专利名称：大型风力发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及风カ发 电设备，特别是ー种大型风カ发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置。
背景技术：
现代风カ发电系统中，变桨距控制系统是保证风机安全运行的关键，是风电控制系统的核心単元。当变桨距控制系统发生故障吋，电池组是重要的变桨距控制系统紧急供电单元，它可保证变桨距控制系统的紧急收桨。但如果不能妥善地管理使用电池组，发生过充电、过放电及电池老化等现象，都会导致电池损坏或电池容量急剧下降，从而影响紧急收桨的正常供电。但是，现有的电池组(尤其多节数)充放电管理装置中，单节循环高压PWM脉冲充放电专用装置，目前还没有成熟的产品。对于多节数电池组，多采用串联充电方式，这要求电池的一致性极高，否则将使有些电池过充，基板盐化，有些电池充不满，使电池组不能发挥最佳能效，同时减低电池组的使用寿命可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种适用于大型风カ发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，它可以有效提高系统运行的可靠性和稳定性，降低事故率，有效地保护风カ发电机组。本发明的目的是通过如下途径实现的ー种大型风カ发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，它包括电池管理器、电池组、PLC、主控系统、风电场控制中心、用户监测界面IXD ;所述的电池组为若干组(节)串联，每组对应连接ー电池管理器，所述的电池管理器通过CAN总线与PLC连接，所述PLC通过光纤与主控系统连接，风电场控制中心与用户监测界面IXD连接在主控系统上。作为进一歩的优选，所述的电池管理器，其外部接ロ电路与CPU控制芯片相连，CPU控制芯片外接CAN通讯电路、LED显示电路及PWM脉冲功率开关电路，所述PWM脉冲功率开关电路接收CPU控制芯片输入的PWM开关信号，并通过1-24路开关切换控制电路与电池组相连，电源为上述电路提供所需的工作电源。作为进ー步的优选，放电电阻、充电电流采样电路、电池电压采样电路通过1-24路开关切换控制电路与电池组连通，再充电唤醒控制电路连接在1-24路开关切换控制电路与CPU控制芯片之间。作为进一歩的优选，所述的1-24路开关切换控制电路由隔离驱动电路和若干继电器连接构成。作为进ー步的优选，所述的CPU控制芯片型号为C8051F040CPU。
本发明大型风カ发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，它可对电池组进行在线智能充放电管理及參数、状态通讯，确保电池组在寿命内处于ー种良好状态。对电池组的每节电池进行巡回检测，采用脉冲充电、有效恒压/限流相结合的充电方式，时效高，同时更有效的保持整组电池的均衡度。采用CAN总线通讯，向主控系统提供每节电池的状态数据，显示在用户监测界面IXD上，以便维护。备份ー个总的状态“开关量”，正常时常开，电池故障时闭合输出，为上位系统提供检测接ロ。与现有技术相比，本发明的有益效果在于
1、采用1-24路开关切換控制电路对电池充电，可以解决目前电池组充电不满的情況，从而为风カ发电机组紧急顺桨提供更加可靠的保障；
2、采用1-24路开关切换控制电路，可以更精准、更高效的对每节电池充电电流采样和 电池电压采样；
3、电池管理单元采用230VAC供电，采用脉冲、有效恒压/恒流充/放电相结合的管理模式，时效高，同时更有效的保持了整组电池的均衡度；
4、通过风电场控制中心、用户监测界面LCD可以实时在线显示蓄电池的健康状态，对故障蓄电池进行诊断、预警等，可以明显減少设备维护人员的工作量。
下面结合附图对本发明作进ー步详细说明
图I为本发明的系统结构方框 图2为本发明中的电池管理器结构方框 图3为本发明中的电池管理器电路 图中用户监测界面IXD1、主控系统2、风电场控制中心3、光纤4、PLC5、CAN总线6、电池管理器7、电池组8、外部接ロ电路21、电源22、CAN通讯电路23、CPU控制芯片24、LED显示电路25、PWM脉冲功率开关电路26、放电电阻27、1-24路开关切换控制电路28、充电电流采样电路30、电池电压采样电路31、再充电唤醒控制电路32。
