專利名稱：一種兼容多電壓等級(jí)的多用途智能蓄電池放電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池放電裝置，尤其是一種可兼容各種電壓等級(jí)的蓄電池組的多用途智能蓄電池放電裝置，屬于電力電子技術(shù)及微機(jī)控制技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，對(duì)生產(chǎn)的安全性、可靠性的要求越來越高，生產(chǎn)的安全性及可靠性很多情況下是由生產(chǎn)設(shè)備供電情況決定的。為生產(chǎn)設(shè)備可靠地供電是保證生產(chǎn)的安全性及可靠性的基礎(chǔ)，因此各種保證生產(chǎn)設(shè)備供電可靠性的交、直流不間斷電源系統(tǒng)在金融、電信、電力、鐵路、地鐵等行業(yè)中廣泛地使用。如電信行業(yè)、電力行業(yè)使用的-48V通信電源系統(tǒng)、電信和金融行業(yè)廣泛使用的UPS、這兩年開始推廣將來有可能替代UPS的HVDC電源系統(tǒng)、電力行業(yè)使用的110V、220V等級(jí)的電力操作電源系統(tǒng)等。這些交直流電源系統(tǒng)基本上都是以蓄電池組作為后備能源。當(dāng)市電正常時(shí)，電源系統(tǒng)經(jīng)過電源變換裝置將市電變?yōu)樾枰慕涣麟娀蛑绷麟姽┙o負(fù)載；當(dāng)市電停電時(shí)由蓄電池組經(jīng)電源變換裝置變換繼續(xù)為負(fù)載供電。因此了解掌握蓄電池組的荷電量及荷電能力對(duì)于保證電源系統(tǒng)的供電可靠性就顯得很重要很有意義。目前判斷蓄電池組電池組的荷電量及荷電能力最準(zhǔn)確最有效的手段就是容量核對(duì)性放電試驗(yàn)(簡(jiǎn)稱核容放電)，即定期給蓄電池組進(jìn)行一次實(shí)際的放電，放電結(jié)束時(shí)統(tǒng)計(jì)計(jì)算蓄電池組實(shí)際的放電安時(shí)數(shù)來判斷蓄電池組的荷電量和荷電能力是否還能滿足運(yùn)行要求。核容放電以恒流方式進(jìn)行，放電過程中需要監(jiān)測(cè)蓄電池組的端電壓、每個(gè)蓄電池單體的端電壓、放電時(shí)間、放電容量，當(dāng)其中任意一項(xiàng)達(dá)到預(yù)設(shè)的停止放電條件時(shí)就應(yīng)停止放電，以免放電過度而損壞蓄電池。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T724-2000《電力系統(tǒng)用直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》第6條對(duì)蓄電池核容放電進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。早期的蓄電池放電設(shè)備是由電源系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，用可調(diào)電阻、電爐絲做為放電負(fù)載，用多個(gè)空氣開關(guān)在放電過程中手動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小來維持放電電流基本恒定，在放電過程中用人工記錄各種放電數(shù)據(jù)、需要人工終止放電。這種方法存在著設(shè)備體積大、笨重、不安全、不可靠、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、工作效率低、不能精確計(jì)算實(shí)際放電容量等問題等缺點(diǎn)。近年來出現(xiàn)使用PTC發(fā)熱器作為負(fù)載的智能型蓄電池恒流放電裝置，實(shí)現(xiàn)恒流的自動(dòng)控制、終止放電的自動(dòng)控制、放電數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄等功能，這種新型的放電裝置使用的PTC發(fā)熱器具有體積小、重量輕、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，而且整個(gè)放電過程基本上都是自動(dòng)完成的，很大程度的減輕了電源系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員的工作量，因此非常受運(yùn)行維護(hù)人員的歡迎。但現(xiàn)有的蓄電池智能恒流放電裝置也有不足之處，其中最大的不足是不能兼容不同電壓等級(jí)的蓄電池組。不同的電源系統(tǒng)配置的蓄電池組的電壓有區(qū)別，比如說大型發(fā)電廠同時(shí)存在48V的通信電源系統(tǒng)、IlOV和220V的操作電源系統(tǒng)、UPS等，它們的蓄電池組的標(biāo)稱電壓分別是48V、110V、220V、400V。