專利名稱：鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池保護(hù)器。
鐵路內(nèi)燃機(jī)車用閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池具有起機(jī)性能好、使用壽命長、無酸污染、少維護(hù)等突出的優(yōu)點(diǎn)，為保證蓄電池的正常使用，需要考慮以下問題1.過放電保護(hù)-密封鉛酸蓄電池過放電是早期容量失效的重要原應(yīng)之一；2.起機(jī)功率檢測-采用閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池后，不可能再利用檢修段采用充放電循環(huán)進(jìn)行電池質(zhì)量檢測；3.落后電池檢測-落后電池的發(fā)現(xiàn)，對及時(shí)進(jìn)行電池組維護(hù)，延長電池使用壽命具有重要作用；4.維修指示-通過起機(jī)過程中的起機(jī)功率檢測值、落后電池分析結(jié)果和起機(jī)次數(shù)，確定電池是否需要維護(hù)，并發(fā)出維修指示；5.自動浮充電控制-浮充電壓對電池使用壽命有決定性的作用；6.快速均衡充電-處于浮充電工況下的電池組，各電池單體的技術(shù)狀態(tài)的不一致性會不斷加大，當(dāng)超過允許程度后，必須采用均衡充電工藝，使不平衡程度減少到允許范圍內(nèi)；7.充電電壓的溫度補(bǔ)償-鐵路內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行過程中，環(huán)境溫度變化很大，最高溫度與最低溫度之差超過100℃。浮充電和均衡充電電壓的溫度補(bǔ)償，對確保電池使用壽命具有十分重要的作用。
但目前還未發(fā)現(xiàn)可以解決這些問題的鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池保護(hù)器。
鑒于上述，本發(fā)明的目的就是提供一種鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池的多功能智能化保護(hù)器，它可對蓄電池進(jìn)行過放電保護(hù)、起機(jī)功率檢測、落后電池檢測、自動浮充電控制、快速均衡充電、充電的溫度補(bǔ)償，并具有維修指示功能。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，由微處理器、電壓檢測、電流檢測、起機(jī)功率信號產(chǎn)生、過放電保護(hù)、維修指示、充電控制、輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)、溫度補(bǔ)償諸單元電路構(gòu)成，其中微處理器電路經(jīng)總線與電壓檢測、電流檢測、維修指示、充電控制諸單元電路連接；微處理器電路的輸出接起機(jī)功率信號產(chǎn)生電路的控制輸入端，起機(jī)功率信號產(chǎn)生電路采集蓄電池組的電壓電流信號，其輸出接電壓檢測電路的輸入；電流檢測電路接受輔助發(fā)電機(jī)的電流信號；輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路接受輔助發(fā)電機(jī)的電壓信號，向輔助發(fā)電機(jī)輸出勵磁信號；充電控制電路和溫度補(bǔ)償電路接輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路的輸入；過放電保護(hù)電路接受蓄電池組的電壓信號，向蓄電池組輸出控制放電信號。
在本發(fā)明的具體實(shí)施措施中微處理器電路由微處理器、地址鎖存器、繼電器組成，微處理器與地址鎖存器經(jīng)總線連接，微處理器的輸出接繼電器的控制端。
電壓檢測電路和電流檢測電路均由計(jì)數(shù)器、V/F變換器和光電耦合器組成，V/F變換器的輸出經(jīng)光電耦合器接計(jì)數(shù)器的輸入，計(jì)數(shù)器經(jīng)總線與微處理器電路連接。
