串联蓄电池组监测诊断、均衡电路和策略制造技术

本发明专利技术公开了一种串联蓄电池组监测诊断、均衡电路和策略。蓄电池组监测诊断、均衡电路包括充电器、电压源、压控恒流源、电压测量模块、温度测量模块、负载电阻、开关K01、K02、K03、K04、K11～K1N和K21～K2N。蓄电池组均衡策略中采用压控恒流源实现连续的充放电，通过各单体电池端电压和电压偏离值两个变量作为输入量，用模糊逻辑算法估算出电池均衡电压调节量及对应的压控恒流源电压控制模块的控制电压，用于调节电池均衡时充放电电流。蓄电池组监测诊断通过脉冲放电获得的内阻相对变化量和均衡过程中的荷电相对变化量作为输入量，用模糊逻辑算法估算出电池状态。

Monitoring diagnosis, equalizing circuit and strategy of series battery

【技术实现步骤摘要】
串联蓄电池组监测诊断、均衡电路和策略
本专利技术涉及电池检测、电池管理系统领域，具体为一种串联蓄电池组监测诊断、均衡电路和策略。
技术介绍
串联铅酸蓄电池组作为后备电源一直是通信基站、电力站点等应急和后备电源的标准解决方案。铅酸蓄电池组在整组充电时，受蓄电池组内阻、差分电压、自放电等因素影响，无法保证每节电池单体均分到充电电压，从而造成电池单体电压出现差异，导致不均衡，影响使用效果和寿命。长期处于浮充状态下的电池端电压始终显示正常状态，即使出现问题，也无法判断电池是否损坏。多种实时监测电池状态、电池均衡的方法相继提出。监测电池状态主要有电压检测、内阻诊断、剩余容量估算、以及神经网络、滤波技术等(史海涛，钱念书，张丽娣.VRLA蓄电池在线监测技术综述[J].通信电源技术，2011，28(6)：25-27.)。一方面，单纯的电压、内阻、剩余容量等监测方法波动大，预测偏离明显；另一方面，基于神经网络、滤波技术的监测方法若选择的输入参数不当，也会导致误差大；此外，多数监测诊断方法往往和电池均衡单独使用，没有有效整合，导致设备占用空间、布线密集。蓄电池容量均衡的方法主要有电阻消耗均衡法、开关电容法、双向DC-DC变流器法、多绕组变压器法、多模块开关均衡法、开关电感法等(董博，李永东.蓄电池容量均衡方法概述[J].电源学报，2011(5)：32-36.)。现有的各种均衡方法在对蓄电池进行充放电时，均通过MOSFET管M1或者大功率三极管对蓄电池进行方波斩波实现充放电电流大小的调节。对蓄电池进行方波斩波，本质上是对蓄电池进行密集、断续的充放电，长期对蓄电池进行方波斩波实现均衡将影响蓄电池寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有方法的不足，结合现有技术，提供一种串联蓄电池组监测诊断、均衡电路和策略。本专利技术的技术方案如下：一种串联蓄电池组监测诊断、均衡电路包括充电器、电压源、压控恒流源、电压测量模块、温度测量模块、负载电阻RL、开关K01、K02、K03、K04、K11～K1N和K21～K2N，N为蓄电池节数。待测串联蓄电池组B1～BN两端和充电器并联。串联蓄电池组B1～BN中每节电池的负极分别和开关K21～K2N对应的一端连接，开关K21～K2N的另一端全部接地。串联蓄电池组B1～BN中每节电池的正极分别和开关K11～K1N对应的一端连接，开关K11～K1N的另一端同时和开关K02、K03、电压测量模块、温度测量模块的一端连接。电压测量模块、温度测量模块的另一端接地。开关K02的另一端和压控恒流源的一端连接，压控恒流源的另一端和开关K03的另一端连接，并通过开关K04和负载电阻RL连接，负载电阻RL另一端接地。电压源的一端通过开关K01和压控恒流源的一端连接，电压源的另一端接地。对串联蓄电池组B1～BN中某一特定电池BN进行放电、充电、电压测量、温度测量时，在开关K21～K2N、K11～K1N中，将对应的开关K1N和K2N闭合，其它断开。进一步地，对串联蓄电池组B1～BN中某一特定电池BN进行放电时，将开关K02、K04闭合，开关K01、K03断开。