因?yàn)榈碗妷旱腜TC不能用于高電壓，否則PTC將被擊穿。又因?yàn)镻TC不是一個(gè)線性電阻，高電壓的PTC在低電壓時(shí)功率將大幅降低，放電容量大幅下降，例如一個(gè)1800W/220V的PTC，在IlOV電壓時(shí)，功率大約250w不到。因此現(xiàn)在的PTC蓄電池智能恒流放電儀都只能適用于一個(gè)電壓等級(jí)，不能兼容多個(gè)電壓等級(jí)，如上述的電廠用戶必須購(gòu)置4種電壓等級(jí)的放電裝置，非常不經(jīng)濟(jì)。另外因?yàn)椴煌袠I(yè)不同地方不同用途的電源系統(tǒng)的蓄電池組的容量有比較大的區(qū)別，分布范圍很寬，因此對(duì)放電儀的容量需求也很分散，無法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。這給放電儀生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)帶來很大麻煩，必須定制設(shè)計(jì)定制生產(chǎn)，因此無法快速滿足用戶的需求。有些廠家采取多機(jī)并聯(lián)工作的方式進(jìn)行擴(kuò)容，但這種方式并不受用戶的認(rèn)可，用戶更希望一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。一體化結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品使用時(shí)接線簡(jiǎn)單'、操作也更接近用戶的習(xí)慣，更容易掌握，保管、運(yùn)輸、維護(hù)也更方便、簡(jiǎn)單，總體成本也較低?，F(xiàn)有的產(chǎn)品都只能作為直流負(fù)載使用，不能作為交流負(fù)載使用。這是因?yàn)閮蓚€(gè)原因1、現(xiàn)有產(chǎn)品都是用IGBT、MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)器件作為開關(guān)控制調(diào)節(jié)負(fù)載，這些器件是單向器件不適合用于交流情況；2、以額定電壓220Vdc的放電裝置為例說明問題，放電裝置選用220V額定電壓的PTC發(fā)熱器作為負(fù)載，接入220V的直流可正常工作。但接入220Vac的交流時(shí)，220Vac交流電經(jīng)過整流濾波后(整流濾波是為了解決IGBT、MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)器件不適合用于交流的問題)變成310V的直流電壓，有效值比交流時(shí)高了 I. 414，但電網(wǎng)電壓往往高于220Vac，有時(shí)甚至可達(dá)265Vac，經(jīng)整流濾波后的直流電壓最高可達(dá)375V。這么高的電壓很容易損壞220V的PTC發(fā)熱器，如果改用高電壓PTC，在220V的額定直流電壓時(shí)PTC的功率又出不來?；谶@兩原因，現(xiàn)在的PTC蓄電池恒流放電裝置不能作為交流負(fù)載使用。綜上所述，現(xiàn)有的產(chǎn)品都只能進(jìn)行蓄電池組的恒流放電，產(chǎn)品的用途比較單一，沒有把裝置充分利用起來。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上缺陷并滿足市場(chǎng)的需要，本發(fā)明的目的在于提供本專利主要是解決上述提到的現(xiàn)有產(chǎn)品的四個(gè)問題1、不能兼容多電壓等級(jí)；2、不能快速地滿足用戶定制化的一體化產(chǎn)品的要求；3、不能作為交流負(fù)載使用；4、產(chǎn)品用途太單一。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種兼容多電壓等級(jí)的多用途智能蓄電池放電裝置，包括監(jiān)控模塊和放電功率模塊組，所述放電功率模塊組包括一塊或者多塊并聯(lián)的放電功率模塊，每一所述放電功率模塊包括全橋整流電路、Boost升壓?jiǎn)卧娐?