CN108832685B - 风电变桨系统用充电装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风电变桨系统用充电装置的检测方法，所述风电变桨系统用充电装置用于给电池充电，所述检测方法包括以下步骤：a.充电开始前检测所述电池是否正确连接至充电装置；b.按照预先设定的第一时间周期，检测充电电流以及电池电压；c.判断所述充电电流是否在预先设定的标准电流范围内；d.判断所述电池电压是否在预先设定的标准电压范围内；e.当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，断开所述电池与所述充电装置的电性连接并发出警报。本发明提供的风电变桨系统用充电装置的检测方法具有防反接功能，降低了人为误操作将电池反接带来的事故隐患，提高了使用者及设备的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电变桨系统用充电装置及其检测方法。
背景技术
随着人类社会和技术的发展，对能源的需求越来越大，风力发电作为目前技术趋于成熟的可再生清洁能源，一直是实现可持续发展的重要手段之一，受到各国的广泛重视。变桨控制系统是风力发电系统中重要的组成部分，其主要功能是控制桨叶节距角随风速的大小进行自动调节，使发电机输出功率保持稳定。
为保证风力发电系统安全、稳定、可靠的运行，通常在风力发电系统中设置可重复充电的储能装置，例如可重复充电的电池，用来做为变桨控制系统的后备电源。在风机发生严重故障时，后备电源能够输出直流电，驱动直流电机快速收回桨叶，从而保证风机的安全。
可重复充电的电池在缺电时，通常使用充电装置为它们及时补充能量。充电装置作为变桨控制系统给后备电源充电的关键部件，其功能的完善有助于提高风机运行安全和发电效率。现有的充电装置与电池的接线并不具备防反接的功能，充电装置也不具备接线错误的检测功能。而风机的装机和后续维护过程均为人工操作，一旦操作失误将充电装置与电池的接线反接或接错，则极有可能损坏充电装置，甚至会烧毁电池，引起火情，对人员及风机安全造成重大危害，急需改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电变桨系统用充电装置及其检测方法。
为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种风电变桨系统用充电装置的检测方法，所述风电变桨系统用充电装置用于给电池充电，所述检测方法包括以下步骤：a.充电开始前检测所述电池是否正确连接至充电装置；b.按照预先设定的第一时间周期，检测充电电流以及电池电压；c.判断所述充电电流是否在预先设定的标准电流范围内；d.判断所述电池电压是否在预先设定的标准电压范围内；e.当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，断开所述电池与所述充电装置的电性连接并发出警报。
作为本发明的进一步改进，所述步骤a包括，检测电池的电压，将检测到的电池电压与预先设定的标准值进行比较，当检测到的电压值与预先设定的标准值不符时，断开所述电池与所述充电装置的电性连接并发出警报。
作为本发明的进一步改进，当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，按照预先设定的第二时间周期，重新检测所述充电电流以及电池电压。
作为本发明的进一步改进，所述第二时间周期小于所述第一时间周期。
作为本发明的进一步改进，所述第一时间周期为1秒，所述第二时间周期为1毫秒。
为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种风电变桨系统用充电装置，用于给电池充电，包括：功率变换电路，将交流电转换为给电池充电的直流电；电压检测电路，用于检测充电回路中的电压；电流检测电路，用于检测充电回路中的电流；微处理器，控制充电回路按照预设的方式工作；所述充电回路还包括报警装置以及开关电路，所述微处理器将所述电流与预先设定的标准电流范围进行比较，所述微处理器将所述电压与预先设定的标准电压范围进行比较，当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，所述微处理器控制所述开关电路断开所述电池与所述充电装置的电性连接，并控制所述报警装置发出警示信息。
作为本发明的进一步改进，所述微处理器在充电开始前通过所述电压检测电路检测所述电池的电压，当检测到的电压值与预先设定的标准值不符时，所述微处理器控制所述开关电路断开所述电池与所述充电装置的电性连接，并控制所述报警装置发出警示信息。
