CN113013968A - 一种数字式蓄电池充电系统及停电保磁控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字式蓄电池充电系统及停电保磁控制方法，包含励磁回路、保磁投入开关、隔离和降压变压器、停电故障检测模块、电压电流检测模块、蓄电池、蓄电池充电及停电保磁控制器、报警指示模块；蓄电池充电及停电保磁控制器具有硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护功能，充电过程具有蓄电池状态检测和充电算法库，选择合适的充电策略，提高电池的使用寿命，停电后保磁投入时包括对电池电量评估和停电后保持投入时间的控制和报警，提高了保磁投入的预警提示和对电池保护性能。

Description

一种数字式蓄电池充电系统及停电保磁控制方法
技术领域
本发明属于蓄电池充电技术领域，具体涉及一种数字式蓄电池充电系统及停电保磁控制方法。
背景技术
电磁铁及其配套的电控系统应用相当广泛。其工作原理是当线圈通电时产生电磁场，使铁芯具有磁场吸力，进而用来完成运送铁磁性物料的目的。现有的起重电磁铁无触点停电保磁电控柜中，为应对停电、励磁故障等突发情况，防止掉料，一般采用铅酸蓄电池作为后备电源保磁投入。而铅酸蓄电池的充电和保养维护是影响电控系统使用寿命的关键。
现有的蓄电池充电及停电保磁控制方法主要存在三个缺点。第一，充电线路参数固定，不能根据电池所处的状态进行优化选择，导致电池容量下降；第二，缺乏蓄电池电量评估和停电后保持投入时间的控制，导致电池严重过放；第三，保护措施缺乏，现场故障率高。
传统的蓄电池充电和停电保磁系统采用参数固定的充电控制线路板进行充电和采用继电器检测和控制蓄电池保磁投入，不能根据电池的特性和所处的状态选择合适的充电策略，也没有有效的保护措施防止电池过充、短路、过放等。往往导致蓄电池容量快速下降，或者过充、过放而报废，故障率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数字式蓄电池充电系统及停电保磁控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数字式蓄电池充电系统，包括励磁回路、保磁投入开关、隔离、降压变压器、停电故障检测模块、电压电流检测模块、蓄电池、蓄电池充电及停电保磁控制器和报警指示模块；
所述励磁回路在电磁铁工作时提供励磁电压；
所述隔离和降压变压器对380V三相交流电进行隔离，转换成蓄电池充电所需的220V三相电；
所述AC/DC变换电路将交流电转换成直流电，转换电压Vch受蓄电池充电及停电保磁控制器的控制调节；
所述停电故障检测模块，通过对380V三相交流电检测，感知是否有停电、断相等故障发生，检测结果输入蓄电池充电及停电保磁控制器；
所述电压电流检测模块，对蓄电池电压和充电、放电电流进行检测，检测结果输入蓄电池充电及停电保磁控制器；
所述短路保护开关，具有过流保护功能；
所述保磁投入开关，受蓄电池充电及停电保磁控制器的控制，在检测到停电时进行保磁投入。
进一步地，还包括硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块、蓄电池状态检测、充电模块、电池电量评估和停电后保持投入控制模块；
所述硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块，电压传感器信号经过电压采样信号调理电路转换成电压采样信号VIN，电流传感器信号经过电流采样信号调理电路转换成电流采样信号IIN；硬件线路保护电路首先设置过压、欠压、充电过流、放电过流信号的检测门限值VHOP、VHDP、IHOP、IHDP；过压检测、欠压检测模块分别对输入的电压采样信号VIN与VHOP、VHDP进行硬件比较，输出过压指示和欠压指示信号；所述充电过流检测、放电过流检测模块分别对输入的电流采样信号VIN与IHOP、IHDP进行硬件比较，输出充电过流指示和放电过流指示信号；所述硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块中具有软件算法保护模块，设置软件检测门限值参数，软件算法保护模块对电压信号和电流信号进行采样和软件滤波运算，并与软件检测门限值参数进行比较，计算得出软件充电使能、软件保磁投入使能信号；蓄电池保护逻辑电路，对输入的过压指示、欠压指示、充电过流指示、放电过流指示信号以及软件充电使能、软件保磁投入使能信号、外部输入的停电或缺相故障信号进行硬件综合判断，输出最终的充电使能、保磁投入使能信号。
进一步地，包含蓄电池状态检测和充电模块，充电模块具有充电曲线数据库，根据电池类型、状态等参数选择合适的充电策略；
蓄电池充电及停电保磁控制器具有一个充电曲线数据库，通过操作界面输入蓄电池类型、数量、规格、充电参数等关键数据，控制器测量当前蓄电池电压，以判断蓄电池处在状态，控制器根据充电曲线数据库和计算合理的充电曲线和策略，控制器按照生成的充电曲线和策略进行充电；
所述充电曲线数据库可以根据蓄电池类型，设置合理的充电曲线，根据电池的容量设置合理的充电电流，以及根据电池当前的电压和状态，选择合理的充电策略。
