蓄電池恆流放電裝置的製作方法
2023-09-20 22:28:35
專利名稱：蓄電池恆流放電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種蓄電池恆流放電裝置。
背景技術：
蓄電池被廣泛用於電力、通信、汽車等各個重要部門，為繼電保護及自動裝置、斷路器跳閘、合閘、拖動機械設備的直流電機、通信、事故照明提供電源，兼有控制和保安兩種功能，其工作的可靠性、安全性極為重要。在這些直流電源系統中，蓄電池的放電裝置是用作檢驗蓄電池容量是否正常，定期進行核對性充放電試驗時的直流負荷，是直流系統中不可缺少的設備。
目前使用的蓄電池放電裝置主要有三類一類由放電電阻構成，隨著放電過程的進行，蓄電池端電壓降低，放電電流減小，該種裝置不能保持放電電流的恆定；第二類為可控矽逆變放電裝置，它可自動調整放電電流使其基本恆定，其放電電流為一基本平滑的脈動直流電流，隨著相控式可控矽充電裝置的應用，這一類裝置得到了廣泛的應用；第三類為串聯開關式放電裝置，這一類裝置只能保證放電負荷電流的連續，蓄電池電流是一間斷式的脈動電流，這對蓄電池是非常不利的，不具有實用性。近年來，隨著高頻開關式充電裝置的推廣應用，可控矽逆變放電裝置的應用受到了限制。以上幾類裝置雖然在一定程度上得到應用，但因人為幹涉因素大，放電電流的恆定性不高，操作複雜，對電池的損壞大等不利因素，在實際使用中不是很方便。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的不足和存在的問題而研製的一種可連續自動調整直流負荷電阻的蓄電池恆流放電裝置，這種恆流放電裝置可自動調整放電電流使其基本恆定，從而滿足蓄電池放電的要求。
本實用新型提供的技術方案是一種蓄電池恆流放電裝置，包括主放電電阻，其關鍵是設有電感、放電調整電阻，放電調整電阻和主放電電阻並聯後與電感串聯，設有使放電調整電阻在投入或退出間進行切換的開關管，開關管的控制端與控制電路的輸出端聯接。
本實用新型設有放電電流檢測迴路及蓄電池電壓檢測迴路，放電電流檢測迴路和蓄電池電壓檢測迴路的輸出端與控制電路的輸入端聯接。
上述電路中可設有放電保護開關和續流管，續流管與電感、放電調整電阻和主放電電阻並聯後與放電保護開關串聯，放電保護開關通過繼電器與控制電路的輸出端連接。
上述控制電路由信號調理電路、單片機、顯示控制電路、開關管驅動電路、繼電器控制電路構成，蓄電池的端電壓和放電電流經信號調理後送單片機進行採樣，並將其結果經顯示控制電路送顯示器，同樣經開送管驅動電路控制開關管的導通佔空比以維護放電電流恆定，並通過繼電器控制電路去終止放電過程。
上述控制電路由信號調理電路、可編程控制器、模擬量輸入模塊(A/D轉換模塊)、數字量輸出模塊和開關管驅動電路及繼電器控制電路構成。
另外，本實用新型還設有與控制電路連接的顯示器。
本實用新型在放電迴路中採用兩個放電電阻，一個作為主放電電阻，另外並聯一個調整電阻，通過高頻開關的控制，可使之在投入或退出間進行切換，以改變總的等效放電電阻的阻值。電路中串聯一個電感，當開關管關斷時，由於電感電流不能突變，調整電阻上的電流轉移到主放電電阻上；當開關管導通時，同樣由於電感電流不能突變，調整電阻的電流增加，而主放電電阻上的電流減小，以保證總的電流不變。這樣，不僅在電路換流時防止了電流的突變，保護蓄電池受衝擊電流的影響，又保證了放電電流的恆定，從而滿足蓄電池放電的要求。
