一種蓄電池安全保護裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種蓄電池安全保護裝置，所述蓄電池安全保護裝置安裝在直流電路與蓄電池之間，該裝置包括PWM模塊、CPU模塊、溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊以及接口模塊，所述PWM模塊、溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊以及接口模塊均與CPU模塊連接；本實用新型把外部直流電路對蓄電池施加的電壓、電流由CPU根據(jù)蓄電池組的單體容量、數(shù)量、電壓、工作環(huán)境溫度、蓄電池溫度等數(shù)據(jù)進行智能調節(jié)，從而達到保護蓄電池、整流器以及系統(tǒng)安全的目的。
【專利說明】
一種蓄電池安全保護裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及蓄電池的研究領域，特別涉及一種蓄電池安全保護裝置。
【背景技術】
[0002]直流系統(tǒng)廣泛應用于通信、信息處理的各個領域。傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)主要由直流屏(整流器)和蓄電池組成，在實際使用中，蓄電池組作為后備電源，充當極為重要的角色，是整個直流系統(tǒng)的心臟。目前，直流系統(tǒng)主要采用閥控式鉛酸蓄電池作為后備電源，閥控式鉛酸蓄電池的使用壽命和工作環(huán)境、浮充電壓大小、放電維護周期有非常大的關系。
[0003]很多場合下，直流屏需要對負載供電，對負載供電的電壓一般都是設定為蓄電池組的浮充電壓。當蓄電池組放電結束后，蓄電池組的電壓較低，此時，如果把蓄電池組直接接入直流屏，會產生很大的瞬間電流，出現(xiàn)多種意外情況:
[0004]①直流屏具備過流保護功能，瞬間大電流導致直流屏保護、關斷，在直流線上產生極大的電壓波動，影響負載工作狀態(tài)；
[0005]②瞬間大電流沖擊，有可能損壞直流屏；
[0006]③不加限制的大電流，很可能損壞蓄電池；
[0007]④沒有限制的大電流，甚至損壞線路上的熔斷器等等；
[0008]為了避免以上情況發(fā)生，當蓄電池組放電結束后，通常采用降低整流器的輸出電壓的方式給蓄電池組充電。這個方式，需要人為的逐步提升整流器的輸出電壓，整個充電過程需要浪費大量的時間，嚴重影響工作效率。
[0009]考慮上述安全因素，直流系統(tǒng)中的蓄電池組進行放電維護，直流屏和蓄電池組要從系統(tǒng)中退出，放電，然后再接入，該過程涉及整個直流系統(tǒng)中控制母線，合閘母線，直流母線，直流屏，蓄電池組等多個部件的開關合閘，過程繁瑣。
[0010]另外，當變電站或其他直流系統(tǒng)應用環(huán)境的空調故障，蓄電池組工作環(huán)境溫度較高時，蓄電池組處于浮充狀態(tài)，容易發(fā)生鼓脹、熱失控的現(xiàn)象，導致蓄電池組報廢。
[0011]再者，閥控式鉛酸蓄電池組在使用過程中，經常會出現(xiàn)某個或者某幾個的落后單體膨脹、漏液、容量急劇下降等劣化現(xiàn)象，當劣勢單體個數(shù)只有一兩個時，目前有一些做法是把劣勢單體剔除，繼續(xù)使用，由于單體個數(shù)發(fā)生改變，這時需要調整直流屏的輸出電壓，避免浮充電壓過高導致蓄電池組被“充壞”，而直流屏輸出電壓的更改一方面改變了原有的直流系統(tǒng)的電壓輸出，另一方面很多直流屏輸出電壓的更改需要廠家派專人到現(xiàn)場更改，同時當整組蓄電池進行更換時，直流系統(tǒng)輸出電壓還要更改一次，帶來一定的工作不便。當蓄電池組中劣勢單體較多，比如四五個時，考慮到閥控鉛酸蓄電池組較高的一致性要求，通常的做法是把整組蓄電池報廢。這種整組電池報廢的現(xiàn)象有兩個弊端:1、除了某幾個落后單體之外，其他的蓄電池單體性能仍然較好，滿足繼續(xù)服役的要求，出于閥控式鉛酸蓄電池組一致性考慮，整組報廢，造成了極大的浪費；2、目前很多供用戶推行零庫存原則，如果蓄電池組突然報廢，可能缺乏應急更換的蓄電池組，同時重新采購蓄電池組的周期長達1-2年，這樣將造成一定的工作不便和安全隱患。
