CN106849251A - 一种电池管理器及风电变桨系统备用电源 - Google Patents

一种电池管理器及风电变桨系统备用电源 Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0021Monitoring or indicating circuits

Abstract

本发明公开了一种电池管理器及风电变桨系统备用电源,电池管理器包括电源模块和处理器;所述处理器与隔离充电模块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块连接;所述隔离充电模块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块均与待检测电池连接;所述电源模块为所述处理器、隔离充电模块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块提供工作电源;所述内阻检测模块检测出待检测电池的实际内阻值,若该实际内阻值高于处理器中设定的内阻基准值,则判断该待检测电池为故障电池。本发明的电源电池管理器功能全面,可以监测备用电池的各种参数,很好地体现电池的真实状态,方便故障电池定位,从而方便故障电池维修。

Description

一种电池管理器及风电变桨系统备用电源
技术领域
[0001]本发明涉及电池管理领域,具体为一种电池管理器及风电变桨系统备用电源。
背景技术
[0002]风电变桨系统由三个独立的单片桨叶变桨模块组成,每个变桨模块都有其对应备 用电源。当外部市电停止时,变桨系统启用备用电源进行紧急变桨,收回桨叶。变桨系统备 用电源用于应对突发情况,保护桨叶免受大风损毁,是风机上必不可少的部分。变桨系统备 用电源由铅酸蓄电池包、电池管理器和主动放电模块组成。电池管理器是备用电源核心,对 内它负责监控电池电压,并为电池自动充电;对外它还向风机总控制器报告电池包故障。现 有变桨系统备用电源电池管理器由充电模块和电压检测模块组成,其监控参数单一(仅能 监控电池电压),无法体现电池真实状态,故障电池无法定位,维修难度大。
发明内容
[0003]本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提供一种电池管理器及风电 变桨系统备用电源。
[0004]为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种电池管理器,包括电源模 块和处理器;所述处理器与隔离充电模块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块连 接;所述隔离充电模块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块均与待检测电池连接; 所述电源模块为所述处理器、隔离充电模块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块 提供工作电源;所述内阻检测模块检测出待检测电池的实际内阻值,若该实际内阻值高于 处理器中设定的内阻基准值,则判断该待检测电池为故障电池。
[0005] 所述处理器与通讯模块连接。
[0006] 本发明的内阻检测模块包括分压模块;所述分压模块输入端输入电压信号;所述 分压模块输出端与第一运算放大器正输入端连接;所述第一运算放大器负输入端与反馈模 块连接;所述反馈模块与采样模块连接;所述第一运算放大器输出端与开关管控制端连接; 所述开关管输入端接待检测电池正极;所述开关管输出端通过所述采样模块接所述待检测 电池负极;所述待检测电池的正极和负极均与电容耦合模块连接;所述电容耦合模块与差 分放大模块连接;所述电容耦合模块与所述差分放大模块之间接有静态电平设置模块。
[0007] 所述反馈模块包括第一反馈电阻和第二反馈电阻;所述第一反馈电阻一端接电 源,另一端接所述第一运算放大器负输入端、第二反馈电阻。
[0008] 所述采样模块包括采样电阻;所述采样电阻一端接入所述第二反馈电阻和开关管 输出端之间,另一端接所述待检测电池负极。
[0009] 所述第一运算放大器输出端与所述开关管控制端之间接有第一保护电阻;第一保 护电容一端接入所述第一运算放大器输出端与所述第一保护电阻输入端之间;所述第一保 护电容另一端接入所述第一反馈电阻与所述第一运算放大器负输入端之间;第二保护电容 一端接入所述第一保护电阻输出端与所述开关管控制端之间,所述第二保护电容另一端接 所述开关管输出端。防止电路产生自激振荡,使得电路更加可靠和稳定。
[0010] 所述开关管控制端与输出端之间接有限压模块,防止开关管控制端和输出端电压 过高而损坏开关管。
[0011] 所述限压模块与放电电阻并联,消耗开关管寄生电容的电量,提高开关速度。
[0012] 所述电容耦合模块包括第一耦合电容和第二耦合电容;所述第一耦合电容输入端 与所述待检测电池正极连接;所述第二耦合电容输入端与所述待检测电池负极连接。
[0013] 所述差分放大模块包括第二运算放大器;所述第二运算放大器正输入端通过第一 差分电阻接所述第一耦合电容输出端;所述第二运算放大器负输入端通过第二差分电阻接 所述第二耦合电容输出端;所述第二运算放大器输出端通过第三差分电阻接所述第二运算 放大器负输入端;第四差分电阻一端接入所述第一差分电阻与所述第二运算放大器正输入 端之间,另一端接入第五差分电阻与第六差分电阻之间;所述第五差分电阻一端接地;所述 第六差分电阻一端接电源。
[0014] 所述第二运算放大器输出端与滤波模块连接。
