專(zhuān)利名稱(chēng)：蓄電池及直流供電系統(tǒng)的監(jiān)控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一般地涉及蓄電池的電流、電壓、容量等參數(shù)的測(cè)量裝置，特別適用于以蓄電池作為后備電源的直流供電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制。
以蓄電池作為后備電源的直流供電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種不允許供電瞬間中斷的重要場(chǎng)所，如電站、石油化工廠、大型鋼鐵廠、電信局機(jī)房、大型鐵路樞紐、機(jī)場(chǎng)控制塔臺(tái)等的中央控制室，計(jì)算機(jī)房的ups電源、大型高級(jí)賓館的保安電源，潛水艇的直流動(dòng)力電源系統(tǒng)等等。所配用的蓄電池，是這些直流系統(tǒng)中投資比例最大，運(yùn)行維護(hù)管理最復(fù)雜的部件。其中，在線了解備用蓄電池的電流、電壓、容量等參數(shù)，以便使其始終處于正確的充放電狀態(tài)，是提高蓄電池使用壽命和保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。許多現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)證實(shí)，過(guò)大或過(guò)小的浮充電流表明，不是蓄電池本身存在問(wèn)題就是系統(tǒng)存在問(wèn)題，如不及時(shí)解決，就會(huì)縮短電池壽命或威脅主系統(tǒng)的安全可靠性。
截止目前為止，對(duì)這類(lèi)直流供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理中，尚有以下四個(gè)問(wèn)題無(wú)簡(jiǎn)單可靠的方法解決一、浮充電流的測(cè)量這類(lèi)似蓄電池為備用電源的直流電系統(tǒng)，蓄電池的充放電電流的值相距很大。舉例來(lái)說(shuō)，1000Ah的鉛蓄電池，其正常浮充電流約0.3～1.5A，補(bǔ)充充電電流一般100～200A，當(dāng)發(fā)生交流電源中斷事故時(shí)，蓄電池的放電電流卻可達(dá)500A，數(shù)值相差竟達(dá)四個(gè)數(shù)量級(jí)以上，動(dòng)態(tài)變化范圍如此寬廣，僅用一個(gè)傳感器和一套測(cè)量裝置來(lái)完成，在測(cè)量上有相當(dāng)?shù)碾y度。
在公知技術(shù)中，采用了如圖1、圖2所示的方案來(lái)測(cè)量其充放電電流。
(一)接觸器式浮充電流測(cè)量裝置見(jiàn)圖1，用一只小量程的電流表A1與一只大量程電流表A2同時(shí)串接在蓄電池回路，分別進(jìn)行測(cè)量。這種辦法從建國(guó)以來(lái)沿用至今，還在繼續(xù)被使用。為避免大電流損壞小電流表A1，一般情況下用一只大容量的直流接觸器的常閉主觸點(diǎn)將A1短接，當(dāng)需要測(cè)量浮充電流時(shí)，人工操作按鈕AN，直流接觸器ZJ動(dòng)作，其常閉主觸點(diǎn)ZJ打開(kāi)，使A1串入主回路進(jìn)行測(cè)量。
這一方案存在以下四個(gè)缺陷1、原理性缺陷當(dāng)正在進(jìn)行浮充電流測(cè)量時(shí)，若負(fù)載放電電流突然增大(例如，電站中的油開(kāi)關(guān)合閘，其合閘電流達(dá)80～250A)，則浮充電流表必然損壞，且造成蓄電池回路中斷的嚴(yán)重事故。
2、監(jiān)測(cè)不連續(xù)顯然，這種方案不能連續(xù)監(jiān)測(cè)蓄電池的浮充電流，以便對(duì)不正常的浮充電流及時(shí)報(bào)警，提醒運(yùn)行人員及早消除缺陷。連續(xù)監(jiān)測(cè)正是該系統(tǒng)所希望的。
3、體積大、安裝不便直流接觸器ZJ體積大，造成直流屏結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)與安裝的困難，同時(shí)也造成了維修的困難。
4、對(duì)大容量蓄電池系統(tǒng)，無(wú)相應(yīng)規(guī)格的直流接觸器供貨，此方案實(shí)施困難。如，我國(guó)目前和今后相當(dāng)一段時(shí)期的主力火電機(jī)組——300MW大型機(jī)組，電力設(shè)計(jì)規(guī)范要求1400Ah以上的蓄電池，其配套用的直流接觸器至少要達(dá)700A，而且前配套用CZ型直流接觸器最大容量?jī)H600A。
