CN206517129U - 一种基于单片机的井下大容量储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的井下大容量储能装置，包括微处理器、升压装置、IPM模块、整流滤波电路、超级电容电路，微处理器通过脉宽调制电路与IPM模块连接，IPM模块分别通过电流检测模块、电压检测模块与微处理器连接，IPM模块通过三相变压器与升压装置连接，升压装置通过整流滤波电路与超级电容电路连接，本实用新型结构简单、体积小，利用脉宽调制电路结合IPM模块，并选用超级电容，使用STM32单片机作为微控制器，实现智能控制，将脉宽调制电路及IPM模块运用于井下大功率场源储能装置，能提高充电效率，谐波分量少，稳定性高。

Description

一种基于单片机的井下大容量储能装置

技术领域

本实用新型涉及单片机及储能装置技术领域，具体的说是一种基于单片机的井下大容量储能装置。

背景技术

由于石油与地层水的电阻率有着明显的差异，井中电法和电磁法是定量评价储层含油气性的直接和可靠的方法，同时为了降低勘探成本，目前国内大多油田采用电磁法过套管测电阻率的仪器设备动态监测油田剩余油量，实现电磁法过套管测电阻率的关键又落到电磁脉冲场源的设计上。金属套管对高频电磁信号有很强的衰减作用，为了在金属套管井中探测管外地层电阻率，只能采用低频源或直流源。

井下大容量储能装置能否根据需求积蓄充足的能量，直接决定井下大功率场源能否正常工作。所以，大功率储能装置参数的优劣直接影响了过套管测电阻率仪器的整体性能。井下大功率储能装置的研究对提高过套管测电阻率仪器将起到积极的推动作用，过套管电阻率测井将会成为解决重点老井和开发过程中油藏动态监测的重要手段。早期实验室传统的充电装置是由晶闸管整流装置、变压器及高压整流桥组成，这种高压充电装置效率低、体积大、稳定性差、充电时间长，无法满足目前对场源的需求。

因此，为克服上述技术的不足而设计出一款结构简单、体积小、充电效率高、谐波分量少、稳定性好、可智能控制的一种基于单片机的井下大容量储能装置，正是发明人所要解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于单片机的井下大容量储能装置，其结构简单，体积小，充电效率高，谐波分量少，稳定性好，可智能控制。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于单片机的井下大容量储能装置，其包括微处理器、升压装置、IPM模块、整流滤波电路、超级电容电路，所述微处理器通过脉宽调制电路与IPM模块连接，所述IPM模块分别通过电流检测模块、电压检测模块与微处理器连接，所述IPM模块通过三相变压器与升压装置连接，所述升压装置通过整流滤波电路与超级电容电路连接。

进一步，所述微处理器采用STM32单片机。

进一步，所述电流检测模块采用INA122运算放大器与STM32单片机的AD引脚连接，所述电压检测模块采用OPA340单电源运算放大器与STM32单片机的AD引脚连接，所述STM32单片机的AD引脚连接有稳压二极管。

进一步，所述IPM模块采用IKCS17F60F2C芯片。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型结构简单、体积小，利用脉宽调制电路结合IPM模块，并选用超级电容，使用STM32单片机作为微控制器，实现智能控制，将脉宽调制电路及IPM模块运用于井下大功率场源储能装置，能提高充电效率，谐波分量少，稳定性高。

附图说明

图1是本实用新型整体系统框图。

图2是本实用新型IPM驱动及保护电路示意图。

图3是本实用新型电流检测电路原理图。

图4是本实用新型电压检测电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

参见图1是本实用新型整体系统框图，该结构一种基于单片机的井下大容量储能装置，包括微处理器、升压装置、IPM模块、整流滤波电路、超级电容电路，微处理器通过脉宽调制电路与IPM模块连接，IPM模块分别通过电流检测模块、电压检测模块与微处理器连接，IPM模块通过三相变压器与升压装置连接，升压装置通过整流滤波电路与超级电容电路连接，微处理器采用STM32单片机，电流检测模块采用INA122运算放大器与STM32单片机的AD引脚连接，电压检测模块采用OPA340单电源运算放大器与STM32单片机的AD引脚连接，STM32单片机的AD引脚连接有稳压二极管，IPM模块采用IKCS17F60F2C芯片。