[0015] 所述静态电平设置模块包括第一上拉电阻和第二上拉电阻;所述第一上拉电阻和 第二上拉电阻输入端均与电源连接;所述第一上拉电阻输出端接入所述第一耦合电容和第 一差分电阻之间;所述第二上拉电阻输出端接入所述第二耦合电容和第二差分电阻之间。 [0016]与现有技术相比,本发明所具有的有益效果为:本发明的电源电池管理器功能全 面,可以监测备用电池的各种参数,很好地体现电池的真实状态,方便故障电池定位,从而 方便故障电池维修。
附图说明
[0017]图1为本发明电池管理器结构框图; 图2为变桨系统备用电源结构示意图; 图3为本发明内阻检测电路拉载部分原理图; 图4为本发明内阻检测电路电压采样部分原理图。
具体实施方式
[0018]如图1,本发明的电池管理器包括电源模块和处理器;所述处理器与隔离充电模 块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块连接;所述隔离充电模块、电压检测模块、 内阻检测模块、温度检测模块均与待检测电池连接;所述电源模块为所述处理器、隔离充电 模块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块提供工作电源。
[0019]为了方便风电变桨系统备用电源与风机其余部分通信,处理器还与CAN通讯模块 连接。
[0020]如图2,本发明的风电变桨系统备用电源采用上述电池管理器。
[0021]如图3和图4所示,本发明的内阻检测电路包括拉载部分和电压采样部分。
[0022]如图3,拉载部分包括电阻Ml和电阻R32组成的分压模块;电阻R31输入端输入电 压信号VISET;电阻R31输出端接第一运算放大器(以下简称第一运放)U4B正输入端,第一运 放输出端通过第一保护电阻R14接M0S管Q1栅极,第一保护电容C15 一端接入第一运放输出 端与第一保护电阻R14输入端之间;第一保护电容R14另一端接入第一反馈电阻R23与第一 3S放负細入_乙间;第二保护电容C13—端接入第一保护电阻输出端与MOS管Q1栅极之间, 第二保护电容C13另一端接M0S管Q1源极;第一反馈电阻R23—端接电源VDDA,另一端接第一 $放f输入端、第二反馈电阻R24;第二反馈电阻R24接Q1源极,Q1漏极接待检测电池正极; 三个采样电阻R1、R2、R3—端接入第二反馈电阻R24、Q1源极之间,R1、R2、R3另一端接待检测 电池负极。 _3] M0S管Q1栅极与输出端之间接有限压模块,本发明中,限压模块采用瞬态抑制二极 管TVS2,防止M0S管Q1栅极和源极之间电压过高而损坏开关管。
[0024]瞬态抑制二极管TVS2与放电电阻R15并联。
[0025]为了保护M0^Q1,在其源极接恪断丝F2。
[0026]如图4所示,本发明电压采样部分包括电容耦合模块和差分放大模块,电容耦合模 块包括第一耦合电容C8和第二耦合电容C7;所述第一耦合电容输入端与所述待检测电池正 极BAT+连接;所述第二稱合电容输入端与所述待检测电池负极BAT-连接。
[0027]本发明中,差分放大模块包括第二运算放大器U4A;所述第二运算放大器正输入端 通过第一差分电阻R10接所述第一耦合电容输出端;所述第二运算放大器负输入端通过第 二差分电阻R21接所述第二耦合电容输出端;所述第二运算放大器输出端通过第三差分电 阻R13接所述第二运算放大器负输入端;第四差分电阻R22—端接入所述第一差分电阻与所 述第二运算放大器正输入端之间,另一端接入第五差分电阻R30与第六差分电阻似9之间; 所述第五差分电阻一端接地GND;所述第六差分电阻一端接电源VDDA。
[0028]为了防止电路产生自激振荡,第三差分电阻R13与电容C11并联,第五差分电阻R30 与电容C17并联,电容C14一端接入第五差分电阻R30与第六差分电阻R29之间,另一端接入 第一差分电阻R10和第二运算放大器正输入端之间。
[0029]第二运算放大器电源输入端接有滤波电容C12。
[0030] 第二运算放大器输出端与滤波模块连接,滤除毛刺。该滤波模块包括电阻犯2和电 容C19,电阻12同时起到保护第二运算放大器输出端,防止第二运算放大器烧毁。
[0031]滤波模块输出端接单片机,即R12接单片机。
[0032] 为了保证电容耦合模块和差分放大模块之间的电压处于平衡状态,本发明设置了 静态电平设置模块,电平设置模块包括第一上拉电阻R11和第二上拉电阻R20;所述第一上 拉电阻和第二上拉电阻输入端均与电源VDDA连接;所述第一上拉电阻输出端接入所述第一 耦合电容和第一差分电阻之间;所述第二上拉电阻输出端接入所述第二耦合电容和第二差 分电阻之间。
[0033] 本发明内阻检测电路的工作原理如下:电阻R31输入端输入一个控制电流的电压 信号VISET,使M0S管Q1导通,M0S管Q1的输出电流值可以通过VISET求得,该电流值设为I;此 时,待检测电池两端电压下降,产生压差,此压差信号通过第一耦合电容C8和第二耦合电容 C7耦合到差分放大模块的输入端(S卩R10和R21的输入端),经过差分放大模块后,得到放大 后的压差信号,该压差信号通过模数转换器采样,得到压差信号值△ V,则待检测电池内阻r = AV/I。
[OO34] 为了提高电池内阻测量精度,可以连续进行多次测量(例如500次),取多次测量结 果的平均值,得到更加准确的待检测电池内阻值。
[0035] 本发明中,隔离充电模块用于为蓄电池组充电;电压检测模块用于检测蓄电池的 电压;温度检测模块用于检测蓄电池的工作温度。
[0036] 本发明中,内阻检测模块可以测量蓄电池组中每一节电池的内阻,将所有电池的 内阻值与处理器MCU中设定的电池内阻的基准值进行比较,若某一节电池内阻增大,则判断 出该节电池出现故障,处理器记录并反馈出该节电池的编号(可以事先设定电池的编号), 即可定位出故障电池,维修方便。