圖1為本實用新型的電路原理圖；圖2為本實用新型由單片機80C196及其外圍電路構成的控制電路原理圖；圖3為本實用新型由可編程控制器及其外圍電路構成的控制電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的工作原理作進一步說明如圖1，本實用新型包括主放電電阻3、串聯電感4、放電調整電阻2、控制電路6及與控制電路連接的顯示器7，放電調整電阻2和主放電電阻3並聯後與電感4串聯，設有使放電調整電阻2在投入或退出間進行切換的開關管1(建議採用絕緣柵雙極電晶體開關IGBT)，開關管1的控制端與控制電路6的輸出端聯接。
本實用新型還設有放電電流檢測迴路8及蓄電池電壓檢測迴路9，放電電流檢測迴路8和蓄電池電壓檢測迴路9的輸出端與控制電路6的輸入端聯接。
上述電路中可設有放電保護開關10和續流管5，續流管5與電感4、放電調整電阻2和主放電電阻3並聯後與放電保護開關10串聯，放電保護開關10通過繼電器與控制電路6的輸出端連接。
將本裝置與蓄電池進行聯接，啟動裝置，蓄電池開始對主放電電阻(直流負荷)3進行放電。此時電感4與主放電電阻3串聯，續流管5反向截止。當開關管1(IGBT)截止時，調整電阻2上無電流流過，此時的電路中僅有主放電電阻3消耗能量，此時放電電流為I1＝U/R3。
當開關管1(IGBT)導通時，此時主放電電阻3與調整電阻2並聯，使放電電路電阻值由R3減小到R3//R2，當無電感4時，此時電池的放電電流將增大到I2＝U/(R3//R2)。即電阻放電電流是不連續的，這對蓄電池是很不利的。在本實用新型中，由於電感4的作用，它阻止電流發生突變，在開關管1導通的瞬間，電池的放電電流(即電感電流)不能突變，電池放電電流從I1s(＝I1)逐步向I2增加，I＝U[1/R2+1/R3-1/R2*exp{-t/τ1}(其中τ1＝L*R2//R3)。設開關管1導通的時間為t1，則I1e＝U[1/R2+1/R3-1/R2*exp{-t1/τ1}。
當開關管1再次截止時，放電電阻又增大為R3，放電電流將減小，同樣由於電感4的作用，在開關管1截止的瞬間，電感電流(電池放電電流)不能突變，電池放電電流從I2s(I1e)逐步向I1減小，I＝U/R3+[I1e-U/R3]*exp{-t/τ2}(其中τ2＝(L/R3)，設開關管1截止時間為t2，則I2e＝I＝U/R3+[I1e-U/R3]*exp{-t2/τ2}。
以上步驟不斷反覆進行，使電感4的充放電過程達到穩定量，I1s＝I2e，I2s＝I1e分別為蓄電池的最小和最大放電電流。合理選擇電感量的大小及開關管的工作頻率，可將蓄電池的放電電流控制在一定範圍之內。單片機控制電路6可通過調整開關管1的導通與截止時間(即佔空比)來改變放電電流的值。
隨著放電過程的進行，蓄電池的端電壓開始逐漸減小，若佔空比不變，由於電路中負荷沒有變，因此放電電流開始減小。單片機控制電路6通過對電流檢測迴路8的信號進行採樣，當採樣到的放電電流值減小時，控制電路6增加開關管1的導通時間，減小其截止時間，即增大佔空比，使總的等效放電電阻下降，從而保證放電電流與設定的放電電流相等。若實際的放電電流大於設定的放電電流時，控制電路6則減小開關管1的導通時間，增大其截止時間，即減小開關管的佔空比，使總的等效放電電阻增加，從而保證放電電流與設定的放電電流相等。
在實際工作中可根據實際情況設定選擇主放電阻R3和調整電阻R2的大小。以保證裝置有足夠的電流調節精度。
