一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，包括DA輸出控制電路、電流放大電路、分段負載接入控制電路、電流采集放大電路、電流AD轉換電路、電壓采集AD轉換電路、單片機運算控制電路及人機交互模塊，單片機運算控制電路分別與人機交互模塊、DA輸出控制電路、電流AD轉換電路、分段負載接入控制電路及電壓采集AD轉換電路連接，DA輸出控制電路與電流放大電路連接，分段負載接入控制電路分別與電流放大電路及電壓采集AD轉換電路連接，電流采集放大電路分別與電流放大電路、分段負載接入控制電路及電流AD轉換電路連接。本實用新型實現電流恒定，能夠迅速、穩(wěn)定的按設定值對直流電源設備進行高精度的放電。
【專利說明】
一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載
技術領域
[0001]本實用新型涉及直流電子負載領域，尤其涉及一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載。
【背景技術】
[0002]在電力繼電保護系統(tǒng)中，通常會用蓄電池組作為電子繼電保護系統(tǒng)的后備電源，為了確保電力繼電保護系統(tǒng)的可靠運行，蓄電池組必須時刻保持有效狀態(tài)，而驗證蓄電池組是否有效的最直接有效的手段就是對蓄電池組進行核對性放電。核對性放電是根據被測蓄電池組的標稱容量，按一恒定的電流持續(xù)進行放電(鉛酸蓄電池通常為0.1C)，若持續(xù)的時間達到標稱容量的要求，則說明被測蓄電池組容量滿足要求。因此，在此驗證過程中需要提供一種給蓄電池組放電的負載設備。由于蓄電池組的容量較大，放電電流也較大，提供放電的負載設備通常需要具有幾千瓦甚至上萬瓦的功率。
[0003 ]行業(yè)內現有對蓄電池組進行核對性放電的大功率直流電子負載主要有四種。
[0004]第一種是采用一固定的大功率純電阻負載(如圖1所示)，由于其負載是固定不變，不可調節(jié)，因此僅適用某一種固定容量的蓄電池組E，無法適應多種不同容量的蓄電池組E;而且隨著蓄電池組E的放電，蓄電池組E的電壓隨之降低，在負載電阻不變的情況下，放電電流會隨之下降，無法恒定，即不能恒流放電。
[0005]第二種是采用多個開關(包括繼電器或電子開關(M0S管，IGBT管))和電阻絲負載組合導通來實現(如圖2所示)，這種負載雖然可以設定接入的負載大小，可以適應多種不同容量的蓄電池組E，應用范圍寬了些，但是可設放電的步進電流粗略，根據設定的電流值，選擇多少個開關閉合使對應的電阻絲負載切入放電，由于通過開關的閉合來選擇多大的電阻負載切入，因此無法做得連續(xù)可調，其步進電流粗糙，與設定電流差值較大；同時，由于放電過程中電阻負載的發(fā)熱導致電阻變化，使得放電電流也產生變化。
[0006]第三種是采用PWM信號控制負載按占空比導通的方式來實現(如圖3所示)，該方法并不是真正意義上的恒流放電，只是電流有效值為設定的恒定值，通常采用Pmi信號驅動IGBT管控制負載電阻按一定時間比例導通，使其電流有效值恒定。由于現有的數字控制電路能讓PWM信號控制精度做得很高，因此該方法的可設范圍寬，電流步進精細，但該方法是采用高頻的控制負載不斷的導通和斷開，其產生的電流諧波很大，由于導通電流很大，可能會導致某些被測對象測試過流保護或沖擊損壞。
[0007]第四種是采用控制大功率PTC電阻負載的溫度來實現(如圖4所示)，由于PTC電阻負載的溫度系數特性，通過控制其溫度能控制其阻值變化，同樣，若控制其溫度保持在恒定值，其阻值也恒定(同等電壓下)，因此采用控制PTC電阻負載的溫度來實現控制其電阻值，從而控制負載電流，但是控制PTC電阻負載的溫度只能通過熱量傳導的方式，因此控制緩慢，在剛啟動或電壓變化時，無法立刻控制電流值為設定值;若在放電過程中發(fā)生一些參數變化時，調整電流就比較緩慢。
【發(fā)明內容】