Claims (10)

1.一种电池管理器,包括电源模块和处理器;其特征在于,所述处理器与隔离充电模 块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块连接;所述隔离充电模块、电压检测模块、 内阻检测模块、温度检测模块均与待检测电池连接;所述电源模块为所述处理器、隔离充电 模块、电压检测模块、内阻检测模块、温度检测模块提供工作电源;所述内阻检测模块检测 出待检测电池的实际内阻值,若该实际内阻值高于处理器中设定的内阻基准值,则判断该 待检测电池为故障电池。
2. 根据权利要求1所述的电池管理器,其特征在于,所述处理器与通讯模块连接。
3. 根据权利要求1所述的电池管理器,其特征在于,所述内阻检测模块包括分压模块; 所述分压模块输入端输入电压信号;所述分压模块输出端与第一运算放大器正输入端连 接;所述第一运算放大器负输入端与反馈模块连接;所述反馈模块与采样模块连接;所述第 一运算放大器输出端与开关管控制端连接;所述开关管输入端接待检测电池正极;所述开 关管输出端通过所述采样模块接所述待检测电池负极;所述待检测电池的正极和负极均与 电容耦合模块连接;所述电容耦合模块与差分放大模块连接;所述电容耦合模块与所述差 分放大模块之间接有静态电平设置模块。
4. 根据权利要求3所述的电池管理器,其特征在于,所述反馈模块包括第一反馈电阻和 第二反馈电阻;所述第一反馈电阻一端接电源,另一端接所述第一运算放大器负输入端、第 二反馈电阻。
5. 根据权利要求4所述的电池管理器,其特征在于,所述采样模块包括采样电阻;所述 采样电阻一端接入所述第二反馈电阻和开关管输出端之间,另一端接所述待检测电池负 极。
6. 根据权利要求4所述的电池管理器,其特征在于,所述第一运算放大器输出端与所述 开关管控制端之间接有第一保护电阻;第一保护电容一端接入所述第一运算放大器输出端 与所述第一保护电阻输入端之间;所述第一保护电容另一端接入所述第一反馈电阻与所述 第一运算放大器负输入端之间;第二保护电容一端接入所述第一保护电阻输出端与所述开 关管控制端之间,所述第二保护电容另一端接所述开关管输出端。
7. 根据权利要求3〜6之一所述的电池管理器,其特征在于,所述电容耦合模块包括第 一耦合电容和第二耦合电容;所述第一耦合电容输入端与所述待检测电池正极连接;所述 第二耦合电容输入端与所述待检测电池负极连接。
8. 根据权利要求7所述的电池管理器,其特征在于,所述差分放大模块包括第二运算放 大器;所述第二运算放大器正输入端通过第一差分电阻接所述第一耦合电容输出端;所述 第二运算放大器负输入端通过第二差分电阻接所述第二耦合电容输出端;所述第二运算放 大器输出端通过第三差分电阻接所述第二运算放大器负输入端;第四差分电阻一端接入所 述第一差分电阻与所述第二运算放大器正输入端之间,另一端接入第五差分电阻与第六差 分电阻之间;所述第五差分电阻一端接地;所述第六差分电阻一端接电源。
9. 根据权利要求8所述的电池管理器,其特征在于,所述静态电平设置模块包括第一上 拉电阻和第二上拉电阻;所述第一上拉电阻和第二上拉电阻输入端均与电源连接;所述^ 一上拉电阻输出端接入所述第一耦合电容和第一差分电阻之间;所述第二上拉电阻输出端 接入所述第二耦合电容和第二差分电阻之间。
10. —种风电变桨系统备用电源,其特征在于,采用权利要求1〜9之一所述的电池管理 器。
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