进一步地，控制器按照生成的充电曲线和策略进行充电，首先进行实验性充电，以此判断蓄电池是否存在故障，否则需要报警通知技术人员检修；如果实验性充电判断正常，然后再按照生成的充电曲线和策略进行充电。
进一步地，还包括对电池电量评估和停电后保持投入时间的控制，及时报警，必要时切断电源。当出现停电后保磁投入时，记录蓄电池的电压曲线，据此估算蓄电池剩余的工作时间，当剩余的工作时间小于设定的工作时间阈值时，输出紧急报警信号，提醒工作人员尽快完成放料和停机操作，当电池电压达到欠压状态时，及时切断电源保护电池。
一种数字式蓄电池停电保磁控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、当出现停电后保磁投入时，记录蓄电池的电压曲线，据此估算蓄电池剩余的工作时间；
S2、当剩余的工作时间小于设定的工作时间阈值时，输出紧急报警信号，提醒工作人员尽快完成放料和停机操作；
S3、当电池电压达到欠压状态时，及时切断电源保护电池。
本发明的有益效果是：
本发明通过硬件线路保护和软件算法保护双重保护，及时软件出现故障也可以保护电池不损坏，提高了系统可靠性；同时，采用蓄电池状态检测和充电算法库，选择合适的充电策略，提高电池的使用寿命；对电池电量评估和停电后保持投入时间的控制，及时报警，必要时切断电源，从而达到保护电池和提高使用性能的目的。
附图说明
图1为本发明数字式蓄电池充电系统的结构示意图；
图2为本发明数字式蓄电池充电系统控制器的结构示意图；
图3为本发明硬件线路和软件算法双重保护模块的结构示意图；
图4为本发明数字式蓄电池充电系统充电过程示意图；
图5为本发明放电剩余时间预估示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，本发明提供一种数字式蓄电池充电系统，包括励磁回路、保磁投入开关、隔离、降压变压器、停电故障检测模块、电压电流检测模块、蓄电池、蓄电池充电及停电保磁控制器和报警指示模块；
所述励磁回路在电磁铁工作时提供励磁电压；
所述隔离和降压变压器对380V三相交流电进行隔离，转换成蓄电池充电所需的220V三相电；
所述AC/DC变换电路将交流电转换成直流电，转换电压Vch受蓄电池充电及停电保磁控制器的控制调节；
所述停电故障检测模块，通过对380V三相交流电检测，感知是否有停电、断相等故障发生，检测结果输入蓄电池充电及停电保磁控制器；
所述电压电流检测模块，对蓄电池电压和充电、放电电流进行检测，检测结果输入蓄电池充电及停电保磁控制器；
所述短路保护开关，具有过流保护功能；
所述保磁投入开关，受蓄电池充电及停电保磁控制器的控制，在检测到停电时进行保磁投入。
优选的，还包括硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块、蓄电池状态检测、充电模块、电池电量评估和停电后保持投入控制模块；
所述硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块，电压传感器信号经过电压采样信号调理电路转换成电压采样信号VIN，电流传感器信号经过电流采样信号调理电路转换成电流采样信号IIN；硬件线路保护电路首先设置过压、欠压、充电过流、放电过流信号的检测门限值VHOP、VHDP、IHOP、IHDP；过压检测、欠压检测模块分别对输入的电压采样信号VIN与VHOP、VHDP进行硬件比较，输出过压指示和欠压指示信号；所述充电过流检测、放电过流检测模块分别对输入的电流采样信号VIN与IHOP、IHDP进行硬件比较，输出充电过流指示和放电过流指示信号；所述硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块中具有软件算法保护模块，设置软件检测门限值参数，软件算法保护模块对电压信号和电流信号进行采样和软件滤波运算，并与软件检测门限值参数进行比较，计算得出软件充电使能、软件保磁投入使能信号；蓄电池保护逻辑电路，对输入的过压指示、欠压指示、充电过流指示、放电过流指示信号以及软件充电使能、软件保磁投入使能信号、外部输入的停电或缺相故障信号进行硬件综合判断，输出最终的充电使能、保磁投入使能信号。
充电使能、保磁投入使能输出有效的条件按照下面真值表：
Figure BDA0003008917300000061
当输入信号不满足上述真值表时，输出信号输出无效信号。
优选的，包含蓄电池状态检测和充电模块，充电模块具有充电曲线数据库，根据电池类型、状态等参数选择合适的充电策略；
蓄电池充电及停电保磁控制器具有一个充电曲线数据库，通过操作界面输入蓄电池类型、数量、规格、充电参数等关键数据，控制器测量当前蓄电池电压，以判断蓄电池处在状态，控制器根据充电曲线数据库和计算合理的充电曲线和策略，控制器按照生成的充电曲线和策略进行充电；
所述充电曲线数据库可以根据蓄电池类型，设置合理的充电曲线，根据电池的容量设置合理的充电电流，以及根据电池当前的电压和状态，选择合理的充电策略。
优选的，控制器按照生成的充电曲线和策略进行充电，首先进行实验性充电，以此判断蓄电池是否存在故障，否则需要报警通知技术人员检修；如果实验性充电判断正常，然后再按照生成的充电曲线和策略进行充电。