作为本发明的进一步改进，当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，所述微处理器按照预先设定的第二时间周期，重新检测所述充电电流以及电池电压。
作为本发明的进一步改进，所述第二时间周期小于所述第一时间周期。
作为本发明的进一步改进，所述报警装置包括LED光源，通过所述LED光源发出光信号警示。
与现有技术相比，本发明提供的风电变桨系统用充电装置及其检测方法，具备防反接检测功能。充电装置执行充电工作前首先检测电池的连接状态，以及充电工作期间持续检测电池的连接状态，一旦检测到反接故障，充电装置就立即停止充电输出，并发出警报通知相关人员处理。降低了人为误操作将电池反接带来的事故隐患，极大的提高了使用者及设备的安全性，为风机的安全、可靠、稳定运行提供保障。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的风电变桨系统用充电装置的示意图；
图2是本发明实施方式提供的风电变桨系统用充电装置的电压检测电路的电路图；
图3是本发明实施方式提供的风电变桨系统用充电装置的电流检测电路的电路图；
图4是本发明实施方式提供的风电变桨系统用充电装置的开关器件控制电路的电路图；
图5是本发明实施方式提供的风电变桨系统用充电装置的检测方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
请参见图1，为本发明提供的风电变桨系统用充电装置的示意图。充电回路用于在电池亏电时，对其进行充电操作。电池通常是可重复充电的电池1，例如铅酸电池，镍氢电池，锂离子电池等。
风电变桨系统用充电装置包括充电电流检测电路2，电池电压检测电路3，开关器件4，功率变换电路5，微处理器6，以及报警装置7。功率变换电路5能够将交流电转换为给电池1充电的直流电；电池电压检测电路3用于检测充电回路中的电压变化；充电电流检测电路2用于检测充电回路中的电流；开关器件4用于控制和调节功率变换电路5向电池1输送的电力；微处理器6基于检测到的充电回路中的各种参数，通过开关器件4控制充电的进程，或者通过报警装置7发出警示信息。
请一并参见图2，为本发明提供的风电变桨系统用充电装置的电压检测电路的电路图。电压检测电路由电阻R31、R24、R134、R128，以及差分运算放大器U12-B组成。优选的，差分运算放大器采用LM2904MX。电阻R31的一端与充电回路的负极BAT-连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的反向输入端连接。电阻R24一端与充电回路的正极BAT+连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的正向输入端连接。电阻R128的一端与差分运算放大器U12-B的反向输入端连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的输出端连接。电阻R134的一端与差分运算放大器U12-B的正向输入端连接，另外一端连接电压为1.65V的偏置电压。差分运算放大器U12-B的输出端连接到微处理器的AD采样端口V-BAT。电阻R24的阻值与电阻R31的阻值相同，电阻R128的阻值与电阻R134的阻值相同。输出到微处理器AD采样端口的电压V_BAT与电池实际的电压VBAT之间的关系为：V_BAT=1.65+VBAT*R134/R24。
请参见图3，为本发明提供的风电变桨系统用充电装置的电流检测电路的电路图。电流检测电路由电阻R1、R50、R51、R95、R137，以及差分运算放大器U16-C组成。优选的，差分运算放大器采用TI的LM2902 DR2G。电阻R95为电流检测电阻，充电电流I流经电阻R95，电阻R95的一端接地，另外一端与电阻R1连接，电阻R1的另外一端连接差分运算放大器U16-C的正向输入端。电阻R137的一端连接1.65V的偏置电压，另外一端连接至差分运算放大器U16-C的正向输入端。电阻R50的一端接地，另外一端连接差分运算放大器U16-C的反向输入端。电阻R51的一端连接差分运算放大器U16-C的反向输入端，另外一端连接差分运算放大器U16-C的输出端。差分运算放大器U16-C的输出端连接到微处理器的AD采样端口。电阻R1的阻值与电阻R50的阻值相同，电阻R137的阻值与电阻R51的阻值相同。输出到微处理器AD采样端口的V_CURRENT与充电电流I之间的关系为：V_CURRENT=R95*I*(R51/R50)。
