CN107658954A - 一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,包括监控部分和充电部分,所述监控部分包括通讯板、上位机、一通讯管理机、N个电池、N/2个电池检测模块、通信连接线、一霍尔型电流传感器、N个温度传感器、电池连接线和铜排,所述充电部分包括DC‑DC变换电路单元、恒压控制电路单元、过压保护电路单元和第三光耦,监控部分对电池的电压、电流和温度等参数进行处理及显示,并在欠压、过压,过热的情况下,其控制充电部分对电池进行充断电。

Description

一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置
技术领域
本发明涉及充电技术领域,尤其涉及一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置。
背景技术
直流操作电源系统通常由充电设备、馈电网络、电池组和监控组成,在电力行业简称“直流电源”,为各种继电保护、自动装置、信号装置等二次设备、断路器分合闸以及事故照明等设备提供控制和动力电源。直流操作电源广泛应用于各种变电站、水电站、电厂以及电气化铁路和城市轨道交通、钢铁、化工等部门,它的输出质量及可靠性直接关系到变电站的安全运行和平稳供电,因此直流操作电源被人们称为变电站的“心脏”。早期的直流操作电源大部分采用传统的相控电源,但相控电源在效率、纹波、电磁辐射、热辐射、噪声等方面不尽人意,监控系统不完善,难以较好的满足无人值守的要求,难以满足先进的测量、保护及自动化设备的要求:此外,由于相控电源的纹波系数大,浮充电压易波动,会出现蓄电池脉动充放电现象,对蓄电池损害大,也大大缩短电池寿命。直流操作电源的可靠性与稳定性直接影响到发、变电、通信等运行的安全性应用计算机技术对直流操作电源的运行状态实行监控,对提高操作电源系统的可靠性、稳定性具有十分重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,监控电池状态,自动、可靠、稳定地给车载发电机组直流操作电源充电。
为了解决上述问题,本发明采取的技术方案是:一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,包括监控部分和充电部分,所述监控部分包括通讯板、上位机、一通讯管理机、N个电池、N/2个电池检测模块、通信连接线、一霍尔型电流传感器、N个温度传感器、电池连接线和铜排,每条电池连接线包括H型的连接头、连接套和第一导线,所述连接套套在连接头上且与第一导线连接,每个电池的正负电极柱上通过螺母固定安装所述电池连接线的H型的连接头和铜排,所述N个电池通过铜排串联,与相邻的两个电池正负电极柱相接的四条电池连接线的第一导线与一个电池检测模块连接,所述N/2个电池检测模块之间通过通信连接线依次串联,且一个电池检测模块通过通信连接线与通讯管理机连接,所述电池检测模块用于检测N个电池的电压且将N个电池的电压数据传送给通讯管理机,所述N个温度传感器分别一一对应地黏贴在N个电池外表面以用于检测N个电池温度,所述N个温度感器的输出线与通讯管理机连接,所述霍尔型电流传感器套在铜排上以用于检测电池电流,所述霍尔型电流传感器的输出线与通讯管理机连接,所述通讯管理机通过通信连接线与上位机通讯连接,所述上位机配备为处理并显示检测数据,其中N为整数且为偶数,所述通讯板包括RS232转TTL电平转换电路、MCU单元、可控MOS管和电源模块,所述MCU单元通过RS232转TTL电平转换电路与上位机通讯以接收上位机传输过来的控制指令,所述RS232转TTL电平转换电路与MCU单元连接,所述可控MOS管的栅极与MCU单元连接,所述电源模块输出端与MCU单元的电源端、可控MOS管的源极、RS232转TTL电平转换电路连接且供电;
所述充电部分包括DC-DC变换电路单元、恒压控制电路单元、过压保护电路单元和第三光耦;所述DC-DC变换电路单元包括一次侧滤波电路、脉冲变压器、二次侧滤波电路、可控开关元件和固定频率电流模式控制器;所述一次侧滤波电路连接在脉冲变压器的初级线圈的输入端,用以将车载发电机组输出的直流滤波后的电压输入到脉冲变压器的初级线圈中;所述脉冲变压器的初级线圈的输出端与可控开关元件的第一非控制端连接;所述可控开关元件的第二非控制端经电流采样电路后接地,所述可控开关元件的控制端与固定频率电流模式控制器的输出端连接;所述电流采样电路与固定频率电流模式控制器连接用以闭合回路输出电流的大小的控制;所述二次侧滤波电路的输入端与脉冲变压器的第一次级线圈连接,且用于将DC-DC变换后第一次级线圈得到的感应电压经滤波后输出充电电压;所述脉冲变压器的第二级线圈经二极管整流后输入给控制器供电单元再与固定频率电流模式控制器的电源端连接;
