專利名稱：并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，屬于工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，以鉛酸電池為主的蓄電池被廣泛應(yīng)用在電力、鐵路、銀行、電信等重要部門， 為保護(hù)、控制、通信、計(jì)算機(jī)等設(shè)備提供不間斷直流電源或通過UPS提供交流不間斷電源。 上述不間斷電源系統(tǒng)的使用周期主要取決于蓄電池的使用壽命，而對(duì)蓄電池進(jìn)行定期的充電和放電維護(hù)對(duì)有效提高蓄電池的使用壽命具有重要意義。另外，隨著傳統(tǒng)石油化石能源的日益緊缺和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的需要，國內(nèi)正在大力發(fā)展電池集中充電站等各種形式的電動(dòng)汽車充電設(shè)施，以促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在集中充電站中，每天有大量的動(dòng)力電池循環(huán)充放電，電池的使用頻率非常高。這就需要利用放電裝置定期對(duì)電池容量進(jìn)行檢測(cè)和標(biāo)定，以保證電池的質(zhì)量和使用壽命，確保電動(dòng)汽車正常運(yùn)行。傳統(tǒng)的蓄電池放電裝置主要有以下幾種(1)用阻性原件作為放電負(fù)載。隨著放電過程的進(jìn)行，蓄電池的電壓逐漸下降，放電電流下降，此時(shí)必須通過手動(dòng)調(diào)節(jié)放電電阻， 以維持放電電流的恒定。(2)用串聯(lián)穩(wěn)壓等線性電路實(shí)現(xiàn)。這種方式體積笨重，功耗大，不適合制作大電流負(fù)載。(3)熱電偶外加可變電阻方式。(4)利用相控式充電機(jī)工作在逆變狀態(tài)，將電能回饋到電網(wǎng)。上述幾種放電裝置的主要問題是放電電流精度不高，不易實(shí)現(xiàn)大電流放電，且操作復(fù)雜，在實(shí)際使用過程中不是很方便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)上述傳統(tǒng)的蓄電池放電裝置存在的問題，提供了一種放電電流更加精確、放電過程更加可靠、方便擴(kuò)容的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案—種并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于包括相互并聯(lián)連接的一臺(tái)或多臺(tái)恒流放電模塊，每個(gè)放電模塊之間通過通訊線連接，每個(gè)放電模塊與蓄電池連接。前述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述放電模塊包括輸入開關(guān)，輸入開關(guān)與放電蓄電池相連，放電電壓和放電電流檢測(cè)電路與處理器相連，多個(gè)投切開關(guān)分別與輸入開關(guān)、微處理器相連，每個(gè)投切開關(guān)與一個(gè)PTC熱敏電阻條相連，直流變換器分別與微處理器、每個(gè)PTC熱敏電阻條相連，直流變換器同時(shí)與一附加PTC熱敏電阻條相連。前述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述微處理器同時(shí)與人機(jī)操作顯示界面相連。前述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述投切開關(guān)包括相互并聯(lián)的直流繼電器RLl和IGBT功率開關(guān)管Ql及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，直流繼電器RLl與微處理處理器相連，IGBT功率開關(guān)管Ql的集電極與輸入開關(guān)相連。