请参见图4，为本发明提供的风电变桨系统用充电装置的开关器件控制电路的电路图。开关器件控制电路包括电阻R56，三极管Q7,二极管D5，开关器件K5。优选的，开关器件K5为继电器。电阻R56的一端与三极管Q7的基极连接，另一端与地线连接；三极管Q7的基极与微处理器的CTL端口连接，三极管Q7的集电极与二极管D5的正极连接，三极管Q7的发射极与地线连接；二极管D5的负极连接+12V的电源电压；开关器件K5的正极连接至+12V的电源电压，负极连接至二极管D5的正极；功率变换电路5的正极V+通过开关器件K5的开关部分连接至电池1的正极，电池1的负极与功率变换电路5的负极V-连接。
在风电变桨系统用充电装置开始充电工作前，首先进行开机检测。微处理器6通过电压检测电路检测电池1的电压，将检测到的电池电压与预先设定的标准值进行比较，以判断检测到的电池电压是否正常。如检测到的电压值与预先设定的标准值不符，例如极性不符时，则判断此时电池1未正确的接入，微处理器6发出电信号，控制开关器件控制电路断开，风电变桨系统用充电装置不对电池1进行充电，并通过报警装置发出警报。
在风电变桨系统用充电装置在充电工作中时，微处理器6通过充电电流检测电路2和电池电压检测电路3，每隔一定周期，对电流和电压进行检测。在给电池1充电过程中，充电回路中会存在充电电流，而充电电流的大小会大于预先设定的最小值。如果充电电流小于预先设定的最小值时，则有可能是电池1已被充满电，也有可能是充电回路中存在开关跳闸、保险丝熔断、连接器接触不良或者电池被工作人员错误接入等异常情况。
此时，微处理器6会判断通过电池电压检测电路3检测到的电压情况，如此时检测到的电压在预先设定的标准电压范围内，则说明电池1仍正确连接在充电回路中，可以判断充电回路正常。如果检测到充电装置输出的电压，超出了预先设定的标准电压范围，则说明电池1未正确连接在充电回路中，可能出现了反接情况。
在本实施方式中，微处理器6设置了不同的电池1防反接检测周期。在正常情况下，微处理器6对电流和电压进行检测的周期为1秒；如在已经检测到电池1存在反接的异常后，微处理器6对电流和电压进行检测的周期调整为1毫秒。提高了风电变桨系统用充电装置的工作效率。当然本领域技术人员能够想到的是，对电流和电压进行检测的周期可以根据实际应用情况适当进行延长或者缩短。
当充电回路存在异常时，微处理器6发出电信号，控制开关器件控制电路断开，停止向电池1的充电进程。同时，微处理器6控制报警装置7发出警报。报警装置包括继电器和警示装置。继电器用于控制警示装置的工作，使警示装置能够产生与常态不同的效果来进行示警。在本实施方式中，报警装置选用常闭型继电器和LED灯，当充电回路正常运行时，LED灯发出正常的亮光；当充电回路出现异常时，微处理器控制继电器断开，此时LED灯熄灭或者呈现与常态不同的颜色来进行示警。当然，本领域技术人员能够想到的是，报警装置也可以选择其他类型的组合，例如继电器可以选用常开型继电器，只有在充电回路出现异常时，继电器才闭合。警示装置可以选用扬声器，当充电回路正常运行时，扬声器不发出声音；当充电回路出现异常时，扬声器通过发出声音来进行示警。
请参见图5，本发明提供的检测方法包括以下步骤：
步骤S0：系统启动。通过输入端向充电回路通电。
步骤S1：检测充电回路电压。充电回路启动后，微处理器首先开始工作。微处理器通过电压检测电路检测电池的电压。
步骤S2：判断检测到的电压是否存在异常。微处理器将检测到的电池电压与预先设定的标准值进行比较。如果电池正确连接在充电回路中，此时充电回路中则可以检测到电池的电压。微处理器将检测到的电压情况与预先设定的标准值进行比较，以判断检测到的电压值电池电压是否正常。如检测到的电压值与预先设定的标准值不符，例如不存在电池电压，或检测到的电压值小于预先设定的电压值，或者极性不同，则判断此时电池未正确接入在充电装置上，微处理器6发出电信号，控制开关器件控制电路断开，风电变桨系统用充电装置不对电池1进行充电，并通过报警装置发出警报。
步骤S3：开始充电。步骤S2中，判断检测到的回路电压不存在异常，微处理器发出使能信号使功率变换电路工作，输出正常的充电电压、电流给连接的电池充电。
步骤S4：按预先设定的周期检测充电回路里的充电电流和电池一点呀。在给电池正常充电时，每隔一定周期，通过电流检测电路对充电电流进行检测。优选的，微处理器6对电流进行检测的周期为1秒。
