免維護(hù)電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種免維護(hù)電池。本發(fā)明的免維護(hù)電池，包括通路選擇開關(guān)電路、前置放大帶通濾波器、平衡調(diào)制器、積分器、直流放大器、交流恒流信號產(chǎn)生電路、方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、CAN接口、溫度檢測模塊、串口和均衡充放電模塊，通路選擇開關(guān)電路、前置放大帶通濾波器、平衡調(diào)制器、積分器、直流放大器順次電連接，單片機(jī)控制系統(tǒng)分別與直流放大器、交流恒流信號產(chǎn)生電路、CAN接口、溫度檢測模塊、串口、均衡充放電模塊電連接，交流恒流信號產(chǎn)生電路分別與方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路電連接，方波轉(zhuǎn)換電路與平衡調(diào)制器電連接。本發(fā)明使得電池能夠自動均衡調(diào)節(jié)電氣參數(shù)，并且對電池進(jìn)行實時維護(hù)。
【專利說明】免維護(hù)電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電池，尤其涉及一種免維護(hù)電池。
【背景技術(shù)】
[0002]閥控鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鋰電池等儲能電池自投入使用以來，出現(xiàn)了較多很難解決的問題:
[0003]1、蓄電池的電氣參數(shù)不均衡問題:
[0004]蓄電池成組使用時，要求每節(jié)電池的電氣參數(shù)高度一致，實際上是無法實現(xiàn)的；而當(dāng)成組使用的蓄電池電氣參數(shù)不一致時，參數(shù)漂移的單節(jié)電池很容易出現(xiàn)過充或過放問題，加劇該電池的參數(shù)漂移，且該電池壽命將很快縮短至無法使用。此時因單節(jié)電池?fù)p壞造成電池組不能正常使用，只能更換成組的蓄電池，不能只對單節(jié)的故障蓄電池進(jìn)行維護(hù)或者更換，不然會造成成組蓄電池電氣參數(shù)更為嚴(yán)重的不一致。
[0005]2、蓄電池的難以維護(hù)問題:
[0006]如果蓄電池組3-4年都不進(jìn)行一次充/放電，蓄電池組電解液就會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，即電解液會分解為酸溶液濃度各不相同的液體層，這種現(xiàn)象會最終導(dǎo)致在硫酸濃度較高的區(qū)域出現(xiàn)極板腐蝕，影響到蓄電池的供電能力。所以目前對蓄電池維護(hù)的常規(guī)做法是每年對蓄電池組進(jìn)行至少一次的計劃性核對性放電測試。
[0007]采取這種計劃性的維護(hù)，只能解決蓄電池組的整體維護(hù)問題，對單節(jié)電池的失效無法維護(hù)。且一般兩次維護(hù)間隔時間很長，并不能連續(xù)監(jiān)測蓄電池的狀態(tài)，對于蓄電池的失效過程無法實時監(jiān)控，所以無法避免發(fā)生蓄電池組成批的損壞。
[0008]蓄電池組的計劃性放電、充電測試通常會消耗幾個小時甚至幾天的時間，這是一個高成本、對電池具有破壞性、不安全的過程，其間蓄電池組的后備直流電源功能將無法實現(xiàn)，易造成嚴(yán)重的停電事故。
[0009]3、蓄電池的參數(shù)難以檢測問題:
[0010]在使用蓄電池直流供電的場合，一般要求安裝對蓄電池監(jiān)測的必要裝置，比如電壓巡檢儀、電池巡檢儀等，一般可以檢測蓄電池的端電壓、充放電電流、蓄電池溫度。但對反應(yīng)蓄電池剩余壽命的關(guān)鍵參數(shù)蓄電池內(nèi)阻，一般無法實現(xiàn)在線實時監(jiān)測；檢測蓄電池內(nèi)阻時，必須將蓄電池拆下，使用專門的內(nèi)阻測試儀器經(jīng)行測量。因為操作復(fù)雜，檢測蓄電池內(nèi)阻的間隔期一般很長，在內(nèi)阻測試間隔期，同樣有可能電池已經(jīng)失效而電池使用者無法獲知故障信息。
[0011]因此，針對上述存在的問題，急需一種新型的電池維護(hù)技術(shù)來解決這些問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明旨在解決目前電池存在的電氣參數(shù)不均衡、電池難以維護(hù)、電池電氣參數(shù)難以檢測的問題,提供一種免維護(hù)電池。