前述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q2，三極管Q2的基極通過穩(wěn)壓管DZl與電阻Rl相連，三極管Q2的集電極與通過電阻R4 與IGBT功率開關(guān)管Ql的基極相連，三極管Q2的集電極同時(shí)通過電阻R3與直流繼電器RLl 相連，電阻R5與電容C2并聯(lián)，兩端分別與三極管Q2的發(fā)射極、電阻R4與IGBT功率開關(guān)管 Ql的基極之間的節(jié)點(diǎn)相連，電阻R2與二極管Dl串聯(lián)連接后與電阻Rl并聯(lián)，穩(wěn)壓管DZl與電阻Rl之間的節(jié)點(diǎn)通過鋁電解電容器Cl與三極管Q2的發(fā)射極相連。前述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述直流變換器包括脈沖寬度調(diào)制芯片3525及其外圍控制電路，功率開關(guān)管Qll通過驅(qū)動(dòng)電路二與脈沖寬度調(diào)制芯片3525相連，續(xù)流二極管Dl 1、濾波電容Cf和附加PTC熱敏電阻條依次并聯(lián)連接，濾波電感Lf串聯(lián)連接于續(xù)流二極管Dll和濾波電容Cf之間，續(xù)流二極管Dll與濾波電感Lf之間的節(jié)點(diǎn)通過功率開關(guān)管Qll接入輸入開關(guān)，續(xù)流二極管Dll的另一端也接入輸入開關(guān)并接地。本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果1)通過控制多路投切開關(guān)的投入數(shù)量和調(diào)節(jié)直流變換器的放電電流給定實(shí)現(xiàn)放電電流的粗調(diào)和微調(diào)，調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)速度快；2)投切開關(guān)通過普通繼電器和IGBT并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。其中，IGBT只在繼電器關(guān)斷后短時(shí)間內(nèi)流過電流，有效避免繼電器拉弧，避免了常規(guī)功率管開關(guān)需要散熱器、通風(fēng)等必需的散熱措施，簡化了裝置結(jié)構(gòu)，提高了可靠性；3)微處理器直接給出放電電流給定信號(hào)到直流變換器，變換器通過改變輸出電壓實(shí)現(xiàn)放電電流微調(diào)，調(diào)節(jié)精度高；4)放電裝置可由多個(gè)放電模塊并聯(lián)組成，可選擇自動(dòng)電流分配模式和手動(dòng)電流分配模式，實(shí)現(xiàn)不同容量放電裝置的并聯(lián)，使用靈活；5)微處理器可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)放電容量和放電曲線等數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，可保證蓄電池放電過程的安全可靠。

圖1為本實(shí)用新型放電裝置原理框圖；圖2單個(gè)放電模塊原理框圖；圖3投切開關(guān)原理框圖；圖4 BUCK型直流變換器原理框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型根據(jù)蓄電池的容量和放電電流要求，由一臺(tái)或多臺(tái)恒流放電模塊并聯(lián)組成，每個(gè)放電模塊之間通過通訊線連接，其原理框圖如圖1所示。蓄電池連接到每個(gè)放電模塊的輸入開關(guān)，每個(gè)放電模塊根據(jù)主放電模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)和指令，控制自身電阻條投切開關(guān)的投入數(shù)量并調(diào)節(jié)送到直流變換器的電流給送調(diào)節(jié)蓄電池放電電流，進(jìn)行放電操作。圖2給出了單個(gè)放電模塊的原理框圖。每個(gè)放電模塊主要由輸入開關(guān)、放電電壓和放電電流檢測(cè)電路、微處理器、多個(gè)投切開關(guān)、一個(gè)直流變換器、多個(gè)PTC熱敏電阻條及多個(gè)風(fēng)扇組成。PTC熱敏電阻條采用低熱高效新型PTC電熱元件，體積小，使用方便，可長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，無紅熱危險(xiǎn)，對(duì)人體及其周圍設(shè)備無任何干擾和噪音污染，比較適合用于蓄電池的放電負(fù)載。