步骤S5：判断充电电流和电池电压是否均存在异常。在给电池1充电过程中，充电回路中会存在充电电流，而充电电流的大小会大于预先设定的最小值。如果充电电流小于预先设定的最小值时，则有可能是电池1已被充满电，也有可能是充电回路中存在开关跳闸、保险丝熔断、连接器接触不良或者电池被工作人员错误接入等异常情况。此时，微处理器6会判断通过电池电压检测电路3检测到的电压情况，如此时检测到的电压在预先设定的标准电压范围内，则说明电池1仍正确连接在充电回路中，可以判断充电回路正常。如果检测到充电装置输出的电压，超出了预先设定的标准电压范围，则说明电池1未正确连接在充电回路中，可能出现了反接情况。
步骤S6：控制开关器件断开，并发出警报。步骤S5判断出电流和电压均超出预先设定的标准范围时，微处理器6发出电信号，控制开关器件控制电路断开，停止向电池1的充电进程。同时，微处理器6控制报警装置7发出警报，发出警报通知工作人员检修。
综上，本发明提供的风电变桨系统用充电装置及其检测方法，具备防反接检测功能。充电装置执行充电工作前首先检测电池的连接状态，以及充电工作期间持续检测电池的连接状态，一旦检测到反接故障，充电装置就立即停止充电输出，并发出警报通知相关人员处理。降低了人为误操作将电池反接带来的事故隐患，极大的提高了使用者及设备的安全性，为风机的安全、可靠、稳定运行提供保障。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风电变桨系统用充电装置的检测方法，所述风电变桨系统用充电装置用于给电池充电，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
a.充电开始前检测所述电池是否正确连接至充电装置；
b.按照预先设定的第一时间周期，检测充电电流以及电池电压；电压检测电路由电阻R31、R24、R134、R128，以及差分运算放大器U12-B组成，所述电阻R31的一端与充电回路的负极BAT-连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的反相输入端 连接；电阻R24一端与充电回路的正极BAT+连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的正相输入端 连接；电阻R128的一端与差分运算放大器U12-B的反相输入端 连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的输出端连接；电阻R134的一端与差分运算放大器U12-B的正相输入端 连接，另外一端连接电压为1.65V的偏置电压；差分运算放大器U12-B的输出端连接到微处理器的AD采样端口V-BAT；电阻R24的阻值与电阻R31的阻值相同，电阻R128的阻值与电阻R134的阻值相同；输出到微处理器AD采样端口的电压V_BAT与电池实际的电压VBAT之间的关系为：V_BAT=1.65+VBAT*R134/R24；电流检测电路由电阻R1、R50、R51、R95、R137，以及差分运算放大器U16-C组成；电阻R95为电流检测电阻，充电电流I流经电阻R95，电阻R95的一端接地，另外一端与电阻R1连接，电阻R1的另外一端连接差分运算放大器U16-C的正相输入端 ；电阻R137的一端连接1.65V的偏置电压，另外一端连接至差分运算放大器U16-C的正相输入端 ；电阻R50的一端接地，另外一端连接差分运算放大器U16-C的反相输入端 ；电阻R51的一端连接差分运算放大器U16-C的反相输入端 ，另外一端连接差分运算放大器U16-C的输出端；差分运算放大器U16-C的输出端连接到微处理器的AD采样端口；电阻R1的阻值与电阻R50的阻值相同，电阻R137的阻值与电阻R51的阻值相同；输出到微处理器AD采样端口的V_CURRENT与充电电流I之间的关系为：V_CURRENT=R95*I*(R51/R50)；
c.判断所述充电电流是否在预先设定的标准电流范围内；
d.判断所述电池电压是否在预先设定的标准电压范围内；
e.当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，则判定电池接反，断开所述电池与所述充电装置的电性连接并发出警报；
所述“判定电池接反”具体为，当充电电流小于预先设定的最小值时，则判断电池已被充满电，或充电回路中存在异常情况；微处理器通过检测电压进一步判断，如此时检测到的电压在预先设定的标准电压范围内，则说明电池仍正确连接在充电回路中，判断充电回路正常；如检测到充电装置输出的电压，超出了预先设定的标准电压范围，则判断电池出现接反情况。
2.根据权利要求1所述的风电变桨系统用充电装置的检测方法，其特征在于：所述步骤a包括，检测电池的电压，将检测到的电池电压与预先设定的标准值进行比较，当检测到的电压值与预先设定的标准值不符时，断开所述电池与所述充电装置的电性连接并发出警报。