具体实施例方式如图I所示，本发明大型风カ发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，它包括电池管理器7、电池组8、PLC5、主控系统2、风电场控制中心3、用户监测界面IXDl ;所述的电池组8为若干组串联，每组对应连接ー电池管理器7，所述的电池管理器7通过CAN总线6与PLC5连接，所述PLC5通过光纤4与主控系统2连接，风电场控制中心3与用户监测界面IXDl连接在主控系统2上。如图2所示，所述的电池管理器7，其外部接ロ电路21与CPU控制芯片24相连，CPU控制芯片24外接CAN通讯电路23、LED显示电路25及PWM脉冲功率开关电路26，所述PWM脉冲功率开关电路26接收CPU控制芯片24输入的PWM开关信号，并通过1_24路开关切换控制电路28与电池组8相连，电源22为上述电路提供所需的工作电源。放电电阻27、充电电流采样电路30、电池电压采样电路31通过1-24路开关切换控制电路28与电池组8连通，再充电唤醒控制电路32连接在1-24路开关切换控制电路28与CPU控制芯片24之间。所述的1-24路开关切换控制电路28由隔离驱动电路和若干继电器连接构成。
本发明大型风カ发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置的エ过程及原理如下电源22向各个功能电路提供所需的工作电源，外部接ロ电路21和CPU控制芯片24相连，用于接收外部遥控启动充电指令，以及在电池组8发生故障时提供遥控报警用的一对开关触点，由常开变为闭合，同时外部接ロ电路21也是管理器外部电源的接ロ ；CAN总线6与CPU控制芯片24的CAN ロ相连接，实时向远程上位机(可以是PLC或PC机)发送电池组8每节电池的电压、电流、节数等參数，同时接收上位机的启动充电、停止充电指令，并送到CPU控制芯片24内部相应输入接ロ ；LED显示电路25包含功率驱动电路和LED显示模块。LED显示器显示正在充电或发生故障的电池节数；PWM脉冲功率开关电路26包含隔离驱动和功率MOS管，接收CPU控制芯片24输入的PWM开关信号，通过1_24路开关切换控制电路28向电池组的每节蓄电池充电，可以保证每节电池都充满电。而1-24路开关切換控制电路28由隔离驱动电路和相应数量的继电器组成，其中包含6个功率继电器和24个信号继电器，用于对蓄电池充/放电和状态数据的采集；放电电阻27通过1-24路开关切換控制电路28与电池组8的每节电池接通，在PWM信号低电平期间对电池适度放电；充电电流采样电路30、电池电压采样电路31通过1-24路开关切换控制电路28与电池组8接通将电池的充放电电流、电池电压隔离转换后送CPU控制芯片24的AD采样输入端ロ，CPU控制芯片24作为电池管理器7的核心部件，通过编制调试好的程序软件对电池实施充放电的智能管理，及电池參数处理工作。电池管理器7中涉及到的元器件包括CPU控制芯片24、光耦、正电压稳压器、隔离式电源，译码器、锁存器、继电器、双单稳态触发器、三端固定电压调节器、功率MOS管、LED指示灯、运放、电位器、铝电解电容、整流桥、压敏电阻等。CPU控制芯片采用型号为C8051F040CPU的控制芯片，它集成有CAN控制器，大大简化了电路，同时也提高了系统的可靠性，且大部分指令可在一个时钟周期内完成，同样的晶振下可以获得传统51CPU控制芯片近12倍的速度；光耦包括单光耦TLP521-1和双光耦TLP504A两种，用于电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，简化电路设计；隔 离式电源采用R1-1205S，其特点输入和输出通过变压器等磁性元器件电气连接的，即使将输出短路也不会有太大问题，且隔离式电源的输出电压是可以通过变压器进行调整的；Kl-k24采用TQ2-5V信号继电器，有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。KA1-KA6采用G2R-2 24V功率继电器，有耐压、抗震、体积小、可用于恶劣环境的优点；双精度单稳态触发器用于脉冲信号的采集，它有两个可再触发端A端与B端。若用脉冲上升沿触发，触发信号从A端输入，B端要接高电平。若用脉冲下降沿触发，触发信号从B端输入，A端要接低电平；压敏电阻的两端电压大于压敏电阻的阻值时，压敏电阻导通，线路电流变大，保险丝就烧掉，从而保护用电器不会因高压而损坏，起到过电压保护电路的作用。1-24路开关切换控制电路28由隔离驱动电路和相应数量的继电器组成，负责充电模式切換，选择需充电的电池节数。其中以四节蓄电池为ー组，将整个电池组分成六组。对于每组由ー个总的功率继电器控制其四节电池同时充电，采用50VDC进行充电；对于每组的单节蓄电池都连有ー个信号继电器，控制其单独充电和状态数据采样，输入电压ISVDC0通过对每节电池的巡回检测，当发现整个电池组总电量不足以完成一次紧急顺桨时，对六组蓄电池进行同时充电，当每节电池电量达到额定值的70%-80%时，转换充电方式改为单节进行充电。
