一種新型直流屏蓄電池監控系統的製作方法
2023-06-11 01:38:01 1
專利名稱：一種新型直流屏蓄電池監控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及輸配電技術，特別涉及一種新型直流屏蓄電池監控系統。
背景技術：
直流屏是廣泛應用於水力、火力發電廠，各類變電站和其它使用直流設備的用戶 (如石化、礦山、鐵路等)，為信號設備、保護、自動裝置、事故照明及斷路器分、合閘操作提供直流電源，並在外部交流電中斷的情況下，保證由後備電源一蓄電池繼續提供直流電源的重要設備。直流屏的可靠性、安全性直接影響到電力系統供電的可靠性、安全性。直流屏的心臟是蓄電池，對蓄電池進行科學的維護是直流屏的核心工作。目前還缺乏一種能夠對直流屏蓄電池進行實時監控並維護的技術。
實用新型內容針對上述問題，本實用新型提出一種新型直流屏蓄電池監控系統，能夠實時監測蓄電池的充放電過程中的各個參數並依據這些參數對蓄電池進行主充與浮充方式的切換， 以及對蓄電池的容量進行評估的技術。為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案為一種新型直流屏蓄電池監控系統，其特徵在於，包括一個總控制模塊，所述總控制模塊包括MPU，與MPU連接的鍵盤，通過解碼器與MPU 連接的顯示器，存儲器以及串行通信IC ；若干單元模塊，所述單元模塊包括用於控制的MPU、用於將電壓信號和電流信號轉換為數位訊號AD轉換器、串行通信IC，還包括一充電電路，一蓄電池容量測量電路以及控制迴路；485總線，所述總控制模塊與各單元模塊之間通過485總線進行數據交換。所述總控制模塊對所有的單元模塊進行統一管理，負責收集各分模塊的關鍵信息如實時的充電電壓、電流值，通過顯示器向用戶顯示，並可以通過鍵盤接收用戶的輸入信息。它與各單元模塊之間的通訊遵循Modbus協議。所述單元模塊能夠實時檢測蓄電池的充放電過程中的電壓、電流大小，並根據這些數據進行主充與浮充方式的切換，還可以對蓄電池的容量進行評估，對每個蓄電池分別進行充電。本實用新型給出了一種新型的直流屏蓄電池監測系統的設計方案，此方案解決了傳統設計方案中不能為每節蓄電池提供合適浮充電壓的缺點，更有效地保證了蓄電池的長壽命運行，並且能夠減少蓄電池的備用量，有相當大的實用價值。
圖1是本實用新型的整體框架圖。圖2是本實用新型的總控制模塊系統框圖。圖3是本實用新型的單元模塊控制系統框圖。[0015]圖4是本實用新型單元模塊的恆流充電電路圖。圖5是本實用新型單元模塊的恆壓充電電路圖。圖6是本實用新型直流放電法測量內阻原理圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體附圖，進一步闡述本實用新型。如圖1所示，本實用新型包括一個總控制模塊，若干單元模塊，總控制模塊與各單元模塊之間通過485總線進行數據交換，各單元模塊分別連接蓄電池和220V交流電源。如圖2所示，總控制模塊該模塊主要由以下幾部分組成MPU，鍵盤，顯示器以及 TTL至485通信電平轉換晶片，根據需要還包括其它輔助晶片鎖存器、IO擴展晶片8255以及看門狗晶片MAX706。總控制單元中的MPU選用最常用的AT89C51晶片，鍵盤由Pl 口直接擴展，顯示屏採用液晶顯示屏，為使用時清晰，可用LED背光，由MCU發出驅動。為使掉電後上次設定的參數不至於丟掉，本系統採用串行EEPROM進行掉電前的參數存儲。由於單片機串行口輸出的是TTL電平，而常用的串行通信方式485要求相應的邏輯電平，所以系統中必須加上TTL電平至485電平轉換晶片MAX485。如圖3所示，單元模塊採用的是單片機控制，MPU選用AT89C51，因為本系統中需要測量的信號是蓄電池電壓和電流，而這些量的變化都比較緩慢，雙積分式AD已經能夠滿足要求，所以單元模塊中選用雙積分式AD轉換器MC14433。因為各單元模塊的功能是對進行電流、電壓監測並實現充電方式的自動切換，還要對蓄電池的容量進行評估，所以單元模塊內還包括一個充電電路、一個容量測量電路以及相應的控制迴路。由於分站上只有AD需要與MPU進行數據交換，並且數據線只有四條，所以本系統不需要採用數據總線的方式，可以通過Pl 口讀取AD的數據，從而可以把PO 口和P2 口均作為IO 口使用，甚至P3 口的RD和WR也可以IO 口使用。這樣MPU自身的IO 口已經能夠滿足系統的要求，不需要再擴展IO 口。