單片機控制電路6通過對電壓採樣迴路9的反映的蓄電池電壓進行採集，並將測量到的電池電壓與放電電流一起送顯示器7，以隨時觀察和記錄蓄電池的端電壓的放電電流。隨著蓄電池的放電，電池端電壓不斷減小，逐漸接近最低允許電壓值Umin。當蓄電池端電壓U＝Umin時，通過控制電路6發出信號，斷開放電保護開關10，使直流負荷退出運行。此時電感4中的剩餘能量通過續流管5繼續導通，通過主放電電阻3釋放出來，整個放電過程結束。
當放電結束時，開關管1斷開，放電保護開關10斷開，控制電路6記錄下放電時間及放電過程曲線。並將放電曲線，放電時間，蓄電池的放電安時數通過顯示迴路7顯示出來。從而可以清楚的了解到蓄電池的放電安時數和蓄電池的工作狀況。
如圖2示，控制電路由單片機80C196及其外圍電路構成。IC2(74HC475)和IC3(74HC574)用於在單片機IC1(80C196)的數據/地址總線中鎖存地址信息，形成地址總線。存儲器IC6(27128)用於存放工程程序，存儲器IC7(28C17)用於儲存設定的參數，它們的數據線直接與單片機的數據總線相連，地址線則與鎖存的地址總線相連。顯示模塊7的數據線經總線驅動器74LS245與單片機IC1的數據線相連。單片機IC1的地址信息和讀寫命令經IC4(GAL16V8)解碼後，其輸出進行顯示控制和讀取程序控制(IC6)及讀寫參數存儲器IC7。電流採樣迴路8的信號經IC13調理成0-5伏的信號送至IC1(80C196)的A/D轉換通道ACH1進行數據採樣。CPU將採樣到的電流電壓值與設定值進行比較，根據差值的大小由IC1(80C196)的高速輸出口HSO0給出控制信號，該信號經IC10(EX841)去控制開關管1的導通與截止。與此同時，來自電壓採樣迴路9的信號經IC12調理成0-5伏的信號送至IC1(80C196)的A/D轉換通道ACH0進行數據採樣。並將採樣的電流和電壓值通過並行接口IC8(74HC245)和接插件CN1送顯示器7。當電池端電壓下降到最低允許電壓值時，通過IC1(80C196)的高速輸出口HSO1，經IC11和三極體T1放大後驅動繼電器J1去斷開放電保護開關10。在圖2所示控制系統中，單片機系統還可以通過通訊電路IC14經CN2與計算機連接，實現放電過程的計算監控。在圖2所示的實施電路中，AN1用於啟動放電過程的開始，AN2用於停止放電過程。為保證控制的穩定，當蓄電池端電壓降低時，為維持放電電流不變，可對開關管的導通佔空比進行適當的補償，並在放電過程中進行放電容量統計。當放電過程自動中止(蓄電池的端電壓降低設定的最低允許電壓值時自動斷開放電保護開關10)或人工中止時，將蓄電池的實際容量送顯示，並可顯示放電過程曲線。
控制電路也可採用如圖3所示可編程控制器及其外圍電路實現。電流採樣迴路8的信號經IC13調理成0-5伏，電壓採樣迴路9的信號IC13調理成0-5伏，分別送到可編程控制器的A/D轉換擴展模塊6.1(EM231)，將模擬量轉換為數字量，送6.2(CPU222)進行控制計算。CPU模塊一方面將採樣值送顯示器7(TD200)，一方面進行控制計算，並通過數字量擴展模塊6.3(EM222)去控制開關管1的導通與截止。當電池端電壓下降到最低允許電壓值時，通過數字量擴展模塊6.3(EM222)控制繼電器J1去斷開放電保護開關10，自動終止放電過程。與圖2所示實施方案一樣，在圖3所示的實施電路中，AN1用於啟動放電過程的開始，AN2用於停止放電過程。為保證控制的穩定，當蓄電池端電壓降低時，為維持放電電流不變，可對開關管的導通佔空比進行適當的補償，並在放電過程中進行放電容量統計。當放電過程自動中止或人工中止時，將蓄電池的實際容量送顯示，並可顯示放電過程曲線。