所述恒压控制电路单元包括可控稳压源电路、第一光耦和输入稳压电源电路;所述可控稳压源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接;所述可控稳压源电路的输出端连接在第一光耦的负极输入端;所述输入稳压电源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接;所述输入稳压电源电路的输出端与第一光耦的正极输入端连接;所述第一光耦的第一输出端与固定频率电流模式控制器的补偿端连接;所述第一光耦的第二输出端经串联电阻后接地;
所述过压保护电路单元包括12V基准电源发生电路、电压比较电路、分压采样电路和第二光耦;所述12V基准电源发生电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接,所述12V基准电源发生电路的输出端与电压比较电路同相输入端连接;所述分压采样电路的输入端连接二次侧滤波电路的输出端,所述分压采样电路的输出端与电压比较电路反相输入端连接;所述电压比较电路的输出端与第二光耦的负极输入端连接;所述第二光耦的正极输入端经串联电阻后与12V基准电源发生电路的输出端连接;所述第二光耦的一输出端接地,另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接;
所述第三光耦的一输出端接地,另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接,所述第三光耦的一输入端与可控MOS管的源极,所述第三光耦的另一输入端接地。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:检测每个电池的电压,并将电压数据传输给通信管理模块,而温度传感器检测每个电池的温度,并将温度数据传输给通信管理模块,霍尔型电流传感器检测串联电池的铜排上的电流,并将电流数据传输给通信管理模块,通信管理模块将电压数据、电流数据和温度数据传输给上位机,上位机处理这些数据并存储和显示数据内容,从而实现了对每个电池的电压情况和温度情况以及功率进行检测,避免欠压、过压,过热等情况,本发明采取模块化设计,不同数量的电池组可进行灵活配置,实现方案成本最低化,通过通信管理模块实现了远程监控,上位机通过通讯板给充电部分发送控制指令,以实现自动充电的目的,充电部分具有过流和过压保护功能,同时具有稳压功能,可稳定地给车载发电机组直流操作电源充电。
附图说明
图1所示为本系统的模块结构示意图。
图2所示为电池连接线的结构示意图。
图3所示了铜排的结构示意图。
图4所示为电池连接线和铜排安装在电池的电极柱上的结构示意图。
图5所示为电源模块对应的电路图。
图6所示为MCU单元的最小系统。
图7所示了充电部分的结构框图。
图8所示了充电部分的具体电路图。
图中,标识如下:电池1、上位机2、通讯管理机3、电池检测模块4、通信连接线5、霍尔型电流传感器6、N个温度传感器7、电池连接线8、H型的连接头8-1、连接套8-2、第一导线8-3、铜排9和通讯板10。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚,下面结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意,为了清楚的目的,附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。
实施例1 一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,包括监控部分和充电部分;监控部分对电池的电压、电流和温度等参数进行处理及显示,并在欠压、过压,过热的情况下,其控制充电部分对电池进行充电。
