1 引言
在電力系統(tǒng)的蓄電池組維護(hù)中,，除了常規(guī)的對(duì)蓄電池均浮充充電管理外，還需要對(duì)蓄電池組的端電壓,、單節(jié)電池電壓進(jìn)行巡檢,；定期對(duì)蓄電池組進(jìn)行恒流放電試驗(yàn)，以檢驗(yàn)蓄電池組的容量,；同時(shí)為了檢驗(yàn)電池組的瞬時(shí)大電流放電能力,，還需要定期進(jìn)行大電流動(dòng)態(tài)放電試驗(yàn)，測(cè)試每節(jié)電池的內(nèi)阻,。
以前進(jìn)行靜態(tài)放電試驗(yàn)時(shí)采用的放電設(shè)備主要有可變電阻,，碳棒，水槽等，為了維持放電電流恒定,，需要人工或用繼電器切換調(diào)節(jié)負(fù)載電阻,，調(diào)節(jié)很不方便，而且穩(wěn)流特性也不好,；而且動(dòng)態(tài)放電很難操作,，有一定的危險(xiǎn)性。本文提出的智能蓄電池組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正是為了替代傳統(tǒng)的放電方式而進(jìn)行研制的,。
2 智能檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成與設(shè)計(jì)
2．1系統(tǒng)的構(gòu)成
智能蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)組成如圖1 所示,。
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智能蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)組成圖
放電模塊是蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，綜合了電力電子和微機(jī)控制技術(shù),，主要完成蓄電池放電電流控制,，放電參數(shù)的設(shè)置，顯示和通訊等功能,；電池采樣模塊主要檢測(cè)蓄電池各節(jié)電池的電壓,，與放電控制模塊通訊等功能，本文主要介紹放電模塊的研制,。
2．2放電模塊的研制
圖2為放電模塊基本原理圖,，包括功率電路，脈沖產(chǎn)生保護(hù)電路和微機(jī)控制電路三部分,。
圖 2 放電模塊基本原理圖
2.2.1 功率電路的設(shè)計(jì)
從圖2可以看出,，放電模塊功率電路由電感L1，電容C1構(gòu)成的EMI濾波器和MOS管Q1,，Q2,，續(xù)流二極管D1，輸出電感L2構(gòu)成BUCK型電路兩部分組成,，Q1,，Q2交替導(dǎo)通,。R1為輸出電流檢測(cè)電阻,，R2為輸入電流檢測(cè)電阻，RJ為放電負(fù)載,。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1（Q2）導(dǎo)通時(shí),，蓄電池的放電電流從電池的正極經(jīng)過(guò)L1，Q1（Q2）,，L2,，RJ和取樣電阻R1，R2流到蓄電池的負(fù)極,，Q1（Q2）關(guān)斷后,，負(fù)載電流通過(guò)L2，二極管D1續(xù)流,。因此,，可以通過(guò)控制MOS管Q1,，Q2的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比來(lái)達(dá)到維持輸入電流恒定的目的。
MOS管和續(xù)流二極管分別采用FAIRCHILD公司和IXYS公司產(chǎn)品,，模塊的開(kāi)關(guān)頻率為30kHz,。
2.2.2 脈沖產(chǎn)生保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
從圖2可以看出，脈沖產(chǎn)生保護(hù)電路的作用主要是產(chǎn)生控制MOS管Q1/Q2所需的脈沖,，同時(shí)對(duì)輸入電壓,，輸出電流等采樣信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)的處理，出現(xiàn)故障時(shí)關(guān)斷Q1和Q2,。在本方案中,，PWM控制芯片采用的是UNITRODE 公司生產(chǎn)的UC3825電流型PWM控制芯片，UC3825內(nèi)含精確的5.1V電壓基準(zhǔn),，微功率啟動(dòng)電路,，軟啟動(dòng)，高頻振蕩器,，寬帶誤差放大器,，快速電流限制器，雙脈沖控制邏輯和雙圖騰柱輸出驅(qū)動(dòng)器,，可用于電壓型或電流型控制,，圖3為脈沖產(chǎn)生保護(hù)電路的框圖。
圖3:脈沖產(chǎn)生保護(hù)電路的框圖