[0013]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:包括通路選擇開關(guān)電路、前置放大帶通濾波器、平衡調(diào)制器、積分器、直流放大器、交流恒流信號產(chǎn)生電路、方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、CAN接口、溫度檢測模塊、串口和均衡充放電模塊，通路選擇開關(guān)電路、前置放大帶通濾波器、平衡調(diào)制器、積分器、直流放大器順次電連接，單片機(jī)控制系統(tǒng)分別與直流放大器、交流恒流信號產(chǎn)生電路、CAN接口、溫度檢測模塊、串口、均衡充放電模塊電連接，交流恒流信號產(chǎn)生電路分別與方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路電連接，方波轉(zhuǎn)換電路與平衡調(diào)制器電連接，取樣電路與通路選擇開關(guān)電路電連接。
[0014]電池組內(nèi)每節(jié)蓄電池的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)將全部通過蓄電池參數(shù)檢測模塊檢測、運(yùn)算后，綜合同組其它蓄電池的實時電氣參數(shù)，由蓄電池生命周期管理模塊預(yù)測蓄電池的剩余壽命，并計算出合適的單節(jié)電池維護(hù)方式，通過高頻脈沖式的均衡充放電模塊完成單節(jié)電池的合理維護(hù)。本發(fā)明使用小信號交流阻抗法測量蓄電池的內(nèi)阻。蓄電池參數(shù)檢測模塊在線產(chǎn)生高頻mV級正弦波信號，注入被檢測的蓄電池，通過對輸出的高頻正線電流信號響應(yīng)進(jìn)行一系列的濾波、正峰值檢測、放大以及AD轉(zhuǎn)換和采集，然后根據(jù)測量到的電壓比來推算出電池內(nèi)阻。該技術(shù)采用在線內(nèi)阻檢測，測試時無需人工干預(yù)、無需將蓄電池拆下、無需使用專門的內(nèi)阻測試儀器即可徑行測量，測量精度高，解決了單節(jié)蓄電池的在線實時檢測內(nèi)阻問題。
[0015]當(dāng)信號源給電池注入一個交流電流信號時，測量出在電池兩端產(chǎn)生的交流電壓信號和輸入電流，就可計算出電池的內(nèi)阻。采用交流法測量電池內(nèi)阻，不需要對電池進(jìn)行放電，從理論上講電池在任何狀態(tài)下都能對其實施測量。在實際測量中，由于電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐級，注入一定的電流后，在電池兩端產(chǎn)生的電壓信號非常微弱，往往被噪聲淹沒，放大后再測量，用交流電壓表很難區(qū)分出來有用的信號，需要用相關(guān)檢測的原理，才能測量出電池兩端的交流電壓信號。
[0016]蓄電池內(nèi)阻檢測具體工作過程為:相關(guān)器檢測微弱信號，它由開關(guān)式乘法器和積分器組成，蓄電池兩端檢測到的微弱信號經(jīng)過前置放大濾波后輸入到乘法器信號輸入端，注入蓄電池的正弦波信號通過電路變換形成方波信號后，輸入到乘法器參考信號端。根據(jù)相關(guān)檢測的原理，通過乘法器相乘運(yùn)算，信號和噪聲、噪聲和噪聲之間是互相獨(dú)立的，它們的相關(guān)函數(shù)為零，只有信號和信號相關(guān)，且可從噪聲中檢出。通過乘法器和積分器以后，抑制了噪聲。在輸入信號和電路傳輸系數(shù)一定的情況下，輸出信號的大小只與電池的內(nèi)阻成比例，只要測出蓄電池兩端交流電壓值和通過蓄電池的交流電流值，就能計算出蓄電池的內(nèi)阻，實現(xiàn)在線測量。
[0017]由于蓄電池的內(nèi)阻很小，故必須降低導(dǎo)線阻抗對電池內(nèi)阻的影響，因此采用四引線連接法。系統(tǒng)輸出的交流恒流信號接到電池兩端，再將電池內(nèi)阻產(chǎn)生的電壓信號，連接到輸入轉(zhuǎn)換開關(guān)電路。上電后，首先由單片機(jī)控制調(diào)整檢測信號和參考信號的相位差！使之為O。開始測量后，先由模擬開關(guān)選通電流測量通路，該通路在向蓄電池注入交流信號的回路中設(shè)置一標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻，以測定交流信號的電流值；再選通電壓測量通路，測定電壓值。采集到的信號通過放大濾波等處理后送入單片機(jī)中，算出蓄電池的內(nèi)阻。