图1所示为监控部分的模块结构示意图,所述监控部分包括N个电池1、上位机2、一台通讯管理机3、N/2个电池检测模块4、通信连接线5、一个霍尔型电流传感器6、N个温度传感器7、电池连接线8、铜排9和通讯板10,每条电池连接线8包括H型的连接头8-1、连接套8-2和第一导线8-3,所述连接套8-2套在连接头8-1上且与第一导线8-3连接,每个电池1的正负电极柱上通过螺母固定安装所述电池连接线8的H型的连接头和铜排9,所述N个电池1通过铜排9串联,与相邻的两个电池1相接的四条电池连接线8的第一导线8-3与一个电池1检测模块连接,所述N/2个电池检测模块4通过通信连接线5串联且其中一个电池检测模块4通过通信连接线5与通讯管理机3连接,所述N个温度传感器7分别一一对应地黏贴在电池1外表面以用于检测电池1温度,所述N个温度传感器7的输出线与通讯管理机3连接,所述霍尔型电流传感器6套在铜排9上以用于检测电池1电流,所述霍尔型电流传感器6的输出线与通讯管理机3连接,所述通讯管理机3通过通信连接线5与上位机2通讯连接,所述上位机2配备为处理并显示检测数据,其中N为整数且为偶数。图1所示了电池监控系统的模块框图,其中,电池的数量列举了四个,即N取4。
所述电池检测模块采用可检测多个电池电压的型号为LTC6811-1的电池组监视器,所述N/2个型号为LTC6811-1的电池组监视器菊链式连接且一个电池组监视器的SPI接口与通讯管理机连接通讯。所述通讯管理机采用SmartDAQ通讯管理机的TCP/IP接口与上位机连接。
型号为LTC6811-1的电池组监视器 是一款多节电池的电池组监视器,可测量多达12 个串接电池并具有低于1.2mV 的总测量误差。所有 12 节电池可在 290μs 内完成测量,并可选择较低的数据采集速率以实现高噪声抑制。可以把多个 LTC6811 器件串接起来,因而能在长的高电压电池串中实现电池的同时监视。每个 LTC6811 具有一个 SPI 接口,用于实现高速、抗 RF 干扰的远程通信。使用 LTC6811-1 时,多个器件采用菊链式连接。
武汉舜通智能自主研发SmartDAQ通讯管理机,在电力监控、高能耗企业、学校、商业建筑等有着诸多应用,以下为SmartDAQ通讯管理机的功能特点,如下:
1、采用高性能ARM处理器,具有多个RS232/RS485串口、具有个CAN接口和10/100M以太网接口 。
2、内置QTouch组态软件,多通讯协议本地运行,提供自定义协议接口,内置IO变量点表,可以作为协议转换网关使用 。
3、内置SQLite3关系数据库系统,具有数据存盘、断点续传、数据转换、完整性保护等功能,可以做黑匣子使用。
4、实时数据支持标准ModbusTCP接口,实现通讯前置功能。
5、支持自定义/定制化开发,支持脚本/c语言编程,提供SDK。
6、支持远程GPRS、Internet通讯。
7、支持电力IEC60870-101、103、104规约、DL/T645、odbusRTU、CJT188等规约,支持IEC61850规约。
8、支持ProfiNet、EtherNet、BACnet、SNPx等通讯规约。
图2所示了电池连接线8的结构示意图,每条电池连接线8包括H型的连接头8-1、连接套8-2和第一导线8-3,所述连接套8-2套在连接头8-1上且与第一导线8-3连接, 连接套8-2不光是机械连接作用而且还是导线连接的作用。
图3所示了铜排9的结构示意图,铜排9两端均有U形槽。U形槽套在电极柱上,安装方便。
图4所示为电池连接线8和铜排9安装在电池的电极柱上的结构示意图。每个电池1的正负电极柱上套设电池连接线8的H型的连接头和铜排9,然后将螺母拧紧在电极柱上。此结构可拆卸,维修方便。
所述通讯板10包括RS232转TTL电平转换电路、MCU单元、可控MOS管和电源模块,所述RS232转TTL电平转换电路与MCU单元连接,所述可控MOS管的栅极与MCU单元连接,所述电源模块输出端与MCU单元的电源端、可控MOS管的源极、RS232转TTL电平转换电路连接且供电,RS232转TTL电平转换电路采用RS232转TTL芯片,所述MCU单元通过RS232转TTL电平转换电路与上位机通讯以接收上位机传输过来的控制指令。
如图5所示电源模块对应的电路图,将配电变压器的电接入降压电源模块HLK-PM01(U2),将配电变压器次级线圈输入的市电(220V)转化为5V直流电,通过电容C1、C2电容进行滤波,在通过LDO(LM317)进行降压,转化为3.3V的直流电,通过电容C3、C4进行滤除杂波,若有些配电变压器次级线圈上的电压为380V,则采用380V转220V的变压器进行降压,再接入降压电源模块HLK-PM01(U2),该模块输入电压范围为100~240V的交流电压,频率为50~60Hz,稳定输出5V/3W的直流电压。