如圖3所示，MPU的PO 口用來讀入撥碼開關設定的地址，Pl 口用來讀取AD轉換器的數據，P2 口發出到各晶片的使能信號和到各繼電器的控制信號。AD轉換器需要外加 1. 999V基準源，並要求負電源供電。這裡的基準源選用MC1403晶片，它可以提供2. 5V基準電壓，可以通過精密電位器分壓後作為AD的基準源。而負電源可以由專用的負電壓晶片 ICL7660提供，該晶片的作用是把+ 5V的電壓轉換為-5V。本實用新型中的充電電路由於只用於對一節蓄電池進行充電，所以所選器件的參數可以降低，這也是本方案的又一個優點。本方案針對lOOah，電壓12v型蓄電池進行設計， 充電電路分為兩部分，恆流充電電路與恆壓充電電路。其中恆流充電電路如圖4所示該恆流充電電路通過限制流經充電三極體基極的來達到恆流的目的。因為三極體的放大倍數一定，如果基極電流恆定則其集電極的電流也恆定。其工作過程如下如果通過電阻Rl的電流小於限定電流(如10A)，則Rl兩端電壓小於0. 7V，三極體TR2截止，則充電三極體TRl基極的電流由流過LM317決定。LM317在這裡作為恆流源使用(因為其Vout 與Vadj之間的電壓恆定，所以在它們中間串入一個定值電阻可以直到恆流作用)。當流過
4Rl的電流大於IOA時，三極體TR2導通，導致流過TRl基極的電流減小，從而達到恆流目的。如圖5所示，恆壓充電電路相對比較簡單，可以由一個集成三端穩壓器構成。蓄電池性能的評價通常是通過測量其內阻來進行的。當蓄電池的蓄電能力下降時，其內阻會增加。當其蓄電能力降低至新蓄電池的一半時，其內阻會增加到新蓄電池的大約2倍。在本實用新型的方案中採用直流放電法進行內阻測量，其原理圖如圖6所示圖6中r為假定內阻，R為外接電阻。通過測量電路斷開與接通時的電壓，可分別得出蓄電池的電動勢E和電阻R兩端的電壓U。則由歐姆定律可得 r =(E-U) / UXR本系統中容量檢測電路非常簡單，只要在蓄電池兩端接入一個放電電阻，定期接通檢測蓄電池兩端的壓降即可。本實用新型的系統軟體設計包括總控制模塊軟體設計與分單元模塊軟體設計。其核心工作在於實現總模塊與分模塊之間的基於Modbus協議的通信。總模塊作為主機，分模塊作為從機，它們之間的數據交換是通過485總線進行的。總模塊的功能之一是監測鍵盤是否有鍵按下，根據鍵盤輸入信息確定顯示屏的顯示，並不斷向各分站發出查詢指令，以獲取各分站的重要數據。所以總模塊的程序由主程序和通訊子程序組成。分單元模塊的設計主要是A/D轉換讀數子程序與通訊子程序。程序進行初始化後，開始讀取電壓與電流信號的數值。如果蓄電池電壓小於13. 5V或者充電電流大於電流限定值，則進行恆流充電，否則進行恆壓充電。然後判斷時間是否到了內阻檢測時間(該時間可以自己設定，如設為每星期檢測一次或者每月檢測一次)，如果到了則進行內阻檢測， 否則執行下一步，調用通訊子程序。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求1. 一種新型直流屏蓄電池監控系統，其特徵在於，包括一個總控制模塊，所述總控制模塊包括MPU，與MPU連接的鍵盤，通過解碼器與MPU連接的顯示器，存儲器以及串行通信 IC ；若干單元模塊，所述單元模塊包括用於控制的MPU、用於將電壓信號和電流信號轉換為數位訊號AD轉換器、串行通信IC，還包括一充電電路，一蓄電池容量測量電路以及控制迴路，所述充電電路包括恆流充電電路和恆壓充電電路；485總線，所述總控制模塊與各單元模塊之間通過485總線進行數據交換。
專利摘要本實用新型公開了一種新型直流屏蓄電池監控系統，包括一個總控制模塊，所述總控制模塊包括MPU，與MPU連接的鍵盤，通過解碼器與MPU連接的顯示器，存儲器以及串行通信IC；若干單元模塊，所述單元模塊包括用於控制的MPU、用於將電壓信號和電流信號轉換為數位訊號AD轉換器、串行通信IC，還包括一充電電路，一蓄電池容量測量電路以及控制迴路，所述充電電路包括恆流充電電路和恆壓充電電路；485總線，所述總控制模塊與各單元模塊之間通過485總線進行數據交換。本實用新型解決了傳統設計方案中不能為每節蓄電池提供合適浮充電壓的缺點，更有效地保證了蓄電池的長壽命運行，並且能夠減少蓄電池的備用量，有相當大的實用價值。
文檔編號H02J7/10GK201966639SQ20102069084
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者王祖峰 申請人:上海納傑電氣成套有限公司