池1反
4向并聯(lián)。充電時(shí)，旁路二極管D3承受反壓截止，對充電沒有影響；放電時(shí)，旁路二極管D3端 電壓相當(dāng)于電池電動(dòng)勢與內(nèi)阻分壓之差，如果蓄電池1無故障，由于蓄電池1內(nèi)阻極小，旁 路二極管D3仍然承受反壓截止；如果蓄電池1故障，則蓄電池1內(nèi)阻變大，內(nèi)阻分壓變大超 過電池電動(dòng)勢使旁路二極管D3端電壓反轉(zhuǎn)，二極管轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，則蓄電池組電流通過旁 路二極管D3，短路故障的蓄電池1，整個(gè)蓄電池組(不包括蓄電池1)仍能安全運(yùn)行，從而提 高了電源運(yùn)行的安全可靠性。對于旁路二極管的選擇，應(yīng)選擇導(dǎo)通電壓小、額定電流大的二 極管，我們采用了導(dǎo)通電壓0. 2V，額定電流200A的二極管。另外，上述半波整流Buck變換 器中的續(xù)流二極管D2、濾波電感與旁路二極管D3成π型，續(xù)流二極管D2充電時(shí)續(xù)流，在放 電時(shí)也能起到旁路作用，當(dāng)蓄電池組電流較大時(shí)，能夠分擔(dān)旁路二極管D3的壓力，對旁路 二極管D3有一定的保護(hù)作用。主電路輔以充電監(jiān)控及電池監(jiān)控單元，充電監(jiān)控及電池監(jiān)控單元一方面從輸出端 取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制主變換器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另 一方面，根據(jù)測試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措 施，形成控制和監(jiān)測系統(tǒng)。實(shí)施例2如圖3所示，實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同在于，每個(gè)電池管理模塊都包括兩個(gè)以上 的所述高頻整流電路，高頻整流電路相互并聯(lián)，輸出端接蓄電池。這種做法能夠成倍的增加 充電電流，以便滿足不同容量電池的充電需求。
權(quán)利要求
一種電力直流操作開關(guān)電源的蓄電池組管理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟A.根據(jù)蓄電池組中蓄電池的個(gè)數(shù)，設(shè)置對應(yīng)個(gè)數(shù)的電池管理模塊；B.充電時(shí)，由每個(gè)電池管理模塊為相應(yīng)的蓄電池單獨(dú)充電；C.為每個(gè)蓄電池設(shè)置保護(hù)旁路，當(dāng)蓄電池運(yùn)行故障時(shí)，其對應(yīng)的旁路短路蓄電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力直流操作開關(guān)電源的蓄電池組管理方法，其特征在于， 所述電池管理模塊包括其前部的直流濾波電路和其后部連接的一個(gè)高頻整流電路或者兩 個(gè)以上并聯(lián)的高頻整流電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力直流操作開關(guān)電源的蓄電池組管理方法，其特征在于， 所述高頻整流電路包括高頻逆變模塊、變壓器、半波整流Buck電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一條所述的電力直流操作開關(guān)電源的蓄電池組管理方法，其 特征在于，步驟C所述的蓄電池故障時(shí)，對應(yīng)的旁路短路蓄電池是通過與每個(gè)蓄電池反向 并聯(lián)的旁路二極管實(shí)現(xiàn)的。
5.一種電力直流操作開關(guān)電源，包括串聯(lián)的蓄電池組，其特征在于，該開關(guān)電源內(nèi)設(shè)置 有數(shù)量不少于蓄電池組的蓄電池?cái)?shù)量的電池管理模塊，蓄電池組的每個(gè)蓄電池的正負(fù)極與 一個(gè)對應(yīng)的電池管理模塊的輸出端連接，每個(gè)電池管理模塊的輸入端均與一整流配電單元 的直流輸出端連接，每個(gè)電池管理模塊的輸出端上均接有一個(gè)保護(hù)旁路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力直流操作開關(guān)電源，其特征在于，電池管理模塊包括前 部的直流濾波電路及其后部連接的一個(gè)高頻整流電路或者兩個(gè)以上并聯(lián)的高頻整流電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力直流操作開關(guān)電源，其特征在于，所述高頻整流電路包 括高頻逆變模塊、變壓器和半波整流Buck變換器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力直流操作開關(guān)電源，其特征在于，所述半波整流Buck變 換器包括整流二極管、續(xù)流二極管和LC濾波電感電容；整流二極管與LC濾波電感電容、變 壓器副邊繞組形成回路，整流二極管陽極接變壓器副邊繞組同名端，續(xù)流二極管陽極接變 壓器副邊繞組異名端、陰極接整流二極管陰極。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一條所述的電力直流操作開關(guān)電源，其特征在于，所述保護(hù) 旁路是旁路二極管，與單個(gè)蓄電池反向并聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力直流操作開關(guān)電源及其蓄電池組管理方法，該方法包括如下步驟根據(jù)蓄電池組中蓄電池的個(gè)數(shù)，設(shè)置對應(yīng)個(gè)數(shù)的電池管理模塊；充電時(shí)，由每個(gè)電池管理模塊為相應(yīng)的蓄電池單獨(dú)充電；為每個(gè)蓄電池設(shè)置保護(hù)旁路，當(dāng)蓄電池運(yùn)行故障時(shí)，其對應(yīng)的旁路短路蓄電池。采用這種方法的電力直流操作開關(guān)電源，使得一個(gè)電池管理模塊可以單獨(dú)對一個(gè)蓄電池充電，充電時(shí)就能夠根據(jù)各個(gè)蓄電池的情況確定充電電流和電壓；在單個(gè)蓄電池故障時(shí)，利用旁路短路該蓄電池，為蓄電池組提供保護(hù)，提高運(yùn)行可靠、穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02H7/18GK101958568SQ20101017155
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者任幼逢, 劉巖, 劉方, 劉海東, 張華平, 張翼翔, 樊越甫 申請人:張華平;張翼翔;樊越甫;劉海東;劉巖;劉方;任幼逢