MCU单元最小系统电路图,如图6所示,MCU最小系统包括电源(3.3V)、单片机(STM8Sxxxx)、时钟电路(C6、C8和Y1)、复位电路(R9和C11)。单片机时钟系统中都有晶振,在单片机最小系统里,晶振作用非常大,全名叫晶体振荡器,他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快,单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。电路拥有上电复位部分:STM8系列单片机为低电平复位,通常在复位引脚NRST上连接一个电容(C11)到GND,再连接一个电阻(R9)到VCC,由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时NRST脚上有足够时间的低电平进行复位,随后回归到高电平进入正常工作状态。
图7所示了充电部分的结构框图,所述充电部分包括DC-DC变换电路单元、恒压控制电路单元、过压保护电路单元和第三光耦;所述DC-DC变换电路单元包括一次侧滤波电路、脉冲变压器、二次侧滤波电路、可控开关元件和固定频率电流模式控制器;所述一次侧滤波电路连接在脉冲变压器的初级线圈的输入端,用以将车载发电机组输出的直流滤波后的电压输入到脉冲变压器的初级线圈中;所述脉冲变压器的初级线圈的输出端与可控开关元件的第一非控制端连接;所述可控开关元件的第二非控制端经电流采样电路后接地,所述可控开关元件的控制端与固定频率电流模式控制器的输出端连接;所述电流采样电路与固定频率电流模式控制器连接用以闭合回路输出电流的大小的控制;所述二次侧滤波电路的输入端与脉冲变压器的第一次级线圈连接,且用于将DC-DC变换后第一次级线圈得到的感应电压经滤波后输出充电电压;所述脉冲变压器的第二级线圈经二极管整流后输入给控制器供电单元再与固定频率电流模式控制器的电源端连接;
所述恒压控制电路单元包括可控稳压源电路、第一光耦和输入稳压电源电路;所述可控稳压源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接;所述可控稳压源电路的输出端连接在第一光耦的负极输入端;所述输入稳压电源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接;所述输入稳压电源电路的输出端与第一光耦的正极输入端连接;所述第一光耦的第一输出端与固定频率电流模式控制器的补偿端连接;所述第一光耦的第二输出端经串联电阻后接地;
所述过压保护电路单元包括12V基准电源发生电路、电压比较电路、分压采样电路和第二光耦;所述12V基准电源发生电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接,所述12V基准电源发生电路的输出端与电压比较电路同相输入端连接;所述分压采样电路的输入端连接二次侧滤波电路的输出端,所述分压采样电路的输出端与电压比较电路反相输入端连接;所述电压比较电路的输出端与第二光耦的负极输入端连接;所述第二光耦的正极输入端经串联电阻后与12V基准电源发生电路的输出端连接;所述第二光耦的一输出端接地,另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接;
所述第三光耦的一输出端接地,另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接,所述第三光耦的一输入端与可控MOS管的源极,所述第三光耦的另一输入端接地。
图8所示了充电部分的具体电路图,在DC-DC变换电路单元中,具体地,一次侧滤波电路包括电阻R2和电容C13串联而成的第一滤波支路,由电阻R3和电容C14串联而成的第二滤波支路和由电阻R4、R5、R6、R7和电容C7并联而成的第三滤波支路,第一滤波支路、第二滤波支路和第三滤波支路与脉冲变压器的初级线圈的输入端,三支滤波支路组成滤波电路,可以使得每支滤波支路选择容值更小的滤波电容,以保证安全,容值大的电容相对于容值小的电容爆炸威力大,不安全,三支滤波支路组成滤波电路可提高对高频谐波的抗干扰能力。二次侧滤波电路包括电容C10、电容C5、电容C9和电容C11, 电容C10、电容C11和电容C9并联在脉冲变压器的次级线圈两端,电容C5连接在电容C10和电容C9之间,同样可以起到保护安全和提高抗高频干扰的能力。