起機(jī)功率信號產(chǎn)生電路由采集蓄電池組電壓或電流信號的起機(jī)信號檢測電路、1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路組成，起機(jī)信號檢測電路的輸出接1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路的控制輸入端，1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路的輸出接電壓檢測電路的輸入。
起機(jī)信號檢測電路由電容、比較器、觸發(fā)器、繼電器組成，電容接受蓄電池組電壓信號，電容、比較器、觸發(fā)器串聯(lián)，繼電器由觸發(fā)器的輸出控制。
1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路均由隔離二極管、繼電器、電容、功率放大器構(gòu)成，這兩個(gè)電路接受各自的蓄電池組電壓信號，繼電器的常閉接點(diǎn)與二極管并聯(lián)后再與電容串聯(lián)，電容的正極經(jīng)繼電器的常開接點(diǎn)接功率放大器的輸入，功率放大器的輸出接電壓檢測電路的輸入，繼電器由微處理器電路和起機(jī)信號檢測電路的輸出控制。
最大起機(jī)電流檢測電路由分流器、放大器、隔離二極管、電容、晶體管、功率放大器、繼電器組成，分流器將蓄電池組的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后接放大器的輸入，放大器的輸出經(jīng)二極管接電容的正極，晶體管的輸出與電容并聯(lián)，電容的正極經(jīng)繼電器的常開接點(diǎn)接功率放大器的輸入，功率放大器的輸出接電壓檢測電路的輸入，繼電器和晶體管分別由微處理器電路和起機(jī)信號檢測電路的輸出控制。
過放電保護(hù)電路由比較器、第一晶體管、第二晶體管、繼電器組成，比較器接受蓄電池組電壓信號，其輸出接第二晶體管的輸入，第二晶體管的輸出接繼電器，繼電器的一個(gè)常開接點(diǎn)用于控制蓄電池組放電回路，第一晶體管和繼電器的另一個(gè)常開接點(diǎn)串聯(lián)，其串聯(lián)點(diǎn)接比較器的基準(zhǔn)輸入端。
輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路由脈寬調(diào)制器和驅(qū)動器串聯(lián)構(gòu)成，脈寬調(diào)制器的輸入接輔助發(fā)電機(jī)電壓信號，驅(qū)動器的輸出接輔助發(fā)電機(jī)的勵磁回路。
充電控制和充電溫度補(bǔ)償電路是接在脈寬調(diào)制器輸入端的一組電阻，充電控制電路的電阻由微處理器電路選擇接入，充電溫度補(bǔ)償電路的電阻由手動開關(guān)選擇接入。
本發(fā)明采用微機(jī)電路構(gòu)成智能保護(hù)器的控制核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制各單元電路的工作，對蓄電池進(jìn)行起機(jī)功率檢測、落后電池檢測、過放電保護(hù)。本發(fā)明采用輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路，形成了一個(gè)具有輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)功能的智能化蓄電池保護(hù)器，在需要浮充電或均衡充電時(shí)，由微處理器控制輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路，在機(jī)車電器允許電壓變動的范圍內(nèi)，改變輔助發(fā)電機(jī)的輸出電壓模式，實(shí)現(xiàn)自動浮充電和均衡充電過程。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明在機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)停機(jī)期間電池組放電過程中，通過連續(xù)檢測蓄電池組的端電壓，監(jiān)測電池組的放電程度。當(dāng)蓄電池組端電壓低于閥值后，自動切斷放電回路，停止繼續(xù)放電，實(shí)現(xiàn)防止過放電而損傷蓄電池的目的。為了確保行車安全，本發(fā)明的過放電保護(hù)功能只有在停機(jī)過程中才有效，一旦機(jī)車起機(jī)后，即自動禁止該保護(hù)功能。