本實用新型利用並聯電阻改變電路的等效電阻值、電感可防止電流突變，通過單片機(或可編程控制器)及絕緣柵雙極電晶體開關(IGBT)將複雜的控制過程簡單化，由於IGBT的動作頻率高，可減小串聯電感的電感量及放電電流的脈動。通過對放電電流的監測，當蓄電池端電壓下降，檢測到的放電電流減小時，動態改變開關管的佔空比，使調整電阻的投入時間加長，退出時間縮短，使總的等效放電電阻減小，從而保證放電電流不變。通過對蓄電池電壓的檢測，當電池電壓下降到最低允許電壓時，控制電路將放電保護開關斷開，以避免蓄電池的過放電。此外，在本實用新型中可增設電池溫度檢測迴路，當電池溫度過高時，通過控制電路立即斷開蓄電池放電保護開關。
綜上所述，本實用新型有著比現有蓄電池放電裝置更加完備的特性，它的優點主要表現在以下幾個方面1、有效保證了蓄電池放電電流的恆定，放電穩定，對蓄電池沒有損害。
2、實際操作簡單，一旦裝置投入運行，全部工作可交由單片機來完成。工作效率高，整個電路隨時處於監控之中，達到智能控制的目的，既精確反映了蓄電池放電的安時數，又使測試工作變得簡單，避免了人工操作帶來的誤差。整個過程方便、安全、準確，不需要人為幹涉。達到使蓄電池恆定放電的目的。
3、由於本裝置結構簡單，功能完備，採用的是單片機或可編程控制器、IGBT、電感、電阻。
權利要求1.一種蓄電池恆流放電裝置，包括主放電電阻，其特徵在於設有電感、放電調整電阻，放電調整電阻和主放電電阻並聯後與電感串聯，設有使放電調整電阻在投入或退出間進行切換的開關管，開關管的控制端與控制電路的輸出端聯接。
2.根據權利要求1所述的恆流放電裝置，其特徵在於設有放電電流檢測迴路及蓄電池電壓檢測迴路，放電電流檢測迴路和蓄電池電壓檢測迴路的輸出端與控制電路的輸入端聯接。
3.根據權利要求2所述的恆流放電裝置，其特徵在於設有放電保護開關和續流管，續流管與電感、放電調整電阻和主放電電阻並聯後與放電保護開關串聯，放電保護開關通過繼電器與控制電路的輸出端連接。
4.根據權利要求1或2或3所述的恆流放電裝置，其特徵在於控制電路由信號調理電路、單片機、顯示控制電路、開關管驅動電路、繼電器控制電路構成，蓄電池的端電壓和放電電流經信號調理後送單片機進行採樣，並將其結果經顯示控制電路送顯示器，同樣經開送管驅動電路控制開關管的導通佔空比以維護放電電流恆定，並通過繼電器控制電路去終止放電過程。
5.根據權利要求1或2或3所述的恆流放電裝置，其特徵在於控制電路由信號調理電路、可編程控制器、模擬量輸入模塊、數字量輸出模塊和開關管驅動電路及繼電器控制電路構成。
6.根據權利要求1或2或3所述的恆流放電裝置，其特徵在於設有與控制電路連接的顯示器。
7.根據權利要求1或2或3所述的恆流放電裝置，其特徵在於開關管為絕緣柵雙極電晶體開關。
專利摘要本實用新型涉及一種蓄電池並聯開關式恆流放電裝置，它由主放電電阻，放電調整電阻，開關管及保護電路，串聯電感，放電電流檢測迴路，蓄電池電壓檢測迴路，控制電路和放電保護開關構成。本實用新型的核心思路就是利用並聯電阻改變電路的等效電阻值，並利用電感防止電流突變，通過單片機(或可編程控制器)及IGBT將複雜的控制過程簡單化，達到使蓄電池恆定放電的目的。既精確反映了蓄電池放電的安時數，又使測試工作變得簡單，避免了人工操作帶來的誤差。整個過程方便、安全、準確，不需要人工操作，具有良好的應用前景。
文檔編號H02J7/00GK2613084SQ0323569
公開日2004年4月21日 申請日期2003年3月4日 優先權日2003年3月4日
發明者程遠楚, 葉衛華, 漆為民 申請人:武漢大學