[0008]本實用新型要解決的技術問題，在于提供一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，采用高速單片機運算電路配合分段負載接入控制電路的方式，通過分段切入純電阻負載以及控制晶體管的導通電流來實現電流恒定，能夠迅速、穩(wěn)定的按設定值對直流電源設備進行高精度的放電，可設定范圍寬，真正恒流放電，無電流諧波。
[0009]本實用新型是這樣實現的:
[0010]—種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，包括DA輸出控制電路、電流放大電路、分段負載接入控制電路、電流采集放大電路、電流AD轉換電路、電壓采集AD轉換電路、單片機運算控制電路以及人機交互模塊，所述單片機運算控制電路分別與所述人機交互模塊、所述DA輸出控制電路、所述電流AD轉換電路、所述分段負載接入控制電路及所述電壓采集AD轉換電路連接，所述DA輸出控制電路與所述電流放大電路連接，所述分段負載接入控制電路分別與所述電流放大電路及所述電壓采集AD轉換電路連接，所述電流采集放大電路分別與所述電流放大電路、所述分段負載接入控制電路及所述電流AD轉換電路連接，蓄電池組電源的輸入正端連接在所述電流放大電路與所述分段負載接入控制電路之間，蓄電池電源的輸入負端連接至所述電流采集放大電路。
[0011]進一步地，所述分段負載接入控制電路包括復數個控制單元，所述控制單元包括一電阻Rn及一晶體管Qn，所述晶體管Qn的柵極與所述單片機運算控制電路連接，所述晶體管Qn的源極分別與所述電流放大電路及所述電流采集放大電路連接，所述晶體管Qn的漏極與所述電阻Rn的一端連接，所述電阻Rn的另一端分別與所述電流放大電路、所述電壓采集AD轉換電路及蓄電池電源的輸入正端連接，每個所述控制單元之間進行并聯。
[0012]進一步地，所述電流采集放大電路包括電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9以及運算放大器M，所述電阻R5的一端分別與所述電流放大電路、所述分段負載接入控制電路及所述電阻R6的一端連接，所述電阻R5的另一端分別與所述電阻R7的一端及蓄電池電源的輸入負端連接，所述電阻R6的另一端分別與所述電阻R8的一端及所述運算放大器M的同相輸入端連接，所述電阻R7的另一端分別與所述運算放大器M的反相輸入端及所述電阻R9的一端連接，所述電阻R8的另一端接地，所述運算放大器M的輸出端分別與所述電阻R9的另一端及所述電流AD轉換電路連接。
[0013]進一步地，所述電流放大電路包括電阻R1、電阻R2以及三極管Ql，所述電阻Rl的一端與所述DA輸出控制電路連接，所述電阻Rl的另一端與所述三極管Ql的基極連接，所述電阻R2的一端與所述三極管Ql的集電極連接，所述電阻R2的另一端分別與所述分段負載接入控制電路及蓄電池電源的輸入正端連接，所述三極管Ql的發(fā)射極分別與所述分段負載接入控制電路及所述電流采集放大電路連接。
[0014]進一步地，所述人機交互模塊包括液晶顯示屏以及鍵盤，所述液晶顯示屏與所述鍵盤均連接至所述單片機運算控制電路。
[0015]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0016]1、精度高，采用開關導通的方式將恒阻負載直接接入放電，與線性恒流電路配合，能夠更精確穩(wěn)定地對直流電源進行放電，真實反映被測電源的帶載能力和蓄電池的真實容量；
[0017]2、可調范圍寬，采用多段分段式接入測試，根據所設定的放電電流，按指定算法選擇若干段負載接入測試，分段越多，可設電流范圍越寬；
[0018]3、電流諧波小，不損壞被測對象，采用線性恒流電路配合恒阻放電方式，避免P麗方式所產生的電流諧波，同時遏制因PWM控制導通時的大電流導致某些被測對象測試過流保護或沖擊損壞；
[0019]4、控制迅速、穩(wěn)定，啟動放電時，由高速的單片機運算控制電路來控制接入負載，使負載立即按設定值進行放電。
【附圖說明】
