CN212258401U - 一种蓄电池过压保护电路 - Google Patents

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王怀江
韩寅龙
李国胜
董海鹰
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Abstract

一种蓄电池过压保护电路，在光伏电源控制器的变换器输出端通过继电器连接蓄电池，该蓄电池端依次连接电压采样电路、比较电路、继电器驱动电路及报警电路，同时继电器和继电器驱动电路及报警电路信号连接。本实用新型以蓄电池端电压为采样值，通过采样保护阈值电压与额定参考电压值的比较来控制继电器，实现蓄电池充电回路的开通与关断，有效解决了过电压对蓄电池以及后级电路的伤害，同时蜂鸣器进行声音报警，保证安全。

Description

一种蓄电池过压保护电路
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种蓄电池过压保护电路。
背景技术
在独立光伏系统中蓄电池的充放电过程不同于其他领域，由于光照度的随机性和不确定性，蓄电池在实际应用中处于只充不放、只放不充和边充边放三种工作模式不断切换中，光伏电源发电功率的随机性和负载的投入与切除是导致控制器对光伏电源输出功率不能及时控制的硬伤，可能导致冲击电流涌入造成蓄电池电压瞬时升高，烧毁与蓄电池相连的辅助电路或芯片，且极易造成蓄电池极板活性物质脱落或不能充分反应，影响蓄电池性能和寿命，设置有效的过压保护电路是保证蓄电池及系统长期安全可靠运行的基础。
结合目前国内外光伏电源控制器的蓄电池充放电控制方法研究，主要存在以下缺点：
(1) 虽然目前蓄电池SOC预测方法较为成熟，但由于蓄电池多数SOC预测算法较复杂，在实际应用中光伏电源控制器多以蓄电池端电压来判断蓄电池的SOC，这就导致了电源控制器依赖于蓄电池的电压进行各个阶段的充电控制，往往忽略不同用户需求所选蓄电池容量大小与各充电阶段的充电电流相匹配特性，容易导致小容量蓄电池充电过程中出现过充或过电压的情况。
(2) 由于结构简单和成本较低的特点，目前绝大多数光伏控制器结构均为单拓扑直连型，即蓄电池和负载通过导线和开关直接连接，忽略了电机等感性负载产生的感性电动势对蓄电池过压冲击的影响。
(3) 母线结构式和单拓扑直连式电源控制器均无法做到在突甩负载时能够及时有效的减小光伏电源功率的输入，从而导致之前流入负载电流会瞬时流入蓄电池，导致蓄电池过压冲击，极易造成辅助电路等电路元器件存在过压冲击而损坏，且易造成蓄电池极板活性物质脱落从而影响使用寿命和可靠性。
目前绝大多数光伏电源控制器均直接使用硬件进行短路或过流保护，而过压保护往往依靠软件检测控制继而控制对应硬件动作，时效性差，长期以往会导致蓄电池和电路元件存在冲击疲劳而失效。光伏电源输出功率随着光照度的随机变化而波动不定，给光伏电源功率和电压控制造成了一定的影响，亦没有考虑环境偶然因素造成光伏电源输出功率的突增和突减，容易存在冲击电压。
实用新型内容
本实用新型一种蓄电池过压保护电路，有效解决了过电压对蓄电池以及后级电路的伤害。
本实用新型所采用的技术方案为：
一种蓄电池过压保护电路，在光伏电源控制器的变换器输出端通过继电器连接蓄电池，该蓄电池端依次连接电压采样电路、比较电路、继电器驱动电路及报警电路，同时继电器和继电器驱动电路及报警电路信号连接。
所述采样电路包括串联电阻R1和电阻R4、串联电阻R7和电阻R10；电容C1和电阻R4并联，一端接地，另一端与电阻R1的一端和比较器的负极输入端连接，电阻R1的另一端与采样点连接；电阻R7和电容C2并联，一端接地，另一端与电阻R10的一端和比较器的正极输入端连接，电阻R10的另一端与VCC电源连接。
所述继电器驱动电路及报警电路的输入端与比较电路的输出端和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电阻R3的一端和三极端Q2的基极连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的发射极共同连接至VCC电源，三极管Q2的集电极与蜂鸣器的1引脚和电阻R8的一端连接，蜂鸣器的2引脚接地，电阻R8的另一端与电阻R9的一端和三极管Q3的基极连接，电阻R9的另一端与三极管Q3的发射极共同接地，三极管Q3的集电极与电阻R2的一端、三极管Q1的基极和电阻R5的一端连接，电阻R2和三极管Q1的发射极共同接地，电阻R5的另一端、二极管D1的阴极和继电器的2引脚共同连接至VCC电源，二极管D1的阳极、继电器的1引脚和三极管Q1的集电极连接。
在光伏电源控制器等存在冲击电压和冲击电流的电路场合，应用过压保护电路，能够及时有效的防止冲击电压对蓄电池或负载造成的不利影响，有效的降低了蓄电池或负载电路被损坏的风险，延长了电路元部件的使用寿命，降到了维护成本，提高了系统的可靠性，并在保证电路安全可靠的保护前提下降低了保护电路的复杂度，更有利于工程的便捷式应用。
