CN208015411U - 一种采用pwm控制ptc电阻的蓄电池组恒流放电负载 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载，包括MCU模块、电流采集模块、电压采集模块、风机模块、复数个PTC电阻、以及和复数个所述PTC电阻数量相同的PWM控制模块；所述电压采集模块采集放电电压，所述电流采集模块采集放电电流，每所述PWM控制模块一一对应用于控制一所述PTC电阻，既利用所述PTC电阻的正温度系数特性的优点，又采用复数个所述PWM控制模块进行控制，使得放电电流能迅速达到并稳定在设定值，且可调范围宽、可设步进精细、电流谐波小，不损坏被测对象、能够过热保护。

Description

一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载

【技术领域】

本实用新型涉及直流电子负载领域，特别是一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载。

【背景技术】

在高电压、大电流的蓄电池组应用系统中，通常将蓄电池组作为不间断的后备电源，以应对常供电系统，如交流市电、PT端等出现异常故障而失电后，蓄电池组能够不间断的提供电源，维持系统正常运行一段时间。在这段时间内及时排除常供电系统故障恢复供电或做相应的保护措施。如DC48V的通信用不间断电源、DC220V的电力系统二次侧直流操作电源、UPS等。其蓄电池组的容量基本在几百安时甚至上千安时，为了确保系统的可靠运行，蓄电池组必须时刻保持有效状态，而验证蓄电池组是否有效的最直接有效的手段既是对蓄电池组进行核对性放电。核对性放电既是根据被测蓄电池组的标称容量，按一恒定的电流持续进行放电，铅酸蓄电池通常为0.1C，若持续放电的时间达到标称容量的要求，如10小时，则说明被测蓄电池组容量满足要求。因此在此需要提供一种给蓄电池组放电的负载设备。由于蓄电池组的容量较大，放电电流也较大，提供放电的负载设备通常需要具有几千瓦甚至上万瓦的功率。

现有对蓄电池组进行核对性放电的大功率直流电子负载主要有如下几种：

一、采用一固定的大功率纯电阻负载，如图1所示，闭合开关K后即开始放电，实时监测蓄电池组两端的电压V，一旦低于放电终止电压则断开开关K，通过计算放电电流和时间可计算其容量是否满足要求。缺点：负载为固定不可设，不能灵活适应多种系统，且随着蓄电池组的电压下降，放电电流也随之降低，电流不能恒定。

二、采用多个开关，包括继电器或电子开关，如MOS管、IGBT管等，控制多个电阻丝负载接入或断开，如图2所示。在已知的蓄电池组电压下。根据需要的放电电流，选择相应的开关组合接入电阻负载。缺点：无法做到连续可调，其放电电流步进粗糙，只有某些固定的设定值。

三、采用PWM信号控制负载，按占空比导通的方式来实现，如图3所示，通常采用千瓦级或几十千瓦的电阻丝作为负载，负载电阻在几欧姆或小于1欧姆。完全导通时电流可达几百安培，通过控制PWM信号，使负载电阻按一定时间比例导通，从而得到相应的放电电流。如负载导通时的电流是100A，PWM的占空比为10％。则放电电流即为10A。可通过改变占空比来获得不同的放电电流。缺点：其产生的电流谐波大，由于导通电流很大，可能会导致过流保护或冲击损坏。

四、控制大功率PTC电阻负载的温度，如图4所示，由于PTC电阻负载的正温度系数特性，通过控制其温度能控制其阻值变化，同样若控制其温度保持在恒定值，其阻值也恒定，因此采用控制PTC电阻负载的温度来实现控制其电阻值，从而控制负载电流。缺点：采用风机散热，控制缓慢，在刚启动或电压变化较大时，无法立刻控制电流值为设定值，若在放电过程中发生一些参数变化时，调整电流的速度比较缓慢，不能真正做到恒流放电。

【实用新型内容】

为克服现有设备存在的缺陷，本实用新型在于提供一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载，既利用PTC电阻的正温度系数特性的优点，又采用多组组合的PWM控制使得放电电流能迅速达到并稳定在设定值，且可调范围宽、可设步进精细、电流谐波小，不损坏被测对象、能够过热保护。