[0020]下面參照附圖結合實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0021 ]圖1為現有技術中第一種恒流放電方式的示意圖。
[0022]圖2為現有技術中第二種恒流放電方式的示意圖。
[0023]圖3為現有技術中第三種恒流放電方式的示意圖。
[0024]圖4為現有技術中第四種恒流放電方式的示意圖。
[0025]圖5為本實用新型一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載的結構示意圖。
[0026]圖中標號說明:
[0027 ] 1-DA輸出控制電路、2-電流放大電路、3-分段負載接入控制電路、4_電流采集放大電路、5-電流AD轉換電路、6-電壓采集AD轉換電路、7-單片機運算控制電路、8-人機交互模塊、81-液晶顯不屏、82-鍵盤。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本實用新型作出進一步地詳細說明，但是本實用新型的結構并不僅限于以下實施例。
[0029]請參閱圖5所示，本實用新型的一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，包括DA輸出控制電路1、電流放大電路2、分段負載接入控制電路3、電流采集放大電路4、電流AD轉換電路5、電壓采集AD轉換電路6、單片機運算控制電路7以及人機交互模塊8，所述單片機運算控制電路7分別與所述人機交互模塊8、所述DA輸出控制電路1、所述電流AD轉換電路5、所述分段負載接入控制電路3及所述電壓采集AD轉換電路6連接，所述DA輸出控制電路I與所述電流放大電路2連接，所述分段負載接入控制電路3分別與所述電流放大電路2及所述電壓采集AD轉換電路6連接，所述電流采集放大電路4分別與所述電流放大電路2、所述分段負載接入控制電路3及所述電流AD轉換電路5連接，蓄電池組電源的輸入正端連接在所述電流放大電路2與所述分段負載接入控制電路3之間，蓄電池電源的輸入負端連接至所述電流采集放大電路4。
[0030]具體地，所述電流放大電路2包括電阻R1、電阻R2以及三極管Ql，所述電阻Rl的一端與所述DA輸出控制電路I連接，所述電阻Rl的另一端與所述三極管Ql的基極連接，所述電阻R2的一端與所述三極管Ql的集電極連接，所述電阻R2的另一端分別與所述分段負載接入控制電路3及蓄電池電源的輸入正端連接，所述三極管Ql的發(fā)射極分別與所述分段負載接入控制電路3及所述電流采集放大電路4連接。
[0031]結合所述DA輸出控制電路I和所述電流放大電路2，所述DA輸出控制電路I和所述電流放大電路2是由所述單片機(MCU)運算控制電路7按設定值運算后控制所述分段負載接入控制電路3按接近設定電流值放電后，剩下細微的誤差由所述單片機(MCU)運算控制電路7控制所述DA輸出控制電路I輸出相應的電壓值，再由所述DA輸出控制電路I驅動所述電流放大電路2放電完成。
[0032]具體地，所述分段負載接入控制電路3包括復數個控制單元，所述控制單元包括一電阻Rn及一晶體管Qn，所述晶體管Qn的柵極與所述單片機運算控制電路連接，所述晶體管Qn的源極分別與所述電流放大電路2及所述電流采集放大電路連接，所述晶體管Qn的漏極與所述電阻Rn的一端連接，所述電阻Rn的另一端分別與所述電流放大電路2、所述電壓采集AD轉換電路6及蓄電池電源的輸入正端連接，每個所述控制單元之間進行并聯，本實施例中，η取2、3……Μ;所述分段負載接入控制電路3由所述單片機(MCU)運算控制電路7按設定值運算后控制其若干段純電阻負載接入放電，使放電電流接近設定值，具有可設定范圍寬、無諧波電流的優(yōu)點。