本实用新型以蓄电池端电压为采样值，通过采样保护阈值电压与额定参考电压值的比较来控制继电器，实现蓄电池充电回路的开通与关断，有效解决了过电压对蓄电池以及后级电路的伤害，同时蜂鸣器进行声音报警，保证安全。
附图说明
图1为本实用新型结构框图；
图2为本实用新型电路原理图；
图3为本实用新型过压保护控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型及其效果进一步说明。
参照图1，一种蓄电池过压保护电路，在光伏电源控制器的变换器输出端通过继电器连接蓄电池，该蓄电池端依次连接电压采样电路、比较电路、继电器驱动电路及报警电路，同时继电器和继电器驱动电路及报警电路信号连接，实现对蓄电池的过压保护。采样电路用于采集蓄电池端电压，该端电压经电阻分压后其分压值输入至比较电路，并与参考保护电压阈值相比较，若电压采样分压值大于参考保护电压阈值，则驱动电路驱动报警电路报警，同时控制继电器（常开）使得充电输入端与蓄电池之间断开电气联系，从而使得光伏电源无法为蓄电池充电，以此实现过压保护的目的。
参照图2，所述采样电路包括串联电阻R1和电阻R4、串联电阻R7和电阻R10；电容C1和电阻R4并联，一端接地，另一端与电阻R1的一端和比较器LM393的负极输入端连接，电阻R1的另一端与采样点连接；电阻R7和电容C2并联，一端接地，另一端与电阻R10的一端和比较器LM393的正极输入端连接，电阻R10的另一端与VCC电源连接。
所述继电器驱动电路及报警电路的输入端与比较电路的输出端和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电阻R3的一端和三极端Q2的基极连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的发射极共同连接至VCC电源，三极管Q2的集电极与蜂鸣器的1引脚和电阻R8的一端连接，蜂鸣器的2引脚接地，电阻R8的另一端与电阻R9的一端和三极管Q3的基极连接，电阻R9的另一端与三极管Q3的发射极共同接地，三极管Q3的集电极与电阻R2的一端、三极管Q1的基极和电阻R5的一端连接，电阻R2和三极管Q1的发射极共同接地，电阻R5的另一端、二极管D1的阴极和继电器的2引脚共同连接至VCC电源，二极管D1的阳极、继电器的1引脚和三极管Q1的集电极连接。
本实用新型的蓄电池过压保护原理：
如图2，在采样电路中，电阻R1和电阻R4串联将充电输入端的高电压U1分压为一个小电压值U2，并输入给比较电路；恒定电压VCC经过电阻R7和电阻R10分压后构成保护参考电压Uref，并输入给比较电路。电容C1和C2分别连接于比较电路与地之间，用来滤除高次谐波。
比较电路使用电压比较器LM393构成，并使用VCC为其供电，采样点分压值U2和参考电压Uref分别输入至电压比较器LM393的反相输入端和同相输入端，并进行比较。
（1）若电压值U2小于参考电压Uref，则说明采样点电压U1小于保护阈值电压Uth，此时电压比较器LM393的1引脚输出高电平，即相当于VCC，此时驱动电路中没有电流回路，三极管Q2也因此无法满足导通条件，因此三极管Q2集电极无电流流出，无法形成电压差驱动蜂鸣器进行报警提示，同时三极管Q3也无法满足导通条件。因此在继电器驱动电路中，VCC经限流电阻R5限流后依次流过三极管Q1的基极和发射极至地GND，三极管Q1饱和导通，此时VCC流过继电器线圈后经过三极管Q1的集电极和发射极至地GND，继电器线圈形成电流回路吸合，充电输入端与蓄电池进行电路连接，蓄电池开始充电。
（2）若电压值U2大于参考电压Uref，则说明采样点电压U1大于保护阈值电压Uth，此时电压比较器LM393的1引脚输出低电平，即相当于地GND，此时驱动电路中VCC经三极管Q2的发射极流过基极，经限流电阻R6限流后流入LM393的1引脚，因此三极管处于导通状态，VCC经过三极管Q2的射极流过集电极，一方面流过报警电路用来驱动蜂鸣器进行报警提示，另一方面经电阻R8限流后依次流过三极管Q3的基极和发射极至地GND，此时三极管Q3饱和导通，继电器端VCC经电阻R5限流后依次流过三极管Q3的集电极和发射极至地GND，且三极管Q3集电极与发射极间的电压差约为0.3V，远小于三极管基极和发射极间的导通压降0.7V，因此三极管Q1截至关断，继电器电流回路无法闭合导致继电器被关断，二极管D1吸收继电器线圈产生的反电动势，因而断开了充电输入端与蓄电池间的电路联系，起到了及时有效的过压保护作用。
该过压保护电路能够及时的完成过压保护动作，可有效的防止过电压对负载造成冲击，烧毁电路元件等危险情况的发生，所设计的整个过压保护电路结构简单，可靠性高，保护逻辑清晰，保护阈值电压设置简洁，可安全方便的应用于多种存在过压风险的电路场合，过压保护控制流程图如图3所示。

