專利名稱：蓄電池恒流放電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種蓄電池恒流放電裝置。
背景技術(shù)：
蓄電池被廣泛用于電力、通信、汽車等各個重要部門，為繼電保護(hù)及自動裝置、斷路器跳閘、合閘、拖動機(jī)械設(shè)備的直流電機(jī)、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(tǒng)中，蓄電池的放電裝置是用作檢驗(yàn)蓄電池容量是否正常，定期進(jìn)行核對性充放電試驗(yàn)時的直流負(fù)荷，是直流系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)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(gòu)成，隨著放電過程的進(jìn)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恒定；第二類為可控硅逆變放電裝置，它可自動調(diào)整放電電流使其基本恒定，其放電電流為一基本平滑的脈動直流電流，隨著相控式可控硅充電裝置的應(yīng)用，這一類裝置得到了廣泛的應(yīng)用；第三類為串聯(lián)開關(guān)式放電裝置，這一類裝置只能保證放電負(fù)荷電流的連續(xù)，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(shí)用性。近年來，隨著高頻開關(guān)式充電裝置的推廣應(yīng)用，可控硅逆變放電裝置的應(yīng)用受到了限制。以上幾類裝置雖然在一定程度上得到應(yīng)用，但因人為干涉因素大，放電電流的恒定性不高，操作復(fù)雜，對電池的損壞大等不利因素，在實(shí)際使用中不是很方便。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和存在的問題而研制的一種可連續(xù)自動調(diào)整直流負(fù)荷電阻的蓄電池恒流放電裝置，這種恒流放電裝置可自動調(diào)整放電電流使其基本恒定，從而滿足蓄電池放電的要求。
本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是一種蓄電池恒流放電裝置，包括主放電電阻，其關(guān)鍵是設(shè)有電感、放電調(diào)整電阻，放電調(diào)整電阻和主放電電阻并聯(lián)后與電感串聯(lián)，設(shè)有使放電調(diào)整電阻在投入或退出間進(jìn)行切換的開關(guān)管，開關(guān)管的控制端與控制電路的輸出端聯(lián)接。
本實(shí)用新型設(shè)有放電電流檢測回路及蓄電池電壓檢測回路，放電電流檢測回路和蓄電池電壓檢測回路的輸出端與控制電路的輸入端聯(lián)接。
上述電路中可設(shè)有放電保護(hù)開關(guān)和續(xù)流管，續(xù)流管與電感、放電調(diào)整電阻和主放電電阻并聯(lián)后與放電保護(hù)開關(guān)串聯(lián)，放電保護(hù)開關(guān)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(diào)理電路、單片機(jī)、顯示控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路、繼電器控制電路構(gòu)成，蓄電池的端電壓和放電電流經(jīng)信號調(diào)理后送單片機(jī)進(jìn)行采樣，并將其結(jié)果經(jīng)顯示控制電路送顯示器，同樣經(jīng)開送管驅(qū)動電路控制開關(guān)管的導(dǎo)通占空比以維護(hù)放電電流恒定，并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(diào)理電路、可編程控制器、模擬量輸入模塊(A/D轉(zhuǎn)換模塊)、數(shù)字量輸出模塊和開關(guān)管驅(qū)動電路及繼電器控制電路構(gòu)成。
另外，本實(shí)用新型還設(shè)有與控制電路連接的顯示器。
本實(shí)用新型在放電回路中采用兩個放電電阻，一個作為主放電電阻，另外并聯(lián)一個調(diào)整電阻，通過高頻開關(guān)的控制，可使之在投入或退出間進(jìn)行切換，以改變總的等效放電電阻的阻值。電路中串聯(lián)一個電感，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，由于電感電流不能突變，調(diào)整電阻上的電流轉(zhuǎn)移到主放電電阻上；當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，同樣由于電感電流不能突變，調(diào)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(hù)蓄電池受沖擊電流的影響，又保證了放電電流的恒定，從而滿足蓄電池放電的要求。


圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖；圖2為本實(shí)用新型由單片機(jī)80C196及其外圍電路構(gòu)成的控制電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型由可編程控制器及其外圍電路構(gòu)成的控制電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的工作原理作進(jìn)一步說明如圖1，本實(shí)用新型包括主放電電阻3、串聯(lián)電感4、放電調(diào)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(diào)整電阻2和主放電電阻3并聯(lián)后與電感4串聯(lián)，設(shè)有使放電調(diào)整電阻2在投入或退出間進(jìn)行切換的開關(guān)管1(建議采用絕緣柵雙極晶體管開關(guān)IGBT)，開關(guān)管1的控制端與控制電路6的輸出端聯(lián)接。
本實(shí)用新型還設(shè)有放電電流檢測回路8及蓄電池電壓檢測回路9，放電電流檢測回路8和蓄電池電壓檢測回路9的輸出端與控制電路6的輸入端聯(lián)接。
上述電路中可設(shè)有放電保護(hù)開關(guān)10和續(xù)流管5，續(xù)流管5與電感4、放電調(diào)整電阻2和主放電電阻3并聯(lián)后與放電保護(hù)開關(guān)10串聯(lián)，放電保護(hù)開關(guān)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(jìn)行聯(lián)接，啟動裝置，蓄電池開始對主放電電阻(直流負(fù)荷)3進(jìn)行放電。此時電感4與主放電電阻3串聯(lián)，續(xù)流管5反向截止。當(dāng)開關(guān)管1(IGBT)截止時，調(diào)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(dāng)開關(guān)管1(IGBT)導(dǎo)通時，此時主放電電阻3與調(diào)整電阻2并聯(lián)，使放電電路電阻值由R3減小到R3//R2，當(dāng)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(xù)的，這對蓄電池是很不利的。在本實(shí)用新型中，由于電感4的作用，它阻止電流發(fā)生突變，在開關(guān)管1導(dǎo)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(shè)開關(guān)管1導(dǎo)通的時間為t1，則I1e＝U[1/R2+1/R3-1/R2*exp{-t1/τ1}。
當(dāng)開關(guān)管1再次截止時，放電電阻又增大為R3，放電電流將減小，同樣由于電感4的作用，在開關(guān)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(shè)開關(guān)管1截止時間為t2，則I2e＝I＝U/R3+[I1e-U/R3]*exp{-t2/τ2}。
以上步驟不斷反復(fù)進(jìn)行，使電感4的充放電過程達(dá)到穩(wěn)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(guān)管的工作頻率，可將蓄電池的放電電流控制在一定范圍之內(nèi)。單片機(jī)控制電路6可通過調(diào)整開關(guān)管1的導(dǎo)通與截止時間(即占空比)來改變放電電流的值。
隨著放電過程的進(jìn)行，蓄電池的端電壓開始逐漸減小，若占空比不變，由于電路中負(fù)荷沒有變，因此放電電流開始減小。單片機(jī)控制電路6通過對電流檢測回路8的信號進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣到的放電電流值減小時，控制電路6增加開關(guān)管1的導(dǎo)通時間，減小其截止時間，即增大占空比，使總的等效放電電阻下降，從而保證放電電流與設(shè)定的放電電流相等。若實(shí)際的放電電流大于設(shè)定的放電電流時，控制電路6則減小開關(guān)管1的導(dǎo)通時間，增大其截止時間，即減小開關(guān)管的占空比，使總的等效放電電阻增加，從而保證放電電流與設(shè)定的放電電流相等。
在實(shí)際工作中可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定選擇主放電阻R3和調(diào)整電阻R2的大小。以保證裝置有足夠的電流調(diào)節(jié)精度。
單片機(jī)控制電路6通過對電壓采樣回路9的反映的蓄電池電壓進(jìn)行采集，并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(dāng)蓄電池端電壓U＝Umin時，通過控制電路6發(fā)出信號，斷開放電保護(hù)開關(guān)10，使直流負(fù)荷退出運(yùn)行。此時電感4中的剩余能量通過續(xù)流管5繼續(xù)導(dǎo)通，通過主放電電阻3釋放出來，整個放電過程結(jié)束。