放電時(shí)，微處理器通過人機(jī)操作與顯示界面或者通信方式接收到放電電流指令后，比較擬放電電流值與1 10號(hào)PTC熱敏電阻條和直流變換器的額定放電電流大小，通過運(yùn)算或者查表的方式確定投入的投切開關(guān)的數(shù)量和位置，并將相應(yīng)的電流給定信號(hào)送到直流變換器。放電裝置在工作過程中，通過控制投切開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷數(shù)量實(shí)現(xiàn)對(duì)放電電流的粗調(diào)，通過調(diào)節(jié)直流變換器放電電流給定實(shí)現(xiàn)對(duì)放電電流的微調(diào)。其中，直流變換器的放電電流給定可以直接利用微處理器的D/A輸出實(shí)現(xiàn)，也可利用微處理器和外接D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)合實(shí)現(xiàn)。圖3給出了投切開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路的原理框圖。該電路主要由直流繼電器RL1、 IGBT功率開關(guān)管Q1、電阻Rl R5、普通二極管D1、穩(wěn)壓二極管DZ1、三極管Q2、鋁電解電容器Cl、CBB電容C2、+12V工作電源組成?？刂菩盘?hào)Sl為低電平時(shí)，分析可知Ql和RLl均處于導(dǎo)通狀態(tài)。由于繼電器的內(nèi)阻幾乎為零，因此正常導(dǎo)通工作過程中IGBT處于被短路狀態(tài)，流過的電流為零。投切開關(guān)需要斷開時(shí)，控制信號(hào)Sl瞬間變成高電平，RLl在經(jīng)過IOms (此時(shí)間與繼電器的特性有關(guān))左右的延遲后迅速關(guān)斷，放電電流轉(zhuǎn)移到IGBT。同時(shí)，控制信號(hào)Sl變成高電平后，通過電阻Rl給電解電容Cl充電，直到電解電容Cl的端電壓超過穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓與三極管Q2的基極驅(qū)動(dòng)電壓之和后(這段時(shí)間可通過調(diào)節(jié)Rl和Cl的數(shù)值實(shí)現(xiàn)，一般可控制在IOOms以內(nèi))，三極管Q2導(dǎo)通，并聯(lián)的IGBT由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)變成低電平而關(guān)斷。投切開關(guān)關(guān)斷過程中，由于繼電器首先斷開，IGBT流過放電電流，通過驅(qū)動(dòng)電路延時(shí)使得IGBT在繼電器完全斷開后再關(guān)斷，避免繼電器拉弧損壞。整個(gè)過程中，IGBT的發(fā)熱幾乎可忽略不計(jì)，避免了常規(guī)只用M0SFET/IGBT作為投切開關(guān)時(shí)必須的散熱器和通風(fēng)措施。如果接下來要開通投切開關(guān)，則控制信號(hào)Sl重新變成低電平，繼電器RLl迅速開通，Cl 通過Dl和R2快速放電，Q2截止，IGBT也迅速導(dǎo)通，從而完成導(dǎo)通控制過程。由于繼電器內(nèi)阻幾乎為零，IGBT被繼電器短路，不流過電流。圖4以BUCK型直流變換器為例說明直流變換器的電流調(diào)節(jié)原理。該變換器主要由脈沖寬度調(diào)制芯片3525及其外圍控制電路、功率開關(guān)管Q11、續(xù)流二極管D1、濾波電感Lf 和濾波電容Cf組成。調(diào)節(jié)過程中，微處理器將所需的放電電流轉(zhuǎn)換成電壓量送到3525外圍控制電路，控制電路將該電壓量通過一系列運(yùn)算和調(diào)節(jié)后，輸出占空比可調(diào)的PWM脈沖給功率管Q11，通過調(diào)節(jié)BUCK變換器的輸出電壓實(shí)現(xiàn)放電電流微調(diào)。直流變換器除了上述的BUCK電路外，也可以是BUCK/BOOST等其它不同類型。工作過程中，微處理器將所需的放電電流轉(zhuǎn)換成電壓量送到直流變換器后，直流變換器通過改變輸出電壓以便對(duì)放電電流進(jìn)行微調(diào)。