[0012]傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)連接模式，都是把蓄電池直接掛接在整流器的輸出上，整流器平時承擔對負載的供電以及給蓄電池充電的任務。當蓄電池充電完成后，蓄電池一直處于浮充狀態(tài);這個傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)組成模式，對蓄電池的壽命產生極大的破壞性。本實用新型顛覆傳統(tǒng)的蓄電池充電模式，在保證直流系統(tǒng)安全供電的前提下，讓蓄電池大部分時間處于靜置狀態(tài)，保證了蓄電池的安全，從而，延長了直流系統(tǒng)的壽命。
【實用新型內容】
[0013]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種蓄電池安全保護裝置，把外部直流電路對蓄電池施加的電壓、電流由CPU根據(jù)蓄電池組的單體容量、數(shù)量、電壓、工作環(huán)境溫度、蓄電池溫度等數(shù)據(jù)進行智能調節(jié)，從而達到保護蓄電池、整流器以及系統(tǒng)安全的目的。
[0014]為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0015]本實用新型提供了一種蓄電池安全保護裝置，所述蓄電池安全保護裝置安裝在直流電路與蓄電池之間，包括PWM模塊、CPU模塊、溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊以及接口模塊，所述PWM模塊、溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊以及接口模塊均與CPU模塊連接；
[0016]所述PWM模塊，用于對蓄電池充電的電壓、電流的控制；
[0017]所述CPU模塊用于采集電流檢測模塊、電壓檢測模塊和溫度檢測模塊的信號，并控制PffM模塊，實現(xiàn)對蓄電池充電電壓和電流的精確控制；
[0018]所述溫度檢測模塊，用于檢測蓄電池工作環(huán)境溫度以及蓄電池單體溫度；
[0019]所述電壓檢測模塊，用于檢測蓄電池充電電壓、蓄電池電壓；
[0020]所述電流檢測模塊，用于檢測蓄電池的充放電電流；
[0021]所述接口模塊，用于信息顯示和信息輸入、輸出，可輸入蓄電池單體個數(shù)、單體標稱容量、單體標稱電壓的基本信息，還可輸出蓄電池充放電電容量、充電狀態(tài)、放電狀態(tài)的?目息O
[0022]作為優(yōu)選的技術方案，所述PWM模塊包括MOS功率器件、二極管以及MOS驅動電路，所述二極管與MOS功率器件并聯(lián)，所述MOS功率器件與MOS驅動電路連接；當該裝置有不同功率要求或者需加強PWM模塊可靠性時，可采用多個MOS功率器件與多個二極管并聯(lián)的方式。
[0023]作為優(yōu)選的技術方案，所述CPU模塊采用具備PffM輸出的芯片，所述具備PffM輸出的芯片為PIC、ARM或STC單片機。
[0024]作為優(yōu)選的技術方案，所述溫度檢測模塊為滿足溫度測試范圍的溫度電阻，或者為直接輸出溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器；
[0025]所述電壓檢測模塊為采用電阻分壓處理，對CPU模塊進行A/D轉換獲得電壓數(shù)據(jù)，或者述電壓檢測模塊采用直接輸出電壓數(shù)據(jù)的電壓傳感器；
[0026]所述電流檢測模塊采用電流互感線圈，配合外圍電路給CPU對電流進行檢測，或者采用直接輸出電流數(shù)據(jù)的電流傳感器。
[0027]作為優(yōu)選的技術方案，所述接口模塊包括顯示模塊、輸入模塊和通信模塊，所述顯示模塊、輸入模塊和通信模塊均與CHJ模塊連接，所述顯示模塊采用發(fā)光二極管或者液晶顯示器;所述輸入模塊采用按鍵、有線或者無線輸入方式;所述通信模塊用于對外進行數(shù)據(jù)交換，采用有線或者無線的數(shù)據(jù)通信方式。
