一种蓄电池在线充放电控制及容量核对系统的制作方法

本实用新型涉及直流系统的技术领域，尤其涉及到一种蓄电池在线充放电控制及容量核对系统。

背景技术：

蓄电池维护历来是直流系统维护工作的重点与难点，由蓄电池故障引发的失电事故或通信中断事故很多。由于蓄电池内部性能的复杂性及不可见性，到目前为止，除了放电测试外，很难有另一种方法能够对蓄电池的性能进行全面定性、定量的测试。按目前蓄电池组的维护规程规定，每1年或2年必须对蓄电池组进行核对性放电，采用标称容量0.1A电流进行放电，检验其容量是否达到标称容量的80％以上，每次核容操作需要几十个小时，劳动工作强度大，工作效率低。

传统的蓄电池的核容测试普遍采用离线的方法，需要将放电设备运至现场进行人工放电，且对于只有一组蓄电池组的情况，还需要使用备用蓄电池组，离线核容的人工成本较高，若采用假负载放电机，机房里存在巨大的热源，存在安全隐患。

随着自动化程度日益提高和无人值守变电站或基站数量的增加，传统的维护方法的不足日益凸显，许多研究者提出蓄电池组在线容量测试的方法。在线容量测试主要分为两种：一种是通过远程切换放电机进行放电，这种方法往往对现有的直流系统改动较大，实现成本较高，且通信异常时可能由于无法及时切回原有连接而造成失电事故；另一种是通过远程控制充电机降低输出电压，使蓄电池对负载进行放电，通过放电电流的积分运算，对蓄电池的容量进行估算。此种方法蓄电池放电电流不是恒定值，无法满足运维规程中核对性放电要求用0.1C进行恒流放电的要求；且进行容量估算时对电流的采样精度要求较高，放电容量的估算值可能会出现较大的误差；另外，此方法对蓄电池的充电过程未进行控制，当蓄电池放电完成后压降较大，如果直接恢复整流器进行充电，将会出现大电流充电使整流器充电保护无功率输出而导致失电故障。上述问题，亟待解决。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能解决维护人员现场放电维护费时费力、其他在线放电实现成本高、蓄电池放电后需要人工干预充电、人工降低整流器输出导致蓄电池给负载放电这种核对容量方式带来的容量估算精度不够而无法保证充放电过程安全性等问题的蓄电池在线充放电控制及容量核对系统。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：

一种蓄电池在线充放电控制及容量核对系统，包括整流器、控制模块、第一互感器、第二互感器、蓄电池以及负载；其中，负载两端分别与蓄电池两端连接，形成主回路；控制模块和整流器连接，用于调节整流器的输出电压及输出功率，同时控制模块和整流器二者与蓄电池并联，与负载串联；第一、二互感器分别与蓄电池和负载连接，分别采集蓄电池和负载的电流值，将采集到的电流值发送给控制模块。

进一步地，所述控制模块包括通信单元、外部电流采集单元以及分别与通信单元和外部电流采集单元连接的CPU；其中，控制模块通过该通信单元与整流器通信连接；外部电流采集单元与第一、二互感器连接，将第一、二互感器检测到的电流信号发送给CPU，为控制整流器电压和功率输出提供数据依据。

作为本实用新型的另外一种优选方案，所述控制模块包括CPU、与CPU连接的外部电流采集单元、PWM控制电路、连接PWM控制电路与CPU的驱动电路、连接所述CPU用于采集控制模块输入电压电流信息的输入电压电流采集单元以及用于采集控制模块输出电压电流信息的输出电压电流采集单元；所述CPU通过驱动电路控制PWM控制电路的PWM输出的占空比，自动调节控制模块的输出功率；整流器和控制模块串联。

作为本实用新型的另外一种优选方案，系统还包括单一整流模块；单一整流模块和控制模块串联后与整流器并联。

与现有技术相比，本方案的优点如下：

1.与传统离线放电的方式相比，实现在线放电核对容量，可大大减轻人工维护的工作量，适应自动化的发展方向。

2.与切换放电设备的方式相比，使用直流系统原有的负载作为放电设备，不增加放电模块，降低改造成本，增加运维过程的安全性。

3.与现有的调低开关电源输出电压的方式相比，通过控制模块调节整流器的输出电压及输出功率，实现蓄电池恒流放电，提高容量测试的精度。

4.对蓄电池放电完成后的充电过程进行管理，放电完成后智能调节整流器输出电压逐步提高，避免大电流冲击使整流器出现充电保护而停止输出。

附图说明

图1为传统直流系统的原理框图；

图2为本实用新型中蓄电池在线充放电控制及容量核对系统的原理框图；

图3为本实用新型实施例中第一种实施例的系统框图；

图4为本实用新型第一种实施例中控制模块的结构框图；

图5为本实用新型实施例中第二种实施例的系统框图；

图6为本实用新型实施例中第三种实施例的系统框图。

具体实施方式

下面结合三个具体实施例对本实用新型作进一步说明：

实施例一：参见附图2至4所示，本实施例所述的一种蓄电池在线充放电控制及容量核对系统，包括整流器1、控制模块2、第一互感器3、第二互感器4、蓄电池5以及负载6；整流器1包括N个整流模块、通信接口以及主控板；控制模块2包括包括通信单元2-2、外部电流采集单元2-3以及分别与通信单元2-2和外部电流采集单元2-3连接的CPU2-1；

