CN202663093U - 离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，包括电池二次欠压保护电路、电源唤醒电路，所述电池二次欠压保护电路包括叠加电路、基准电源、比较电路。该自启电路既可以解决离网型风能充电控制器的供电问题，又实现了无风时蓄电池的二次欠压保护，降低整机损耗，同时在有风时能实现整机自启动，该电路具有延长蓄电池使用寿命、增加系统可靠性、降低整机损耗、提高风能有效利用率等优点。

Description

离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路

技术领域

本实用新型涉及风力发电系统的电池保护和有风自启电路，特别涉及一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，既可以解决离网型风能充电控制器的供电问题，又可以实现电池二次欠压保护，以及在保护后前级有风的条件下唤醒系统，实现对蓄电池的低压充电。 

技术背景

在能源与环境问题日益突出的今天，可再生能源的开发与利用显得尤其重要。而风力发电作为新能源领域里的重要部分，对其研究与开发具有深远的意义。对于任何一个供配电系统，系统本身的工作电源就如同系统的心脏，离网型风能充电控制器作为一个供电系统的同时自身也需要一个内置的辅助电源以提供芯片正常工作所需的能量。对于现有的离网型风力供电系统，其辅助电源的供电主要有三种方式：1、来自于前级的风力发电；2、来自于后级的蓄电池组；3、方式1与方式2相结合。 

以上的三种方式是现行辅助电源的主要供电方式，但是，这三种方式都有其自身的不足： 

方式1：前级整流电路的输入来自于前端风力发电机的交流输出，其输出的频率、幅值等受风力影响大，随机性强，因此输出的整流电压很不稳定，且输入电压范围宽（0~540Vdc），不易实现。

方式2：单独采用蓄电池进行供电必须承担一个风险，系统所配置的蓄电池容量是有限的，在长期无风状态下前级没有电能输出，而后端蓄电池由于长时间带载或自放电导致电池电压过低，这是蓄电池电量将得不到及时的补充，辅助电源将因为电池电压过低无法正常工作，过后即使前级有风可以发电，也会因为系统的辅助电源无法正常工作而不能对后级蓄电池组进行充电。 

方式3：该方式具备了方式1、方式2的全部功能，但也存在它们所存在的缺点，在前级整流电压不稳进入高压切换过程时，如果蓄电池电压过低或者接触不好，整个系统会由于前级不断的切换造成器件损坏而导致系统不能正常工作。 

发明内容

针对以上技术背景所提到的不足，本实用新型提供一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，既可以解决离网型风能充电控制器的供电问题，又可以实现电池欠压保护，以及在保护后前级有风的条件下唤醒系统，实现对蓄电池的低压充电。该电路具有延长蓄电池使用寿命、增加系统可靠性、降低整机损耗、提高风能有效利用率等优点。 

本实用新型的特征在于：一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，包括电池二次欠压保护电路、电源唤醒电路，其特征在于：所述电池二次欠压保护电路包括叠加电路、基准电源、比较电路，所述叠加电路输入分别接风机输出整流后直流母线正极与蓄电池正极，叠加电路输出与基准电源作为比较电路输入，比较电路输出接电源唤醒电路输入，电源唤醒电路输出接后端电路，直流母线负极与蓄电池负极相连。 

在实施例中，所述的叠加电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一稳压二极管，所述第一电阻一端接至风机输出整流后直流母线正极，第一电阻另一端接第三电阻一端与第一稳压二极管阴极，第二电阻一端接蓄电池正极，第二电阻另一端接第一电阻另一端与第一稳压二极管阴极，第三电阻另一端和第一稳压二极管阳极接直流母线负极。 

在实施例中，所述的比较电路包括第六电阻、第七电阻、第九电阻、第一电压比较器，所述第六电阻一端接叠加电路输出端，第六电阻另一端接第一电压比较器负输入端，第七电阻一端接基准电源，第七电阻另一端接第一电压比较器正输入端，第一电压比较器输出接第九电阻一端，第九电阻另一端接直流工作电源正极，直流工作电源负极与蓄电池负极相连。 

所述的电源唤醒电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第二稳压二极管、第一三极管、第一控制芯片，所述第十电阻一端接比较电路中第一电压比较器输出，第十电阻另一端接第一三极管基极，第十一电阻一端与第十二电阻一端相连，第十一电阻另一端接直流母线正极，第十二电阻另一端接第一三极管集电极与第一控制芯片的线电压检测引脚，第十三电阻一端接蓄电池正极，第十三电阻另一端接第二稳压二极管阴极，第二稳压二极管阴极接第十一电阻与第十二电阻公共端，第二稳压二极管阳极接至蓄电池负极，第一控制芯片的控制引脚接第一三极管发射极，第一控制芯片源极接蓄电池负极，第一控制芯片漏极作为电源唤醒电路输出接后端电路。 