、Boost單元控制電路、PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元、PWM調(diào)節(jié)控制電路、開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元、開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路和通信接口電路；其中，全橋整流電路與需放電的蓄電池相連接，Boost單元控制電路將其穩(wěn)壓值設(shè)定在放電裝置欲滿足的最高的電壓等級(jí)的蓄電池組的標(biāo)稱電壓上，當(dāng)裝置輸入電壓低于這個(gè)電壓時(shí)Boost升壓?jiǎn)卧娐饭ぷ鲗㈦妷荷猎O(shè)定的穩(wěn)壓值供給后面的PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元和開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元；當(dāng)裝置輸入電壓等于或略高于設(shè)定的穩(wěn)壓值時(shí)，Boost升壓?jiǎn)卧娐凡还ぷ鳎斎腚妷合喈?dāng)于被直接施加到后面的PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元和開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元之上；通信接口電路與監(jiān)控模塊相連接，放電功率模塊根據(jù)監(jiān)控模塊發(fā)來的指令來啟停裝置的放電及控制放電的電流、電壓或溫度，同時(shí)放電功率模塊將自己的工作狀態(tài)信息回傳給監(jiān)控模塊。
作為以上技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述監(jiān)控模塊包括MCU (嵌入式單片機(jī))、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元、上行通信接口、IXD顯示器、USB接口、輸入按鍵、開關(guān)量輸入輸出接口、第一下行通信接口、第二下行通信接口、監(jiān)控模塊輔助電源，其中第一下行通信接口與放電功率模塊的通信接口電路通過RS485串行通信接口相連接，第二下行通信接口( 18)以及開關(guān)量輸入輸出接口(16)與電池巡檢裝置聯(lián)接。作為以上技術(shù)方案的一種改進(jìn)，每一所述放電功率模塊還包括功率輸入接口端子、散熱風(fēng)扇組、散熱風(fēng)扇控制電路、控制電路工作電源、散熱風(fēng)扇組工作電源和工作電源輸入接口電路。作為以上技術(shù)方 案的一種改進(jìn)，所述PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元和開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元采用PTC加熱器作為負(fù)載。作為以上技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述裝置還包括工作電源開關(guān)、工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)、交流輸入插座、主功率輸入開關(guān)和蓄電池組接入端子，其中蓄電池組接入端子用于將放電電源接入放電裝置，交流輸入插座用于為裝置工作電源提供交流輸入接口，工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)的輸入端分別與交流輸入插座和蓄電池組接入端子相連接，輸出端連接放電功率模塊的工作電源輸入接口電路和監(jiān)控模塊的監(jiān)控模塊輔助電源，工作電源開關(guān)接在工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)和監(jiān)控模塊輔助電源之間，用于開關(guān)裝置中的工作電源，主功率輸入開關(guān)接在蓄電池組接入端子和放電功率模塊的功率輸入接口之間，為放電裝置的主功率回路提供控制回路通斷、過流保護(hù)、短路保護(hù)的功能。本發(fā)明的有益效果是
I)裝置采用輸入前級(jí)Boost穩(wěn)壓技術(shù)，把輸入電壓升壓并穩(wěn)壓到裝置需要滿足的最高電壓等級(jí)的蓄電池組的額定電壓上，選用該電壓等級(jí)的PTC作為負(fù)載，這樣就可兼容此最高電壓等級(jí)及以下的其它電壓等級(jí)的蓄電池組，可以不降低放電功率實(shí)現(xiàn)一機(jī)兼容多個(gè)電壓等級(jí)的蓄電池組放電，可提高設(shè)備的利用率，減少有著多種電壓等級(jí)蓄電池組的用戶的設(shè)備投資。2)裝置采用主從模塊化結(jié)構(gòu)，即能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)又能快速地滿足用戶提出的各種非標(biāo)產(chǎn)品的需求。3)裝置的工作電源交直流兼容，方便用戶使用。在進(jìn)行蓄電池放電的工作現(xiàn)場(chǎng)往往不方便提供交流電源，因此能直接用蓄電池組為放電裝置的工作電源供電是最方便的。而用戶結(jié)束放電工作回到辦公地點(diǎn)后經(jīng)常要查閱存儲(chǔ)在放電裝置里的放電數(shù)據(jù)，而辦公地點(diǎn)又沒有直流電，只能用交流電為放電裝置供電。