(二)二極管式浮充電流測(cè)量方案，見(jiàn)圖2這種方法系70年代中后期，才開(kāi)始在國(guó)內(nèi)應(yīng)用，但并不很普遍。
正常運(yùn)行時(shí)，整流器Z的輸出電壓經(jīng)切換開(kāi)關(guān)K的3－1接點(diǎn)接入母線向負(fù)載供電，二極管D截止。浮充電流由B→A，全部通過(guò)小量程的浮充電流表A1直接測(cè)量。當(dāng)負(fù)載電流突然增大時(shí)，二極管D導(dǎo)通蓄電池放電電流經(jīng)D流向負(fù)載。由于，UAB≤1V，恰當(dāng)選擇A1參數(shù)和R的數(shù)值，使A1的指針僅指示在最大值附近，不致?lián)p壞。當(dāng)蓄電池需充電時(shí)，切換開(kāi)關(guān)3－2接通，整流器Z經(jīng)K的3－2向蓄電池充電。
此方案的缺點(diǎn)在于1、切換開(kāi)關(guān)K的體積也很不小，仍存在結(jié)構(gòu)上的困難，而且使系統(tǒng)的主接線復(fù)雜，運(yùn)行不便降低了可靠性。
2、旁路二極管在事故放電時(shí)要流過(guò)很大的電流，大容量的二極管且需水冷或風(fēng)冷，又增加了結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜和困難，且又降低了系統(tǒng)的可靠性。
3、也不能對(duì)不正常的浮充電流報(bào)警。
所以，此方案一般僅用在小容量系統(tǒng)。
(三)不測(cè)浮充電流的直流系統(tǒng)鑒于以上方案存在的缺陷，為了保證系統(tǒng)的可靠性，干脆取消上述不可靠的浮充電流測(cè)量裝置。這是原電力部審定通過(guò)的大型發(fā)電廠、大型變電站典型直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中優(yōu)先推薦的方案，也是八十年代中后期，許多電站直流系統(tǒng)實(shí)際采用的方案，見(jiàn)圖3，并已正式編入電力設(shè)計(jì)手冊(cè)。
不過(guò)要指出，這實(shí)在是一種沒(méi)有辦法的辦法，是很不合理的一種回避矛盾的方案。編入電力設(shè)計(jì)手冊(cè)的該典型設(shè)計(jì)方案也沒(méi)有指出浮充電流無(wú)測(cè)量必要性的理由。
浮充電流測(cè)量的重要性在于
1、系統(tǒng)運(yùn)行中，連續(xù)監(jiān)測(cè)浮充電流可以判斷蓄電池是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，過(guò)大或過(guò)小的浮充電流表明，不是蓄電池本身存在問(wèn)題就是系統(tǒng)存在問(wèn)題，如不即時(shí)解決，就會(huì)縮短電池壽命或威脅主系統(tǒng)的安全可靠性，這已為許多現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)所證實(shí)。
2、目前廣泛推廣應(yīng)用的限流恒壓充電制度，其充電過(guò)程是否完成的依據(jù)之一，就是末期充電電流的數(shù)值及率化率是否在規(guī)范要求之內(nèi)，而末期充電電流的數(shù)值恰好處于浮充電流的數(shù)量級(jí)范圍附近。由于無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量末期充電電流及其變化率，就無(wú)法準(zhǔn)確結(jié)束充電過(guò)程中，使人們耽心這種充電制度在實(shí)施中存在過(guò)充或欠充的很大可能性，從而影響到限流恒壓充電制度的正確推廣應(yīng)用。
所以，為確保蓄電池按廠家規(guī)定的規(guī)范準(zhǔn)確充電和浮充運(yùn)行，為確保直流系統(tǒng)的可靠性，浮充電流數(shù)量級(jí)的小電流的可靠測(cè)量裝置對(duì)于直流供電系統(tǒng)是必不可少的部件，取消是不合理的。
二、放電電量的測(cè)量和控制蓄電池事故放電后，應(yīng)該準(zhǔn)確補(bǔ)充多少電量，一直是困擾直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理的一個(gè)技術(shù)難題。
如果事故放電電流If是一恒定值，只要人工準(zhǔn)確記錄下辨電時(shí)間t，則放電電量Q＝If·t，進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算即可求得。如果放電電流If是一隨機(jī)變化值，則問(wèn)題就復(fù)雜多了。準(zhǔn)確的放電電量為Q＝