所述的叠加电路还包括一第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阴极接第三电阻的一端，所述第一稳压二极管的阳极接直流母线负极。 

与现有技术相比，本实用新型明显的优势体现在： 

1、在离网型风力发电系统设置的蓄电池的一级保护之后，离网型风力发电系统将通过二次欠压保护电路关闭辅助电源，使离网型风力发电系统处于待机状态，消耗功率极小，从而保护蓄电池，即使经过比较长的时间蓄电池依然能维持一定的电压，这就允许整个系统可以在长期无风的状态下处于待机状态，一旦前级来风，系统依然有足够的能量可以自启动。

2、当离网型风力发电系统在蓄电池处于二次保护后的待机状态，一旦前级来风，系统通过唤醒电路增加控制芯片对应脚位的电流，使辅助电源重新启动,且此时将前级直流母线电压与蓄电池电压通过叠加电路加在比较电路的反向输入端，降低蓄电池的二次欠压保护点，这时只要蓄电池电压大于设定值，辅助电源便能工作，离网型风力发电系统便可实现对蓄电池进行低压充电。 

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图。 

图2是本实用新型的具体实施例电路图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使相关人员可以更好理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为本实用新型的限定。 

如附图1和2所示，一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，包括电池二次欠压保护电路、电源唤醒电路6，所述电池二次欠压保护电路包括叠加电路3、基准电源4、比较电路5，所述叠加电路3输入分别接风机输出整流后直流母线2正极BUS+与蓄电池1正极Vbat+，叠加电路3的输出与基准电源4分别作为比较电路5的输入，比较电路5输出接电源唤醒电路6，电源唤醒电路6输出接至后端电路，直流母线2正极BUS+与蓄电池1正极Vbat+相连，直流母线2负极BUS-与蓄电池1负极Vbat-相连。 

叠加电路3所述的叠加电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述第一电阻一端接至风机输出整流后直流母线正极，第一电阻另一端接第三电阻一端，第二电阻一端接蓄电池正极，第二电阻另一端接第一电阻另一端与第三电阻一端，第三电阻另一端接直流母线负极，如附图2所示，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，第一电容C1，第一稳压二极管D1，第一电阻R1一端接风机输出整流后直流母线正极BUS+，第一电阻R1另一端接第一稳压二极管D1阴极，第二电阻R2一端接至蓄电池1正极Vbat+，第二电阻R2另一端接第一稳压管D1阴极，第一电容C1、第三电阻R3同时并联在第一稳压二极管D1两端，第一稳压二极管D1阳极接蓄电池1负极Vbat-。 

基准电源4包括第四电阻R4，第五电阻R5，第二电容C2，第三电容C3，第一三端可调基准电源芯片IC1，第四电阻R4一端接+12V直流工作电源，第四电阻R4另一端接三端可调基准电源芯片IC1阴极，第一三端可调基准电源芯片IC1参考端与阴极短接，第五电阻R5一端接三端可调基准电源芯片IC1阳极和蓄电池1负极Vbat-，第五电阻R5另一端接三端可调基准电源芯片IC1阴极，第二电容C2两端并联在三端可调基准电源芯片IC1参考端和阳极，第三电容C3正极接三端可调基准电源芯片IC1阴极，第三电容C3负极接三端可调基准电源芯片IC1阳极。 

比较电路5包括第六电阻R6，第七电阻R7，第九电阻R9，第一电压比较器IC1A，所述第六电阻R6一端接至叠加电路3第一稳压二极管D1阴极，第六电阻R6另一端接第一电压比较器IC1A负输入端，第七电阻R7一端接至基准电源三端可调基准电源芯片IC1参考端，第七电阻R7另一端接第一电压比较器IC1A正输入端，第九电阻R9一端接至第一比较器IC1A输出，第九电阻R9另一端接至+12V直流工作电源。 

电源唤醒电路6包括第十电阻R10，第十一电阻R11，第十二电阻R12，第十三电阻R13，第二稳压二极管D2，第一三极管Q1，第一控制芯片IC，所述第十电阻R10一端接比较电路5中电压比较器IC1A输出，另一端接第一三极管Q1基极，第十一电阻R11一端与第十二电阻R12一端相连，第十一电阻R11另一端接直流母线正极BUS+，第十二电阻R12另一端接第一三极管Q1集电极与第一控制芯片IC线电压检测引脚L，第十三电阻R13一端接至蓄电池1正极Vbat+，另一端接第二稳压二极管D2阴极，第二稳压管D2阴极接第十一电阻R11与第十二电阻R12公共端，第二稳压二极管D2阳极接蓄电池1负极Vbat-与直流母线负极BUS-，第一控制芯片IC控制引脚C接第一三极管Q1发射极，第一控制芯片IC源极S接蓄电池1与直流母线负极BUS-，第一控制芯片IC漏极D作为电源唤醒电路6输出接后端电路。 