本專利的裝置的所有工作電源包括散熱風(fēng)機(jī)的電源采用的都是交直流輸入兼容的高頻開關(guān)電源，即能用蓄電池組供電也可用交流市電供電，便于用戶使用。4)裝置可用作交流電源的可調(diào)負(fù)載。主電路的輸入端加入了全橋整流電路，這樣即可起到防反保護(hù)，防止蓄電池輸入接反損壞放電裝置，又能將交流整流成直流，另外由于采用了輸入前級(jí)Boost穩(wěn)壓技術(shù)把加于PTC的電壓進(jìn)行提升，并使用高電壓的PTC作為負(fù)載，因此放電裝置也能作為交流電源的負(fù)載使用。5)裝置提供多種控制方式，除了恒流工作方式，還提供恒壓、恒溫工作方式，擴(kuò)展了裝置的用途。恒壓工作方式可把裝置做為電流源的負(fù)載使用，用戶的電源系統(tǒng)在一些工況下是作為電流源使用的，工作于恒壓方式放電裝置能滿足這些工況的對(duì)負(fù)載的要求。放電裝置工作于恒溫方式時(shí)，接上外部的溫度傳感器，可作為一個(gè)恒溫加熱裝置使用。6)裝置采用PTC加熱器作為負(fù)載，具有體積小、重量輕，工作時(shí)不發(fā)紅、無明火、可自動(dòng)限制功率，安全性高等優(yōu)點(diǎn)。7)裝置帶有RS485串行通信接口、開關(guān)量輸入輸出接口，可以方便的與其他裝置及設(shè)備聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能。 8)裝置帶有USB接口，可以方便地將裝置的設(shè)置參數(shù)、放電的記錄數(shù)據(jù)導(dǎo)入PC電腦中處理。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中
圖I為本發(fā)明的原理方框圖；· 圖2為本發(fā)明中放電功率模塊的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明所提供的放電裝置由監(jiān)控模塊I、工作電源開關(guān)2、工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)3、交流輸入插座4、主功率輸入開關(guān)5、蓄電池組接入端子6和放電功率模塊組7組成。其中，工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)3是一個(gè)雙刀雙擲開關(guān)，用于為各個(gè)工作電源選擇交流或直流作為電源的輸入，蓄電池組接入端子6用于將放電電源如蓄電池組接入放電裝置，交流輸入插座4用于為裝置中的各個(gè)工作電源提供交流輸入接口，工作電源開關(guān)2用于開關(guān)裝置中的各個(gè)工作電源，主功率輸入開關(guān)5為放電裝置的主功率回路提供控制回路通斷、過流保護(hù)、短路保護(hù)的功能，放電功率模塊組7中的放電功率模塊7Γ7η和監(jiān)控模塊I是放電裝置的核心。具體講，蓄電池組或其它交直流電源從蓄電池組接入端子6接入，然后分兩路，一路是主功率通道接入主功率輸入開關(guān)5，另一路接入供工作電源用，屬于小功率應(yīng)用，接入工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)3的一對(duì)觸點(diǎn)上。主功率輸入開關(guān)5的輸出接到放電功率模塊組7中各放電功率模塊的功率輸入接口處。放電功率模塊組由7f7n個(gè)完全相同的放電功率模塊組成，η最多為30個(gè)。交流電從交流輸入插座4接入，輸入插座4的輸出接到工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)3的另一對(duì)觸點(diǎn)上。工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)3的輸出接到工作電源開關(guān)2上，工作電源開關(guān)2的輸出接到監(jiān)控模塊I中的監(jiān)控模塊輔助電源19的輸入端和放電功率模塊組7中各放電功率模塊的工作電源輸入接口。監(jiān)控模塊I由MCU (嵌入式單片機(jī))11、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元110、上行通信接口 12、IXD顯示器13、USB接口 14、輸入按鍵15、開關(guān)量輸入輸出接口 16、第一下行通信接口 17、第二下行通信接口 18、監(jiān)控模塊輔助電源19組成。放電功率模塊7η完全相同，都是由功率輸入接口端子、全橋整流電路、Boost升壓?jiǎn)卧娐?、Boost單元控制電路、P麗調(diào)節(jié)負(fù)載單元、PWM調(diào)節(jié)控制電路、開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元、開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路、散熱風(fēng)扇組、散熱風(fēng)扇控制電路、控制電路工作電源、散熱風(fēng)扇工作組工作電源、通信接口電路、工作電源輸入接口電路組成。