一种智能蓄电池充放电一体机的制作方法

1.本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种智能蓄电池充放电一体机。


背景技术：

2.在变电站中，供电系统中的继电保护及自动控制装置的供电电源需要不间断的供电，在交流供电断电时，站内的继电保护及自动控制装置的供电也不能间断，因此，采用蓄电池组构成的直流供电系统作为惟一备用电源，在交流系统停电时，由蓄电池组维持直流系统的不间断供电。
3.对于投运的蓄电池组，应定期对蓄电池组进行充放电试验，通过充放电试验检验出蓄电池组中是否存在容量不足或内阻变大的蓄电池；在正常运行中的蓄电池组，为了检验其实际容量，将蓄电池组脱离运行，以规定的放电电流进行恒流放电，在放电的过程中对蓄电池组端电压、放电电流、放电时间进行测量和记录，
4.蓄电池组放电电流的稳定性对于计算蓄电池组真实容量非常重要，而目前市场上的放电机普遍不适应高电压大电流放大需求。
5.蓄电池组放电完成后，需要进行充电，充电一般都是采用单独的充电机进行。充电过程一般按照：恒流
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恒压
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涓流浮充，三阶段进行。但目前单体充电机独立运行，充电电流、充电时长、充电控制等都是独立设置，没有和放电过程进行关联，需要客户根据对放电数据的分析人为控制充电，自动化程度低，人为因素影响较大。