2.本發(fā)明根據(jù)內(nèi)燃機(jī)車技術(shù)特點(diǎn)，每次起機(jī)過程中自動檢測起機(jī)功率以評價(jià)蓄電池組技術(shù)狀態(tài)。這種檢測技術(shù)具有簡單、適用、易行、可信度高的顯著特點(diǎn)。
3.本發(fā)明將電池分區(qū)，對各分區(qū)起機(jī)功率進(jìn)行分別測量。通過設(shè)置最低起機(jī)功率閥值和各電池組分區(qū)起機(jī)功率相差值的閥值，評價(jià)是否發(fā)生落后電池的情況，不僅簡便而且可信度高。
4.本發(fā)明顯示起機(jī)過程中的起機(jī)功率檢測值、落后電池分析結(jié)果和起機(jī)次數(shù)，確定電池是否需要維護(hù)，并發(fā)出維修指示。
5.本發(fā)明當(dāng)電池組技術(shù)性能良好時(shí)，起機(jī)結(jié)束后，自動進(jìn)入優(yōu)良的自動浮充電控制工況，可確保電池使用壽命。
6.本發(fā)明在下列條件下，自動對電池組實(shí)施模糊控制快速均衡充電電池組起機(jī)功率低于確定的閥值時(shí)；各電池分區(qū)的起機(jī)功率之差大于確定的閥值時(shí)；連續(xù)起機(jī)次數(shù)達(dá)到規(guī)定的值時(shí)。本發(fā)明可以在機(jī)車行駛過程中實(shí)現(xiàn)均衡充電過程，為完全取消地面充電提供了條件。
7.本發(fā)明采用分段式充電壓溫度補(bǔ)償方式，對確保電池使用壽命具有十分重要的作用。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明詳細(xì)說明。


圖1為微處理器電路；圖2為電壓檢測和電流檢測電路；圖3為起機(jī)功率檢測電路；圖4為起機(jī)信號檢測電路；
圖5為IGBT驅(qū)動電路；圖6為過放電保護(hù)電路；圖7為輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路；圖8為維修指示電路；圖9為本發(fā)明的電路框圖。
本發(fā)明是一種鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，它由圖9所示的微處理器1、電壓檢測2、電流檢測3、起機(jī)功率信號產(chǎn)生4、過放電保護(hù)5、維修指示7、充電控制8、輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)9、溫度補(bǔ)償10諸單元電路構(gòu)成，上述電路裝在外殼中。其中微處理器電路1經(jīng)總線與電壓檢測2、電流檢測3、維修指示7、充電控制8諸單元電路連接；微處理器電路1的輸出接起機(jī)功率信號產(chǎn)生電路4的控制輸入端，起機(jī)功率信號產(chǎn)生電路4采集蓄電池組6的電壓電流信號，其輸出接電壓檢測電路2的輸入；電流檢測電路3接受輔助發(fā)電機(jī)11的電流信號，輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路9接受輔助發(fā)電機(jī)11的電壓信號，向輔助發(fā)電機(jī)11輸出勵磁信號；充電控制電路8和溫度補(bǔ)償電路10接輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路9的輸入；過放電保護(hù)電路5接受蓄電池組6的電壓信號，向蓄電池組6輸出控制放電信號。
微處理器電路1構(gòu)成本發(fā)明的控制核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制各單元電路的工作，對蓄電池進(jìn)行起機(jī)功率檢測、落后電池檢測、過放電保護(hù)；本發(fā)明采用輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路9，形成了一個(gè)具有輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)功能的智能化蓄電池保護(hù)器，在需要浮充電或均衡充電時(shí)，由微處理器電路1控制輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路9，在機(jī)車電器允許電壓變動的范圍內(nèi)，改變輔助發(fā)電機(jī)11的輸出電壓模式，實(shí)現(xiàn)自動浮充電和均衡充電過程。