tOifde或Q=ΣP=1nifP·tf]]>，對(duì)于后一計(jì)算公式，需要準(zhǔn)確記錄下事故狀態(tài)下，不同放電電流ifp下的放電時(shí)間tp。在事故狀況下，要求現(xiàn)場(chǎng)值班人員人工完成這一工作幾乎是不可能的，如果發(fā)生連續(xù)性間隙停電事故，即，發(fā)生一次交的目的，適應(yīng)了廣大業(yè)余攝影愛(ài)好者的消費(fèi)水平。
對(duì)本實(shí)用新型
如下圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是構(gòu)成控制部件的比較放大器電子原理圖圖3是電熱控溫管構(gòu)造圖圖中(1)控制部件(2)電熱及測(cè)溫部件(3)電熱體導(dǎo)線(4)溫度傳感器導(dǎo)線(5)硬質(zhì)玻璃管體(6)溫度傳感器(7)電熱體圖1中的控制部件就是由圖2所示的比較放大器構(gòu)成，它是一個(gè)由運(yùn)算放大器F007組成的恒溫電路，采用電容降壓，并由一個(gè)雙向可控硅控制負(fù)載，這一部分元件可置于一個(gè)小型塑料合中，設(shè)有發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)。圖3中的電熱控溫管內(nèi)，溫度傳感器(6)與電熱體(7)相互隔離絕緣安置，確保溫度傳感器接受的溫度為被加熱液體的實(shí)際溫度(誤差∠±0.5℃)。管內(nèi)用填充物(如石膏粉、水泥或環(huán)氧樹(shù)脂)塞實(shí)固定。溫度傳感器(6)和電熱體(7)引出線分別按圖導(dǎo)2中的
和“負(fù)載”兩端。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將電熱控溫管置于盛有液體的顯影盤(pán)內(nèi)一側(cè)(用夾具或膠紙稍加固定)然后將插頭接220V電源就進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)。隨著照片顯影操作，液體處于攪動(dòng)狀態(tài)促使熱量的均勻擴(kuò)散，從而確保顯影效果。
中國(guó)專(zhuān)利CN1039660A(菲利浦光燈制造公司申請(qǐng))提出一種用多層降低電容器的溫度特性補(bǔ)償測(cè)量蓄電池容量溫度特性的方案。應(yīng)該指出這種補(bǔ)償是很近似的，因?yàn)殡y以使電容器的溫度曲線與不同的蓄電池的溫度曲線精確匹配特別是在大批量生產(chǎn)時(shí)，更難以做到這一點(diǎn)。此外，充放電過(guò)程中，電池的電解液溫度與環(huán)境溫度并不相同，這使得這種補(bǔ)償進(jìn)一步不準(zhǔn)確。這種補(bǔ)償方案只能用在不重要的場(chǎng)合(例如剃須刀電池的充放電容量測(cè)量)，在重要的投資巨大的工業(yè)裝置上是不宜采用的。
沒(méi)有的準(zhǔn)確的溫度補(bǔ)償測(cè)量裝置，就不能既最大限度地利用蓄電池的放電容量的潛力，又確保電池的使用壽命。
四、系統(tǒng)中關(guān)鍵點(diǎn)電位的監(jiān)測(cè)與報(bào)警連續(xù)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)中各關(guān)鍵點(diǎn)母線電壓，在各電壓偏離允許值時(shí)進(jìn)行報(bào)警，是直流系統(tǒng)正常運(yùn)行和控制必不可少的手段。已有技術(shù)中和用電壓繼電器作為監(jiān)測(cè)元件的缺陷在于，由于通用電壓繼電器的返回區(qū)較大(一般為15～20％)，當(dāng)母線電壓因某種原因偏離允許值使其動(dòng)作，經(jīng)處理該原因消失后，電壓繼電器不能返回，使其長(zhǎng)期誤發(fā)信號(hào)，造成運(yùn)行與維護(hù)上的極大不便。這種缺陷在取消端電池實(shí)行限流恒壓充電制度的直流系統(tǒng)中矛盾更加突出。
另外，當(dāng)需要監(jiān)測(cè)的電壓值較多時(shí)，需要很多電壓繼電器，這必然造成成本大大增加，更嚴(yán)重的困難在于，大大增加了直流屏上結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)上的困難，使得設(shè)計(jì)人員不得不放棄對(duì)某些電壓值的監(jiān)測(cè)，以求簡(jiǎn)化系統(tǒng)。顯然這削弱了對(duì)直流系統(tǒng)監(jiān)視的全面性，增加了運(yùn)行維護(hù)上的不便與麻煩。