技术实现要素：

6.本实用新型需要解决的技术问题是提供一种集成放电和充电的功能的智能蓄电池充放电一体机，可实现充放自动控制，无需人为干预。
7.为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：
8.一种智能蓄电池充放电一体机，所述充放电一体机的电路包括主cpu电路、从cpu电路、485通讯电路、充电机以及恒流放电电路，其中主cpu电路和从cpu电路双向连接，从cpu电路通过485通讯电路连接充电机，从cpu电路输出连接恒流放电电路输入，所述主cpu电路用于参数设置、显示、对外通讯以及和从cpu进行通讯，从cpu电路用于控制蓄电池组的充放电电流，实时检测蓄电池组电压、电流；所述恒流放电电路由pwm电路和放电电流主控电路组成，所述pwm电路的输入信号来自从cpu和电流反馈，pwm电路的输出至放电电流主控电路，所述放电电流主控电路主要由多路并联的放电电路组成，并联的放电电路的驱动信号一部分来自从cpu，受从cpu控制，一部分来自pwm电路，受pwm电路控制。
9.进一步的，所述pwm电路包括光耦隔离电路、数模转换电路、放大电路、脉宽调制电路以及放电电流反馈放大电路，其中，从cpu根据客户设定的电流参数，计算出需要分配给pwm电路的电流信号，经光耦隔离电路输出至数模转换电路，转换为电压信号，再经放大电路输出至脉宽调制电路，脉宽调制电路输出固定频率的脉宽信号至放电电流主控电路，放电电流反馈放大电路的输出并入脉宽调制电路的输入。
10.进一步的，所述放电电流主控电路包括放电电路，所述放电电路由16路固定电流放电电路和2路可调电流放电电路组成，每路固定电流放电电路包括ptc热敏电阻、igbt、光耦、或门以及电阻，从cpu输出的控制信号经或门电路驱动光耦，光耦输出驱动igbt，放电电流经igbt以及ptc热敏电阻由蓄电池组正极流向负极，每路可调电流放电电路包括ptc热敏电阻和igbt，igbt受pwm电路控制，放电电流经igbt以及ptc热敏电阻由蓄电池组正极流向负极。
11.更进一步的，所述放电电流主控电路还包括驱动电源控制电路，所述驱动电源控制电路由继电器k1、三极管q1、光耦u10以及电阻r10-r11、二极管d1组成，三极管的驱动信号由从cpu提供，三极管q1驱动光耦u10，光耦u10驱动继电器k1，继电器k1控制电源接入状态。
12.进一步的，所述充放电一体机的电路还包括电压电流采集电路，所述电压电流采集电路与从cpu连接，所述电压电流采集电路包括信号选择接入电路以及信号处理电路，所述信号选择接入电路的输入端分别连接从cpu以及基准电压源电路、电流采集电路、电压采集电路，从cpu输出选择接入信号，选择将基准电压源电路、电流采集电路和电压采集电路三者之一接入信号处理电路，所述信号处理电路对接入的电路的电压信号进行滤波放大及压频转换后经光耦隔离送入从cpu。
13.优选的，所述485通讯电路包括485收发器芯片及其外围元件，光耦及其外围元件，光耦用于隔离从cpu的输入输出信号，485收发器芯片用于半双工485通讯。
14.进一步的，所述充放电一体机的电路还包括温度检测电路以及232通讯电路，所述温度检测电路以及232通讯电路分别和主cpu电路双向连接，所述温度检测电路为以ds18b20为传感器的检测电路，所述通讯电路提供rs232通讯接口，用于和上位机、u盘、指纹识别模块以及电池电压巡检仪连接。
15.进一步的，所述充放电一体机的电路还包括键盘电路和显示电路，所述键盘电路输出连接主cpu电路的输入，显示电路的输入端接主cpu电路的输出，键盘电路用于参数和充放电电流的设定，显示电路用于设定显示和各种数据显示。
16.进一步的，所述充放电一体机的电路还包括实时时钟电路，所述实时时钟电路连接主cpu电路，为系统提供实时时钟。
17.进一步的，所述充放电一体机的电路还包括看门狗电路，所述看门狗电路连接主cpu电路，为其提供程序跑飞复位信号。
18.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
19.本实用新型集成了充电控制以及放电功能，对充电过程进行全程监控，可自动完成一次或多次放/充电过程。放电采用16路固定电流放电和2路可调电流放电结合的形式，放电电流调整分辨率为0.1a，最大可达300a，适配12-600v蓄电池组。
附图说明
20.图1是本实用新型原理框图；
21.图2是本实用新型主cpu电路、键盘电路、存储电路原理图；
22.图3是本实用新型流从cpu电路原理图；
23.图4是本实用新型信号选择接入电路原理图；
24.图5是本实用新型信号信号处理电路原理图；
25.图6是本实用新型pwm电路原理图；
26.图7是本实用新型放电电流主控电路原理图；
27.图8是本实用新型看门狗电路原理图；
28.图9是本实用新型实时时钟电路原理图；
29.图10是本实用新型485通讯电路原理图。
具体实施方式
30.下面结合附图对实用新型做进一步详细描述：
31.本实用新型是一种用于电站蓄电池组维护的仪器，具体为蓄电池充放电一体机，该充放电一体机集成了放电和充电功能，放电采用恒流放电，放电电流恒定，蓄电池组容量检测结果准确，充电采用配套充电机，充电机受一体机控制，可实时监控充电电流、充电电压等参数，易于对充放电数据进行处理，并可根据放电数据自动优化充电参数。本机操作需要指纹识别，安全性好。
32.如图1所示，本实用新型所述放电仪的电路包括主cpu电路、从cpu电路、看门狗电路、温度检测电路、键盘电路、显示电路、232通讯电路、485通讯电路、充电机、实时时钟电路、电压电流采集电路以及恒流放电电路，其中主cpu电路和从cpu电路双向连接，从cpu电路通过485通讯电路连接充电机，从cpu电路输出连接恒流放电电路输入，所述主cpu电路用于参数设置、显示、对外通讯以及和从cpu进行通讯，从cpu电路用于控制蓄电池组的充放电电流，实时检测蓄电池组电压、电流；所述恒流放电电路由pwm电路和放电电流主控电路组成，所述pwm电路的输入信号来自从cpu和电流反馈，pwm电路的输出至放电电流主控电路，所述放电电流主控电路主要由多路并联的放电电路组成，并联的放电电路的驱动信号一部分来自从cpu，受从cpu控制，一部分来自pwm电路，受pwm电路控制。