下面結(jié)合各單元電路圖敘述工作原理1.微處理器電路1由圖1中的微處理器U001、地址鎖存器U002、驅(qū)動器U003～U012、光電耦合器OP1、OP2、繼電器J001等組成。0-10為微處理器總線。微處理器U001與地址鎖存器U002經(jīng)總線連接，微處理器U001的輸出經(jīng)驅(qū)動器U003接繼電器J001的控制端。微處理器電路1是智能保護(hù)器的控制核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制各功能單元電路的工作，完成各個(gè)工藝過程。
2.電壓檢測電路2和電流檢測電路3均由計(jì)數(shù)器、V/F變換器和光電耦合器組成，V/F變換器的輸出經(jīng)光電耦合器接計(jì)數(shù)器的輸入，計(jì)數(shù)器經(jīng)總線與微處理器電路連接。
請參閱圖2電壓檢測電路由型號為8253的計(jì)數(shù)器U101、電阻R101-R109、電容C101-C103、V/F變換器U102、電位器W101和光電耦合器OP101組成，它檢測蓄電池端電壓及起機(jī)電壓。
電池端電壓取樣電路由圖6中的電阻R608、電位器W602串聯(lián)組成，由線6-1輸入的電池組端電壓信號，經(jīng)R608降壓和W602分壓，從線6-4輸出到圖1的線0-4，通過由微處理器U001的P2.6和U003控制的繼電器J001，經(jīng)J001的接點(diǎn)從線0-3輸出到圖2的線1-1。由線1-1輸入的電壓信號，經(jīng)W101分壓后輸入到U102的輸入端7腳，產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓成線性變化的頻率信號由輸出端3腳經(jīng)OP101隔離，送入U(xiǎn)101的9腳，在微處理器U001的控制下，實(shí)現(xiàn)電壓的高精度積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換并送入微處理器。
電流檢測電路由計(jì)數(shù)器U101、電阻R110～R115、電容C104～C106、V/F變換器U103、電位器W102和光電耦合器OP102組成，它檢測輔助發(fā)電機(jī)的充電電流。
由輔助發(fā)電機(jī)輸出電流變換而來的電壓信號經(jīng)線1-2輸入，經(jīng)W102分壓加到U103的輸入端7腳，產(chǎn)生正比于電壓信號的頻率信號由輸出端3腳經(jīng)OP102隔離，輸入U(xiǎn)101的18腳，在微處理器U001的控制下，實(shí)現(xiàn)電流的高精度積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換并送入微處理器。
電壓和電流檢測電路通過線1-3與圖1的總線0-10連接。
3.起機(jī)功率檢測電路4由起機(jī)信號檢測電路、1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路組成，起機(jī)信號檢測電路的輸出接1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路的控制輸入端，1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路的輸出接電壓檢測電路的輸入。其中先請參閱圖4。起機(jī)信號檢測電路由電阻R401-R405、電容C401-C403、二極管D401-D403、比較器U402、觸發(fā)器U401、繼電器J301組成，C401接受蓄電池組的電壓信號，C401經(jīng)R403與U402、U401串聯(lián)，J301由U401的輸出控制。線4-1與蓄電池組連接，線4-2與圖3中的線3-3連接。
當(dāng)蓄電池組電壓信號從線4-1輸入，由R401、C401、D401、D402組成的信號采樣電路中4B點(diǎn)的電壓為+0.7V，經(jīng)R403輸入到U402的反相輸入端，使U402輸出低電平。觸發(fā)器U401的2腳輸入為低電平，3腳輸出為高電平，J301失電而使其常閉觸點(diǎn)接通，該常閉接點(diǎn)用于控制起機(jī)電壓檢測電路。同時(shí)通過線4-2、圖3的線3-3使圖3中的T301飽和導(dǎo)通，控制起機(jī)電流檢測電路。此時(shí)圖4中C401兩端電壓接近蓄電池組的電壓。