來(lái)自微機(jī)控制部分設(shè)定的電流指令信號(hào)送到誤差放大器2A的正端,，輸入電流采樣信號(hào)IS通過(guò)放大器1A送入誤差放大器2A的負(fù)端,，兩者進(jìn)行比較，差值信號(hào)送到電流型PWM控制芯片UC3825的IN+腳（2腳,，同相輸入）,，UC3825輸出的OUTA（11腳），OUTB（12腳）信號(hào)再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路分別送到MOS管Q1,，Q2的G,，S端，作為MOS管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),。當(dāng)電池端電壓或放電負(fù)載阻值發(fā)生變化時(shí),，自動(dòng)調(diào)整OUTA，OUTB信號(hào)的脈沖寬度,，進(jìn)而調(diào)整MOS管Q1的開(kāi)通時(shí)間,，保證蓄電池組放電輸出電流的恒定。當(dāng)出現(xiàn)輸入欠壓,，輸出短路或模塊過(guò)熱時(shí),，綜合保護(hù)信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑琔C3825的SS腳（軟啟動(dòng)腳）通過(guò)二極管D1放電，從而封閉UC3825的輸出,，起到保護(hù)的作用,。
2.2.3微機(jī)控制電路硬件和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
微機(jī)控制電路主要完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，數(shù)據(jù)的顯示以及與電池采樣模塊,，上位機(jī)的通訊等功能,。
硬件設(shè)計(jì)
在本方案中，微處理器采用的TI公司生產(chǎn)的 MSP430F系列單片機(jī),，它是一種超低功耗,，高性能的FLASH結(jié)構(gòu)系列單片機(jī)，具有16位精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu),，內(nèi)含12位快速ADC/Slope ADC,內(nèi)含60K字節(jié)FLASH ROM,，2K字節(jié)RAM，片內(nèi)資源豐富,，有ADC,、PWM、若干TIME,、串行口,、WATCHDOG、比較器,、模擬信號(hào),，具有ESD保護(hù)，大大簡(jiǎn)化了控制電路,；通訊部分采用TI公司抗雷擊RS485收發(fā)器SN75LBC184芯片,，具有熱關(guān)斷保護(hù)和ESD保護(hù)功能。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件采用C語(yǔ)言編制,，模塊化設(shè)計(jì),，包括初始化模塊，通訊模塊,，定時(shí)中斷模塊,，監(jiān)測(cè)模塊，顯示模塊,，故障處理模塊等,，主程序流程圖見(jiàn)圖4,。
圖4 主程序流程圖
初始化模塊主要完成CPU功能模塊,，通訊模塊和液晶顯示器等的初始化，各變量單元,，各寄存器單元賦初值,，讀取保存的信息；
監(jiān)測(cè)模塊主要完成放電電壓/電流的A/D轉(zhuǎn)換和靜態(tài)放電的監(jiān)測(cè)；
顯示模塊主要完成液晶顯示屏的處理,；
故障處理模塊根據(jù)檢測(cè)的電池電壓信息和模塊本身提供的故障信號(hào)進(jìn)行故障判斷,，在故障發(fā)生時(shí)去封鎖UC3825的PWM輸出脈沖，同時(shí)提供故障類型去顯示模塊,。故障的類型包括蓄電池端電壓過(guò)低,，單節(jié)電池電壓超限，過(guò)阻,，模塊過(guò)熱或短路等,；
定時(shí)中斷模塊包括定時(shí)器A_0,A_1,A_2和B_0 四個(gè)中斷服務(wù)程序，分別完成按鍵處理,，通訊超時(shí)監(jiān)測(cè),，動(dòng)態(tài)放電監(jiān)測(cè)和模塊時(shí)鐘的功能；
通訊模塊主要完成與電池采樣模塊或上位機(jī)的數(shù)據(jù)接受和發(fā)送,。
3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
根據(jù)上述思路研制完成了220V/30A和110V/50A兩種智能蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，表1為110V/50A系統(tǒng)樣機(jī)放電實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),表2為實(shí)測(cè)的效率數(shù)據(jù).
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
4 結(jié)語(yǔ)
智能型蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)流精度高（<1%）,，自動(dòng)記錄每節(jié)電池端電壓（單節(jié)電壓檢測(cè)精度<0.1%）等優(yōu)點(diǎn),，樣機(jī)研制成功后已投入批量生產(chǎn)，并已在幾個(gè)變電站中試運(yùn)行,，可以完全替代原有傳統(tǒng)放電裝置,，具有很好的應(yīng)用前景。