當(dāng)放電結(jié)束時，開關(guān)管1斷開，放電保護(hù)開關(guān)10斷開，控制電路6記錄下放電時間及放電過程曲線。并將放電曲線，放電時間，蓄電池的放電安時數(shù)通過顯示回路7顯示出來。從而可以清楚的了解到蓄電池的放電安時數(shù)和蓄電池的工作狀況。
如圖2示，控制電路由單片機(jī)80C196及其外圍電路構(gòu)成。IC2(74HC475)和IC3(74HC574)用于在單片機(jī)IC1(80C196)的數(shù)據(jù)/地址總線中鎖存地址信息，形成地址總線。存儲器IC6(27128)用于存放工程程序，存儲器IC7(28C17)用于儲存設(shè)定的參數(shù)，它們的數(shù)據(jù)線直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線經(jīng)總線驅(qū)動器74LS245與單片機(jī)IC1的數(shù)據(jù)線相連。單片機(jī)IC1的地址信息和讀寫命令經(jīng)IC4(GAL16V8)譯碼后，其輸出進(jìn)行顯示控制和讀取程序控制(IC6)及讀寫參數(shù)存儲器IC7。電流采樣回路8的信號經(jīng)IC13調(diào)理成0-5伏的信號送至IC1(80C196)的A/D轉(zhuǎn)換通道ACH1進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。CPU將采樣到的電流電壓值與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)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(jīng)IC10(EX841)去控制開關(guān)管1的導(dǎo)通與截止。與此同時，來自電壓采樣回路9的信號經(jīng)IC12調(diào)理成0-5伏的信號送至IC1(80C196)的A/D轉(zhuǎn)換通道ACH0進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。并將采樣的電流和電壓值通過并行接口IC8(74HC245)和接插件CN1送顯示器7。當(dāng)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(jīng)IC11和三極管T1放大后驅(qū)動繼電器J1去斷開放電保護(hù)開關(guān)10。在圖2所示控制系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)還可以通過通訊電路IC14經(jīng)CN2與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)放電過程的計(jì)算監(jiān)控。在圖2所示的實(shí)施電路中，AN1用于啟動放電過程的開始，AN2用于停止放電過程。為保證控制的穩(wěn)定，當(dāng)蓄電池端電壓降低時，為維持放電電流不變，可對開關(guān)管的導(dǎo)通占空比進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，并在放電過程中進(jìn)行放電容量統(tǒng)計(jì)。當(dāng)放電過程自動中止(蓄電池的端電壓降低設(shè)定的最低允許電壓值時自動斷開放電保護(hù)開關(guān)10)或人工中止時，將蓄電池的實(shí)際容量送顯示，并可顯示放電過程曲線。
控制電路也可采用如圖3所示可編程控制器及其外圍電路實(shí)現(xiàn)。電流采樣回路8的信號經(jīng)IC13調(diào)理成0-5伏，電壓采樣回路9的信號IC13調(diào)理成0-5伏，分別送到可編程控制器的A/D轉(zhuǎn)換擴(kuò)展模塊6.1(EM231)，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送6.2(CPU222)進(jìn)行控制計(jì)算。CPU模塊一方面將采樣值送顯示器7(TD200)，一方面進(jìn)行控制計(jì)算，并通過數(shù)字量擴(kuò)展模塊6.3(EM222)去控制開關(guān)管1的導(dǎo)通與截止。當(dāng)電池端電壓下降到最低允許電壓值時，通過數(shù)字量擴(kuò)展模塊6.3(EM222)控制繼電器J1去斷開放電保護(hù)開關(guān)10，自動終止放電過程。與圖2所示實(shí)施方案一樣，在圖3所示的實(shí)施電路中，AN1用于啟動放電過程的開始，AN2用于停止放電過程。為保證控制的穩(wěn)定，當(dāng)蓄電池端電壓降低時，為維持放電電流不變，可對開關(guān)管的導(dǎo)通占空比進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，并在放電過程中進(jìn)行放電容量統(tǒng)計(jì)。當(dāng)放電過程自動中止或人工中止時，將蓄電池的實(shí)際容量送顯示，并可顯示放電過程曲線。