放電功率模塊的控制電路的核心也是由嵌入式單片機(jī)構(gòu)成。監(jiān)控模塊I中的監(jiān)控模塊輔助電源和放電功率模塊7n中的散熱風(fēng)扇工作組工作電源、控制電路工作電源都是輸入交直流兼容的高頻開關(guān)電源，因?yàn)檠b置的工作電源即可用交流電源供電也可用蓄電池組供電。放電功率模塊組7中的各放電功率模塊7η是并聯(lián)的關(guān)系，功率輸入端并聯(lián)、工作電源輸入端并聯(lián)。它們的通信接口是RS485接口，與監(jiān)控模塊I的第一下行通信接口 17通過通信雙絞線以手牽手的方式并聯(lián)，這是放電功率模塊組7與監(jiān)控模塊I的兩個(gè)聯(lián)接關(guān)系之一，另一個(gè)是兩者的工作電源的輸入端也是并聯(lián)的關(guān)系。模塊化結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)之一，而以上這種聯(lián)接方式是實(shí)現(xiàn)放電裝置模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。監(jiān)控模塊I是放電裝置的控制中心，它的主要作用設(shè)置并保存相關(guān)參數(shù)，包括放電功率模塊的數(shù)量、工作模式(有恒流放電、恒壓放電、恒溫放電三種工作模式供選擇)、放電電流、放電電壓、恒溫溫度、放電終止條件等參數(shù)；具備顯示信息、記錄并儲(chǔ)存放電數(shù)據(jù)、信息查詢等功能。設(shè)置的參數(shù)及記錄的放電數(shù)據(jù)都保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元110中；通過上行通信接口 12及開關(guān)量輸入輸出接口實(shí)現(xiàn)“四遙”功能；通過第二下行通信接口 18及開關(guān)量輸入輸出接口 16與電池巡檢裝置聯(lián)接，接收電池巡檢裝置控制放電停止的指令；控制整個(gè) 放電裝置的工作，包括控制放電的啟停，放電模式、放電參數(shù)的執(zhí)行。進(jìn)行相關(guān)控制時(shí)，監(jiān)控模塊I只負(fù)責(zé)發(fā)出相關(guān)指令，各放電功率模塊是執(zhí)行單元，它們之間通過RS485通信聯(lián)系，放電功率模塊根據(jù)監(jiān)控模塊I發(fā)來的指令來啟停裝置的放電及控制放電的電流、電壓或溫度，同時(shí)放電功率模塊7η將自己的工作狀態(tài)信息回傳給監(jiān)控模塊I。放電功率模塊7η的是放電裝置的執(zhí)行單元及功率部分，它的作用包括執(zhí)行監(jiān)控模塊發(fā)來的啟停放電的指令；根據(jù)監(jiān)控模塊的指令動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)負(fù)載大小，使裝置的輸入電流、電壓或需要控制的環(huán)境溫度符合監(jiān)控模塊相關(guān)設(shè)置值；將自身的工作數(shù)據(jù)及狀態(tài)實(shí)時(shí)的傳送給監(jiān)控模塊。它工作原理主功率電源經(jīng)功率輸入接口接入，然后經(jīng)過一個(gè)全橋整流電路，全橋整流電路可把交流轉(zhuǎn)化為直流，也可將正接或反接的直流都轉(zhuǎn)為一個(gè)正確的方向送入后面的電路，避免可能的直流電源反接損壞后面的電路。整流電路之后是一個(gè)Boost穩(wěn)壓電路，這是本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵，通過該技術(shù)可讓放電裝置兼容多電壓等級(jí)的蓄電池組的放電，Boost穩(wěn)壓電路把穩(wěn)壓值設(shè)定在放電裝置欲滿足的最高的電壓等級(jí)的蓄電池組的標(biāo)稱電壓上，當(dāng)裝置輸入電壓低于這個(gè)電壓時(shí)Boost電路工作將電壓升至設(shè)定的穩(wěn)壓值供給后面的PTC負(fù)載；當(dāng)裝置輸入電壓等于或略高于設(shè)定的穩(wěn)壓值時(shí)，Boost電路不工作，Boost電路的輸入輸出端基本相當(dāng)于短路，輸入電壓相當(dāng)于直接加到后面的PTC負(fù)載之上。如此放電裝置就可以工作于小于等于這個(gè)電壓等級(jí)的電壓下了。經(jīng)過Boost電路升壓的電源送到后面的可調(diào)負(fù)載單元電路?？