3.根据权利要求1 所述的风电变桨系统用充电装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，按照预先设定的第二时间周期，重新检测所述充电电流以及电池电压。
4.根据权利要求3所述的风电变桨系统用充电装置的检测方法，其特征在于：所述第二时间周期小于所述第一时间周期。
5.根据权利要求4所述的风电变桨系统用充电装置的检测方法，其特征在于：所述第一时间周期为1秒，所述第二时间周期为1毫秒。
6.一种风电变桨系统用充电装置，用于给电池充电，其特征在于，包括：
功率变换电路，将交流电转换为给电池充电的直流电；
电压检测电路，用于按照预先设定的第一时间周期检测充电回路中的电压；所述电压检测电路由电阻R31、R24、R134、R128，以及差分运算放大器U12-B组成，所述电阻R31的一端与充电回路的负极BAT-连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的反相输入端 连接；电阻R24一端与充电回路的正极BAT+连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的正相输入端 连接；电阻R128的一端与差分运算放大器U12-B的反相输入端 连接，另外一端与差分运算放大器U12-B的输出端连接；电阻R134的一端与差分运算放大器U12-B的正相输入端 连接，另外一端连接电压为1.65V的偏置电压；差分运算放大器U12-B的输出端连接到微处理器的AD采样端口V-BAT；电阻R24的阻值与电阻R31的阻值相同，电阻R128的阻值与电阻R134的阻值相同；输出到微处理器AD采样端口的电压V_BAT与电池实际的电压VBAT之间的关系为：V_BAT=1.65+VBAT*R134/R24；
电流检测电路，用于按照预先设定的第一时间周期检测充电回路中的电流；所述电流检测电路由电阻R1、R50、R51、R95、R137，以及差分运算放大器U16-C组成；电阻R95为电流检测电阻，充电电流I流经电阻R95，电阻R95的一端接地，另外一端与电阻R1连接，电阻R1的另外一端连接差分运算放大器U16-C的正相输入端 ；电阻R137的一端连接1.65V的偏置电压，另外一端连接至差分运算放大器U16-C的正相输入端 ；电阻R50的一端接地，另外一端连接差分运算放大器U16-C的反相输入端 ；电阻R51的一端连接差分运算放大器U16-C的反相输入端 ，另外一端连接差分运算放大器U16-C的输出端；差分运算放大器U16-C的输出端连接到微处理器的AD采样端口；电阻R1的阻值与电阻R50的阻值相同，电阻R137的阻值与电阻R51的阻值相同；输出到微处理器AD采样端口的V_CURRENT与充电电流I之间的关系为：V_CURRENT=R95*I*(R51/R50)；
微处理器，控制充电回路按照预设的方式工作；
所述充电回路还包括报警装置以及开关电路，所述微处理器将所述电流与预先设定的标准电流范围进行比较，所述微处理器将所述电压与预先设定的标准电压范围进行比较，当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，则判定电池接反，所述微处理器控制所述开关电路断开所述电池与所述充电装置的电性连接，并控制所述报警装置发出警示信息；所述“判定电池接反”具体为，当充电电流小于预先设定的最小值时，则判断电池已被充满电，或充电回路中存在异常情况；微处理器通过检测电压进一步判断，如此时检测到的电压在预先设定的标准电压范围内，则说明电池仍正确连接在充电回路中，判断充电回路正常；如检测到充电装置输出的电压，超出了预先设定的标准电压范围，则判断电池出现接反情况。
7.根据权利要求6所述的风电变桨系统用充电装置，其特征在于：所述微处理器在充电开始前通过所述电压检测电路检测所述电池的电压，当检测到的电压值与预先设定的标准值不符时，所述微处理器控制所述开关电路断开所述电池与所述充电装置的电性连接，并控制所述报警装置发出警示信息。
8.根据权利要求6所述的风电变桨系统用充电装置，其特征在于：当所述充电电流和所述电池电压同时超出了预先设定的范围时，所述微处理器按照预先设定的第二时间周期，重新检测所述充电电流以及电池电压。
9.根据权利要求8所述的风电变桨系统用充电装置，其特征在于：所述第二时间周期小于所述第一时间周期。
10.根据权利要求6所述的风电变桨系统用充电装置，其特征在于：所述报警装置包括LED光源，通过所述LED光源发出光信号警示。
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