[0028]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0029]1、本實用新型把外部直流電路對蓄電池施加的電壓、電流由CPU根據(jù)蓄電池組的單體容量、數(shù)量、電壓、工作環(huán)境溫度、蓄電池溫度等數(shù)據(jù)進行智能調節(jié)，從而達到保護蓄電池、整流器以及系統(tǒng)安全的目的。
[0030]2、簡化直流系統(tǒng)蓄電池放電維護的工作程序，減少蓄電池組因個別蓄電池單體劣化而導致整組報廢造成的浪費以及蓄電池報廢帶來的環(huán)境污染。
[0031]3、本實用新型顛覆傳統(tǒng)直流系統(tǒng)中，蓄電池長期處于浮充狀態(tài)而導致的蓄電池壽命縮短的缺陷；本實用新型讓蓄電池脫離長期浮充的模式，讓蓄電池各個單體不會因為浮充電壓過高而出現(xiàn)電解水反應，減少蓄電池缺液現(xiàn)象；另外，由于長時間處于靜置狀態(tài)，避免蓄電池過充電而導致蓄電池發(fā)熱，杜絕蓄電池因過充電而膨脹;蓄電池雖然長期處于靜置狀態(tài)，卻不會降低對外放電的能力，大大延長了整個直流系統(tǒng)的壽命。
【附圖說明】
[0032]圖1是本實用新型在直流系統(tǒng)應用不意圖；
[0033]圖2是本實用新型裝置的結構示意圖；
[0034]圖3是本實用新型實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0036]實施例1
[0037]如圖1-圖3所示，本實用新型的蓄電池安全保護裝置，安裝在直流電路與蓄電池之間，其特征在于，包括HVM模塊、CPU模塊、溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊以及接口模塊，所述PWM模塊、溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊以及接口模塊均與(PU模塊連接；
[0038]所述PffM模塊用于對蓄電池充電的電壓、電流的控制；
[0039]所述CPU模塊用于采集電流檢測模塊、電壓檢測模塊和溫度檢測模塊的信號，并控制PffM模塊，實現(xiàn)對蓄電池充電電壓和電流的精確控制；
[0040]所述溫度檢測模塊，用于檢測蓄電池工作環(huán)境溫度以及蓄電池單體溫度；
[0041]所述電壓檢測模塊，用于檢測蓄電池充電電壓、蓄電池電壓；
[0042]所述電流檢測模塊，用于檢測蓄電池的充放電電流；
[0043]所述接口模塊，用于信息顯示和信息輸入、輸出，可輸入蓄電池單體個數(shù)、單體標稱容量、單體標稱電壓的基本信息，還可輸出蓄電池充放電電容量、充電狀態(tài)、放電狀態(tài)的?目息O
[0044]所述P麗模塊包括MOS功率器件、二極管以及MOS驅動電路，所述二極管與MOS功率器件并聯(lián)，所述MOS功率器件與MOS驅動電路連接;當該裝置有不同功率要求或者需加強PWM模塊可靠性時，可采用多個MOS功率器件與多個二極管并聯(lián)的方式。
[0045]所述CPU模塊采用具備Pmi輸出的芯片，所述具備Pmi輸出的芯片為PIC、ARM或STC單片機。
[0046]所述溫度檢測模塊為滿足溫度測試范圍的溫度電阻，或者為直接輸出溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器；
[0047]所述電壓檢測模塊為采用電阻分壓處理，對CPU模塊進行A/D轉換獲得電壓數(shù)據(jù)，或者述電壓檢測模塊采用直接輸出電壓數(shù)據(jù)的電壓傳感器；
[0048]所述電流檢測模塊采用電流互感線圈，配合外圍電路給CPU對電流進行檢測，或者采用直接輸出電流數(shù)據(jù)的電流傳感器。
[0049]所述接口模塊包括顯示模塊、輸入模塊和通信模塊，所述顯示模塊、輸入模塊和通信模塊均與CHJ模塊連接，所述顯示模塊采用發(fā)光二極管或者液晶顯示器;所述輸入模塊采用按鍵、有線或者無線輸入方式;所述通信模塊用于對外進行數(shù)據(jù)交換，采用有線或者無線的數(shù)據(jù)通信方式。