当接通外部供电后，蓄电池充放电智能管理开机，完成内部特殊功能寄存器设置，如系统时钟设置、中断设置、定时器设置等。初始化后，开中断，允许系统需要中断事件的执行，系统需要的中断事件有AD转换结束中断、定时器、、、(分别用作PWM生成和充电时间计时)、外部中断INT。、INT115然后启动Watchdog，Watchdog用来监控软件运行情况，起到抗干扰作用。程序首先对“启动充电”标志用寄存器判定充电否，标志位值为O表示“允许充电”，标识位置I的情况有电池故障、外部紧急停机信号、上位机遥控停机三种控制源；在“Call初始电压采样子程序”中完成对待充电池组中的每节电池的初始电压的采样以判别电池的好坏，所有电池均完好时，主程序调用“电池组管理子程序”，在充电过程中，检查电池组充满标志，电池组充满后关PWM发生器b，主程序只有通讯程序实时运行，系统其它功能处于待机状态，等待在充电唤醒。在充电过程中，PWM中断运行程序中，上跳启动充电电流采样,PWM下跳启动电池电压采样，采样AD结束中断读取采样的电池数据,并将电池的电压电流数据写入在相应的寄存器地址，然后调用CAN通讯子程序将电池数据发送到总线以便上位机读取，电池组管理子程序完成对电池组的充放电管理。 电池管理子程序负责充电模式切換，选择需充电的电池节数，在初始电压采样子程序中已按电池电压由低向高编码，充电管理选择充电由低向高，在选通充电时，启动定时器も。充电时间未到则根据电池电压状态选择充电模式(总共3种充电模式),充电时间满后，如果电池电压还未达到满充值，则该电池判为故障电池，程序置电池故障标志位，并将电池节数寄存器置1，关闭继电器开关结束充电，关闭计时定时器h，返回主程序。
权利要求
1.一种大型风力发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，其特征在于它包括电池管理器(7 )、电池组(8 )、PLC (5 )、主控系统(2 )、风电场控制中心(3 )、用户监测界面IXD (I);所述的电池组(8)为若干组(节)串联，每组对应连接一电池管理器(7)，所述的电池管理器(7)通过CAN总线(6)与PLC (5)连接，所述PLC (5)通过光纤(4)与主控系统(2)连接，风电场控制中心(3)与用户监测界面IXD (I)连接在主控系统(2)上。
2.如权利要求I所述的大型风力发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，其特征在于所述的电池管理器(7)，其外部接口电路(21)与CPU控制芯片(24)相连，CPU控制芯片(24)外接CAN通讯电路(23 )、LED显示电路(25 )及PWM脉冲功率开关电路(26 )，所述PWM脉冲功率开关电路(26)接收CPU控制芯片(24)输入的PWM开关信号，并通过1_24路开关切换控制电路(28)与电池组(8)相连，电源(22)为上述电路提供所需的工作电源。
3.如权利要求2所述的大型风力发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，其特征在于放电电阻(27 )、充电电流采样电路(30 )、电池电压采样电路(31)通过1-24路开关切换控制电路(28)与电池组(8)连通，再充电唤醒控制电路(32)连接在1-24路开关切换控制电路(28)与CPU控制芯片(24)之间。
4.如权利要求2或3所述的大型风力发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，其特征在于所述的1-24路开关切换控制电路(28)由隔离驱动电路和若干继电器连接构成。
5.如权利要求2或3所述的大型风力发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置，其特征在于所述的CPU控制芯片型号为C8051F040CPU。
全文摘要
本发明涉及风力发电设备，特别是一种大型风力发电机组变桨控制器的备用电池组在线监测装置。在每组电池组对应连接一电池管理器，电池管理器通过CAN总线与PLC连接，PLC通过光纤与主控系统连接，风电场控制中心与用户监测界面LCD连接在主控系统上。本发明的有益效果主要体现在对电池组进行在线智能充放电管理及参数、状态通讯，确保电池组在寿命内处于一种良好状态；同时主控系统可以实时把握电池组及每个电池的容量及好坏状态,从而可以及时预警或更换电池,以保证风机的安全、可靠、高效运行。
文档编号H02J7/14GK102664450SQ20121018220
公开日2012年9月12日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者刘滨升, 周腊吾, 彭建国, 谭海波 申请人:湘潭世通电气有限公司