烧{(diào)負(fù)載調(diào)節(jié)由兩部分組成，一部分是采用開關(guān)方式進(jìn)行調(diào)節(jié)的粗調(diào)節(jié)負(fù)載，這部分負(fù)載由多個(gè)PTC發(fā)熱器組成，每個(gè)PTC發(fā)熱器與一個(gè)IGBT或MOSFET串聯(lián)，IGBT或MOSFET作為由單片機(jī)控制的開關(guān)投切PTC發(fā)熱器，單片機(jī)逐個(gè)開通IGBT或MOSFET可以逐級(jí)增加放電功率，相反則可逐級(jí)減小放電功率，如此實(shí)現(xiàn)負(fù)載的粗調(diào)節(jié)。另一部分是由一個(gè)PTC負(fù)載與一組由PWM信號(hào)控制的IGBT或MOSFET組成，這部分通過PWM斬波的技術(shù)進(jìn)行負(fù)載的精細(xì)調(diào)節(jié)。整個(gè)可調(diào)負(fù)載工作原理大致如下，放電功率模塊內(nèi)的單片機(jī)接收監(jiān)控模塊的工作模式及控制目標(biāo)的命令，由信號(hào)采樣反饋電路采集待控制目標(biāo)的實(shí)際輸出量并送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)實(shí)際輸出量與目標(biāo)的誤差逐個(gè)增加或減小粗調(diào)節(jié)負(fù)載中的PTC發(fā)熱器使實(shí)際輸出量逼近控制目標(biāo)。單片機(jī)把控制目標(biāo)送給精細(xì)調(diào)節(jié)負(fù)載單元的PWM調(diào)節(jié)控制電路，信號(hào)采樣反饋電路也把實(shí)際輸出量信號(hào)送給PWM調(diào)節(jié)控制電路，P麗控制電路根據(jù)兩者的誤差來控制PWM波的脈沖寬度以調(diào)節(jié)負(fù)載去彌補(bǔ)粗調(diào)節(jié)負(fù)載的調(diào)節(jié)死區(qū)，使實(shí)際輸出等于控制目標(biāo)。放電功率模塊還有一組給PTC負(fù)載散熱的散熱風(fēng)扇，放電一經(jīng)啟動(dòng)，風(fēng)扇控制電路也冋時(shí)控制風(fēng)扇啟動(dòng)。放電功率t旲塊的控制電路及風(fēng)扇分別由兩個(gè)獨(dú)立的高頻開關(guān)電源供電
這里以一臺(tái)兼容440Vdc/80A、220Vdc/160A、110Vdc/320A,并能夠完成恒流、恒壓、恒溫三種放電模式的智能蓄電池放電裝置的具體實(shí)施方案為例來說明發(fā)明，其中又以恒流放電模式重點(diǎn)進(jìn)行說明，其它兩種工作模式可參照恒流工作模式去理解。該裝置還能用做交流220Vac電源的交流負(fù)載使用。該裝置設(shè)計(jì)為由一個(gè)監(jiān)控模塊和四個(gè)放電功率模塊組成，把它們以模塊化方式安裝到一個(gè)移動(dòng)式機(jī)柜中，圖I中的其它元件直接安裝在移動(dòng)機(jī)柜里。監(jiān)控模塊I的功能單元在圖I中得以體現(xiàn)，這里不做詳細(xì)說明。這里重點(diǎn)說明放電功率模塊的設(shè)計(jì)。
放電功率模塊的原理示意圖見圖2，該放電功率模塊設(shè)計(jì)為兼容440Vdc/20A、220Vdc/40A、110Vdc/80A三種電壓電流等級(jí)。放電模塊由Boost升壓電路7_1、開關(guān)控制方式的粗調(diào)節(jié)負(fù)載7-2、PWM控制方式的精細(xì)調(diào)節(jié)負(fù)載7-3、散熱風(fēng)扇組7-4、風(fēng)扇控制單元7-5、PWM控制電路電路7-6、單片機(jī)系統(tǒng)7-7、輸入整流橋7-8、散熱風(fēng)扇組工作電源7-9、控制電路工作電源7-10、輸入繼電器7-11 (由于控制功率電路的電源輸入)、光耦隔離的RS485接口電路7-12、輸入電流采樣電路7-13、輸入電壓采樣電路7-14、控溫點(diǎn)溫度采樣電路7-15、輸入輸出接口 7-16(包括功率輸入端子、工作電源輸入端子、RS485通信接口端子)組成。其中，輸入繼電器7-11選用220Vac/120A的磁保持型繼電器。輸入整流橋7_8選用600V/200A的單相整流橋。Boost升壓電路7_1的穩(wěn)壓值設(shè)置為380V，當(dāng)輸入電壓低于380V時(shí)，Boost升壓電路7-1把輸入電壓升至并穩(wěn)定于380Vdc ;當(dāng)輸入電壓高于380V時(shí)，Q7始終處于截止?fàn)顟B(tài)，Boost電路不起作用，輸入電壓直接送給后面的負(fù)載。Q7使用600V/150A 的 coolmos，Dl 使用 600V/160A 軟恢復(fù)二極管。