参见图1是本实用新型整体系统框图，STM32单片机内部的捕获/比较单元通过恰当的死区时间控制和输出调制，可以高效地产生三相PWM信号。按照空间矢量调制配合捕获/比较单元输出6路PWM调制信号，驱动IPM模块使之输出三相交流电压，经滤波后为后级变压器提供品质良好的三相电源。单片机内部10位精度AD同时采集直流母线电流，形成闭环结构，最终使电容器在充电过程中电流达到稳定。逆变器输出的三相电压经过三相变压器升压后通过三相全桥整流为高压直流脉动电源，然后给超级电容器充电，将电能储存在超级电容器中。

参见图2是本实用新型IPM驱动及保护电路示意图，IPM为智能功率模块，不仅把6个功率开关器件以及其驱动电路集成在一个芯片当中，而且自带有过电压，过电流和过热等检测电路，散热效果好。采用IKCS17F60F2C集成芯片，使得仪器产品体积变小，成本降低，稳定性更好，更适合于井下的应用。

参见图3是本实用新型电流检测电路原理图，装置采用直接检测直流母线电流，虽然精度较霍尔低，但电路简单体积小且占用较少单片机资源，为开发带来便利。选用精密仪表放大器INA122，具有输入漂移低和很高的共模抑制比的特点同时，其增益可在5～10000倍内可调。电流经采样电阻后产生微小压降供给INA122进行放大后送到STM32单片机的AD引脚提供电流采集，STM32单片机支持多通道的多方式轮询采样并可对采样结果进行中值滤波，减少噪声产生的影响。

参见图4是本实用新型电压检测电路原理图，电压检测电路采用单电源运放OPA340芯片作为隔离保护并对电压信号起到低通滤波的作用，防止外部电压突变对单片机构成损伤。芯片为轨对轨输入输出单运放集成电路，适用于低电压单电源供电的场合，特别适合于作为AD采集的前端采样电路。电路通过搭配电阻电容构成简单的低通滤波器，Uout直接通过电阻分压并通过电位器微调好分压确定倍数后供给AD脚采集，在该引脚处接一稳压二极管来保障系统安全可靠工作，可防止AD引脚过压对单片机造成危害。

储能装置选择三相变压器搭配三相全桥加超级电容器，逆变器输出的三相电压经过三相变压器升压后通过三相全桥整流为高压直流脉动电源，然后给超级电容器充电，将电能储存在超级电容器中。超级电容器是一种电化学元件，储能过程并不发生化学反应且是可逆的，因此超级电容器可以多次反复充放电，且不会造成环境污染。另外，它具有高功率密度、充放电循环寿命很长、充电时间短、贮存寿命长、高可靠性的特点。

Claims (4)

1.一种基于单片机的井下大容量储能装置，其特征在于：其包括微处理器、升压装置、IPM模块、整流滤波电路、超级电容电路，所述微处理器通过脉宽调制电路与IPM模块连接，所述IPM模块分别通过电流检测模块、电压检测模块与微处理器连接，所述IPM模块通过三相变压器与升压装置连接，所述升压装置通过整流滤波电路与超级电容电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的井下大容量储能装置，其特征在于：所述微处理器采用STM32单片机。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于单片机的井下大容量储能装置，其特征在于：所述电流检测模块采用INA122运算放大器与STM32单片机的AD引脚连接，所述电压检测模块采用OPA340单电源运算放大器与STM32单片机的AD引脚连接，所述STM32单片机的AD引脚连接有稳压二极管。

4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的井下大容量储能装置，其特征在于：所述IPM模块采用IKCS17F60F2C芯片。