CN106772105A - 一种pwm控制定时放电的蓄电池检测装置 - Google Patents

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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables

Abstract

本发明公开了一种PWM控制定时放电的蓄电池检测装置，包括DSP处理器、PWM高频信号电路、PWM低频信号电路、通断逻辑判断电路、电磁隔离电路、FET放电电路、设定电流模拟量输出电路和放电电流检测反馈电路。本发明利用DSP处理器发出高精度PWM信号，同时控制多组FET场效应管快速通断，实现蓄电池在瞬间以接近短路的定电流输出，通过DSP处理器快速检测电流峰值和衰减变化来判定蓄电池性能状况。本发明可在蓄电池的使用生命周期内任何阶段进行检测，并且由于采用DSP处理器，PWM控制信号精度和电流检测精度都保证了检测结果的准确性和检测范围的广泛性。本发明由于通电时间极短，产生的热量很少，可多次连续检测。

Description

一种PWM控制定时放电的蓄电池检测装置
技术领域
本发明涉及铁路行业太阳能蓄电池，特别是一种PWM控制定时放电的蓄电池检测装置。
背景技术
目前在铁路行业上应用较多的判定蓄电池好坏的方法是使用传统放电仪对蓄电池放电，在常温下以小于额定冷起动电流值、经过较长时间放电检测蓄电池电压的衰减值，来计算蓄电池目前的实际容量，从而判定蓄电池的好坏情况。这种传统的检测方式有如下缺点：
1、被测试的蓄电池必须满充，假如测试对象曾经局部放电，必然导致测量的电压值偏低，形成误判；
2、对于同一个蓄电池，不能在短时间内多次测量，测量一次后需要较长时间充电才能再次测量，测量效率低，准确率差；
3、检测设备在测试过程中发出大量的热，无法连续测试多个蓄电池，持续测量能力差；
4、测量过程中的多个环节都依赖于人工，无法做到自动定时智能检测。
综上所述，现有检测方法无法满足铁路现场太阳能蓄电池检测要求。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能实现快速、准确和高效地检测铁路现场太阳能蓄电池性能状况的PWM控制定时放电的蓄电池检测装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种PWM控制定时放电的蓄电池检测装置，包括DSP处理器、PWM高频信号电路、PWM低频信号电路、通断逻辑判断电路、电磁隔离电路、FET放电电路、设定电流模拟量输出电路和放电电流检测反馈电路；
所述的DSP处理器的输出端分别与设定电流模拟量输出电路、PWM高频信号电路和液晶显示器连接，其输入端与放电电流检测反馈电路连接；所述的PWM高频信号电路依次与通断逻辑判断电路、电磁隔离电路、FET放电电路和放电电流检测反馈电路串联连接；所述的PWM低频信号电路的输入端分别与设定电流模拟量输出电路和放电电流检测反馈电路的输出端连接，PWM低频信号电路的输出端与通断逻辑判断电路连接。
进一步地，所述的低频信号为125KHz信号，所述的高频信号为2MHz信号。
进一步地，所述的DSP处理器包括DSP28335芯片。
进一步地，所述的设定电流模拟量输出电路包括两个缓冲器芯片74LVC8T245和一个数模转换芯片AD5447。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明利用DSP处理器发出高精度PWM信号，同时控制多组FET场效应管快速通断，实现蓄电池在瞬间以接近短路的定电流输出，通过DSP处理器快速检测电流峰值和衰减变化来判定蓄电池性能状况。
2、本发明可在蓄电池的使用生命周期内任何阶段进行检测，并且由于采用DSP处理器，PWM控制信号精度和电流检测精度都保证了检测结果的准确性和检测范围的广泛性。
3、本发明可设置的通电时间为1～10ms，在极短的时间就完成多次检测和结果计算。
4、本发明由于通电时间极短，产生的热量很少，可多次连续检测。
5、本发明检测的所有环节都由DSP处理器控制完成，可按上位机要求或者自发定时检测，并及时上报检测结果和蓄电池故障报警。
附图说明
图1是蓄电池检测装置的整体工作原理图。
图2是设定电流模拟量输出电路原理图。
图3是PWM低频信号和放电电流检测反馈电路原理图。
图4是PWM高频信号和通断逻辑判断电路原理图。
图5是电磁隔离电路原理图。
图6是FET放电电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体内容进行详细的描述。