33.如图6所示，所述pwm电路包括光耦隔离电路、数模转换电路、放大电路、脉宽调制电路以及放电电流反馈放大电路，其中，光耦隔离电路包括电阻r60-r63以及光耦u12-u14，用于隔离从cpu输出的固定脉宽调制信号(该信号根据设定放电电流计算得来)，数模转换电路由u15及其外围电容电阻等元件构成，用于对来自从cpu的脉宽调制信号进行数模转换，转换成电压信号，所述放大电路包括由运放u26a及其外围电阻构成一级放大以及由运放u28a及其外围电容电阻等构成的二级放大电路。放电电流反馈放大电路由运放u27a及其外围电容电阻等构成，放电电流反馈放大电路的输入来自电流传感器的电流采集电路，放电电流反馈放大电路的输出并入二级放大电路的输入，二级放大电路的输出连接脉宽调制电路，所述脉宽调制电路包括脉宽调制芯片sg3524、光耦u29以及电容c24-c25、电解电容e5、电阻r29-r32，稳压管d5-d6，用于输出固定频率的脉宽调制信号，经光耦隔离后输入放电电流主控电路。具体的，从cpu根据客户设定的电流参数，计算出需要分配给pwm电路的电流信号，经光耦隔离电路输出至数模转换电路，转换为电压信号，再经放大电路输出至脉宽调制电路，脉宽调制电路输出固定频率的脉宽信号至放电电流主控电路，放电电流反馈放大电路的输出并入脉宽调制电路的输入，为脉宽调制电路提供放电电流的反馈信号，从而让蓄电池组的放电电流维持恒定。
34.如图7所示，所述放电电流主控电路包括放电电路，所述放电电路由16路固定电流
放电电路和2路可调电流放电电路组成，每路固定电流放电电路包括ptc热敏电阻、igbt、光耦、或门以及电阻，从cpu输出的控制信号经或门电路驱动光耦，光耦输出驱动igbt，放电电流经igbt以及ptc热敏电阻由蓄电池组正极流向负极，每路可调电流放电电路包括ptc热敏电阻和igbt，igbt受pwm电路控制，放电电流经igbt以及ptc热敏电阻由蓄电池组正极流向负极。
35.当光耦损坏不受控时，放电电流主控电路可能会对蓄电池过放电，为了保证放电安全，所述放电电流主控电路还包括驱动电源控制电路，用于控制经光耦输出的i6bt的驱动电压，所述驱动电源控制电路由继电器k1、三极管q1、光耦u10以及电阻r10-r11、二极管d1组成，三极管的驱动信号由从cpu提供，三极管q1驱动光耦u10，光耦u10驱动继电器k1，继电器k1控制电源接入状态。从而保证即使光耦输出端短路，也不会造成蓄电池组过放电。本实用新型采用ptc热敏电阻作为功耗元件，体积小、重量轻、散热快、无污染。放电电流可以以0.1a为基本单位连续可设定，从而适应不同容量蓄电池对放电电流的精确要求。
36.如图4和图5所示，所述放电仪的电路还包括电压电流采集电路，用于采集蓄电池组放电时的电流和电压；所述电压电流采集电路包括信号选择接入电路(见图4)以及信号处理电路(见图5)，所述电压电流采集电路与从cpu连接，所述电压电流采集电路包括信号选择接入电路以及信号处理电路，所述信号选择接入电路的输入端分别连接从cpu以及基准电压源电路、电流采集电路、电压采集电路，从cpu输出选择接入信号，选择将基准电压源电路、电流采集电路和电压采集电路三者之一接入信号处理电路，所述信号处理电路对接入的电路的电压信号进行滤波放大及压频转换后经光耦隔离送入从cpu。具体的，所述信号选择接入电路包括三路，其中第一路由反相器u24a、光耦继电器u30、电阻以及基准电压源电路组成，当从cpu选择该路时，基准电压接入信号处理电路；其中第二路由反相器u24b、光耦继电器u31、电阻以及电流采集电路组成，当从cpu选择该路时，采集的电流信号转换成电压接入信号处理电路；其中第三路由反相器u24c、光耦继电器u32、电阻以及电压采集电路组成，当从cpu选择该路时，采集的电压信号接入信号处理电路；所述信号处理电路包括由电阻r44-r47、二极管d7-d10、电容c28-c29组成的滤波电路，由运放u16a、u17a、u17b、u17c以及外围电容电阻等组成的放大电路，由压频芯片u18及其外围电路构成的压频转换电路，以及由光耦u19及外围元件构成的隔离电路。该电路用于对电压信号进行数据处理，使其可以被从cpu读取。
37.如图10所示，本实用新型的485通讯电路包括485收发器芯片及其外围元件，光耦及其外围元件，光耦用于隔离从cpu的输入输出信号，485收发器芯片用于半双工485通讯。
38.所述485通讯电路用于连接从cpu电路和充电机，提供485通讯服务，如图3所示，485通讯电路连接从cpu的10脚和11脚(uart通讯端)，从cpu可以根据放电数据来优化充电参数，可自动完成一次或多次放/充电过程。对充电电流、充电时长、充电容量、均充电压、浮充电压等进行实时监测，以便进行记录或进行优化，从cpu可以控制充电机的工作状态，按照：恒流
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恒压
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涓流浮充的充电原则进行充电。充电结束的判断可以根据充电时间、充电容量等参数进行控制充电机关闭。也可以根据单体电池电压上限来进行控制，前提是需要接入电压巡检仪。
39.如图1所示，所述充放电一体机的电路还包括温度检测电路以及232通讯电路，所述温度检测电路以及232通讯电路分别和主cpu电路双向连接，所述温度检测电路用于对仪
器工作环境的温度进行检测，为以ds18b20为传感器的检测电路，所述通讯电路提供rs232通讯接口，用于和上位机、u盘、指纹识别模块以及电池电压巡检仪连接。通过rs232口可以远程控制及数据传输等。检测到的各种数据可通过232通讯口或u盘上传计算机，经专用软件进行处理，生成各种直观反映蓄电池组性能的曲线、柱图报表等，并可放大、查询、打印。
40.如图1和2所示，所述放电仪的电路还包括键盘电路和显示电路，所述键盘电路输出连接主cpu电路的输入，显示电路的输入端接主cpu电路的输出，所述键盘电路包括i0扩展芯片8155及其外围电路，为键盘电路提供扩展i0口。键盘电路用于参数和充放电电流的设定，显示电路用于设定显示和各种数据显示(放电电流、电池组总电压、放电时长、放电容量、机内温度，启动时间等)，可随时了解设备运行状况。
41.如图1和8所示，所述看门狗电路连接主cpu电路，为其提供程序跑飞复位信号。
42.如图1和9所示，所述实时时钟电路连接主cpu电路，为系统提供实时时钟。
43.如图1所示，主cpu电路包括主cpu(单片机)及其外围电路以及存储电路，所述存储电路包括程序存储器和数据存储器，数据存储器用于存储放电电流、电池组总电压、放电时长、放电容量、机内温度，启动时间等数据。
44.本实用新型除上述电路外，还包括散热风扇电路、蜂鸣器电路等，在此不做详述。