专利名称：蓄电池恒流放电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种蓄电池恒流放电装置。
背景技术：
蓄电池被广泛用于电力、通信、汽车等各个重要部门，为继电保护及自动装置、断路器跳闸、合闸、拖动机械设备的直流电机、通信、事故照明提供电源，兼有控制和保安两种功能，其工作的可靠性、安全性极为重要。在这些直流电源系统中，蓄电池的放电装置是用作检验蓄电池容量是否正常，定期进行核对性充放电试验时的直流负荷，是直流系统中不可缺少的设备。
目前使用的蓄电池放电装置主要有三类一类由放电电阻构成，随着放电过程的进行，蓄电池端电压降低，放电电流减小，该种装置不能保持放电电流的恒定；第二类为可控硅逆变放电装置，它可自动调整放电电流使其基本恒定，其放电电流为一基本平滑的脉动直流电流，随着相控式可控硅充电装置的应用，这一类装置得到了广泛的应用；第三类为串联开关式放电装置，这一类装置只能保证放电负荷电流的连续，蓄电池电流是一间断式的脉动电流，这对蓄电池是非常不利的，不具有实用性。近年来，随着高频开关式充电装置的推广应用，可控硅逆变放电装置的应用受到了限制。以上几类装置虽然在一定程度上得到应用，但因人为干涉因素大，放电电流的恒定性不高，操作复杂，对电池的损坏大等不利因素，在实际使用中不是很方便。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足和存在的问题而研制的一种可连续自动调整直流负荷电阻的蓄电池恒流放电装置，这种恒流放电装置可自动调整放电电流使其基本恒定，从而满足蓄电池放电的要求。
本实用新型提供的技术方案是一种蓄电池恒流放电装置，包括主放电电阻，其关键是设有电感、放电调整电阻，放电调整电阻和主放电电阻并联后与电感串联，设有使放电调整电阻在投入或退出间进行切换的开关管，开关管的控制端与控制电路的输出端联接。
本实用新型设有放电电流检测回路及蓄电池电压检测回路，放电电流检测回路和蓄电池电压检测回路的输出端与控制电路的输入端联接。
上述电路中可设有放电保护开关和续流管，续流管与电感、放电调整电阻和主放电电阻并联后与放电保护开关串联，放电保护开关通过继电器与控制电路的输出端连接。
上述控制电路由信号调理电路、单片机、显示控制电路、开关管驱动电路、继电器控制电路构成，蓄电池的端电压和放电电流经信号调理后送单片机进行采样，并将其结果经显示控制电路送显示器，同样经开送管驱动电路控制开关管的导通占空比以维护放电电流恒定，并通过继电器控制电路去终止放电过程。
上述控制电路由信号调理电路、可编程控制器、模拟量输入模块(A/D转换模块)、数字量输出模块和开关管驱动电路及继电器控制电路构成。
另外，本实用新型还设有与控制电路连接的显示器。
本实用新型在放电回路中采用两个放电电阻，一个作为主放电电阻，另外并联一个调整电阻，通过高频开关的控制，可使之在投入或退出间进行切换，以改变总的等效放电电阻的阻值。电路中串联一个电感，当开关管关断时，由于电感电流不能突变，调整电阻上的电流转移到主放电电阻上；当开关管导通时，同样由于电感电流不能突变，调整电阻的电流增加，而主放电电阻上的电流减小，以保证总的电流不变。这样，不仅在电路换流时防止了电流的突变，保护蓄电池受冲击电流的影响，又保证了放电电流的恒定，从而满足蓄电池放电的要求。
图1为本实用新型的电路原理图；图2为本实用新型由单片机80C196及其外围电路构成的控制电路原理图；图3为本实用新型由可编程控制器及其外围电路构成的控制电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的工作原理作进一步说明如图1，本实用新型包括主放电电阻3、串联电感4、放电调整电阻2、控制电路6及与控制电路连接的显示器7，放电调整电阻2和主放电电阻3并联后与电感4串联，设有使放电调整电阻2在投入或退出间进行切换的开关管1(建议采用绝缘栅双极晶体管开关IGBT)，开关管1的控制端与控制电路6的输出端联接。
本实用新型还设有放电电流检测回路8及蓄电池电压检测回路9，放电电流检测回路8和蓄电池电压检测回路9的输出端与控制电路6的输入端联接。
上述电路中可设有放电保护开关10和续流管5，续流管5与电感4、放电调整电阻2和主放电电阻3并联后与放电保护开关10串联，放电保护开关10通过继电器与控制电路6的输出端连接。
将本装置与蓄电池进行联接，启动装置，蓄电池开始对主放电电阻(直流负荷)3进行放电。此时电感4与主放电电阻3串联，续流管5反向截止。当开关管1(IGBT)截止时，调整电阻2上无电流流过，此时的电路中仅有主放电电阻3消耗能量，此时放电电流为I1＝U/R3。
