一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置，包括：采集板和放電板；其中，所述采集板包括光耦繼電器通道切換電路，譯碼驅動電路，放電驅動電路，模數(shù)轉換器，單片機以及溫度測量單元；所述放電板包括繼電器，熔斷器，放電主回路保護電路，放電電流測量單元以及功率負載；所述裝置用于同時測試最多八節(jié)蓄電池的參數(shù)，所述參數(shù)包括內阻，浮充電，溫度以及連接條電阻中的至少一種。本發(fā)明實施例技術方案中，采用直流放電法測試內阻，可用于八節(jié)蓄電池的監(jiān)測，采用分布式測量，測試結果受采集線長度影響小，且由于采用獨立的功率負載和前向通道的切換技術使成本大大縮減。
【專利說明】一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)蓄電池在線監(jiān)測【技術領域】，具體涉及一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置。
【背景技術】
[0002]閥控鉛酸蓄電池作為電力系統(tǒng)直流操作電源的后備電源具有重要的作用，在變電站主變二次側發(fā)生短路故障時，交流失電后直流系統(tǒng)整流模塊無輸出，保護系統(tǒng)通過后備電源啟動保護并跳閘，如果后備電池的故障(開路，容量不足)無法提供保護跳閘所需的直流電源，將導致主變的燒毀；由于直流系統(tǒng)后備電池故障導致的電廠、變電站損失的案例舉不勝舉。蓄電池的設計壽命為12年，往往部分蓄電池運行不到6年就發(fā)生容量下降和失水劣化，需要一套行之有效的方法將這些在設計壽命周期內劣化的蓄電池分辨出來，時間證明蓄電池內阻與電池的容量關聯(lián)性最大，內阻的明顯增加反映了蓄電池容量的降低或是內部極板腐蝕、硫化狀況在加重，需要提前對蓄電池進行活化或維修。
[0003]目前內阻測試方法有交流法和瞬間大電流放電直流法；前者需要向蓄電池注入一定頻率的交流信號，通過測量電池兩端的電壓交流分量以及電壓電流的相位差將蓄電池阻抗的實部計算出來，由于蓄電池內部有很大的法拉級電容，將部分交流信號旁路，以及直流系統(tǒng)廣泛存在50-60Ηζ紋波，將影響交流法的測量精度；通過理論計算結果可知使用不同的頻率測試到的內阻可能是錯誤的(和實際內阻的變化相反)。直流瞬間大電流放電法測試內阻，使用歐姆定律計算蓄電池的內阻，具有良好的可重復精度以及不受充電機紋波的影響，便于在線監(jiān)測系統(tǒng)中應用，被廣泛采用。實踐發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的內阻測試方法，其測試結果受采集線長度影響大，不 夠精確。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明實施例提供一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置，以便更精確的測量閥控鉛酸蓄電池內阻。
[0005]本發(fā)明實施例提供的一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置，包括:采集板和放電板；其中，所述采集板包括光耦繼電器通道切換電路，譯碼驅動電路，放電驅動電路，模數(shù)轉換器，單片機以及溫度測量單元；所述放電板包括繼電器，熔斷器，放電主回路保護電路，放電電流測量單元以及功率負載；所述裝置用于同時測試最多八節(jié)蓄電池的參數(shù)，所述參數(shù)包括內阻，浮充電，溫度以及連接條電阻中的至少一種。
[0006]由上可見，本發(fā)明實施例技術方案中，采用直流放電法測試內阻，可用于八節(jié)蓄電池的監(jiān)測，采用分布式測量，測試結果受采集線長度影響小，且由于采用獨立的功率負載和前向通道的切換技術使成本大大縮減。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例技術方案，下面將對實施例和現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0008]圖1是本發(fā)明實施例提供的閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置的電路原理圖；