為了減小電流調(diào)節(jié)過程對(duì)蓄電池的沖擊，微處理器的放電電流給定從小到大逐漸變化，這樣直流變換器對(duì)應(yīng)的輸出電壓和放電電流也逐漸從小變大，并很快穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)恒定的數(shù)值。放電裝置需要多個(gè)放電模塊并聯(lián)工作時(shí)，首先通過每個(gè)放電裝置對(duì)應(yīng)的撥碼開關(guān)設(shè)定模塊地址。地址為1的放電模塊為主放電模塊，對(duì)整個(gè)放電過程進(jìn)行控制和管理；地址為2、3···的放電模塊為從模塊，接受主機(jī)的數(shù)據(jù)和控制指令。并聯(lián)時(shí)有兩種放電電流分配模式[0030] 1)自動(dòng)電流分配模式。主放電模塊根據(jù)自身額定放電電流和通過通信方式獲取的其它并聯(lián)放電模塊的額定放電電流值，以及人工設(shè)置的蓄電池放電電流數(shù)值，按比例設(shè)置所有放電模塊的放電電流大小，并通過通訊方式將放電電流、放電時(shí)間和放電截止電壓等相關(guān)數(shù)據(jù)和指令傳送給從放電模塊。 2 )手動(dòng)電流分配模式。通過主放電模塊直接設(shè)置所有放電模塊的放電電流值，并通過通信方式將相關(guān)數(shù)據(jù)和指令傳送給從放電模塊。下面以甲、乙兩個(gè)110V/100A放電模塊并聯(lián)、以手動(dòng)和自動(dòng)兩種放電電流分配方式為蓄電池提供150A放電電流為例進(jìn)行說明。設(shè)每個(gè)放電模塊的每個(gè)PTC熱敏電阻條的額定參數(shù)是110V/1100W，即單個(gè)電阻條的額定放電電流為IOA0將兩個(gè)放電模塊通過RS485 通信線連接起來，利用撥碼開關(guān)設(shè)置甲模塊為主模塊，乙模塊為從模塊。同時(shí)，通過鍵盤等手段在主模塊輸入放電截止電壓、并聯(lián)模塊數(shù)等相關(guān)信息。甲模塊在檢測(cè)到自身地址為1 即主模塊后，根據(jù)并聯(lián)模塊的數(shù)量通過RS485用廣播應(yīng)答方式向乙模塊發(fā)送放電指令和查詢信息。乙模塊在檢測(cè)到自身地址為2即從模塊后，RS485總線除回復(fù)主模塊信息外一直處于接收信息狀態(tài)。一旦接收信息對(duì)應(yīng)的地址與自身地址相符，則將自身相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到主模塊(1)手動(dòng)電流分配模式通過主模塊設(shè)置并聯(lián)模塊數(shù)為2個(gè)，放電截止電壓為90V， 主模塊放電電流為85A，從模塊放電電流為65A。主模塊接收到相關(guān)指令后，通過微處理器控制1 8號(hào)PTC熱敏電阻條對(duì)應(yīng)投切開關(guān)導(dǎo)通，同時(shí)給出5A對(duì)應(yīng)的電壓模擬信號(hào)(2V)到 BUCK變換器，該變換器輸出約55V電壓對(duì)應(yīng)5A放電電流。同理，從模塊控制1 6號(hào)PTC 熱敏電阻條對(duì)應(yīng)投切開關(guān)導(dǎo)通，并給出5A對(duì)應(yīng)的電壓模擬信號(hào)(2V)到BUCK變換器以輸出 5A電流。放電過程中，由主模塊對(duì)整個(gè)放電過程進(jìn)行管理，一旦檢測(cè)到蓄電池電壓低于放電截止電壓90V后，給所有模塊發(fā)出停止放電指令，所有導(dǎo)通的電阻條投切開關(guān)依次斷開，以減少對(duì)蓄電池的沖擊。這種方式適合不同容量的放電模塊并聯(lián)。(2)自動(dòng)電流分配模式主模塊檢測(cè)到兩個(gè)放電模塊的放電容量均為110V/100A 后、總放電電流為150A、放電模式為自動(dòng)模式后，自動(dòng)將75A的放電電流指令發(fā)送到所有模塊。主從模塊在接到指令后，控制1 7號(hào)PTC熱敏電阻條對(duì)應(yīng)投切開關(guān)導(dǎo)通，并給出5A 對(duì)應(yīng)的電壓模擬信號(hào)(2V)到BUCK變換器以輸出5A電流。蓄電池電壓到達(dá)放電截止電壓后，處理方法與手動(dòng)電流分配方式相同。這種方式適合相同容量的放電模塊并聯(lián)。