本實(shí)用新型的目的在于從原理上克服上述已有技術(shù)在蓄電池及直流供電系統(tǒng)監(jiān)控上的缺陷，提供一種改進(jìn)的蓄電池及直流供電系統(tǒng)監(jiān)控儀，使其在線自動(dòng)測(cè)定大電流同時(shí)也能測(cè)定小的浮充電流時(shí)，簡(jiǎn)單可靠，成本低廉，提高蓄電池的使用壽命。
本實(shí)用新型進(jìn)一步地目的在于增強(qiáng)監(jiān)控儀的性能，使其具有電壓，溫度等多種監(jiān)測(cè)能力，使該監(jiān)控儀有較好的性能價(jià)格比，進(jìn)一步提高蓄電池的使用壽命。
本實(shí)用新型的監(jiān)控儀由串入蓄電池回路的分流器、電壓放大器、V／f型模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字處理電路組成，其特征在于僅有一個(gè)分流器，電壓放大器是一個(gè)放大倍率受數(shù)字處理電路反饋信號(hào)控制的可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 本實(shí)用新型進(jìn)一步地特征在于可變?cè)鲆娣糯笃髋cV／f型模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間串接一個(gè)輸出極性恒定的極性調(diào)整電路，并在可變?cè)鲆娣糯笃髋c數(shù)字處理電路之間接入一個(gè)極性檢測(cè)電路，以便數(shù)字處理電路可以判斷接受到的電流數(shù)字信號(hào)的極性。
本實(shí)用新型相對(duì)于已有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在于避免了測(cè)量過(guò)程中手動(dòng)或有觸點(diǎn)的切換動(dòng)作，通過(guò)采用一個(gè)分流器與放大倍率可變的電壓放大器配合使用的方法，分檔測(cè)量小電流和大電流，量程可達(dá)4個(gè)數(shù)量級(jí)以上，各檔精度均可小于0.5％，既達(dá)到了監(jiān)控的要求，又保證了蓄電池及直流供電系統(tǒng)的高度可靠。同時(shí)，這種方法還可以大大地降低監(jiān)控儀的成本。
采用極性調(diào)整電路是為了用低廉的V／f型單極性模數(shù)轉(zhuǎn)換器替代較貴的雙極性A／D轉(zhuǎn)換器，從而降低整機(jī)的成本。
為了提高監(jiān)控儀的性能價(jià)格比，在數(shù)字處理電路上采用單片計(jì)算機(jī)，利用其豐富的功能，再配以關(guān)鍵點(diǎn)電壓、系統(tǒng)溫度測(cè)量電路，從多方面監(jiān)測(cè)蓄電池及直流供電系統(tǒng)，達(dá)到提高蓄電池使用壽命和系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的效果。
本實(shí)用新型的監(jiān)控儀的電位測(cè)量通道由電壓采樣電路，多路選擇開(kāi)關(guān)，A／D轉(zhuǎn)換器和譯碼器組成，其特征在于多個(gè)電壓采樣電路，通過(guò)多路選擇開(kāi)關(guān)共同一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器，A／D轉(zhuǎn)換器采用V／F變換器組成。
其進(jìn)一步的特征在于，多路選擇開(kāi)關(guān)受譯碼器的控制，譯碼器接受單片機(jī)發(fā)出的順序采樣命令。
本實(shí)用新型的監(jiān)控儀的電解液溫度測(cè)量通道由溫度傳感器、放大器、多路選擇開(kāi)關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換器、譯碼機(jī)等組成。其特征在于多個(gè)溫度傳感器通過(guò)多路選擇開(kāi)關(guān)共同一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器，A／D轉(zhuǎn)換器采用V／f變換器組成。