所述固定频率电流模式控制器包括UC3845集成芯片、第四电阻R11、第一电容C17、第二电容C18、第一二极管D5、第五电阻R8、第六电阻R9和第七电阻R10;所述第四电阻R11一端和第一电容C17的一端同时与UC3845集成芯片的Vref端连接,所述第二电容C18的一端和第四电阻R11的另一端同时与UC3845集成芯片的RT/CT端连接,所述第二电容C18的另一端和第一电容C17的另一端同时与UC3845集成芯片的GND端、电压反馈输入端连接且接地,所述UC3845集成芯片的out端与第一二极管D5的负极、第六电阻R9的一端连接,所述第一二极管D5的正极与第五电阻R8的一端连接,所述第五电阻R8的另一端和第六电阻R9的另一端同时与可控开关元件的控制端连接,所述第七电阻R10连接在可控开关元件的控制端和第二非控制端之间,所述可控开关元件采用场效应晶体管Q1,所述电流采样电路采用分压电路,由电阻R16和R18、电容C19组成,分压电路的分压输出端输出正比于回路电流的反馈电压,输送给固定频率电流模式控制器,所述控制器供电单元为稳压电容C15。
在恒压控制电路单元中,所述可控稳压源电路包括第一TL431芯片U7、可调电阻RP1、第一电阻R34、第二电阻R28和第三电阻R29,所述第一TL431芯片U7的采样端与第一电阻R34的一端、第二电阻R28的一端连接,所述第一电阻R34的另一端与可调电阻RP1连接,所述可调电阻RP1与第一TL431芯片U7的接地端连接且接地,所述第一TL431芯片U7的节制端与第一光耦的负极输入端连接,所述第二电阻R28的另一端与第三电阻R29的一端连接,所述第三电阻R29的另一端与二次侧滤波电路的输出端连接;所述输入稳压电源电路包括第八电阻R23、第九电阻R24、第三电容C23和稳压管D8,所述第九电阻R24一端与第八电阻R23一端连接,所述第八电阻R23另一端和稳压管D8的负极、第三电容C23一端连接,所述第九电阻R24另一端与二次侧滤波电路的输出端连接,所述稳压管D8的正极和第三电容C23另一端接地,所述稳压管D8的负极经串联电阻R26后再与第一光耦U6的正极输入端连接。上述结构中,第八稳压管D8的负极的电压是12V直流电,当充电电压偏低时,第一TL431芯片U7节制端电压降低,由于第一光耦处于放大状态,第一光耦输入端的电压差增大,从而流经第一光耦的电流增大,从而UC3845集成芯片的补偿端(1脚)的电压增大,out端输出更高占空比的脉冲信号,从而提高充电电压,反之,当充电电压偏高时,第一TL431芯片U7节制端电压升高,第一光耦输入端的电压差降低,从而流经第一光耦的电流减小,UC3845集成芯片的补偿端(1脚)的电压减小,out端输出更低占空比的脉冲信号,从而降低充电电压。
在过压保护电路单元中,所述12V基准电源发生电路包括第十电阻R17、第十一电阻R21、第十二电阻R27、第四电容C20、第二TL431芯片U5和电解电容C21,所述第十电阻R17的一端与第十一电阻R21的一端、第四电容C20的一端和第二TL431芯片U5的节制端、电解电容C21的正极端连接,所述第十一电阻R21的一端与第四电容C20的另一端、第二TL431芯片U5的采样端、第十二电阻R27的一端连接,所述第十二电阻R27的另一端与第二TL431芯片U5的接地端、电解电容C21的负极端连接;所述电压比较电路包括第十三电阻R20、第十四电阻R25、第十五电阻R22、LM393比较器和二极管D7,所述第十三电阻R20的一端与第二TL431芯片U5的节制端连接,所述第十三电阻R20的另一端与第十四电阻R25的一端、LM393比较器的同相输入端连接,所述第十四电阻R25的另一端接地,所述第十四电阻R25的一端与第十五电阻R22的一端连接,所述第十五电阻R22的另一端与二极管D7的正极连接,所述LM393比较器的输出端与二极管D7的负极连接。12V基准电源发生电路输出12V电压经第十三电阻R20和第十四电阻R25分压,将第十四电阻R25上的电压输入到LM393比较器同相输入端,而充电电压BAT+经过分压采样电路(电阻R14和电阻R12组成)分压,且将电阻R12上的电压输入到LM393比较器反相输入端,当电阻R12上的电压大于第十四电阻R25上的电压时,LM393比较器的输出端低电平,第二光耦U3导通,则UC3845集成芯片的RT/CT端接地,UC3845集成芯片不再输出控制脉冲,从而充电装置不再输出充电电压,从而实现过压保护。