本实用新型是这样实现的：一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载，包括MCU模块、电流采集模块、电压采集模块、风机模块、复数个PTC电阻、以及和复数个所述PTC电阻数量相同的PWM控制模块，每所述PTC电阻的一端一一对应串联于一所述PWM控制模块的一端，每所述PTC电阻的另一端相互并联后连接于所述电压采集模块的一端，每所述PWM控制模块的另一端相互并联后连接于所述电流采集模块的一端，所述电流采集模块的另一端连接于所述电压采集模块的另一端；每所述PWM控制模块、所述电压采集模块、所述电流采集模块还分别通信连接于所述MCU模块；所述风机模块通信连接于所述MCU模块，且所述风机模块正对每所述PTC电阻。

进一步地，还包括人机操作界面，所述人机操作界面通信连接于所述MCU模块。

进一步地，所述风机模块包括复数个风扇，每所述风扇通信连接于所述MCU模块，且每所述风扇正对两个或三个所述PTC电阻。

本实用新型的优点在于：本实用新型一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载，通过所述电压采集模块采集放电电压，所述电流采集模块采集放电电流，然后分别将采集到的放电电压和放电电流反馈给所述MCU模块进行实时监控；同时每所述PWM控制模块用于控制一所述PTC电阻，使得放电电流能迅速达到并稳定在设定值，并利用PTC电阻的温度特性进行调节，实现可调范围宽、可设步进精细、电流谐波小，不损坏被测对象、能够过热保护。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为现有技术对蓄电池组进行核对性放电中采用一固定的大功率纯电阻负载的电路图。

图2为现有技术对蓄电池组进行核对性放电中采用多个开关控制多个电阻丝负载接入或断开的电路图。

图3为现有技术对蓄电池组进行核对性放电中采用PWM信号控制负载的电路图。

图4为现有技术对蓄电池组进行核对性放电中采用控制大功率PTC电阻负载的温度的电路图。

图5为本实用新型一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载的原理图。

【具体实施方式】

请参阅图5所示，本实用新型一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载，包括MCU模块、电流采集模块、电压采集模块、风机模块、复数个PTC电阻、以及和复数个所述PTC电阻数量相同的PWM控制模块，每所述PTC电阻的一端一一对应串联于一所述PWM控制模块的一端，每所述PTC电阻的另一端相互并联后连接于所述电压采集模块的一端，每所述PWM控制模块的另一端相互并联后连接于所述电流采集模块的一端，所述电流采集模块的另一端连接于所述电压采集模块的另一端；每所述PWM控制模块、所述电压采集模块、所述电流采集模块还分别通信连接于所述MCU模块；所述风机模块通信连接于所述MCU模块，且所述风机模块正对每所述PTC电阻，用于给每所述PTC电阻散热，进而控制每所述PTC电阻的温度。

优选地，还包括人机操作界面，所述人机操作界面通信连接于所述MCU模块。例如所述人机操作界面采用触摸屏的方式，操作人员可以通过所述人机操作界面进行操作控制，所述人机操作界面还可以采用显示屏和键盘的方式，在实际运用中可以有各种方式。

优选地，所述风机模块包括复数个风扇(未图示)，每所述风扇(未图示)通信连接于所述MCU模块，且每所述风扇(未图示)正对两个或三个所述PTC电阻。在实际运用中由于所述PTC电阻的体积小，因此可以采用一所述风扇(未图示)正对两个或三个所述PTC电阻，进行吹风控制所述PTC电阻的温度。