本實(shí)用新型利用并聯(lián)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(jī)(或可編程控制器)及絕緣柵雙極晶體管開關(guān)(IGBT)將復(fù)雜的控制過程簡單化，由于IGBT的動作頻率高，可減小串聯(lián)電感的電感量及放電電流的脈動。通過對放電電流的監(jiān)測，當(dāng)蓄電池端電壓下降，檢測到的放電電流減小時，動態(tài)改變開關(guān)管的占空比，使調(diào)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(dāng)電池電壓下降到最低允許電壓時，控制電路將放電保護(hù)開關(guān)斷開，以避免蓄電池的過放電。此外，在本實(shí)用新型中可增設(shè)電池溫度檢測回路，當(dāng)電池溫度過高時，通過控制電路立即斷開蓄電池放電保護(hù)開關(guān)。
綜上所述，本實(shí)用新型有著比現(xiàn)有蓄電池放電裝置更加完備的特性，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面1、有效保證了蓄電池放電電流的恒定，放電穩(wěn)定，對蓄電池沒有損害。
2、實(shí)際操作簡單，一旦裝置投入運(yùn)行，全部工作可交由單片機(jī)來完成。工作效率高，整個電路隨時處于監(jiān)控之中，達(dá)到智能控制的目的，既精確反映了蓄電池放電的安時數(shù)，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(zhǔn)確，不需要人為干涉。達(dá)到使蓄電池恒定放電的目的。
3、由于本裝置結(jié)構(gòu)簡單，功能完備，采用的是單片機(jī)或可編程控制器、IGBT、電感、電阻。
權(quán)利要求1.一種蓄電池恒流放電裝置，包括主放電電阻，其特征在于設(shè)有電感、放電調(diào)整電阻，放電調(diào)整電阻和主放電電阻并聯(lián)后與電感串聯(lián)，設(shè)有使放電調(diào)整電阻在投入或退出間進(jìn)行切換的開關(guān)管，開關(guān)管的控制端與控制電路的輸出端聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流放電裝置，其特征在于設(shè)有放電電流檢測回路及蓄電池電壓檢測回路，放電電流檢測回路和蓄電池電壓檢測回路的輸出端與控制電路的輸入端聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的恒流放電裝置，其特征在于設(shè)有放電保護(hù)開關(guān)和續(xù)流管，續(xù)流管與電感、放電調(diào)整電阻和主放電電阻并聯(lián)后與放電保護(hù)開關(guān)串聯(lián)，放電保護(hù)開關(guān)通過繼電器與控制電路的輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的恒流放電裝置，其特征在于控制電路由信號調(diào)理電路、單片機(jī)、顯示控制電路、開關(guān)管驅(qū)動電路、繼電器控制電路構(gòu)成，蓄電池的端電壓和放電電流經(jīng)信號調(diào)理后送單片機(jī)進(jìn)行采樣，并將其結(jié)果經(jīng)顯示控制電路送顯示器，同樣經(jīng)開送管驅(qū)動電路控制開關(guān)管的導(dǎo)通占空比以維護(hù)放電電流恒定，并通過繼電器控制電路去終止放電過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的恒流放電裝置，其特征在于控制電路由信號調(diào)理電路、可編程控制器、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和開關(guān)管驅(qū)動電路及繼電器控制電路構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的恒流放電裝置，其特征在于設(shè)有與控制電路連接的顯示器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的恒流放電裝置，其特征在于開關(guān)管為絕緣柵雙極晶體管開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種蓄電池并聯(lián)開關(guān)式恒流放電裝置，它由主放電電阻，放電調(diào)整電阻，開關(guān)管及保護(hù)電路，串聯(lián)電感，放電電流檢測回路，蓄電池電壓檢測回路，控制電路和放電保護(hù)開關(guān)構(gòu)成。本實(shí)用新型的核心思路就是利用并聯(lián)電阻改變電路的等效電阻值，并利用電感防止電流突變，通過單片機(jī)(或可編程控制器)及IGBT將復(fù)雜的控制過程簡單化，達(dá)到使蓄電池恒定放電的目的。既精確反映了蓄電池放電的安時數(shù)，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(zhǔn)確，不需要人工操作，具有良好的應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2003年3月4日
發(fā)明者程遠(yuǎn)楚, 葉衛(wèi)華, 漆為民 申請人:武漢大學(xué)