圖2是前向通道開關譯碼驅動電路的原理圖；
圖3是內阻測試電路原理示意圖；
圖4是放電繼電器驅動邏輯及保護互鎖示意圖；
圖5是主回路硬件保護電路原理示意圖；
圖6是內阻測試回路的測試原理示意圖；
圖7是內阻測試的波形示意圖；
圖8和圖9是本發(fā)明實施例閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置的外觀示意圖。
【具體實施方式】
[0009]本發(fā)明實施例提供一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置，。為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0010]實施例一
請參考圖1，本發(fā)明實施例提供一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置，該裝置可包括:采集板和放電板；其中，所述采集板包括光耦繼電器通道切換電路，譯碼驅動電路，放電驅動電路，模數(shù)轉換器，單片機以及溫度測量單元；所述放電板包括繼電器，熔斷器，放電主回路保護電路，放電電流測量單元以及功率負載；所述裝置用于同時測試最多八節(jié)蓄電池的參數(shù)，所述參數(shù)包括內阻，浮充電，溫度以及連接條電阻中的至少一種。
[0011]本發(fā)明實施例閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置的外觀如圖8和圖9所示。
[0012]本發(fā)明一些實施例中，所述的光耦繼電器通道切換電路，采用具有400V耐壓的單通道光繼電器AB30S，并且使用16片AB30s實現(xiàn)對8節(jié)蓄電池的電壓、內阻、以及連接條電阻的測量；所述譯碼驅動電路，使用兩片74HC138譯碼輸出控制前向通道的切換，以確保任何時刻通道切換開關只有2個處于接通狀態(tài)，防止由于通道的錯誤開通導致蓄電池的短路故障。
[0013]本發(fā)明一些實施例中，所述放電驅動電路，使用可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)芯片74HC123的輸出作為兩路放電執(zhí)行和放電使能輸出的使能信號，在CPU正常運行時使能允許兩路放電執(zhí)行和放電使能輸出，否則兩路放電執(zhí)行和放電使能輸出閉鎖。
[0014]本發(fā)明一些實施例中，所述模數(shù)轉換器實現(xiàn)對蓄電池內阻的測量，所述模數(shù)轉換器的前端采用一個增益為100的儀表放大器，蓄電池的正極通過一個采樣保持器連接到儀表放大器的負輸入端，蓄電池的正極連至儀表放大器的正輸入端。
[0015]本發(fā)明一些實施例中，所述模數(shù)轉換器控制蓄電池放電一段時間后，在釋放放電繼電器的同時觸發(fā)米樣保持，此時儀表放大器的負輸入端為放電繼電器釋放前一瞬間的電池的電壓，儀表放大器的正極為放電繼電器釋放后蓄電池的電壓，儀表放大器的輸出為放電繼電器釋放時電池產生的一個短時間階躍電壓的100倍；通過模數(shù)轉換器快速轉換，得到由于放電電流在蓄電池內阻上產生壓降的100倍；此電壓與放電電流的比值即可獲得蓄電池的內阻。
[0016]本發(fā)明一些實施例中，所述溫度測量單元由一個獨立的單片機處理，并將溫度數(shù)據(jù)通過串口傳送給單片機；所述溫度測量單元，采用一線制數(shù)字溫度傳感器探頭18B20，并采用溫度探頭ID自動識別的工作模式。
[0017]本發(fā)明一些實施例中，所述繼電器，使用PCB焊接型14V80A觸點容量的汽車級功率繼電器。
[0018]本發(fā)明一些實施例中，所述裝置的工作電源由作為測試對象的蓄電池獲得。
[0019]本發(fā)明一些實施例中，所述放電主回路保護電路的工作電源取自放電負載的兩端，當負載兩端有電壓時，保護電路開始工作，并對一個比較器的正輸入端的電容充電，當電壓大于比較器負輸入端的基準電壓時，比較器輸出變位并驅動保護繼電器，將部分負載短路使放電主回路電流增加并快速燒斷主回路熔斷器；其中，所述保護繼電器的驅動電源取自蓄電池。