具体控制过程如下：

将蓄电池组串联一开关后和所述电压采集模块相并联，合上开关。事先将已知的所述PTC电阻在常态下的阻值参数和额定功率参数固化到所述MCU模块，事先设定好放电电流，因此在所述PTC电阻启动放电时，根据设定的放电电流值和所述PTC电阻的额定功率，可计算出需要连通几个所述PTC电阻，此时只需控制所需数量的所述PWM控制模块导通，即可实现连通所需数量的所述PTC电阻。例如，假设设定的放电电流值为50A，每个所述PTC电阻的额定电压为220V，额定功率2.2KW，则每个所述PTC电阻的额定电流为10A，因此根据设定的电流值，需要连通5个所述PTC电阻，此时只需所述MCU模块控制5个所述PWM控制模块导通即可。同时由于刚启动时，所述PTC电阻处于常温下，此时阻值较小，放电电流较大，因此通过所述PWM控制模块使每个所述PTC电阻维持在固定的电流值放电，具体控制方式为：所述PWM控制模块控制自身的导通角逐渐增大，直到放电电流达到设定值，同时各个所述PWM控制模块控制自身的导通角相互错开，即各个所述PWM控制模块的导通角按一定时间间隔顺序导通，避免重叠导通导致的大电流，这样可以使得电流谐波小、不损坏被测对象。在放电过程随着所述PTC电阻的温度升高，阻值逐渐增大，当所述风机模块散热带走的热量和放电产生的热量持平时，所述PTC电阻温度保持恒定，电阻值也恒定，此时逐渐退出PWM控制，即所述PWM控制模块控制自身的导通角达到最大，实现全导通。引入所述风机模块进行风量控制，使PTC电阻保持恒定的放电状态。

随着放电的持续进行，蓄电池组电压将逐渐下降，导致放电电流的减小。所述电流采集模块在采集到电流后传输给所述MCU模块，所述MUC模块根据此采集的放电电流与设定的电流值进行比较，一旦发生偏差所述MCU模块将立即控制和所述PTC电阻相对的所述风扇进行转速调整，从而调整散热风量，从而使得放电电流恒定。所述电压采集模块采集蓄电池组的实时电压然后传输给所述MCU模块，如在放电过程中电池组电压从220V降低到219V，此时的放电电流将从50A变为49.77A，所述MUC模块根据所述电流采集模块采集到电流的降低，将控制所述风扇增加转速，进而增大散热，使PTC阻值降低，从而使放电电流恢复50A恒定放电。

通过控制所述风扇的风量来调整PTC电阻的温度有一定的滞后性，即在所述风扇加速时要过一段时间温度才能下降，因此所述MCU模块控制所述风扇的转速引入PID算法，避免滞后引起的振荡。由于蓄电池组容量较大，因此电压下降的较缓慢，采用PID算法控制所述风扇，不会对恒流放电产生影响，控制及时、迅速。

在启动或电池组电压变化大时，引入所述PWM控制模块进行PWM控制，同时各个所述PTC电阻对应的所述PWM控制模块控制自身的导通角相互错开，即各个所述PWM控制模块的导通角按一定时间间隔顺序导通，避免重叠导通导致的大电流，使得电流谐波小、不损坏被测对象。

采用复数个所述PTC电阻组合导通，根据所设定的放电电流，按指定算法选择需要连通的所述PTC电阻的数量，结合所述PTC电阻的温度升高，电阻增大的特性，能够做到线性的调整放电电流，可调范围宽，可设步进精细。

采用PTC电阻负载，由于其温度越高阻值越大，电流越小的特性，若散热系统出现故障，能够自我保护而不会引发更严重的问题，能够实现过热保护。

采用所述MCU模块进行控制，使得整个控制过程迅速、稳定。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载，其特征在于：包括MCU模块、电流采集模块、电压采集模块、风机模块、复数个PTC电阻、以及和复数个所述PTC电阻数量相同的PWM控制模块，每所述PTC电阻的一端一一对应串联于一所述PWM控制模块的一端，每所述PTC电阻的另一端相互并联后连接于所述电压采集模块的一端，每所述PWM控制模块的另一端相互并联后连接于所述电流采集模块的一端，所述电流采集模块的另一端连接于所述电压采集模块的另一端；每所述PWM控制模块、所述电压采集模块、所述电流采集模块还分别通信连接于所述MCU模块；所述风机模块通信连接于所述MCU模块，且所述风机模块正对每所述PTC电阻。

2.如权利要求1所述的一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载，其特征在于：还包括人机操作界面，所述人机操作界面通信连接于所述MCU模块。

3.如权利要求1或2任一项所述的一种采用PWM控制PTC电阻的蓄电池组恒流放电负载，其特征在于：所述风机模块包括复数个风扇，每所述风扇通信连接于所述MCU模块，且每所述风扇正对两个或三个所述PTC电阻。