当开关管1(IGBT)导通时，此时主放电电阻3与调整电阻2并联，使放电电路电阻值由R3减小到R3//R2，当无电感4时，此时电池的放电电流将增大到I2＝U/(R3//R2)。即电阻放电电流是不连续的，这对蓄电池是很不利的。在本实用新型中，由于电感4的作用，它阻止电流发生突变，在开关管1导通的瞬间，电池的放电电流(即电感电流)不能突变，电池放电电流从I1s(＝I1)逐步向I2增加，I＝U[1/R2+1/R3-1/R2*exp{-t/τ1}(其中τ1＝L*R2//R3)。设开关管1导通的时间为t1，则I1e＝U[1/R2+1/R3-1/R2*exp{-t1/τ1}。
当开关管1再次截止时，放电电阻又增大为R3，放电电流将减小，同样由于电感4的作用，在开关管1截止的瞬间，电感电流(电池放电电流)不能突变，电池放电电流从I2s(I1e)逐步向I1减小，I＝U/R3+[I1e-U/R3]*exp{-t/τ2}(其中τ2＝(L/R3)，设开关管1截止时间为t2，则I2e＝I＝U/R3+[I1e-U/R3]*exp{-t2/τ2}。
以上步骤不断反复进行，使电感4的充放电过程达到稳定量，I1s＝I2e，I2s＝I1e分别为蓄电池的最小和最大放电电流。合理选择电感量的大小及开关管的工作频率，可将蓄电池的放电电流控制在一定范围之内。单片机控制电路6可通过调整开关管1的导通与截止时间(即占空比)来改变放电电流的值。
随着放电过程的进行，蓄电池的端电压开始逐渐减小，若占空比不变，由于电路中负荷没有变，因此放电电流开始减小。单片机控制电路6通过对电流检测回路8的信号进行采样，当采样到的放电电流值减小时，控制电路6增加开关管1的导通时间，减小其截止时间，即增大占空比，使总的等效放电电阻下降，从而保证放电电流与设定的放电电流相等。若实际的放电电流大于设定的放电电流时，控制电路6则减小开关管1的导通时间，增大其截止时间，即减小开关管的占空比，使总的等效放电电阻增加，从而保证放电电流与设定的放电电流相等。
在实际工作中可根据实际情况设定选择主放电阻R3和调整电阻R2的大小。以保证装置有足够的电流调节精度。
单片机控制电路6通过对电压采样回路9的反映的蓄电池电压进行采集，并将测量到的电池电压与放电电流一起送显示器7，以随时观察和记录蓄电池的端电压的放电电流。随着蓄电池的放电，电池端电压不断减小，逐渐接近最低允许电压值Umin。当蓄电池端电压U＝Umin时，通过控制电路6发出信号，断开放电保护开关10，使直流负荷退出运行。此时电感4中的剩余能量通过续流管5继续导通，通过主放电电阻3释放出来，整个放电过程结束。
当放电结束时，开关管1断开，放电保护开关10断开，控制电路6记录下放电时间及放电过程曲线。并将放电曲线，放电时间，蓄电池的放电安时数通过显示回路7显示出来。从而可以清楚的了解到蓄电池的放电安时数和蓄电池的工作状况。
如图2示，控制电路由单片机80C196及其外围电路构成。IC2(74HC475)和IC3(74HC574)用于在单片机IC1(80C196)的数据/地址总线中锁存地址信息，形成地址总线。存储器IC6(27128)用于存放工程程序，存储器IC7(28C17)用于储存设定的参数，它们的数据线直接与单片机的数据总线相连，地址线则与锁存的地址总线相连。显示模块7的数据线经总线驱动器74LS245与单片机IC1的数据线相连。单片机IC1的地址信息和读写命令经IC4(GAL16V8)译码后，其输出进行显示控制和读取程序控制(IC6)及读写参数存储器IC7。电流采样回路8的信号经IC13调理成0-5伏的信号送至IC1(80C196)的A/D转换通道ACH1进行数据采样。CPU将采样到的电流电压值与设定值进行比较，根据差值的大小由IC1(80C196)的高速输出口HSO0给出控制信号，该信号经IC10(EX841)去控制开关管1的导通与截止。与此同时，来自电压采样回路9的信号经IC12调理成0-5伏的信号送至IC1(80C196)的A/D转换通道ACH0进行数据采样。并将采样的电流和电压值通过并行接口IC8(74HC245)和接插件CN1送显示器7。当电池端电压下降到最低允许电压值时，通过IC1(80C196)的高速输出口HSO1，经IC11和三极管T1放大后驱动继电器J1去断开放电保护开关10。在图2所示控制系统中，单片机系统还可以通过通讯电路IC14经CN2与计算机连接，实现放电过程的计算监控。在图2所示的实施电路中，AN1用于启动放电过程的开始，AN2用于停止放电过程。为保证控制的稳定，当蓄电池端电压降低时，为维持放电电流不变，可对开关管的导通占空比进行适当的补偿，并在放电过程中进行放电容量统计。当放电过程自动中止(蓄电池的端电压降低设定的最低允许电压值时自动断开放电保护开关10)或人工中止时，将蓄电池的实际容量送显示，并可显示放电过程曲线。