開關(guān)控制方式的粗調(diào)節(jié)負(fù)載7-2由5個(gè)440V/2000W的PTC發(fā)熱器(PTC1 PTC5)及5個(gè)600V/12A的MOSFET (Q1 Q5)組成，MOSFET由單片機(jī)系統(tǒng)7_7控制通斷，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)開關(guān)控制方式的粗調(diào)節(jié)負(fù)載7-2中的光耦進(jìn)行光電隔離，一個(gè)通道一個(gè)光耦，總共5個(gè)，光耦用的是PC817。PWM控制方式的精細(xì)調(diào)節(jié)負(fù)載7-3由I個(gè)440V/2000W的PTC發(fā)熱器(PTC6)及I個(gè)600V/20A的MOSFET (Q6)組成，MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由I個(gè)光耦TLP250與PWM控制電路7-6進(jìn)行光電隔離。PWM控制電路7-6是由SG3525組成的PWM控制電路，單片機(jī)系統(tǒng)7_7把電流、電壓、溫度設(shè)置值送給它的設(shè)置端，輸入電流采樣電路7-13把實(shí)際輸入電流采樣值、輸入電壓采樣電路7-14把實(shí)際輸入電壓采樣值、控溫點(diǎn)溫度采樣電路7-15把待控溫點(diǎn)的實(shí)際溫度采樣值都送給PWM控制電路7-6的反饋端。單片機(jī)系統(tǒng)7-7是由PIC18F66K80單片機(jī)組成的單片機(jī)系統(tǒng)，它把電流、電壓、溫度設(shè)置值送到PWM控制電路7-6的設(shè)置端，需要進(jìn)行恒流控制時(shí)只設(shè)置電流值，電壓與溫度的設(shè)置值都設(shè)為零。進(jìn)行恒壓、恒溫控制也同理進(jìn)行設(shè)置。輸入電流采樣電路7-13把實(shí)際輸入電流米樣值、輸入電壓米樣電路7-14把實(shí)際輸入電壓米樣值、控溫點(diǎn)溫度米樣電路7-15把待控溫點(diǎn)的實(shí)際溫度采樣值也分別送給單片機(jī)系統(tǒng)7-7的3個(gè)AD轉(zhuǎn)換輸入端。散熱風(fēng)扇組7-4由6個(gè)24V的風(fēng)扇組成。散熱風(fēng)扇組工作電源7-9是兼容交直流輸入的開關(guān)電源，輸入電壓范圍75 500Vdc/85 265Vac，輸出電壓24V，輸出功率70W?？刂齐娐饭ぷ麟娫?-10是兼容交直流輸入的開關(guān)電源，輸入電壓范圍75 500Vdc/85 265Vac，4路隔離輸出電壓，輸出功率15W。輸入電流采樣電路7-13是由額定電流為100A的霍爾電流傳感器的組成的輸入電流采樣電路。輸入電壓采樣電路7-14是由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)及線性光耦HCPL7840組成的隔離輸入電壓采樣電路。以上所述只是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，其并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，只要是以基本相同的手段實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍?！?br> 權(quán)利要求
1.一種兼容多電壓等級(jí)的多用途智能蓄電池放電裝置，其特征在于包括監(jiān)控模塊(I)和放電功率模塊組(7)，所述放電功率模塊組(7)包括一塊或者多塊并聯(lián)的放電功率模塊(7f7n)，每一所述放電功率模塊(7f7n)包括全橋整流電路、Boost升壓?jiǎn)卧娐贰oost單元控制電路、PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元、PWM調(diào)節(jié)控制電路、開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元、開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路和通信接口電路；其中，全橋整流電路與需放電的蓄電池相連接，Boost單元控制電路將其穩(wěn)壓值設(shè)定在放電裝置欲滿足的最高的電壓等級(jí)的蓄電池組的標(biāo)稱電壓上，當(dāng)裝置輸入電壓低于這個(gè)電壓時(shí)Boost升壓?jiǎn)卧娐饭ぷ鲗㈦妷荷猎O(shè)定的穩(wěn)壓值供給后面的PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元和開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元，當(dāng)裝置輸入電壓等于或略高于設(shè)定的穩(wěn)壓值時(shí)，Boost升壓?jiǎn)卧娐凡还ぷ?