[0018]在智慧型免維護(hù)蓄電池的設(shè)計中，應(yīng)用了分布式控制技術(shù)，在每節(jié)電池里均單獨(dú)配置使用了 Buck-Boost技術(shù)的自動高頻脈沖式充放電模塊，它自動檢測本節(jié)電池的電氣參數(shù)，并與同組其它蓄電池的參數(shù)比較，經(jīng)過運(yùn)算后控制高頻脈沖式充放電模塊的工作狀態(tài)，使本節(jié)電池多余的能量自動轉(zhuǎn)移到上下相鄰的兩節(jié)蓄電池里，電池組內(nèi)的每節(jié)蓄電池的充放電模塊均自動工作，從而使整個電池組實現(xiàn)能量的動態(tài)平衡。這樣既防止了單節(jié)電池過充而漏氣、欠充而硫化，同時電池組內(nèi)參數(shù)一致性較差的電池完成自動修復(fù)，使其達(dá)到與同組其它蓄電池的電氣參數(shù)均衡一致。
[0019]所述的均衡充放電模塊包括串接的電源VB1、VB2、VB3,電源VBl正極連接相互并聯(lián)的二極管D11、三極管Q11，二極管Dll串接二極管D12后與電源VB2負(fù)極連接，三極管Qll串接三極管Q12后與電源VB2負(fù)極連接；三極管Ql1、三極管Q12連接處與二極管Dl1、二極管D12連接處連通并通過電感LI連接電源VB2正極；電源VB2正極連接相互并聯(lián)的二極管D13、三極管Q13，二極管D13串接二極管D14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13串接三極管Q14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13、三極管Q14連接處與二極管D13、二極管D14連接處連通并通過電感L2連接電源VB3正極；三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、三極管Q14的集電極和發(fā)射極之間分別連接二極管。
[0020]所述的平衡調(diào)制器采用AD630型號。
[0021]所述的單片機(jī)控制模塊采用DSP18F458型號。
[0022]三極管011、三極管012、三極管叭3、三極管014皆采用7441^03型號；二極管Dl1、二極管D12、二極管D13、二極管D14皆采用1N4148型號。
[0023]本發(fā)明通過以上技術(shù)方案，使得電池能夠自動均衡調(diào)節(jié)電氣參數(shù)，并且對電池進(jìn)行實時維護(hù)，還實現(xiàn)了單節(jié)電池的電氣參數(shù)在線檢測和實時維護(hù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的均衡充放電模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的智慧型免維護(hù)電池，包括通路選擇開關(guān)電路、前置放大帶通濾波器、平衡調(diào)制器、積分器、直流放大器、交流恒流信號產(chǎn)生電路、方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、CAN接口、溫度檢測模塊、串口和均衡充放電模塊，通路選擇開關(guān)電路、前置放大帶通濾波器、平衡調(diào)制器、積分器、直流放大器順次電連接，單片機(jī)控制系統(tǒng)分別與直流放大器、交流恒流信號產(chǎn)生電路、CAN接口、溫度檢測模塊、串口、均衡充放電模塊電連接，交流恒流信號產(chǎn)生電路分別與方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路電連接，方波轉(zhuǎn)換電路與平衡調(diào)制器電連接，取樣電路與通路選擇開關(guān)電路電連接。
[0028]如圖2所示，所述的均衡充放電模塊包括串接的電源VB1、VB2、VB3，電源VBl正極連接相互并聯(lián)的二極管D11、三極管Q11，二極管Dll串接二極管D12后與電源VB2負(fù)極連接，三極管Qll串接三極管Q12后與電源VB2負(fù)極連接；三極管Q11、三極管Q12連接處與二極管Dl1、二極管D12連接處連通并通過電感LI連接電源VB2正極；電源VB2正極連接相互并聯(lián)的二極管D13、三極管Q13，二極管D13串接二極管D14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13串接三極管Q14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13、三極管Q14連接處與二極管D13、二極管D14連接處連通并通過電感L2連接電源VB3正極；三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、三極管Q14的集電極和發(fā)射極之間分別連接二極管。三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、三極管Q14皆采用74ALS03型號；二極管D11、二極管D12、二極管D13、二極管D14皆采用1N4148型號。