[0033]具體地，所述電流采集放大電路4包括電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9以及運算放大器Μ，所述電阻R5的一端分別與所述電流放大電路2、所述分段負載接入控制電路3及所述電阻R6的一端連接，所述電阻R5的另一端分別與所述電阻R7的一端及蓄電池電源的輸入負端連接，所述電阻R6的另一端分別與所述電阻R8的一端及所述運算放大器M的同相輸入端連接，所述電阻R7的另一端分別與所述運算放大器M的反相輸入端及所述電阻R9的一端連接，所述電阻R8的另一端接地，所述運算放大器M的輸出端分別與所述電阻R9的另一端及所述電流AD轉換電路5連接。
[0034I 具體地，所述人機交互模塊8包括液晶顯示屏81以及鍵盤82，所述液晶顯示屏81與所述鍵盤82均連接至所述單片機運算控制電路7。
[0035]另外，所述DA輸出控制電路I由單片機(MCU)內部具備或由外部的DA芯片、電路實現的數模轉換功能，均在本實用新型的保護范圍內；所述電流AD轉換電路5由單片機(MCU)內部具備或由外部的AD芯片、電路實現的模數轉換功能，均在本實用新型的保護范圍內。
[0036]本實用新型的工作原理如下:
[0037]首先，在啟動放電前，操作人員需要通過所述人機交互模塊8的鍵盤82輸入需要放電的電流值，即設定值。啟動放電后，所述單片機(MCU)運算控制電路7根據設定的電流值以及由所述電壓采集AD轉換電路6獲得的電壓值，運算后控制所述分段負載接入控制電路3的Kl?KN中的幾個閉合，其算法如下:
[0038]需要接入的負載電阻R=電壓值U/設定電流值I，但所述分段接入負載控制電路3接入的電阻值無法剛好等于需要接入的電阻值，因此接入的負載電阻個數N =接入的負載電阻R/—段的電阻值Rn(每段的阻值均相等)，Ν取整數部分，此時分段負載部產生的放電電流In =電壓值U/ (—段的電阻值RN*N)。剩下所述電流放大電路2需要放電的電流1 =設定值1-分段負載部產生的放電電流In;
[0039]通過以上算法得到所述電流放大電路2的電流值后，所述單片機(MCU)運算控制電路7控制所述DA輸出控制電路I輸出相應的電壓值，該電壓值通過所述電流放大電路2的輸入電阻產生電流值，由晶體管放大后得到需要的放電電流；
[0040]所述電流采集放大電路4將總的放電電流放大后經過所述電流AD轉換5進行模數轉換，所述單片機(MCU)運算控制電路7通過所述電流AD轉換電路5獲得實時的放電電流值，當放電電流值不等與設定值時(通常隨著蓄電池組的放電，其端電壓會下降，導致電流減小)O所述單片機(MCU)運算控制電路7立刻控所述制DA輸出控制電路I增大或減小輸出電壓，從而改變所述電流放大電路2的電流值，致使放電電流值始終保持為設定值。
[0041]本專利方案可概括為首先通過算法可得出需要幾段的固定負載接入，即為粗調，在由算法獲得電流放大部分需要放電的電流值，即為細調，當放電過程中，實際放電電流值偏離設定值時，微機控制器立即調整細調電流部分，使其放電電流值始終恒定在設定值。
[0042]由于所述分段接入負載控制電路3是通過控制晶體管的導通電流來實現電流恒定，晶體管工作在線性放大區(qū)域，其自身消耗較大的能量，受到晶體管自身額定功率較小的限制，晶體管恒流電路的放電功率無法做得較大，同時為保障晶體管不燒壞，必須加散熱器和強制風冷。
[0043]放電啟動時，所述單片機(MCU)運算控制電路7根據設定的電流大小和采集到的電壓大小計算出需要接入多少段的電阻，才能使放電電流最接近設定值，剩下的與設定值的差值部分由所述DA輸出控制電路I控制晶體管恒流的輸出，使其精確的按設定值放電，電流控制精度高，無電流諧波。
[0044]綜上所述，本實用新型的優(yōu)點如下:
[0045]1、精度高，采用開關導通的方式將恒阻負載直接接入放電，與線性恒流電路配合，能夠更精確穩(wěn)定地對直流電源進行放電，真實反映被測電源的帶載能力和蓄電池的真實容量；
[0046]2、可調范圍寬，采用多段分段式接入測試，根據所設定的放電電流，按指定算法選擇若干段負載接入測試，分段越多，可設電流范圍越寬；
[0047]3、電流諧波小，不損壞被測對象，采用線性恒流電路配合恒阻放電方式，避免PWM方式所產生的電流諧波，同時遏制因PWM控制導通時的大電流導致某些被測對象測試過流保護或沖擊損壞；