优选的，还包括对电池电量评估和停电后保持投入时间的控制，及时报警，必要时切断电源。当出现停电后保磁投入时，记录蓄电池的电压曲线[(t0,V0),(t1,V1)…(ti,Vi)]，据此估算蓄电池剩余的工作时间tR，当剩余的工作时间tR小于设定的工作时间阈值时，输出紧急报警信号，提醒工作人员尽快完成放料和停机操作，当电池电压达到欠压状态时，及时切断电源保护电池。
一种数字式蓄电池停电保磁控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、当出现停电后保磁投入时，记录蓄电池的电压曲线，据此估算蓄电池剩余的工作时间；
S2、当剩余的工作时间小于设定的工作时间阈值时，输出紧急报警信号，提醒工作人员尽快完成放料和停机操作；
S3、当电池电压达到欠压状态时，及时切断电源保护电池。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种数字式蓄电池充电系统，其特征在于：包括励磁回路、保磁投入开关、隔离、降压变压器、停电故障检测模块、电压电流检测模块、蓄电池、蓄电池充电及停电保磁控制器和报警指示模块；
所述励磁回路在电磁铁工作时提供励磁电压；
所述隔离和降压变压器对380V三相交流电进行隔离，转换成蓄电池充电所需的220V三相电；
所述AC/DC变换电路将交流电转换成直流电，转换电压Vch受蓄电池充电及停电保磁控制器的控制调节；
所述停电故障检测模块，通过对380V三相交流电检测，感知是否有停电、断相等故障发生，检测结果输入蓄电池充电及停电保磁控制器；
所述电压电流检测模块，对蓄电池电压和充电、放电电流进行检测，检测结果输入蓄电池充电及停电保磁控制器；
所述短路保护开关，具有过流保护功能；
所述保磁投入开关，受蓄电池充电及停电保磁控制器的控制，在检测到停电时进行保磁投入。
2.根据权利要求1所述的一种数字式蓄电池充电系统，其特征在于：还包括硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块、蓄电池状态检测、充电模块、电池电量评估和停电后保持投入控制模块；
所述硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块，电压传感器信号经过电压采样信号调理电路转换成电压采样信号VIN，电流传感器信号经过电流采样信号调理电路转换成电流采样信号IIN；硬件线路保护电路首先设置过压、欠压、充电过流、放电过流信号的检测门限值VHOP、VHDP、IHOP、IHDP；过压检测、欠压检测模块分别对输入的电压采样信号VIN与VHOP、VHDP进行硬件比较，输出过压指示和欠压指示信号；所述充电过流检测、放电过流检测模块分别对输入的电流采样信号IIN与IHOP、IHDP进行硬件比较，输出充电过流指示和放电过流指示信号；所述硬件线路保护和软件处理算法保护双重保护模块中具有软件算法保护模块，设置软件检测门限值参数，软件算法保护模块对电压信号和电流信号进行采样和软件滤波运算，并与软件检测门限值参数进行比较，计算得出软件充电使能、软件保磁投入使能信号；蓄电池保护逻辑电路，对输入的过压指示、欠压指示、充电过流指示、放电过流指示信号以及软件充电使能、软件保磁投入使能信号、外部输入的停电或缺相故障信号进行硬件综合判断，输出最终的充电使能、保磁投入使能信号。
3.根据权利要求1所述的一种数字式蓄电池充电系统，其特征在于：包含蓄电池状态检测和充电模块，充电模块具有充电曲线数据库，根据电池类型、状态等参数选择合适的充电策略；
蓄电池充电及停电保磁控制器具有一个充电曲线数据库，通过操作界面输入蓄电池类型、数量、规格、充电参数等关键数据，控制器测量当前蓄电池电压，以判断蓄电池处在状态，控制器根据充电曲线数据库和计算合理的充电曲线和策略，控制器按照生成的充电曲线和策略进行充电；
所述充电曲线数据库可以根据蓄电池类型，设置合理的充电曲线，根据电池的容量设置合理的充电电流，以及根据电池当前的电压和状态，选择合理的充电策略。
4.根据权利要求1所述的一种数字式蓄电池充电系统，其特征在于：控制器按照生成的充电曲线和策略进行充电，首先进行实验性充电，以此判断蓄电池是否存在故障，否则需要报警通知技术人员检修；如果实验性充电判断正常，然后再按照生成的充电曲线和策略进行充电。
5.根据权利要求1所述的一种数字式蓄电池充电系统，其特征在于：还包括对电池电量评估和停电后保持投入时间的控制，及时报警，必要时切断电源。当出现停电后保磁投入时，记录蓄电池的电压曲线，据此估算蓄电池剩余的工作时间，当剩余的工作时间小于设定的工作时间阈值时，输出紧急报警信号，提醒工作人员尽快完成放料和停机操作，当电池电压达到欠压状态时，及时切断电源保护电池。
6.一种数字式蓄电池停电保磁控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、当出现停电后保磁投入时，记录蓄电池的电压曲线，据此估算蓄电池剩余的工作时间；
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S3、当电池电压达到欠压状态时，及时切断电源保护电池。
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