當(dāng)起機(jī)事件發(fā)生時(shí)，蓄電池組向起動機(jī)大電流放電，電壓突然大幅度下降，使電容器C401兩端電壓高于蓄電池組端電壓，C401通過R402、D402向蓄電池組放電，使4B點(diǎn)電位突然由+0.7V變?yōu)?0.7V，通過R403輸入到U402的反相輸入端，使U402輸出高電平，并通過D403向C402快速充電。當(dāng)C402電壓上升到足夠高的電平時(shí)，U401的3腳輸出跳變?yōu)榈碗娖剑琂301得電吸合，使起機(jī)電壓檢測電路進(jìn)入工作狀態(tài)，C401兩端的電壓以高于蓄電池組端電壓0.7V的電位，跟蹤電池端電壓。同時(shí)通過線4-2、3-3使T301截止，使起機(jī)電流檢測電路進(jìn)入工作狀態(tài)。
起機(jī)電壓停止下降后，各點(diǎn)電位恢復(fù)到初始狀態(tài)，C402開始放電。經(jīng)過一定時(shí)間，C402電位下降到低電平，U401輸出變?yōu)楦唠娖剑匦率笿301失電和T301飽和導(dǎo)通，為下一次起機(jī)作準(zhǔn)備。
再請參閱圖3。1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路由熔斷器RD301、二極管D301、繼電器J301的一個(gè)常閉接點(diǎn)、電容器C302組成，熔斷器RD301的前端接B1的正極。B1表示第25-48個(gè)電池單體，B2表示第1-24個(gè)電池單體，B1和B2串接，組成由48個(gè)電池單體構(gòu)成的蓄電池組，3B為蓄電池組的地，線3-1和3-2接蓄電池組的外電路。
當(dāng)機(jī)車電路與蓄電池組連接后，蓄電池組經(jīng)J301的一個(gè)常閉觸點(diǎn)向C302充電。當(dāng)充至C302兩端的電壓與48個(gè)電池單體構(gòu)成的蓄電池組的端電壓相等時(shí)，即完成檢測起機(jī)過程的最低端電壓的準(zhǔn)備工作。
當(dāng)起機(jī)事件發(fā)生后，J301的常閉觸點(diǎn)被起機(jī)信號檢測電路斷開，隨著蓄電池組電壓的下降，C302兩端的電壓經(jīng)D301向蓄電池組放電，并始終保持高于蓄電池組端電壓0.7V(二極管D301的壓降)，直至起機(jī)電流達(dá)到最大值時(shí)，電池組端電壓降到最低值為止。
當(dāng)起機(jī)電流開始下降時(shí)，蓄電池組端電壓開始上升，當(dāng)蓄電池組的端電壓高于C302的電壓后，由于J301的常閉觸點(diǎn)已經(jīng)被起機(jī)信號檢測電路斷開，且二極管D301因兩端電壓反向而被阻斷，蓄電池組電壓不能再給C302充電，C302兩端的電壓一直維持在起機(jī)過程中的最低電壓值，直到J301常閉觸點(diǎn)再次接通為止。該電路的功能是檢測1-48個(gè)電池單體的最低起機(jī)電壓。
1-24個(gè)電池單體的最低起機(jī)電壓檢測電路由電阻R302、二極管D302、繼電器J301、電容C301組成，工作原理同1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路。該電路的功能是檢測第1-24個(gè)電池單體的最低起機(jī)電壓。
最大起機(jī)電流檢測電路由分流器RFZ、電位器W302、二極管D303、電阻R305～R308、電容C304和C303、二極管D304、放大器U301和三極管T301組成。RFZ接在蓄電池組的輸出回路中，它將蓄電池組的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后接U301的輸入，U301的輸出經(jīng)D304接C303的正極，T301的輸出與C303并聯(lián)，C303的正極經(jīng)繼電器J304的常開接點(diǎn)接功率放大器U302的輸入。
在起機(jī)事件發(fā)生前，T301經(jīng)線3-3受起機(jī)信號檢測電路的驅(qū)動保持導(dǎo)通狀態(tài)，C303通過T301短接放電，使C303兩端電壓為零，準(zhǔn)備接受由最大起機(jī)電流變換的電壓信號。