[0050]本實施例以變電站中220V蓄電池組為例，通常是兩臺直流屏帶兩組蓄電池，當蓄電池組1#需要進行周期放電維護時，正常流程是③開關閉合，直流屏2#和蓄電池組2#接入電路，確保系統(tǒng)有一組蓄電池2#作為后備電源，然后斷開①、②開關，直流屏1#、蓄電池組1#退出，蓄電池組1#進行放電核容工作，放電結束后，如果立刻把①、②開關閉合，由于兩組蓄電池間的電壓差較大，會導致蓄電池1#充電電流過大，對蓄電池組產生巨大的損傷。另外，放電結束后的蓄電池組也不能直接與直流屏連接，如果直接連接，會產生很大的瞬間電流對蓄電池組充電，出現(xiàn)多種意外情況:
[0051]①整流器具備過流保護功能，瞬間大電流導致整流器保護、關斷，在直流母線上產生極大的電壓波動，影響負載工作狀態(tài)；
[0052]②瞬間大電流沖擊，有可能損壞整流器；
[0053]③不加限制的大電流，甚至損壞蓄電池；
[0054]④沒有限制的大電流，甚至損壞線路上的熔斷器等等；
[0055]為了避免上述意外，當前通常的做法是，采用降低整流器的輸出電壓給蓄電池組充電。這個方式，需要逐步提升整流器的輸出電壓，整個充電過程需要浪費大量的時間，嚴重影響工作效率。
[0056]現(xiàn)采用本實用新型的蓄電池安全保護裝置，安裝在蓄電池組和直流屏電路之間，在本實用新型裝置的顯示屏中輸入連接的蓄電池組的單體個數(shù)，單體標稱電壓等級，單體標稱容量信息，本裝置的CPU模塊可以對蓄電池組可施加的安全充電電壓范圍、安全電流范圍進行明確的判斷。以一組108個單體標稱電壓為2V，標稱容量為500AH的蓄電池組為例，通過輸入這些信息，本實用新型裝置的CPU立刻可以判定本蓄電池組的安全浮充電壓為240V，均充電壓為254V，安全充電電流為50A(10小時率計算)。蓄電池組1#需要退出放電時，只需要讓母線開關③合閘，②開關無需斷開，直流屏1#無需退出，直接控制1#蓄電池上的蓄電池安全保護裝置軟開關，即可讓1#蓄電池進入放電核對容量狀態(tài)。當蓄電池組放電結束后，直接控制1#蓄電池上的蓄電池安全保護裝置軟開關，即可進入蓄電池安全充電狀態(tài)。雖然1#蓄電池直接接入母線時，1#蓄電池的電壓比較低，但是，由于本實用新型具備抑制瞬間大電流的能力以及PffM控制，CPU模塊根據(jù)電流檢測模塊的數(shù)據(jù)控制PffM模塊調節(jié)，控制直流母線的輸出電流，對蓄電池組進行0.1C的恒流充電，等蓄電池組充電達80%后在轉為恒壓充電，最后進入涓流充電狀態(tài)，避免上述提及的意外發(fā)生，簡化了傳統(tǒng)的蓄電池組放電后充電的流程。
[0057]采用本實用新型的蓄電池安全保護裝置后，當蓄電池已經在滿電狀態(tài)時，CPU模塊控制PffM模塊停止對蓄電池進行充電，讓蓄電池處于靜置狀態(tài)，避免了蓄電池長期處于浮充狀態(tài)對蓄電池造成的破壞。蓄電池處于長期靜置狀態(tài)時，蓄電池本身的自放電會導致蓄電池容量逐步降低，CPU模塊可以定時對蓄電池進行補充電，讓蓄電池長期處于滿電狀態(tài)。雖然蓄電池處于靜置狀態(tài)，但是，由于蓄電池具備單向完全放電的能力，當外部直流電源出現(xiàn)異常時，蓄電池可以給負載供電，確保整個直流系統(tǒng)的安全。
[0058]實施例2
[0059]本實施例以變電站中常見的108個2V單體的220V蓄電池組為例，如果有8個單體劣勢無法使用，可以把8個劣勢單體退出，剩下100個單體繼續(xù)使用，以往的做法是，改變直流屏對蓄電池組的浮充電壓，由原來的240V更改為223V，這樣一來改變了直流系統(tǒng)中直流屏原有的輸出電壓，另一方面直流屏輸出電壓的更改，很多時候需要廠家派專人進行更改，操作比較繁瑣。使用本實用新型的蓄電池保護裝置，在顯示模塊中輸入當前蓄電池組的單體標稱電壓和單體個數(shù)，CPU模塊將對PffM模塊發(fā)送指令，把當前直流屏輸出的240V浮充電壓，通過PWM模塊調節(jié)為223V輸出，達到在不需要對直流屏參數(shù)設置有任何改動的情況下，根據(jù)當前蓄電池組的個數(shù)，快速簡單地調節(jié)蓄電池組浮充電壓的目的。