Claims (3)

1.一种蓄电池过压保护电路，其特征在于，在光伏电源控制器的变换器输出端通过继电器连接蓄电池，该蓄电池端依次连接电压采样电路、比较电路、继电器驱动电路及报警电路，同时继电器和继电器驱动电路及报警电路信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种蓄电池过压保护电路，其特征在于，所述采样电路包括串联电阻R1和电阻R4、串联电阻R7和电阻R10；电容C1和电阻R4并联，一端接地，另一端与电阻R1的一端和比较器的负极输入端连接，电阻R1的另一端与采样点连接；电阻R7和电容C2并联，一端接地，另一端与电阻R10的一端和比较器的正极输入端连接，电阻R10的另一端与VCC电源连接。
3.根据权利要求1所述的一种蓄电池过压保护电路，其特征在于，所述继电器驱动电路及报警电路的输入端与比较电路的输出端和电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电阻R3的一端和三极端Q2的基极连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的发射极共同连接至VCC电源，三极管Q2的集电极与蜂鸣器的1引脚和电阻R8的一端连接，蜂鸣器的2引脚接地，电阻R8的另一端与电阻R9的一端和三极管Q3的基极连接，电阻R9的另一端与三极管Q3的发射极共同接地，三极管Q3的集电极与电阻R2的一端、三极管Q1的基极和电阻R5的一端连接，电阻R2和三极管Q1的发射极共同接地，电阻R5的另一端、二极管D1的阴极和继电器的2引脚共同连接至VCC电源，二极管D1的阳极、继电器的1引脚和三极管Q1的集电极连接。
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