[0020]本發(fā)明一些實施例中，所述功率負載由6個50瓦、0.1歐姆1%的黃金鋁殼電阻兩并三串組成，可實現(xiàn)35A?42A放電電流。
[0021 ] 由上可見，本發(fā)明實施例技術方案中，采用直流放電法測試內阻，可用于八節(jié)蓄電池的監(jiān)測，采用分布式測量，測試結果受采集線長度影響小，且由于采用獨立的功率負載和前向通道的切換技術使成本大大縮減。
[0022]實施例二
本發(fā)明實施例提供的閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置如圖1所示，其信號采集由通道切換開關2及譯碼驅動電路7組成，保證任何時刻通道切換開關只有一對接通，防止由于多個開關誤動作導致蓄電池短路，通過開關的組合選通可對蓄電池的端電壓和連接條電阻進行測量；模數(shù)轉換電路(ACD)由開關后方的差分電路和高速模數(shù)轉換器組成。使用一個獨立的單片機提供對8節(jié)蓄電池負極柱溫度的測量，采用一線制數(shù)字溫度傳感器18B20作為溫度探頭，最多可以接入8個溫度探頭，并將溫度采集數(shù)據(jù)通過一個隔離的串口傳給主cpu處理。
[0023]由于選用14伏80安觸點容量的汽車繼電器，一個繼電器只能對四節(jié)電池進行放電，所以將8節(jié)蓄電池分成兩個部分，如圖1所示。繼電器I動作時對前四節(jié)蓄電池放電，繼電器11動作時對后四節(jié)蓄電池放電；兩部分的放電負載有一個共用的功率電阻負載5實現(xiàn)，采用6個50W 0.1歐兩并三串形成一個0.15歐300W的負載。放電電流測量6，是通過測量1/3負載上的壓降實現(xiàn)。
[0024]如圖4所示，所述放電開關驅動和保護8 (即放電驅動電路)，是通過一系列邏輯條件和互鎖，使兩個主回路放電開關避免同時動作、避免在系統(tǒng)死鎖時誤動作、避免受干擾時誤動作，如圖3所示。其中放電主回路還設計有簡單可靠的硬件保護電路，如圖5所示；當放電繼電器12失控無法釋放時，負載兩端的電壓經過整流橋給保護電路供電，并通過電阻16向電容17充電，當比較器20正輸入端的電壓超過負輸入端的電壓時，比較器20輸出翻轉，驅動保護繼電器14，其觸點將負載13的2/3電阻短路使負載突變以致電流成倍增加達到燒毀熔斷器21的效果，從而達到保護放電主回路的目的。[0025]內阻測試單元由采樣保持器、儀表放大器、高速ADC組成，通過控制釋放放電繼電器的同時觸發(fā)采樣保持器將繼電器釋放前電池的電壓保持在儀表放大器的負輸入端，當繼電器釋放后電池的階躍電壓加在儀表放大器的正輸入端，儀表放大器的輸出為繼電器釋放的一瞬間電池電壓產生的階躍響應，并放大100倍，可以通過高速ADC將該階躍電壓捕獲(完成一次采保到結束轉換只需3uS時間)。該電壓與放電電流的比值即為對應蓄電池的內阻值。
[0026]所述連接電阻的測量是通過將連接條兩端的電壓放大測量，得到的連接條兩端的電壓與放電電流的比值即為連接條的電阻。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明一些實施例中，前向通道采用16片光耦繼電器切換，具有400V的耐壓性能，通過2片74HC138譯碼器輸出驅動光繼電器的接通，由圖2所示，其中一片74HC138驅動8節(jié)電池的正極開關的閉合，任何時刻只允許一個開關閉合；另一片74HC138驅動8節(jié)電池的負極開關的閉合，任何時刻只允許一個開關閉合；由圖1，當通道切換單元2中的開關I和開關2閉合時，可以測量1#電池的電壓，當開關2和開關3閉合時可以測量1#’2#電池間的連接條壓降，以此類推。[0028]如圖1所示，本發(fā)明一些實施例中，所述裝置將八節(jié)電池串等分成前后兩部分，通過2個14伏80A的汽車繼電器I和11分別對前面4節(jié)和后面4節(jié)電池進行放電，放電繼電器的執(zhí)行具有可靠的邏輯保護和互鎖，如圖4所示，所述的“系統(tǒng)正?！睏l件是指主CPU正常運行時，不斷的觸發(fā)一個“可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路”，如果CPU死鎖或上電初始化時，單穩(wěn)態(tài)電路輸出0，閉鎖放電繼電器使之無法動作；在“系統(tǒng)正?！睏l件滿足的情況下，還需“繼電器開出1、2使能信號”和“繼電器開出1、2執(zhí)行信號”同時有效時方可驅動放電繼電器I或11。