在上述结构中,发电机组输出的电压IN经过电阻R2和电阻R3与UC3845集成芯片的电源端连接且提供启动电压,另外,IN输入直流电压经一次侧滤波电路滤波后输入到脉冲变压器的初级线圈中,固定频率电流模式控制器中的UC3845集成芯片得电后,其Vref端向第四电阻R11、第一电容C17、第二电容C18充电,当电容C17和电容C18的电压上升到高电平时,UC3845集成芯片的RT/CT端触发为高电平,从而UC3845集成芯片的out端输出占空比可调的脉冲,当UC3845集成芯片的out端输出低电平时,可控开关元件断开,此时,脉冲变压器的初级线圈处于断路,无电流,脉冲变压器的第一次级线圈不输出充电电压,脉冲变压器的第二次级线圈不输出电压;当UC3845集成芯片的out端输出高电平时,可控开关元件的控制端为高电平从而导通,脉冲变压器的初级线圈具有电流,脉冲变压器的第一次级线圈输出充电电压,脉冲变压器的第二次级线圈输出电压经整流二极管D6后向控制器供电单元即稳压电容C15充电,并经过二极管D3后再给固定频率电流模式控制器的电源端供电,从而保证固定频率电流模式控制器的供电稳定性。所述可控开关元件的第二非控制端向电流采样电路通电,电流采样电路的分压输出端输出正比于电流的分压给固定频率电流模式控制器的电流取样端,固定频率电流模式控制器判断分压是否过大,如果过大,则中止out端的输出,从而可控开关元件断开,在图2中,电流采样电路由电阻R16、电阻R18和电容C19组成,电容C19用于滤除输出的分压的谐波。输入稳压电源电路和可控稳压源电路的输入端采集二次侧滤波电路的输出端的充电电压,输入稳压电源电路采用稳压管D8来提供12V的稳压源,可控稳压源电路中的第一TL431芯片U7及周边元器件构成了组成了输出电压可调的基准电压源,第一TL431芯片U7的节制端的输出电压随着充电电压而变化,当二次侧滤波电路的输出端的充电电压增大时,第一TL431芯片U7的节制端的输出电压增大,第一光耦的正负极电压差减小,流经第一光耦的第一输出端和第二输出端的电流减小,而UC3845集成芯片的补偿端感应到第一光耦的第一输出端的电压变小,从而降低out端输出脉冲的占空比,从而控制可控开关元件的导通和关断,降低充电电压;当二次侧滤波电路的输出端的充电电压减小时,第一TL431芯片U7的节制端的输出电压减小,第一光耦的正负极电压差增大,流经第一光耦的第一输出端和第二输出端的电流增大,而UC3845集成芯片的补偿端感应到第一光耦的第一输出端的电压变大,从而增大out端输出脉冲的占空比,从而控制可控开关元件的导通和关断,提高充电电压。而过压保护电路单元中,二次侧滤波电路的输出端电压经分压采样电路输出采样电压与12V基准电源发生电路输出电压通过电压比较电路对比,当电压过高时,采样电压和基准电压相差大,电压比较电路的输出低电平,从而第二光耦导通,连接在UC3845集成芯片的RT/CT端接地从而触发低电平,UC3845集成芯片的out端不再输出脉冲,从而可控开关元件关断,脉冲变压器不工作,从而防止充电电压过高;电池检测模块检测每个电池的电压,并将电压数据传输给通讯管理机,而温度传感器检测每个电池的温度,并将温度数据传输给通讯管理机,霍尔型电流传感器检测串联电池的铜排上的电流,并将电流数据传输给通讯管理机,通讯管理机将电压数据、电流数据和温度数据传输给上位机,上位机处理这些数据并存储和显示数据内容,从而实现了对每个电池的电压情况和温度情况以及功率进行检测,避免欠压、过压,过热等情况,本发明采取模块化设计,不同数量的电池组可进行灵活配置,实现方案成本最低化,通过通讯管理机给上位机传输数据,上位机处理数据并显示结果,上位机将实时采集的数据与设定的温度、电压比较,当欠压时,通过RS232转TTL电平转换电路向MCU单元发送控制指令,MCU单元接收到指令之后,输出低电平给可控MOS管,可控MOS管断开,第三光耦不导通, UC3845集成芯片的RT/CT端呈高电平,UC3845集成芯片的out端输出控制脉冲,充电部分工作;当过压或者过热时,上位机通过RS232转TTL电平转换电路向MCU单元发送关闭充电部分的指令,MCU单元接收到指令之后,输出高电平给可控MOS管,可控MOS管导通,第三光耦的输入端加载电压,从而导通,连接在UC3845集成芯片的RT/CT端接地从而触发低电平,UC3845集成芯片的out端不再输出脉冲,充电部分不工作,以实现过压保护双重保护和过热保护。