起機(jī)事件發(fā)生后，T301截止，由線3-2輸入的起機(jī)電流信號經(jīng)R305輸入到U301放大，經(jīng)D304向C303充電直到最大值。當(dāng)起機(jī)電流開始下降后，U301輸出電壓降低，C303兩端電壓被D304和J304的常開接點(diǎn)完全切斷放電回路，被鎖存在最大電流時(shí)的值，直至T301再次導(dǎo)通為止。該電路的功能是檢測最大起機(jī)電流。C304是電源退耦電容，R308、W302、D303組成D304管壓降的補(bǔ)償電路，R306是U301正輸入端輸入電阻。
由繼電器J302-J304、電阻R303、電位器W301、電阻R309、功率放大器U302和圖1中的繼電器J001組成了上述起機(jī)電壓和電流的讀取電路。J302和J303的常開接點(diǎn)分別接C302和C301的正極，它們的另一端經(jīng)R303、W301、J304的常閉接點(diǎn)、R309，接U302的輸入。J304的常開接點(diǎn)一端接C303的正極，另一端經(jīng)R309接U302的輸入。功率放大器U302的輸出接電壓檢測電路的輸入，繼電器J302-J304由微處理器電路的輸出控制。
當(dāng)起機(jī)完成后，智能保護(hù)器得電微處理器開始工作，微處理器依次讀取起機(jī)電壓和起機(jī)電流。其讀取過程是微處理器U001通過P2.6端口和驅(qū)動器U003使J001吸合，通過P2.1、U005、線0-7與圖3的線3-5連接，使J302吸合、J303和J304失電，C302兩端電壓通過由R303、W301組成的分壓電路，通過J304的常閉觸點(diǎn)、R309輸入到由U302組成的電壓跟隨器輸入端，經(jīng)功率放大，通過線3-4接入圖1的線0-5、通過繼電器J001、線0-3輸入圖2的線1-1，將第1-48個(gè)電池單體的最低起機(jī)端電壓送電壓檢測電路檢測。
微處理器U001通過P2.6端口和驅(qū)動器U003使J001吸合，通過P2.2、U005、線0-8與圖3的線3-6連接，使J303吸合、J302和J304失電，C301兩端電壓通過由R303、W301組成的分壓電路，通過J304的常閉觸點(diǎn)、R309輸入到由U302組成的電壓跟隨器輸入端，經(jīng)功率放大，通過線3-4接入圖1的線0-5、通過繼電器J001、線0-3輸入圖2的線1-1，將第1-24個(gè)電池單體的最低起機(jī)端電壓送電壓檢測電路檢測。
微處理器U001通過P2.6端口和驅(qū)動器U003使J001吸合，通過P2.3、U006、線0-9與圖3的線3-7連接，使J304吸合、J302和J303失電，C303兩端電壓通過R309輸入到由U302組成的電壓跟隨器輸入端，經(jīng)功率放大，通過線3-4接入圖1的線0-5、通過繼電器J001、線0-3輸入圖2的線1-1，將最大起機(jī)電流送電壓檢測電路檢測。
對以上檢測結(jié)果進(jìn)行整理可以得到以下數(shù)據(jù)起機(jī)最大電流值；起機(jī)最低電壓值；起機(jī)最大功率值；第1-24個(gè)電池單體的起機(jī)過程最低電壓值；第1-24個(gè)電池單體的最大起機(jī)功率值；第25-48個(gè)電池單體的起機(jī)過程最低電壓值；第25-48個(gè)電池單體的最大起機(jī)功率值；兩個(gè)電池分區(qū)起機(jī)功率的差值；兩個(gè)電池分區(qū)的起機(jī)最低電壓差值。
對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，可以確定電池的技術(shù)狀態(tài)是否良好。
4.過放電保護(hù)電路5(見圖6)由電阻R601～R607、晶體管T601和T602、比較器U601、繼電器J601、穩(wěn)壓管D601、電位器W601組成。線6-1接蓄電池組，線6-2、6-3串接在蓄電池的放電回路中。U601接受蓄電池組電壓信號，其輸出接T602的輸入，T602的輸出驅(qū)動J601，J601的一個(gè)常開接點(diǎn)用于控制蓄電池組放電回路，另一個(gè)常開接點(diǎn)和T601串聯(lián)，其串聯(lián)點(diǎn)接U601的基準(zhǔn)輸入端。