其進(jìn)一步的特征在于，多路選擇開(kāi)關(guān)受譯碼器的控制，譯碼器接受單片機(jī)發(fā)出的順序采樣命令。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1 現(xiàn)有技術(shù)接觸器式浮充電流測(cè)量電路圖2 現(xiàn)有技術(shù)二極管式浮充電流測(cè)量電路圖3 不測(cè)浮充電流的直流系統(tǒng)主接線圖4 本發(fā)明的監(jiān)控儀總體原理圖圖5 圖4中電流／電量測(cè)量通道的一種電路圖6 圖4中電壓測(cè)量通道的一種是電路圖7 圖4中溫度測(cè)量通道的一種電路一、電流／電量測(cè)量通道接口串聯(lián)在蓄電池回路的一個(gè)分流器1，將蓄電池回路的充放電電流i線性地轉(zhuǎn)換成電壓U，送增益可分檔變化的精密程控增益放大器2進(jìn)行放大。該放大器2由運(yùn)算放大器PGA102、多路選擇開(kāi)關(guān)CD4066和三個(gè)微調(diào)電位器組成。經(jīng)兩個(gè)運(yùn)算放大器組成的極性調(diào)整電路3送壓控V／f變換器LM331組成的A／D轉(zhuǎn)換器4，將放大后的電壓信號(hào)線性比例地轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)fi，含有電流信息的頻率信號(hào)fi，經(jīng)光電耦合器6隔離后輸入單片機(jī)單元22。如果蓄電池回路的電流方向改變，極性檢測(cè)電路5動(dòng)作，輸出電平信號(hào)，經(jīng)光電耦合器7隔離后，通知單片機(jī)，此時(shí)正在傳送反方向的電流——頻率信號(hào)，注意識(shí)別。極性調(diào)整電路3的作用是不論電流的極性如何，始終保證送入A／D轉(zhuǎn)換器4的電壓信號(hào)是同一極性的，以便可采用廉價(jià)的只能接受單極性信號(hào)的A／D轉(zhuǎn)換器。
電流極性檢測(cè)元件5也可以取消，注意選擇和調(diào)整A／D轉(zhuǎn)換器4的型號(hào)和工作點(diǎn)，使其輸出的頻率信號(hào)中含有極性的信息，單片機(jī)單元在軟件的支持下仍然可以識(shí)別電流信號(hào)的極性。顯然，這種方式簡(jiǎn)化了接口硬件的構(gòu)成，但卻增加了軟件及其載體(存貯器)的投資。是否合算，在不同應(yīng)用場(chǎng)合的具體裝置中要全面平衡一下成本、售價(jià)和可靠性的矛盾。就一般情況而言，不采用極性調(diào)整和檢測(cè)電路，就需要采用價(jià)格較貴的可處理雙極性信號(hào)的A／D轉(zhuǎn)換器，而采用極性調(diào)整和檢測(cè)電路，就可采用僅能接受單極性信號(hào)的廉價(jià)的A／D轉(zhuǎn)換器。顯然，這種工作方式降低了整機(jī)的成本。
當(dāng)電流i增大，超過(guò)當(dāng)時(shí)的量程時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出超量程信號(hào)經(jīng)光電耦合器8隔離后，送程控增益放大器2，使放大器自動(dòng)降低一檔增益。當(dāng)電流i低于當(dāng)時(shí)量程的某一比例時(shí)，便發(fā)生與上述類(lèi)似的相反過(guò)程，放大器自動(dòng)升高一檔增益。這樣，被測(cè)電流始終處于測(cè)量系統(tǒng)最佳的量程范圍內(nèi)，簡(jiǎn)單可靠地解決了用1只分流器和一套商量裝置精確測(cè)量大動(dòng)態(tài)范圍直流的精度與范圍的矛盾，使長(zhǎng)期未能很好解決的浮充電流測(cè)量的難題，迎刃而解。
為了確保A／D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的精度，又要簡(jiǎn)化電路，降低成本，本發(fā)明的所有模擬量接口電路中均采用V／F變換式A／D轉(zhuǎn)換器。這種A／D轉(zhuǎn)換器的工作原理是轉(zhuǎn)換器首先將電壓線性比例地轉(zhuǎn)換成頻率f，即f＝g(u)再送入計(jì)算機(jī)，然后，單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后才得到真正的數(shù)字量，完成A／D轉(zhuǎn)換的全過(guò)程。
含有電流信息的頻率信號(hào)fi經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后，一方面以電流數(shù)字量(以A單位)的形式顯示在顯示器23上；另一方面系統(tǒng)不斷地連續(xù)對(duì)i積分，即計(jì)算Q＝
tOidt。此積分值Q即為蓄電池的充(放)電電量(以Ah為單位)。將此電量值Q貯存在系統(tǒng)的內(nèi)存中，當(dāng)需要時(shí)，可操作鍵盤(pán)25將其調(diào)至顯示器上顯示，同時(shí)也作為系統(tǒng)進(jìn)行其他運(yùn)算和控制的備用數(shù)據(jù)。