[0048]4、控制迅速、穩(wěn)定，啟動放電時，由高速的單片機運算控制電路來控制接入負載，使負載立即按設定值進行放電。
[0049]雖然以上描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是熟悉本技術領域的技術人員應當理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本實用新型的范圍的限定，熟悉本領域的技術人員在依照本實用新型的精神所作的等效的修飾以及變化，都應當涵蓋在本實用新型的權利要求所保護的范圍內。
【主權項】
1.一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，其特征在于:包括DA輸出控制電路、電流放大電路、分段負載接入控制電路、電流采集放大電路、電流AD轉換電路、電壓采集AD轉換電路、單片機運算控制電路以及人機交互模塊，所述單片機運算控制電路分別與所述人機交互模塊、所述DA輸出控制電路、所述電流AD轉換電路、所述分段負載接入控制電路及所述電壓采集AD轉換電路連接，所述DA輸出控制電路與所述電流放大電路連接，所述分段負載接入控制電路分別與所述電流放大電路及所述電壓采集AD轉換電路連接，所述電流采集放大電路分別與所述電流放大電路、所述分段負載接入控制電路及所述電流AD轉換電路連接，蓄電池組電源的輸入正端連接在所述電流放大電路與所述分段負載接入控制電路之間，蓄電池電源的輸入負端連接至所述電流采集放大電路。2.如權利要求1所述的一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，其特征在于:所述分段負載接入控制電路包括復數個控制單元，所述控制單元包括一電阻Rn及一晶體管Qn，所述晶體管Qn的柵極與所述單片機運算控制電路連接，所述晶體管Qn的源極分別與所述電流放大電路及所述電流采集放大電路連接，所述晶體管Qn的漏極與所述電阻Rn的一端連接，所述電阻Rn的另一端分別與所述電流放大電路、所述電壓采集AD轉換電路及蓄電池電源的輸入正端連接，每個所述控制單元之間進行并聯。3.如權利要求1所述的一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，其特征在于:所述電流采集放大電路包括電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9以及運算放大器M，所述電阻R5的一端分別與所述電流放大電路、所述分段負載接入控制電路及所述電阻R6的一端連接，所述電阻R5的另一端分別與所述電阻R7的一端及蓄電池電源的輸入負端連接，所述電阻R6的另一端分別與所述電阻R8的一端及所述運算放大器M的同相輸入端連接，所述電阻R7的另一端分別與所述運算放大器M的反相輸入端及所述電阻R9的一端連接，所述電阻R8的另一端接地，所述運算放大器M的輸出端分別與所述電阻R9的另一端及所述電流AD轉換電路連接。4.如權利要求1所述的一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，其特征在于:所述電流放大電路包括電阻R1、電阻R2以及三極管Ql，所述電阻Rl的一端與所述DA輸出控制電路連接，所述電阻Rl的另一端與所述三極管Ql的基極連接，所述電阻R2的一端與所述三極管Ql的集電極連接，所述電阻R2的另一端分別與所述分段負載接入控制電路及蓄電池電源的輸入正端連接，所述三極管Ql的發(fā)射極分別與所述分段負載接入控制電路及所述電流采集放大電路連接。5.如權利要求1所述的一種高精度電力系統(tǒng)蓄電池組恒流放電負載，其特征在于:所述人機交互模塊包括液晶顯示屏以及鍵盤，所述液晶顯示屏與所述鍵盤均連接至所述單片機運算控制電路。
【文檔編號】G01R31/36GK205620523SQ201620301163
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】卓書芳, 鄭昕
【申請人】卓書芳