控制电路也可采用如图3所示可编程控制器及其外围电路实现。电流采样回路8的信号经IC13调理成0-5伏，电压采样回路9的信号IC13调理成0-5伏，分别送到可编程控制器的A/D转换扩展模块6.1(EM231)，将模拟量转换为数字量，送6.2(CPU222)进行控制计算。CPU模块一方面将采样值送显示器7(TD200)，一方面进行控制计算，并通过数字量扩展模块6.3(EM222)去控制开关管1的导通与截止。当电池端电压下降到最低允许电压值时，通过数字量扩展模块6.3(EM222)控制继电器J1去断开放电保护开关10，自动终止放电过程。与图2所示实施方案一样，在图3所示的实施电路中，AN1用于启动放电过程的开始，AN2用于停止放电过程。为保证控制的稳定，当蓄电池端电压降低时，为维持放电电流不变，可对开关管的导通占空比进行适当的补偿，并在放电过程中进行放电容量统计。当放电过程自动中止或人工中止时，将蓄电池的实际容量送显示，并可显示放电过程曲线。
本实用新型利用并联电阻改变电路的等效电阻值、电感可防止电流突变，通过单片机(或可编程控制器)及绝缘栅双极晶体管开关(IGBT)将复杂的控制过程简单化，由于IGBT的动作频率高，可减小串联电感的电感量及放电电流的脉动。通过对放电电流的监测，当蓄电池端电压下降，检测到的放电电流减小时，动态改变开关管的占空比，使调整电阻的投入时间加长，退出时间缩短，使总的等效放电电阻减小，从而保证放电电流不变。通过对蓄电池电压的检测，当电池电压下降到最低允许电压时，控制电路将放电保护开关断开，以避免蓄电池的过放电。此外，在本实用新型中可增设电池温度检测回路，当电池温度过高时，通过控制电路立即断开蓄电池放电保护开关。
综上所述，本实用新型有着比现有蓄电池放电装置更加完备的特性，它的优点主要表现在以下几个方面1、有效保证了蓄电池放电电流的恒定，放电稳定，对蓄电池没有损害。
2、实际操作简单，一旦装置投入运行，全部工作可交由单片机来完成。工作效率高，整个电路随时处于监控之中，达到智能控制的目的，既精确反映了蓄电池放电的安时数，又使测试工作变得简单，避免了人工操作带来的误差。整个过程方便、安全、准确，不需要人为干涉。达到使蓄电池恒定放电的目的。
3、由于本装置结构简单，功能完备，采用的是单片机或可编程控制器、IGBT、电感、电阻。
权利要求1.一种蓄电池恒流放电装置，包括主放电电阻，其特征在于设有电感、放电调整电阻，放电调整电阻和主放电电阻并联后与电感串联，设有使放电调整电阻在投入或退出间进行切换的开关管，开关管的控制端与控制电路的输出端联接。
2.根据权利要求1所述的恒流放电装置，其特征在于设有放电电流检测回路及蓄电池电压检测回路，放电电流检测回路和蓄电池电压检测回路的输出端与控制电路的输入端联接。
3.根据权利要求2所述的恒流放电装置，其特征在于设有放电保护开关和续流管，续流管与电感、放电调整电阻和主放电电阻并联后与放电保护开关串联，放电保护开关通过继电器与控制电路的输出端连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的恒流放电装置，其特征在于控制电路由信号调理电路、单片机、显示控制电路、开关管驱动电路、继电器控制电路构成，蓄电池的端电压和放电电流经信号调理后送单片机进行采样，并将其结果经显示控制电路送显示器，同样经开送管驱动电路控制开关管的导通占空比以维护放电电流恒定，并通过继电器控制电路去终止放电过程。
5.根据权利要求1或2或3所述的恒流放电装置，其特征在于控制电路由信号调理电路、可编程控制器、模拟量输入模块、数字量输出模块和开关管驱动电路及继电器控制电路构成。
6.根据权利要求1或2或3所述的恒流放电装置，其特征在于设有与控制电路连接的显示器。
7.根据权利要求1或2或3所述的恒流放电装置，其特征在于开关管为绝缘栅双极晶体管开关。
专利摘要本实用新型涉及一种蓄电池并联开关式恒流放电装置，它由主放电电阻，放电调整电阻，开关管及保护电路，串联电感，放电电流检测回路，蓄电池电压检测回路，控制电路和放电保护开关构成。本实用新型的核心思路就是利用并联电阻改变电路的等效电阻值，并利用电感防止电流突变，通过单片机(或可编程控制器)及IGBT将复杂的控制过程简单化，达到使蓄电池恒定放电的目的。既精确反映了蓄电池放电的安时数，又使测试工作变得简单，避免了人工操作带来的误差。整个过程方便、安全、准确，不需要人工操作，具有良好的应用前景。
文档编号H02J7/00GK2613084SQ0323569
公开日2004年4月21日 申请日期2003年3月4日 优先权日2003年3月4日
发明者程远楚, 叶卫华, 漆为民 申请人:武汉大学