這樣的工作模式，使得僅采用簡(jiǎn)單價(jià)廉的電流測(cè)量電流通道電路結(jié)構(gòu)，就同時(shí)完成了蓄電池充放電的電流和電量的精確測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)物理量測(cè)量的硬件資源共享，大大降低了整機(jī)在成本。
由于計(jì)測(cè)到的電量Q是電流的真正積分值，于是電流在很寬范圍的變化也不會(huì)影響到電量Q的測(cè)量精度，在程控增益放大器的配合下更能確保這一特性。這樣，就保證了，在事故放電和充電狀態(tài)時(shí)，不論充放電電流怎樣隨機(jī)變化，本監(jiān)控儀都能準(zhǔn)確地計(jì)測(cè)到起初的充放電電量。
以這些電量為依據(jù)，就可實(shí)現(xiàn)許多控制和報(bào)警功能。
比如，當(dāng)交流電源中斷，蓄電池作事故放電時(shí)，單片機(jī)就立即開(kāi)始計(jì)測(cè)放電電量Qf并存貯下來(lái)，當(dāng)交流電源恢復(fù)后，單片機(jī)就發(fā)出“充電”命令，自動(dòng)控制充電整流器改變輸出電壓，對(duì)蓄電池作補(bǔ)充充電，并且單片機(jī)又立即對(duì)充電電量Qc進(jìn)行計(jì)測(cè)，并不斷進(jìn)行KQc－Qf的運(yùn)算，其中K為蓄電池的充電效率系數(shù)，當(dāng)滿(mǎn)足KQc－Qf＝0時(shí)，就表示，補(bǔ)充充電過(guò)程已準(zhǔn)確完成，單片機(jī)又發(fā)出“停充”命令，令充電整流器改變輸出電壓，蓄電池轉(zhuǎn)入“浮充”狀態(tài)運(yùn)行。
如果在上述過(guò)程中，交流電源發(fā)生多次中斷事故，則蓄電池就發(fā)生了多次放電一充電過(guò)程，顯然，這種情況下，安時(shí)數(shù)的記錄和充放電片管理操作就復(fù)雜得多，要人工準(zhǔn)確地完成這一工作就更是不可能。而由本實(shí)用新型制造的裝置則可以輕松準(zhǔn)確地勝任這一工作。單片機(jī)只要不停地運(yùn)算和判斷下式是否成立即可
KΣi=1KQci-Σi=1nQfi=0]]>一當(dāng)上式成立，單片機(jī)就可發(fā)出“停充”命令。
利用電量作控制應(yīng)用的另一個(gè)例子，是對(duì)蓄電池的放電容量進(jìn)行溫度補(bǔ)償，蓄電池實(shí)際可以放出的容量(即電量，以Ah單位)是當(dāng)時(shí)的電解液溫度有密切關(guān)系的，其大致趨勢(shì)是當(dāng)溫度升高時(shí)，可實(shí)際放出的容量也增加，當(dāng)溫度降低時(shí)，則實(shí)際容量要明顯減少，對(duì)此，幾乎是眾所周知的常識(shí)。問(wèn)題在于，了解這一特性是一回事，實(shí)際應(yīng)用這一特性又是另一回事。由于這一溫度線的非線性和復(fù)雜性，實(shí)際工作中，特別是在事故狀態(tài)下，人們幾乎無(wú)法真正利用它。運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)和準(zhǔn)確的電量計(jì)測(cè)技術(shù)，電解液溫度曲線就可以容易地測(cè)出。在軟件地支持下，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員能輕松地將標(biāo)準(zhǔn)的或廠有給定的溫度曲數(shù)數(shù)據(jù)，一次性地用鍵盤(pán)輸入單片機(jī)中，就完事大吉了。蓄電池事故放電時(shí)，單片機(jī)就會(huì)根據(jù)溫度測(cè)量通道送入的當(dāng)時(shí)的電解液溫度數(shù)據(jù)，利用內(nèi)存中的溫度曲線不斷進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，一旦電量Qf達(dá)到當(dāng)時(shí)溫度下的允許值，單片機(jī)立即限生“電量放完”的命令報(bào)警，也可以同時(shí)用此命令去切斷放電回路，以確保蓄電池不致因過(guò)放電而損壞。
單片機(jī)利用準(zhǔn)確的電量測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的功能舉不勝舉，不在此浪費(fèi)篇幅。