进一步地，对串联蓄电池组B1～BN中某一特定电池BN进行充电时，将开关K01、K03闭合，开关K02、K04断开。所述压控恒流源包括电压控制模块、电压采集模块、差分放大电路、运放IC1、第一到第三电阻、采样电阻Rs、第一、第二电容、MOSFET管M1。所述压控恒流源的电流大小通过电压控制模块进行调节，电压控制模块和运放IC1的负输入端连接，运放IC1输出端通过第三电阻和MOSFET管M1的栅极连接，其漏极为电流输入端，源极和采样电阻Rs连接。放电状态下，采样电阻Rs通过负载电阻RL接地；充电状态下，采样电阻Rs和开关K03连接，以对应需要充电的电池作为负载。采样电阻Rs两端电压通过差分放大电路进行放大，差分放大输出电压由电压采集模块采集，并通过第一电阻和第一电容组成的低通滤波电路后反馈至运放IC1的正输入端。运放IC1的正输入端和输出端有第二电阻和第二电容组成的串联电路连接。一种基于串联蓄电池组监测诊断、均衡电路的串联蓄电池组监测诊断、均衡策略，包括如下步骤：步骤S1：判断是否有电池均衡进程正在进行中，有电池均衡进行，执行步骤S4；没有电池均衡进行，执行步骤S2；步骤S2：对N节串联蓄电池逐一进行脉冲放电，判断单体电池是否损坏失效，若失效，执行步骤S3；若没失效，继续测量蓄电池内阻ri(j)和内阻相对变化量Δri(j)，并执行步骤S4；i为自然数，范围为1～N，表示当前电池节数；j为自然数，表示执行监测诊断、均衡策略步骤的次数；步骤S3：对蓄电池损坏标记加1，并执行步骤S7；步骤S4：完成蓄电池内阻和内阻相对变化量测量后，测量各单体电池端电压Ufi(j)、电压偏离值Uefi(j)、电压偏离值变化量ΔUefi(j)，其中Uefi(j)＝Ufi(j)-Uh，ΔUefi(j)＝Uefi(j)-Uefi(j-1)，Uh表示健康电池平均标准电压；步骤S5：电池均衡电压调节量ΔUgi(j)估算；步骤S6：执行电池均衡；步骤S7：电池状态评估。进一步地，所述步骤S2中，包括如下子步骤：步骤S201：对N节串联蓄电池作循环，当前电池标记为第i节电池；步骤S202：对第i节电池进行脉冲放电，放电时间Tp，放电电流Ip(k)，实时测量单体电池端电压Up(k)，测量时间间隔tp，tp＜Tp，k为放电时间Tp内的测量次数；步骤S203：放电电流Ip(k)和单体电池端电压Up(k)的乘积对测量时间间隔tp的微分dtp进行积分，若积分值小于阀值THpuL，即判断蓄电池损坏失效，执行步骤S3；否则，执行步骤S204；步骤S204：放电电流Ip(k)和单体电池端电压Up(k)的乘积对测量时间间隔tp的微分dtp进行积分，若积分值大于阀值THpdL，即执行步骤S209；否则，执行步骤S205；步骤S205：求得放电时间Tp内第k次电池内阻值取最大内阻值作为电池内阻，记为ri(j)；步骤S206：对当前测试的内阻值ri(j)和上一次测试的所有电池内阻值中最小的值rmin(j-1)作比较，若ri(j)＞rmin(j-1)，执行步骤S208；否则，执行步骤S207；步骤S207：当前测试的蓄电池内阻ri(j)赋于当前测试的所有电池内阻值中最小的值rmin(j)，即rmin(j)＝ri(j)；内阻相对变化量取值为零，即Δri(j)＝0；步骤S208：求内阻相对变化量步骤S209：前一次内阻相对变化量的值赋于当前内阻相对变化量，即Δri(j)＝Δri(j-1)；步骤S210：判断N节串联蓄电池是否测试完成，未完成回到步骤S201；完成跳出循环，执行步骤S4。进一步地，所述步骤S5中，电池均衡电压调节量估算采用Mamdani模糊逻辑推理算法。输入变量为电压偏离值Uefi(j)和电压偏离值变化量ΔUefi(j)；输出变量为电池均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联蓄电池组监测诊断、均衡电路，其特征在于：包括充电器、电压源、压控恒流源、电压测量模块、温度测量模块、负载电阻R