以上已以較佳實(shí)施例公開了本實(shí)用新型，然其并非用以限制本實(shí)用新型，凡采用等同替換或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于包括相互并聯(lián)連接的一臺(tái)或多臺(tái)恒流放電模塊，每個(gè)放電模塊之間通過通訊線連接，每個(gè)放電模塊與蓄電池連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述放電模塊包括輸入開關(guān)，輸入開關(guān)與放電蓄電池相連，放電電壓和放電電流檢測(cè)電路與處理器相連，多個(gè)投切開關(guān)分別與輸入開關(guān)、微處理器相連，每個(gè)投切開關(guān)與一個(gè)PTC熱敏電阻條相連，直流變換器分別與微處理器、每個(gè)PTC熱敏電阻條相連，直流變換器同時(shí)與一附加 PTC熱敏電阻條相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述微處理器同時(shí)與人機(jī)操作顯示界面相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述投切開關(guān)包括相互并聯(lián)的直流繼電器RLl和IGBT功率開關(guān)管Ql及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，直流繼電器RLl與微處理處理器相連，IGBT功率開關(guān)管Ql的集電極與輸入開關(guān)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q2，三極管Q2的基極通過穩(wěn)壓管DZl與電阻Rl相連，三極管Q2的集電極與通過電阻R4與IGBT功率開關(guān)管Ql的基極相連，三極管Q2的集電極同時(shí)通過電阻R3與直流繼電器RLl相連，電阻R5與電容C2并聯(lián)，兩端分別與三極管Q2的發(fā)射極、電阻R4與 IGBT功率開關(guān)管Ql的基極之間的節(jié)點(diǎn)相連，電阻R2與二極管Dl串聯(lián)連接后與電阻Rl并聯(lián)，穩(wěn)壓管DZl與電阻Rl之間的節(jié)點(diǎn)通過鋁電解電容器Cl與三極管Q2的發(fā)射極相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于所述直流變換器包括脈沖寬度調(diào)制芯片3525及其外圍控制電路，功率開關(guān)管Qll通過驅(qū)動(dòng)電路二與脈沖寬度調(diào)制芯片3525相連，續(xù)流二極管D11、濾波電容Cf和附加PTC熱敏電阻條依次并聯(lián)連接，濾波電感Lf串聯(lián)連接于續(xù)流二極管Dll和濾波電容Cf之間，續(xù)流二極管Dll與濾波電感Lf之間的節(jié)點(diǎn)通過功率開關(guān)管Qll接入輸入開關(guān)，續(xù)流二極管Dll的另一端也接入輸入開關(guān)并接地。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種并聯(lián)型蓄電池大電流恒流放電裝置，其特征在于包括相互并聯(lián)連接的一臺(tái)或多臺(tái)恒流放電模塊，每個(gè)放電模塊之間通過通訊線連接，每個(gè)放電模塊與蓄電池連接。放電模塊通過控制投切開關(guān)的投入數(shù)量和調(diào)節(jié)送到直流變換器的電流給定值實(shí)現(xiàn)放電電流的粗調(diào)和微調(diào)。本裝置放電電流控制調(diào)節(jié)精度高、結(jié)構(gòu)簡單、可實(shí)現(xiàn)不同容量放電模塊并聯(lián)、并聯(lián)時(shí)具有自動(dòng)和手動(dòng)等不同電流分配模式。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201956727SQ201120084348
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者丁志剛, 吳鳴, 吾喻明, 周斌, 尹宏旭, 張蓓蓓, 洪福斌, 董浩, 陳良亮, 鮑恩奇 申請(qǐng)人:國電南瑞科技股份有限公司