以上仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,其特征在于,包括监控部分和充电部分,所述监控部分包括通讯板、上位机、一通讯管理机、N个电池、N/2个电池检测模块、通信连接线、一霍尔型电流传感器、N个温度传感器、电池连接线和铜排,每条电池连接线包括H型的连接头、连接套和第一导线,所述连接套套在连接头上且与第一导线连接,每个电池的正负电极柱上通过螺母固定安装所述电池连接线的H型的连接头和铜排,所述N个电池通过铜排串联,与相邻的两个电池正负电极柱相接的四条电池连接线的第一导线与一个电池检测模块连接,所述N/2个电池检测模块之间通过通信连接线依次串联,且一个电池检测模块通过通信连接线与通讯管理机连接,所述电池检测模块用于检测N个电池的电压且将N个电池的电压数据传送给通讯管理机,所述N个温度传感器分别一一对应地黏贴在N个电池外表面以用于检测N个电池温度,所述N个温度感器的输出线与通讯管理机连接,所述霍尔型电流传感器套在铜排上以用于检测电池电流,所述霍尔型电流传感器的输出线与通讯管理机连接,所述通讯管理机通过通信连接线与上位机通讯连接,所述上位机配备为处理并显示检测数据,其中N为整数且为偶数,所述通讯板包括RS232转TTL电平转换电路、MCU单元、可控MOS管和电源模块,所述MCU单元通过RS232转TTL电平转换电路与上位机通讯以接收上位机传输过来的控制指令,所述RS232转TTL电平转换电路与MCU单元连接,所述可控MOS管的栅极与MCU单元连接,所述电源模块输出端与MCU单元的电源端、可控MOS管的源极、RS232转TTL电平转换电路连接且供电;
所述充电部分包括DC-DC变换电路单元、恒压控制电路单元、过压保护电路单元和第三光耦;所述DC-DC变换电路单元包括一次侧滤波电路、脉冲变压器、二次侧滤波电路、可控开关元件和固定频率电流模式控制器;所述一次侧滤波电路连接在脉冲变压器的初级线圈的输入端,用以将车载发电机组输出的直流滤波后的电压输入到脉冲变压器的初级线圈中;所述脉冲变压器的初级线圈的输出端与可控开关元件的第一非控制端连接;所述可控开关元件的第二非控制端经电流采样电路后接地,所述可控开关元件的控制端与固定频率电流模式控制器的输出端连接;所述电流采样电路与固定频率电流模式控制器连接用以闭合回路输出电流的大小的控制;所述二次侧滤波电路的输入端与脉冲变压器的第一次级线圈连接,且用于将DC-DC变换后第一次级线圈得到的感应电压经滤波后输出充电电压;所述脉冲变压器的第二级线圈经二极管整流后输入给控制器供电单元再与固定频率电流模式控制器的电源端连接;
所述恒压控制电路单元包括可控稳压源电路、第一光耦和输入稳压电源电路;所述可控稳压源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接;所述可控稳压源电路的输出端连接在第一光耦的负极输入端;所述输入稳压电源电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接;所述输入稳压电源电路的输出端与第一光耦的正极输入端连接;所述第一光耦的第一输出端与固定频率电流模式控制器的补偿端连接;所述第一光耦的第二输出端经串联电阻后接地;
所述过压保护电路单元包括12V基准电源发生电路、电压比较电路、分压采样电路和第二光耦;所述12V基准电源发生电路的输入端与二次侧滤波电路的输出端连接,所述12V基准电源发生电路的输出端与电压比较电路同相输入端连接;所述分压采样电路的输入端连接二次侧滤波电路的输出端,所述分压采样电路的输出端与电压比较电路反相输入端连接;所述电压比较电路的输出端与第二光耦的负极输入端连接;所述第二光耦的正极输入端经串联电阻后与12V基准电源发生电路的输出端连接;所述第二光耦的一输出端接地,另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接;
所述第三光耦的一输出端接地,另一输出端与固定频率电流模式控制器的RT/CT端连接,所述第三光耦的一输入端与可控MOS管的源极,所述第三光耦的另一输入端接地。