【技术特征摘要】
1.一种串联蓄电池组监测诊断、均衡电路，其特征在于：包括充电器、电压源、压控恒流源、电压测量模块、温度测量模块、负载电阻RL、开关K01、K02、K03、K04、K11～K1N和K21～K2N，N为蓄电池节数；
待测串联蓄电池组B1～BN两端和充电器并联；串联蓄电池组B1～BN中每节电池的负极分别和开关K21～K2N对应的一端连接，开关K21～K2N的另一端全部接地；串联蓄电池组B1～BN中每节电池的正极分别和开关K11～K1N对应的一端连接，开关K11～K1N的另一端同时和开关K02、K03、电压测量模块、温度测量模块的一端连接；电压测量模块、温度测量模块的另一端接地；开关K02的另一端和压控恒流源的一端连接，压控恒流源的另一端和开关K03的另一端连接，并通过开关K04和负载电阻RL连接，负载电阻RL另一端接地；电压源的一端通过开关K01和压控恒流源的一端连接，电压源的另一端接地。


2.根据权利要求1所述的一种串联蓄电池组监测诊断、均衡电路，其特征在于：对串联蓄电池组B1～BN中某一特定电池BN进行放电、充电、电压测量、温度测量时，在开关K21～K2N、K11～K1N中，将对应的开关K1N和K2N闭合，其它断开；
对串联蓄电池组B1～BN中某一特定电池BN进行放电时，将开关K02、K04闭合，开关K01、K03断开；
对串联蓄电池组B1～BN中某一特定电池BN进行充电时，将开关K01、K03闭合，开关K02、K04断开。


3.根据权利要求1所述的一种串联蓄电池组监测诊断、均衡电路，其特征在于：所述压控恒流源包括电压控制模块、电压采集模块、差分放大电路、运放IC1、第一到第三电阻、采样电阻Rs、第一、第二电容、MOSFET管M1；所述压控恒流源的电流大小通过电压控制模块进行调节，电压控制模块和运放IC1的负输入端连接，运放IC1输出端通过第三电阻和MOSFET管M1的栅极连接，其漏极为电流输入端，源极和采样电阻Rs连接；放电状态下，采样电阻Rs通过负载电阻RL接地；充电状态下，采样电阻Rs和开关K03连接，以对应需要充电的电池作为负载；采样电阻Rs两端电压通过差分放大电路进行放大，差分放大输出电压由电压采集模块采集，并通过第一电阻和第一电容组成的低通滤波电路后反馈至运放IC1的正输入端；运放IC1的正输入端和输出端有第二电阻和第二电容组成的串联电路连接。


4.一种基于串联蓄电池组监测诊断、均衡电路的串联蓄电池组监测诊断、均衡策略，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：判断是否有电池均衡进程正在进行中，有电池均衡进行，执行步骤S4；没有电池均衡进行，执行步骤S2；
步骤S2：对N节串联蓄电池逐一进行脉冲放电，判断单体电池是否损坏失效，若失效，执行步骤S3；若没失效，继续测量蓄电池内阻ri(j)和内阻相对变化量Δri(j)，并执行步骤S4；i为自然数，范围为1～N，表示当前电池节数；j为自然数，表示执行监测诊断、均衡策略步骤的次数；
步骤S3：对蓄电池损坏标记加1，并执行步骤S7；
步骤S4：完成蓄电池内阻和内阻相对变化量测量后，测量各单体电池端电压Ufi(j)、电压偏离值Uefi(j)、电压偏离值变化量ΔUefi(j)，其中Uefi(j)＝Ufi(j)-Uh，ΔUefi(j)＝Uefi(j)-Uefi(j-1)，Uh表示健康电池平均标准电压；
步骤S5：电池均衡电压调节量ΔUgi(j)估算；
步骤S6：执行电池均衡；
步骤S7：电池状态评估。


5.根据权利要求4所述的一种串联蓄电池组监测诊断、均衡策略，其特征在于，所述步骤S2包括如下子步骤：
步骤S201：对N节串联蓄电池作循环，当前电池标记为第i节电池；
步骤S202：对第i节电池进行脉冲放电，放电时间Tp，放电电流Ip(k)，实时测量单体电池端电压Up(k)，测量时间间隔tp，tp＜Tp，k为放电时间Tp内的测量次数；
步骤S203：放电电流Ip(k)和单体电池端电压Up(k)的乘积对测量时间间隔tp的微分dtp进行积分，若积分值小于阀值THpuL，即判断蓄电池损坏失效，执行步骤S3；否则，执行步骤S204；
步骤S204：放电电流Ip(k)和单体电池端电压Up(k)的乘积对测量时间间隔tp的微分dtp进行积分，若积分值大于阀值THpaL，即执行步骤S209；否则，执行步骤S205；
步骤S205：求得放电时间Tp内第k次电池内阻值取最大内阻值作为电池内阻，记为ri(j)；
步骤S206：对当前测试的内阻值ri(j)和上一次测试的所有电池内阻值中最小的值rmin...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈希，李映雪，刘洋，陈赵江，蔡建程，丁宇，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33