在实施例中，第一三端可调基准电源芯片可采用TL431芯片或TL432芯片。 

本实施例中一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，工作原理如下： 

正常运行时，蓄电池1的端电压与直流母线电压按一定比例叠加到第一电压比较器IC1A(本实施例中使用LM393芯片)的反向输入端，第一电压比较器IC1A的正向输入端的基准电源4比较（此处为TL432的2.5V作为基准），当蓄电池1的电压或直流母线电压高于一定值，电压比较器输出低电平，第一三极管Q1截止，第一控制芯片IC线电压检测引脚L的电流大于44uA（典型值50uA），系统持续运行，蓄电池1处于充电状态。

无风时，蓄电池1持续放电，当蓄电池1电压低于设定值时，离网型风力发电系统进入第一级欠压保护，切除外围负载，离网型风力发电系统内部芯片处于运行状态，蓄电池1仍在持续放电。当蓄电池1放电至二次欠压保护点时，第一电压比较器IC1A的反向输入端的电压值低于正向输入端的基准电压，第一电压比较器IC1A输出高电平，三极管Q1导通，电源控制芯片线电压检测引脚L的电流被Q1分流一部分，与此同时，直流母线正极BUS+的电压值为0，蓄电池1的正极Vbat+电压降低，流过第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13进入线第一控制芯片IC的电压检测引脚L的电流远小于44uA（典型值50uA），第一控制芯片IC控制芯片休眠待机，前端+12V直流工作电源消失，比较电路5复位。 

当来风时前级直流母线电压BUS+经过第十一电阻R11、第十二电阻R12引入第一控制芯片IC线电压检测引脚L的电流大于44uA（典型值50uA），且此时将前级直流母线电压经过分压电阻为第一电阻R1、第三电阻R3后叠加在第一电压比较器IC1A的反向输入端，降低蓄电池1的二次欠压保护点，这时只要蓄电池1的端电压大于22V，第一比较器IC1A的反向输入端的电压值大于正向输入端，第一比较器IC1A的输出端输出低电平，此时第一三极管Q1截止，第一控制芯片IC重新启动，离网型风力发电系统的辅助电源开始工作，该系统便可实现对蓄电池1进行低压充电，此时离网型风力发电系统就具备了有风自启动的功能。 

以上事实例仅用来进一步说明本实用新型一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，但本实用新型不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。 

Claims (5)

1. 一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，包括电池二次欠压保护电路、电源唤醒电路，其特征在于：所述电池二次欠压保护电路包括叠加电路、基准电源、比较电路，所述叠加电路输入分别接风机输出整流后直流母线正极与蓄电池正极，叠加电路输出与基准电源作为比较电路输入，比较电路输出接电源唤醒电路输入，电源唤醒电路输出接后端电路，直流母线负极与蓄电池负极相连。

2.根据权利要求1所述的一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，其特征在于：所述的叠加电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述第一电阻一端接至风机输出整流后直流母线正极，第一电阻另一端接第三电阻一端，第二电阻一端接蓄电池正极，第二电阻另一端接第一电阻另一端与第三电阻一端，第三电阻另一端接直流母线负极。

3.根据权利要求1所述的一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，其特征在于：所述的比较电路包括第六电阻、第七电阻、第九电阻、第一电压比较器，所述第六电阻一端接叠加电路输出端，第六电阻另一端接第一电压比较器负输入端，第七电阻一端接基准电源，第七电阻另一端接第一电压比较器正输入端，第一电压比较器输出接第九电阻一端，第九电阻另一端接直流工作电源正极，直流工作电源负极与蓄电池负极相连。

4.根据权利要求书1所述的一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，其特征在于：所述的电源唤醒电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第二稳压二极管、第一三极管、第一控制芯片，所述第十电阻一端接比较电路中第一电压比较器输出，第十电阻另一端接第一三极管基极，第十一电阻一端与第十二电阻一端相连，第十一电阻另一端接直流母线正极，第十二电阻另一端接第一三极管集电极与第一控制芯片的线电压检测引脚，第十三电阻一端接蓄电池正极，第十三电阻另一端接第二稳压二极管阴极，第二稳压二极管阴极接第十一电阻与第十二电阻公共端，第二稳压二极管阳极接至蓄电池负极，第一控制芯片的控制引脚接第一三极管发射极，第一控制芯片源极接蓄电池负极，第一控制芯片漏极作为电源唤醒电路输出接后端电路。

5.根据权利要求2所述的一种离网型风力发电系统的电池保护和有风自启电路，其特征在于：所述的叠加电路还包括一第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阴极接第三电阻的一端，所述第一稳压二极管的阳极接直流母线负极。

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