其中，负载6两端分别与蓄电池5两端连接，形成主回路；控制模块2通过通信单元2-2与整流器1通信连接，用于调节整流器1的输出电压及输出功率，同时控制模块2和整流器1二者与蓄电池5并联，与负载6串联；第一、二互感器3、4分别与蓄电池5和负载6连接，分别采集蓄电池5和负载6的电流信号；外部电流采集单元2-3与该第一、二互感器3、4连接，将第一、二互感器3、4检测到的电流信号发送给CPU2-1，为控制整流器1电压和功率输出提供数据依据。

工作时，控制模块2调节整流器1的输出电压及输出功率，使放电过程中蓄电池5输出恒定电流，使整流器1的输出电流D、控制模块2的输出电流B与蓄电池5的输出电流A之和等于负载6总电流C；使充电过程中蓄电池5以恒定电流充电。

具体控制过程如下：

以蓄电池5恒流放电电流值为放电参考值，当控制模块2检测到蓄电池5电流B大于放电参考值时，控制模块2通过通讯单元2-2与整流器1连接，通过CPU2-1调节升高整流器1输出电压，从而使蓄电池5放电电流变小。反之，当控制模块2检测到蓄电池5电流B小于放电参考值时，控制模块2调节降低整流器1输出电压，从而增加蓄电池5的放电电流，实现蓄电池5恒流放电。

放电完成后进入充电控制过程，以蓄电池5恒流充电电流值为充电参考值，当控制模块2检测到蓄电池5电流B大于充电参考值时，控制模块2通过通讯单元2-2与整流器连接，调节降低整流器1输出电压，从而使蓄电池5充电电流变小。反之，当控制模块2检测到蓄电池5电流B小于参考值时，控制模块2调节升高整流器1输出电压，从而增加蓄电池5的充电电流，实现蓄电池5的恒流充电。

实际使用中，蓄电池5恒流充放电的调节精度跟整流器1电压的调节步长有关，当基于现有的直流系统进行改造时，整流器1的调节步长越小，蓄电池5恒流充放电精度越高。

实施例二：参见附图2和图5所示，其与实施例一区别在于：控制模块2包括CPU2-1、与CPU2-1连接的外部电流采集单元2-3、PWM控制电路2-4、连接PWM控制电路2-4与CPU2-1的驱动电路2-5、连接所述CPU2-1用于采集控制模块2输入电压电流信息的输入电压电流采集单元2-6以及用于采集控制模块2输出电压电流信息的输出电压电流采集单元2-7；整流器1与控制模块2串联后接入直流母线，整流器1的输出设定在蓄电池浮充状态，通过控制模块的PWM控制电路，采用闭环的PWM控制技术，实现蓄电池5的恒流充放电。

具体控制过程如下：

以设定的蓄电池5的恒定放电电流值为放电参考值，当控制模块2检测到蓄电池5的放电电流大于放电参考值时，控制PWM控制电路2-4输出的占空比升高，使控制模块2输出到直流母线上的电压变大，从而减少蓄电池5放电的电流；反之，当蓄电池5的放电电流低于参考值时，控制PWM控制电路2-4输出的占空比降低，使控制模块2输出到直流母线上的电压降低，增加蓄电池5的放电电流，实现蓄电池5的恒流放电。

放电完成后进入充电控制过程，以蓄电池5恒流充电电流值为充电参考值，当控制模块2检测到蓄电池5的充电电流大于充电参考值时，控制PWM控制电路2-4输出的占空比降低，使控制模块2输出到直流母线上的电压降低，从而减少蓄电池5充电的电流；反之，当蓄电池5的充电电流低于参考值时，控制PWM控制电路2-4输出的占空比升高，使控制模块2输出到直流母线上的电压升高，增加蓄电池5的充电电流，实现蓄电池5的恒流充电。

实际使用中，要实现蓄电池5恒流充放电的高精度，需要PWM控制的精度较高，需要采用具备12位或者以上的PWM控制器，同时CPU2-1的速度也是蓄电池恒流充放电安全可靠控制的重要因素。CPU2-1运行速度高，可以保证较快速度的闭环控制，让蓄电池5充放电的电流处于非常稳定的状态。

实施例三：参见附图2和图6所示，其与实施例二区别在于：系统还包括单一整流模块7；该单一整流模块7和控制模块2串联后与整流器1并联接入直流母线。放电过程中，负载6电流C等于控制模块2输出电流B、整流器1输出电流D和蓄电池5放电电流A之和；充电过程中，整流器1输出电流D和控制模块2输出电流B之和等于蓄电池5的充电电流A和负载电流C之和。

控制模块2通过通信单元2-2使整流器1的输出电压略大于蓄电池5放电截止电压，即使蓄电池5在放电过程中出现任何异常，也能够保证负载6具备不间断的功率输出，保证直流系统的安全性。

放电过程中，负载6电流C会随着蓄电池供电电压的降低而逐步加大，而蓄电池5放电电流A要一直处于恒定状态，其核心在于控制模块2的输出电压的控制采用闭环的PWM控制技术，实现蓄电池5的恒流放电。其充放电控制过程与上述类似，不再赘述。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。