2.如权利要求1所述的一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,其特征在于,在DC-DC变换电路单元中,所述固定频率电流模式控制器包括UC3845集成芯片、第四电阻(R11)、第一电容(C17)、第二电容(C18)、第一二极管(D5)、第五电阻(R8)、第六电阻(R9)和第七电阻(R10);所述第四电阻(R11)一端和第一电容(C17)的一端同时与UC3845集成芯片的Vref端连接,所述第二电容(C18)的一端和第四电阻(R11)的另一端同时与UC3845集成芯片的RT/CT端连接,所述第二电容(C18)的另一端和第一电容(C17)的另一端同时与UC3845集成芯片的GND端、电压反馈输入端连接且接地,所述UC3845集成芯片的out端与第一二极管(D5)的负极、第六电阻(R9)的一端连接,所述第一二极管(D5)的正极与第五电阻(R8)的一端连接,所述第五电阻(R8)的另一端和第六电阻(R9)的另一端同时与可控开关元件的控制端连接,所述第七电阻(R10)连接在可控开关元件的控制端和第二非控制端之间,所述可控开关元件采用场效晶体管(Q1)。
3.如权利要求1所述的一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,其特征在于,在恒压控制电路单元中,所述可控稳压源电路包括第一TL431芯片(U7)、可调电阻(RP1)、第一电阻(R34)、第二电阻(R28)和第三电阻(R29),所述第一TL431芯片(U7)的采样端与第一电阻(R34)的一端、第二电阻(R28)的一端连接,所述第一电阻(R34)的另一端与可调电阻(RP1)连接,所述可调电阻(RP1)与第一TL431芯片(U7)的接地端连接且接地,所述第一TL431芯片(U7)的节制端与第一光耦的负极输入端连接,所述第二电阻(R28)的另一端与第三电阻(R29)的一端连接,所述第三电阻(R29)的另一端与二次侧滤波电路的输出端连接;所述输入稳压电源电路包括第八电阻(R23)、第九电阻(R24)、第三电容(C23)和稳压管(D8),所述第九电阻(R24)一端与第八电阻(R23)一端连接,所述第八电阻(R23)另一端和稳压管(D8)的负极、第三电容(C23)一端连接,所述第九电阻(R24)另一端与二次侧滤波电路的输出端连接,所述稳压管(D8)的正极和第三电容(C23)另一端接地,所述稳压管(D8)的负极经串联电阻后再与第一光耦的正极输入端连接。
4.如权利要求1所述的一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,其特征在于,在过压保护电路单元中,所述12V基准电源发生电路包括第十电阻(R17)、第十一电阻(R21)、第十二电阻(R27)、第四电容(C20)、第二TL431芯片(U5)和电解电容(C21),所述第十电阻(R17)的一端与第十一电阻(R21)的一端、第四电容(C20)的一端和第二TL431芯片(U5)的节制端、电解电容(C21)的正极端连接,所述第十一电阻(R21)的一端与第四电容(C20)的另一端、第二TL431芯片(U5)的采样端、第十二电阻(R27)的一端连接,所述第十二电阻(R27)的另一端与第二TL431芯片(U5)的接地端、电解电容(C21)的负极端连接;所述电压比较电路包括第十三电阻(R20)、第十四电阻(R25)、第十五电阻(R22)、LM393比较器和二极管(D7),所述第十三电阻(R20)的一端与第二TL431芯片(U5)的节制端连接,所述第十三电阻(R20)的另一端与第十四电阻(R25)的一端、LM393比较器的同相输入端连接,所述第十四电阻(R25)的另一端接地,所述第十四电阻(R25)的一端与第十五电阻(R22)的一端连接,所述第十五电阻(R22)的另一端与二极管(D7)的正极连接,所述LM393比较器的输出端与二极管(D7)的负极连接。
5.如权利要求1所述的一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,其特征在于,所述电池检测模块采用可检测多个电池电压的型号为LTC6811-1的电池组监视器,所述N/2个型号为LTC6811-1的电池组监视器菊链式连接且一个电池组监视器的SPI接口与通讯管理机连接通讯。
6.如权利要求5所述的一种车载发电机组直流操作电源监控及充电装置,其特征在于,所述通讯管理机采用SmartDAQ通讯管理机的TCP/IP接口与上位机连接。
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