[0029]本發(fā)明一些實施例中，所述裝置將八節(jié)蓄電池的內阻測量分成2部分進行，第一部分測試前4節(jié)電池內阻，第二部分測試后4節(jié)蓄電池內阻；每一部分內阻測試需要4個放電周期才能完成，如圖7所示:對于第一部分內阻測試，系統(tǒng)啟動圖1所述的放電繼電器1，放電主回路獲得35~42安的放電電流；
放電負載R=0.15 Ω，總電壓為U=2.225*4=8.9V，考慮到放電線纜、連接器上的電阻R’，放電電流 I=U/(R+R，)=35~42A;
在放電繼電器I閉合3秒后，系統(tǒng)控制主回路電流的測量獲得第一節(jié)電池的放電電流II，并測量1#電池與2#電池間連接條的壓降Ucl，立即釋放繼電器I并捕獲1#電池上的階躍電壓AU1，0.5秒后第二次閉合放電繼電器I并持續(xù)一秒后測量2#電池的放電電流12，并測量2#電池與3#電池間的連接條的壓降Uc2，再次釋放繼電器I并捕獲2#電池上的階躍電壓AU2，0.5秒后第三次閉合放電繼電器I并持續(xù)一秒后測量3#電池的放電電流13，并測量3#電池與4#電池間的連接條的壓降Uc3，再次釋放繼電器I并捕獲3#電池上的階躍電壓AU3 ;0.5秒后第四次閉合放電繼電器I并持續(xù)一秒后測量4#電池的放電電流14，并測量4#電池與5#電池間的連接條的壓降Uc4，再次釋放繼電器I并捕獲4#電池上的階躍電壓AU4，如此完成第一部分前四節(jié)電池的內阻測試工作；
計算出1#~4#的連接條電阻:
Rci=Uci/Ii (i=1~4)
計算出1#~4#的電池內阻:Ri=AUi/Ii (?=4)
同理，通過操作圖一中放電繼電器11，完成第二部分后四節(jié)電池的內阻測試工作； 計算出5#~8#的連接條電阻:
Rci=Uci/Ii (i=5~8)
計算出5#~8#的電池內阻:
Ri=AUi/Ii (i=5~8)
由圖3所示，本發(fā)明一些實施例中，對蓄電池內阻測量環(huán)節(jié)，使用TI儀表放大器INA141，增益固定為100，采樣保持器23的輸出與儀表放大器24的負輸入端相連，采保23的輸入端、電池正極以及儀表放大器24的正輸入端相連。測試原理是:當切換放電繼電器從閉合到釋放的一瞬間，電池兩端產生的階躍電壓，經過儀表放大器的精確放大100倍后由16位ADC快速捕獲，如圖6所示；考慮到儀表放大器的增益誤差為0.05%, ADC的INL為2 LSB;折算到內阻的計算中，對R的測量有優(yōu)于1%的精度。對于一個2V、500安時的鉛酸蓄電池，假設其內阻為350μ Ω，放電電流為40Α，則在放電繼電器釋放切斷負載時，電池將會在這一瞬間產生一個40Α*350μ Ω =14mV的階躍電壓；通過儀表放大器的輸出為14mV*(100*1.005) =1.40007V ;ADC 轉換結果為 1.40018V (基準電壓為 2.5V, INL 為 2LSB)，考慮電流測量的精度可達0.5%，則計算出的內阻R=L 40018/1000/(40*1.005)=348 μ Ω，計算誤差為(350-348) /350=0.6%。
[0030]由上可見，本發(fā)明實施例通過給電池串接一個0.75πιΩ電阻(g卩100Α 75mV分流
器)，做若干次測量，再將分流器去掉在做若干次測量，兩組測試結果的差值為0.740-0.760之間，表現(xiàn)良好的測量精度和測試可重復度。
[0031]在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳細描述的部分，可以參見其它實施例的相關描述。