，輸入電壓相?dāng)于直接加到后面的PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元和開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元之上；通信接口電路與監(jiān)控模塊(I)相連接，放電功率模塊(7f7n)根據(jù)監(jiān)控模塊(I)發(fā)來的指令來啟停裝置的放電及控制放電的電流、電壓或溫度，同時(shí)放電功率模塊(7 f 7n )將自己的工作狀態(tài)信息回傳給監(jiān)控模塊(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兼容多電壓等級(jí)的多用途智能蓄電池放電裝置，其特征在于所述監(jiān)控模塊(I)包括MCU (嵌入式單片機(jī))(11)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元(110)、上行通信接口(12)、LCD顯示器(13)、USB接口(14)、輸入按鍵(15)、開關(guān)量輸入輸出接口(16)、第一下行通信接口(17)、第二下行通信接口(18)、監(jiān)控模塊輔助電源(19)，其中第一下行通信接口(17)與放電功率模塊(7f7n)的通信接口電路通過RS485串行通信接口相連接，第二下行通信接口( 18)以及開關(guān)量輸入輸出接口( 16)與電池巡檢裝置聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兼容多電壓等級(jí)的多用途智能蓄電池放電裝置，其特征在于每一所述放電功率模塊(71 7n)還包括功率輸入接口端子、輸入繼電器、散熱風(fēng)扇組、散熱風(fēng)扇控制電路、控制電路工作電源、散熱風(fēng)扇組工作電源和工作電源輸入接口電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兼容多電壓等級(jí)的多用途智能蓄電池放電裝置，其特征在于所述PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元和開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元采用PTC加熱器作為負(fù)載。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兼容多電壓等級(jí)的多用途智能蓄電池放電裝置，其特征在于所述裝置還包括工作電源開關(guān)(2)、工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)(3)、交流輸入插座(4)、主功率輸入開關(guān)(5)和蓄電池組接入端子(6)，其中蓄電池組接入端子(6)用于將蓄電池接入放電裝置，交流輸入插座(4)用于為裝置的工作電源提供交流輸入接口，工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)(3)的輸入端分別與交流輸入插座(4)和蓄電池組接入端子(6)相連接，輸出端連接放電功率模塊(7f7n)的工作電源輸入接口和監(jiān)控模塊(I)的監(jiān)控模塊輔助電源(19 )，工作電源開關(guān)(2 )接在工作電源“交流/直流”選擇開關(guān)(3 )和監(jiān)控模塊輔助電源(19)之間，用于開關(guān)裝置中的工作電源，主功率輸入開關(guān)(5)接在蓄電池組接入端子(6 )和放電功率模塊(7l 7n)的功率輸入接口之間，為放電裝置的主功率回路提供控制回路的通斷、過流保護(hù)、短路保護(hù)的功能。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種兼容多電壓等級(jí)的多用途智能蓄電池放電裝置，包括監(jiān)控模塊和放電功率模塊組，其中所述放電功率模塊組包括一塊或者多塊并聯(lián)的放電功率模塊，每一所述放電功率模塊包括全橋整流電路、Boost升壓?jiǎn)卧娐?、Boost單元控制電路、PWM調(diào)節(jié)負(fù)載單元、PWM調(diào)節(jié)控制電路、開關(guān)調(diào)節(jié)負(fù)載單元、開關(guān)調(diào)節(jié)控制電路和通信接口電路，其中放電功率模塊的通信接口電路與監(jiān)控模塊相連接。本發(fā)明所提出的裝置具有能兼容多電壓等級(jí)，能快速地滿足用戶定制化的一體化產(chǎn)品的要求，能作為交流負(fù)載使用，產(chǎn)品用途多樣化等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/04GK102916477SQ20121027894
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者王蘋, 關(guān)平 申請(qǐng)人:關(guān)平