[0029]如圖2所示，每個均衡充放電模塊均由I個場效應(yīng)管Q、I個二極管D和兩個儲能元件電感L組成。在均衡電路中兩電池電壓出現(xiàn)不均衡，如VBDVB2,則三極管Qll導(dǎo)通，電池BI向電感LI充電；當(dāng)三極管Qll截止時，電感LI為了續(xù)流，與電池B2、二極管D12構(gòu)成回路，電感中儲存的能量就轉(zhuǎn)移到電池B2中，實現(xiàn)了能量從電池BI到電池B2的轉(zhuǎn)移。同理當(dāng)VBl < VB2時，則通過三極管Q12的通斷來實現(xiàn)能量從電池B2到電池BI的轉(zhuǎn)移，SP該電路是一種能量雙向傳遞的均衡裝置。盡管能量只在相鄰電池間傳遞，由于能量的傳遞趨勢總是由電壓高的電池傳遞到電壓低的電池上，因而最終實現(xiàn)整組電池的均衡。放電時，原理與充電時基本相同。VB1-VB2=0.1V為臨界點，高于臨界點時自動啟動均衡電路，從而實現(xiàn)充放電均衡功能，即使在靜態(tài)狀態(tài)下，單模塊內(nèi)也能實現(xiàn)能量的傳遞，從而使整個電池組達(dá)到均衡。
【權(quán)利要求】
1.一種免維護(hù)電池，其特征在于，包括通路選擇開關(guān)電路、前置放大帶通濾波器、平衡調(diào)制器、積分器、直流放大器、交流恒流信號產(chǎn)生電路、方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、CAN接口、溫度檢測模塊、串口和均衡充放電模塊，通路選擇開關(guān)電路、前置放大帶通濾波器、平衡調(diào)制器、積分器、直流放大器順次電連接，單片機(jī)控制系統(tǒng)分別與直流放大器、交流恒流信號產(chǎn)生電路、CAN接口、溫度檢測模塊、串口、均衡充放電模塊電連接，交流恒流信號產(chǎn)生電路分別與方波轉(zhuǎn)換電路、取樣電路電連接，方波轉(zhuǎn)換電路與平衡調(diào)制器電連接，取樣電路與通路選擇開關(guān)電路電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免維護(hù)電池，其特征在于，所述的均衡充放電模塊包括串接的電源VB1、VB2、VB3，電源VBl正極連接相互并聯(lián)的二極管Dl1、三極管QlI，二極管Dll串接二極管D12后與電源VB2負(fù)極連接，三極管Qll串接三極管Q12后與電源VB2負(fù)極連接；三極管Q11、三極管Q12連接處與二極管D11、二極管D12連接處連通并通過電感LI連接電源VB2正極；電源VB2正極連接相互并聯(lián)的二極管D13、三極管Q13，二極管D13串接二極管D14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Ql3串接三極管Q14后與電源VB3負(fù)極連接，三極管Q13、三極管Q14連接處與二極管D13、二極管D14連接處連通并通過電感L2連接電源VB3正極；三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、三極管Q14的集電極和發(fā)射極之間分別連接二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的免維護(hù)電池，其特征在于，所述的平衡調(diào)制器采用AD630型號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的免維護(hù)電池，其特征在于，所述的單片機(jī)控制模塊采用DSP18F458 型號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的免維護(hù)電池，其特征在于，三極管Q11、三極管Q12、三極管Q13、三極管Q14皆采用74ALS03型號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的免維護(hù)電池，其特征在于，二極管D11、二極管D12、二極管D13、二極管D14皆采用1N4148型號。
【文檔編號】H01M10/48GK103545568SQ201310516768
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】劉洪濤 申請人:青島艾迪森科技有限公司