[0032]以上對本發(fā)明實施例所提供的一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置進行了詳細介紹，但以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，不應理解為對本發(fā)明的限制。本【技術領域】的技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種閥控鉛酸蓄電池內阻采集裝置，其特征在于，包括: 采集板和放電板；其中，所述采集板包括光耦繼電器通道切換電路，譯碼驅動電路，放電驅動電路，模數(shù)轉換器，單片機以及溫度測量單元；所述放電板包括繼電器，熔斷器，放電主回路保護電路，放電電流測量單元以及功率負載；所述裝置用于同時測試最多八節(jié)蓄電池的參數(shù)，所述參數(shù)包括內阻，浮充電，溫度以及連接條電阻中的至少一種。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述的光耦繼電器通道切換電路，采用具有400V耐壓的單通道光繼電器AB30S，并且使用16片AB30s實現(xiàn)對8節(jié)蓄電池的電壓、內阻、以及連接條電阻的測量；所述譯碼驅動電路，使用兩片74HC138譯碼輸出控制前向通道的切換，以確保任何時刻通道切換開關只有2個處于接通狀態(tài)，防止由于通道的錯誤開通導致蓄電池的短路故障。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述放電驅動電路，使用可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)芯片74HC123的輸出作為兩路放電執(zhí)行和放電使能輸出的使能信號，在cpu正常運行時使能允許兩路放電執(zhí)行和放電使能輸出，否則兩路放電執(zhí)行和放電使能輸出閉鎖。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述模數(shù)轉換器實現(xiàn)對蓄電池內阻的測量，所述模數(shù)轉換器的前端采用一個增益為100的儀表放大器,蓄電池的正極通過一個米樣保持器連接到儀表放大器的負輸入端,蓄電池的正極連至儀表放大器的正輸入端。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述模數(shù)轉換器控制蓄電池放電一段時間后，在釋放放電繼電器的同時觸發(fā)采樣保持，此時儀表放大器的負輸入端為放電繼電器釋放前一瞬間的電池的電壓，儀表放大器的正極為放電繼電器釋放后蓄電池的電壓，儀表放大器的輸出為放電繼電器釋放時電池產生的一個短時間階躍電壓的100倍；通過模數(shù)轉換器快速轉換，得到由于放電電流在蓄電池內阻上產生壓降的100倍；此電壓與放電電流的比值即可獲得蓄電池的內阻。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述溫度測量單元由一個獨立的單片機處理，并將溫度數(shù)據(jù)通過串口傳送給單片機； 所述溫度測量單元，采用一線制數(shù)字溫度傳感器探頭18B20，并采用溫度探頭ID自動識別的工作模式。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述繼電器，使用PCB焊接型14V80A觸點容量的汽車級功率繼電器。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述裝置的工作電源由作為測試對象的蓄電池獲得。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述放電主回路保護電路的工作電源取自放電負載的兩端，當負載兩端有電壓時，保護電路開始工作，并對一個比較器的正輸入端的電容充電，當電壓大于比較器負輸入端的基準電壓時，比較器輸出變位并驅動保護繼電器，將部分負載短路使放電主回路電流增加并快速燒斷主回路熔斷器； 其中，所述保護繼電器的驅動電源取自蓄電池。
10.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于:所述功率負載由6個50瓦、0.1歐姆1%的黃金鋁殼電阻兩并三串組成，可實現(xiàn)35A~42A 放電電流。
【文檔編號】G01R27/02GK103941094SQ201410021399
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權日:2014年1月16日
【發(fā)明者】張燦爛, 戴路加, 李仲卿, 翦志強, 曹紅喜 申請人:深圳市金宏威技術股份有限公司