二、電壓測(cè)量通道接口被監(jiān)測(cè)的直流系統(tǒng)的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)母線電壓U1～U4，經(jīng)電壓采樣元件9－1～9－4采樣后，經(jīng)多路切換開(kāi)關(guān)10選取其中一路電壓信號(hào)送A／D轉(zhuǎn)換器11，轉(zhuǎn)化成頻率信號(hào)fu，再經(jīng)光電耦合器13隔離后，選入單片機(jī)單元22進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。所以要采用多路選擇開(kāi)關(guān)10是為了實(shí)現(xiàn)4個(gè)電壓點(diǎn)測(cè)量共用一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器及占用單片機(jī)一根輸入口線，簡(jiǎn)化裝置的，硬件構(gòu)成。多路選擇開(kāi)關(guān)10受單片機(jī)送出的采樣命令的控制，采樣命令經(jīng)光電耦合器14隔離后，送譯碼器12解碼后，準(zhǔn)確地按程序要求進(jìn)行各電壓信號(hào)的切換，實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量通道的硬件資源共享。
輸入單片機(jī)內(nèi)的電壓頻率信號(hào)fu經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，存入內(nèi)存中指定單元，并不斷將新測(cè)量值與上、下限給定值進(jìn)行比較。當(dāng)有越限情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)立即經(jīng)繼電器輸出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)，將越限點(diǎn)的編號(hào)及電壓值顯示在顯示器上。未發(fā)生越限的測(cè)點(diǎn)電壓，需要時(shí)，也可用鍵盤(pán)將其調(diào)出顯示。
每一個(gè)測(cè)點(diǎn)需要監(jiān)控的電壓值的數(shù)量可以依系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的需要任意設(shè)置，但硬件數(shù)量卻不變，僅僅改變軟件設(shè)計(jì)即可完成。克服了多電壓值監(jiān)控與成本、結(jié)構(gòu)的矛盾。
另外，由于電壓的比較是以數(shù)字的形式在單片機(jī)內(nèi)靠軟件完成的，故動(dòng)作值的返回區(qū)可以整定得很小，克服了電磁式電壓繼電器返回區(qū)過(guò)大和模擬式電子電壓比較器受溫度影響大的缺陷。
測(cè)點(diǎn)的數(shù)量可以依需要增加，對(duì)現(xiàn)有直流系統(tǒng)，一般4個(gè)點(diǎn)已足夠。
三、溫度測(cè)量通道蓄電池的電解液溫度由溫度傳感器15－1～15－n轉(zhuǎn)換為直流電壓，經(jīng)放大器16－1～16－n分別放大后，經(jīng)n選1的多路選擇開(kāi)關(guān)17，按順序分別選出其中一路，再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器18轉(zhuǎn)換為溫度頻率信號(hào)fr，經(jīng)光電耦合器20送單片機(jī)單元。單片機(jī)發(fā)出的循環(huán)掃描采樣命令，經(jīng)光電耦合器21送入譯碼器19解碼后，再驅(qū)動(dòng)多路選擇開(kāi)關(guān)17，保證一時(shí)刻只有一路溫度信號(hào)輸入單片機(jī)。
輸入單片機(jī)的溫度頻率信號(hào)fr經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，存入內(nèi)存中指定單元，并不斷將新測(cè)量值與上、下限給定值進(jìn)行比較。當(dāng)有越限情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)立即經(jīng)繼電器輸出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將越限點(diǎn)的編號(hào)及溫度值顯示在顯示器上。未發(fā)生越限的測(cè)點(diǎn)溫度，需要時(shí)，也可用鍵盤(pán)將其調(diào)出顯示。
另一方面，單片機(jī)單元還將測(cè)得的電解液溫度值參加有關(guān)電量的溫度補(bǔ)償計(jì)算。
溫度測(cè)點(diǎn)的數(shù)量由現(xiàn)場(chǎng)蓄電池的個(gè)數(shù)和需要而定。