如图1所示，本发明的工作原理如下：以DSP28335芯片作为中央处理器，以芯片特有的高精度PWM输出口发送125KHz和2MHz两种PWM信号，2MHz的PWM信号通过PWM高频信号电路发送到通断逻辑判断电路。DSP28335芯片以多路数字量IO输出的形式将需要设定的放电电流值编码，并通过设定电流模拟量输出电路以数模转换的形式输出模拟量给PWM低频信号电路，同时PWM低频信号电路接收放电电流检测反馈电路反馈的放电电流模拟量信号，对设定的放电电流和反馈的放电电流进行比较后，产生PWM低频信号输出给通断逻辑判断电路，通断逻辑判断电路的逻辑输出结果由PWM低频信号和PWM高频信号共同决定，并输出给电磁隔离电路，最后控制FET放电电路，完成整个放电过程。FET放电电路通过罗氏线圈检测实际放电电流并反馈给DSP28335芯片和PWM低频信号电路，DSP28335芯片在整个放电过程实时检测实际放电电流值，并将各个时刻的电流值描点成图，生成电流变化曲线，通过液晶显示器显示出来，并在每次放电结束时将电流峰值和变化率与数据库中此类型蓄电池的标准参数进行对比和运算，计算出蓄电池当前的性能状况，将结果上报给上位机及铁路管理平台。
如图2所示，是设定电流模拟量输出电路的工作原理，DSP28335芯片的12路数字量IO引脚D/AB1～12分别接入缓冲器芯片74LVC8T245的输入引脚，从74LVC8T245的输出引脚接入数模转换芯片AD5447的数字量输入端，代表12位数字编码后的设定电流模拟量值(0～5V)I_Set，对应实际放电电流从0～8000A可调，放电时间由DSP28335芯片的程序设定，为1～10ms。由TL431可调节精密并联稳压器提供基准电压给数模转换芯片AD5447。
如图3所示，是PWM低频信号电路和放电电流检测反馈原理，来自图2的设定电流模拟量I_Set和来自实际放电电流检测模拟量I_SetRCOIL通过LM319芯片比较，输出一路PWM信号PWM_C给通断逻辑判断电路，同时实际放电电流检测模拟量I_SetRCOIL又通过IN5819钳位二极管接入DSP28335的模拟量检测引脚，使DSP28335芯片能实时检测实际放电电流，以便进行相应的运算。其中，实际放电电流检测模拟量I_SetRCOIL是由罗氏线圈感应放电回路的实际电流产生的模拟量输出。
如图4所示，是PWM高频信号和通断逻辑判断电路工作原理，其中CLK2MHz和CLK125KHz分别为2MHz和125KHz频率的PWM高频信号的两路控制信号，来自DSP28335芯片的高精度PWM输出引脚；PWM_C为图3中输出的一路PWM控制信号；DSP_EN为来自DSP28335芯片的放电使能信号；P+2和P-2信号为控制FET管导通关断的信号，输出到下一级的电磁隔离电路。图中所用的74LS74芯片为双D触发器，上面的触发器B接为二分频电路，使其输出为1MHz的脉冲信号，目的是当74LS11芯片(三输入与门)正常工作时，P+2和P-2信号高低电平以固定频率互相翻转；下面的触发器A的输出由CLK125KHz和PWM_C信号共同控制，决定实际放电的时间。
如图5所示，是电磁隔离电路工作原理，来自图4的P+2和P-2信号为控制FET管导通关断的信号，当其任意一个为高电平时都会使各自的开关变压器T3和T5导通，从而控制PNP型三极管Q15的断开，由于PWM_2信号外接上拉电阻到另一路隔离的12V，所以当Q15断开时，PWM_2信号为高电平，并输出到FET管的栅极上，控制FET管打开，实现回路放电。
如图6所示，是FET放电电路原理，选择NPN型FET场效应管80个并联在主放电回路中(图中只画出10个FET场效应管进行示意)，分成8组，每组10个，每个FET管可承受100A的持续电流和150A的瞬间电流，80个并联可承受8000A以上的持续电流。主放电回路使用厚铜板连接，并在铜板周围放置罗氏线圈采集主回路电流，主回路串联一个1毫欧的康铜丝测量电阻。每个FET管的栅极接图5输出的PWM_2信号，漏极接蓄电池正极，源极串联康铜丝测量电阻后接蓄电池负极。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种PWM控制定时放电的蓄电池检测装置，其特征在于：包括DSP处理器、PWM高频信号电路、PWM低频信号电路、通断逻辑判断电路、电磁隔离电路、FET放电电路、设定电流模拟量输出电路和放电电流检测反馈电路；
所述的DSP处理器的输出端分别与设定电流模拟量输出电路、PWM高频信号电路和液晶显示器连接，其输入端与放电电流检测反馈电路连接；所述的PWM高频信号电路依次与通断逻辑判断电路、电磁隔离电路、FET放电电路和放电电流检测反馈电路串联连接；所述的PWM低频信号电路的输入端分别与设定电流模拟量输出电路和放电电流检测反馈电路的输出端连接，PWM低频信号电路的输出端与通断逻辑判断电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种PWM控制定时放电的蓄电池检测装置，其特征在于：所述的低频信号为125KHz信号，所述的高频信号为2MHz信号。
3.根据权利要求1所述的一种PWM控制定时放电的蓄电池检测装置，其特征在于：所述的DSP处理器包括DSP28335芯片。
4.根据权利要求1所述的一种PWM控制定时放电的蓄电池检测装置，其特征在于：所述的设定电流模拟量输出电路包括两个缓冲器芯片74LVC8T245和一个数模转换芯片AD5447。
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