[0060]當直流屏從浮充狀態(tài)轉變?yōu)榫錉顟B(tài)，輸出電壓從240V提升為254V，本實用新型的蓄電池保護裝置電壓檢測模塊檢測到外電路電壓的變化，并根據(jù)之前輸入的蓄電池組信息結合電壓增量，可以判斷直流屏對蓄電池組充電狀態(tài)的改變，本實用新型的保護裝置CPU模塊同步控制PWM模塊，相應提升輸出電壓，從浮充的223V提升至235V，使蓄電池組進入對應的均充狀態(tài)，反之亦然。
[0061 ] 實施例3
[0062]當機房空調失靈或空調功率不夠或根本沒有安裝空調時，例如夏天等炎熱季節(jié)，機房的室內溫度較高，不適宜對蓄電池充電時，本實用新型的蓄電池保護裝置的溫度檢測模塊采集當前工作環(huán)境溫度較高，比如大于35°C，CPU模塊判定當前溫度為危險的蓄電池組充電溫度，控制PWM模塊降低輸出電壓至與蓄電池組電壓持平，實現(xiàn)在高溫狀態(tài)下停止對蓄電池組充電，以免造成蓄電池組膨脹或熱失控，同時，電流檢測模塊檢測蓄電池組端的電流，當檢測電流值為負值，表明由于保護裝置端的輸出電壓比蓄電池組端電壓低，導致蓄電池組處于放電狀態(tài)，此時，CPU模塊控制PWM模塊提升輸出電壓，直到電流檢測模塊檢測不到放電電流為止，防止輸出電壓過低導致蓄電池放電的現(xiàn)象。當溫度恢復正常范圍，如低于300C時，重新恢復對蓄電池組的浮充電壓輸出。
[0063]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種蓄電池安全保護裝置，所述蓄電池安全保護裝置安裝在直流電路與蓄電池之間，其特征在于，包括HVM模塊、CPU模塊、溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊以及接口模塊，所述PWM模塊、溫度檢測模塊、電壓檢測模塊、電流檢測模塊以及接口模塊均與(PU模塊連接； 所述PffM模塊，用于對蓄電池充電的電壓、電流的控制； 所述CPU模塊用于采集電流檢測模塊、電壓檢測模塊和溫度檢測模塊的信號，并控制PWM模塊，實現(xiàn)對蓄電池充電電壓和電流的精確控制； 所述溫度檢測模塊，用于檢測蓄電池工作環(huán)境溫度以及蓄電池單體溫度； 所述電壓檢測模塊，用于檢測蓄電池充電電壓、蓄電池電壓； 所述電流檢測模塊，用于檢測蓄電池的充放電電流； 所述接口模塊，用于信息顯示和信息輸入、輸出，可輸入蓄電池單體個數(shù)、單體標稱容量、單體標稱電壓的基本信息，還可輸出蓄電池充放電電容量、充電狀態(tài)、放電狀態(tài)的信息。2.根據(jù)權利要求1所述的蓄電池安全保護裝置，其特征在于，所述P麗模塊包括MOS功率器件、二極管以及MOS驅動電路，所述二極管與MOS功率器件并聯(lián)，所述MOS功率器件與MOS驅動電路連接；當該裝置有不同功率要求或者需加強PWM模塊可靠性時，可采用多個MOS功率器件與多個二極管并聯(lián)的方式。3.根據(jù)權利要求1所述的蓄電池安全保護裝置，其特征在于，所述CPU模塊采用具備PWM輸出的芯片，所述具備PWM輸出的芯片為PIC、ARM或STC單片機。4.根據(jù)權利要求1所述的蓄電池安全保護裝置，其特征在于，所述溫度檢測模塊為滿足溫度測試范圍的溫度電阻，或者為直接輸出溫度數(shù)據(jù)的溫度傳感器； 所述電壓檢測模塊為采用電阻分壓處理，對CPU模塊進行A/D轉換獲得電壓數(shù)據(jù)，或者述電壓檢測模塊采用直接輸出電壓數(shù)據(jù)的電壓傳感器； 所述電流檢測模塊采用電流互感線圈，配合外圍電路給CPU對電流進行檢測，或者采用直接輸出電流數(shù)據(jù)的電流傳感器。5.根據(jù)權利要求1所述的蓄電池安全保護裝置，其特征在于，所述接口模塊包括顯示模塊、輸入模塊和通信模塊，所述顯示模塊、輸入模塊和通信模塊均與CHJ模塊連接，所述顯示模塊采用發(fā)光二極管或者液晶顯示器;所述輸入模塊采用按鍵、有線或者無線輸入方式;所述通信模塊用于對外進行數(shù)據(jù)交換，采用有線或者無線的數(shù)據(jù)通信方式。
【文檔編號】H02J9/04GK205544389SQ201620077964
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】黃尚南
【申請人】廣州泓淮能源科技有限公司