其他本實(shí)用新型的監(jiān)控儀，其電流、電量、電壓及溫度的控制和報(bào)警輸出均為開(kāi)關(guān)量輸出，均采用小型電磁繼電器，以兼顧體積、價(jià)格和可靠性的矛盾。為了提高監(jiān)控儀的抗干撓性能和各回路間的隔離度，單片機(jī)單元的開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器26－1～26－n驅(qū)動(dòng)小型電磁繼電器27－1～27－n，輸出接點(diǎn)信號(hào)控制外部電路。
權(quán)利要求1.蓄電池及直流供電系統(tǒng)的監(jiān)控儀，由串入蓄電池回路的分流器1，電壓放大器2，V/f模數(shù)轉(zhuǎn)換器4和數(shù)字處理電路22組成，其特征在于僅用一個(gè)分流器，電壓放大器是一個(gè)放大倍率受數(shù)字處理電路反饋信號(hào)控制的可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控儀，其特征在于可變?cè)錾w放大器2由一個(gè)程控運(yùn)算放大器、一個(gè)雙向選擇開(kāi)關(guān)和三個(gè)微調(diào)電位器組成。
3.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控儀，其特征在于可變?cè)鲆娣糯笃?與V／f型模數(shù)轉(zhuǎn)換器4之間串接一個(gè)輸出極性恒定的極性調(diào)整電路3，并在可變?cè)鲆娣糯笃?與數(shù)字處理電路22之間接入一個(gè)極性檢測(cè)電路5，以便數(shù)字處理電路22可以判斷接受到的電流數(shù)字信號(hào)的極性。
4.如權(quán)利要求3所述的監(jiān)控儀，其特征在于極性調(diào)整電路3由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，其輸入端與可變?cè)鲆娣糯笃?的輸出端相連接，其輸出端與V／f型模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的輸入端相連接。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的監(jiān)控儀，其特征在于數(shù)字處理電路22為單片計(jì)算機(jī)。
6.如權(quán)利要求5所述的監(jiān)控儀，其特征在于其直流系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)電壓的監(jiān)測(cè)電路是由多個(gè)電壓采樣元件9，多路選擇開(kāi)關(guān)10，模數(shù)轉(zhuǎn)換器11，譯碼器12組成，多路選擇開(kāi)關(guān)受單片機(jī)電路輸出的反饋信號(hào)控制。
7.如權(quán)利要求5所述的監(jiān)控儀，其特征在于其電壓、溫度測(cè)量通路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器均由V／F變換器及附屬電路組成。
8.如權(quán)利要求5所述的監(jiān)控儀，其特征在于其電流、電壓、溫度測(cè)量通道與單片機(jī)電路的信號(hào)聯(lián)接均由光電耦合器6、7、8、13、14、20、21完成。
專(zhuān)利摘要一種蓄電池及直流供電系統(tǒng)監(jiān)控儀，特別適用于以蓄電池為后備電源的直流供電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制，它由串入蓄電池回路的一個(gè)規(guī)格的分流器，增益可變的程控運(yùn)算放大器、極性調(diào)整電路、V/f型模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字電路組成，此外還有關(guān)鍵電壓點(diǎn)和蓄電池溫度測(cè)量電路。該監(jiān)控儀具有簡(jiǎn)單可靠、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，解決了該領(lǐng)域長(zhǎng)期無(wú)法解決的浮充電流測(cè)量問(wèn)題，并從多方面提高蓄電池的使用壽命。
文檔編號(hào)G01R31/36GK2133087SQ9220589
公開(kāi)日1993年5月12日 申請(qǐng)日期1992年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月29日
發(fā)明者張友譜 申請(qǐng)人:張友譜