蓄電池組端電壓由線6-1輸入，經(jīng)R601和W601分壓后，經(jīng)R602輸入比較器U601的同相輸入端，與經(jīng)R604輸入的R603、D601組成的基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較，當(dāng)電池組電壓高于閥值時(shí)，U601輸出為高電平，經(jīng)R607使T602飽和導(dǎo)通，J601吸合，其一個(gè)常開接點(diǎn)接通放電回路。
當(dāng)電池組電壓低于閥值后，U601輸出為低電平，經(jīng)R607使T602截止，J601斷開，截?cái)喾烹娀芈?，?shí)現(xiàn)防止過放電發(fā)生的目的。
當(dāng)機(jī)車起機(jī)成功后，保護(hù)器得電轉(zhuǎn)入正常工作，由保護(hù)器+15V主電源經(jīng)R606輸入的電流，使T601飽和導(dǎo)通，將基準(zhǔn)電壓強(qiáng)制拉到接近于零的幅度，使門限閥值基準(zhǔn)值大幅度下降，失去過放電保護(hù)功能，達(dá)到行車過程中解除過放電保護(hù)功能的目的。
5.輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路9由脈寬調(diào)制器和驅(qū)動器串聯(lián)構(gòu)成，脈寬調(diào)制器的輸入接輔助發(fā)電機(jī)電壓信號，驅(qū)動器輸出接輔助發(fā)電機(jī)的勵磁回路。
請參閱圖7。電阻R701-R709、電位器W701、電容C701-C705、脈寬調(diào)制器U701、二極管D701和D702組成PWM控制電路。輔助發(fā)電機(jī)的電壓信號由線7-1輸入，經(jīng)R701～R703、W701組成的取樣電路輸入到U701的反相輸入端1腳，由輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)的PWM驅(qū)動信號從U701的11腳輸出，經(jīng)線7-4接到到IGBT驅(qū)動電路(見圖5)的線5-1，通過驅(qū)動IGBT，改變勵磁電流，實(shí)現(xiàn)了輔助發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)。R704、R705、C701組成的基準(zhǔn)電壓輸入到U701的2端。D701、D702是鉗位二極管，C703、R707分別是PWM電路的振蕩電容和振蕩電阻。
IGBT驅(qū)動電路(見圖5)由MC57957驅(qū)動器U501、電容C501和C502、二極管D501～D505、電阻R501、絕緣柵晶體管(IGBT)T501組成。線5-3、5-4接輔助發(fā)電機(jī)的勵磁線圈，D502是續(xù)流二極管，線5-2接+15V。
充電控制電路8和充電溫度補(bǔ)償電路10是接在脈寬調(diào)制器輸入端的一組電阻，充電控制電路8的電阻由微處理器電路1選擇接入，充電溫度補(bǔ)償電路10的電阻由手動開關(guān)選擇接入。
請復(fù)參與圖7。電位器W705和W706、開關(guān)K701組成充電電壓的環(huán)境溫度補(bǔ)償電路。將開關(guān)K701置于不同位置，可將保護(hù)器充電電壓設(shè)置為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)浮充電壓和均衡充電電壓的溫度補(bǔ)償。
電位器W702、W703通過線7-2、7-3與圖1的0-1、0-2連接，分別由微處理器U001通過端口P2.4和P2.5、U011和U012、OP1和OP2編碼控制，與環(huán)境溫度補(bǔ)償電路配合，可實(shí)現(xiàn)浮充電和均衡充電電壓調(diào)節(jié)。
W704、按鈕AN701組成過壓試驗(yàn)電路。當(dāng)AN701閉合后，輔助發(fā)電機(jī)電壓輸出整定到125V，為檢查和調(diào)整過壓保護(hù)電路提供試驗(yàn)條件。
PWM控制電路受由線7-1輸入的輔助發(fā)電機(jī)端電壓、環(huán)境溫度補(bǔ)償設(shè)置開關(guān)K701、AN701過壓試驗(yàn)按鈕和經(jīng)線7-2、7-3輸入的微處理器控制信號綜合控制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的浮充電、快速均衡充電和充電電壓的溫度補(bǔ)償控制。
6.維修指示電路7(見圖8)由八段數(shù)碼顯示器驅(qū)動電路U801、八段數(shù)碼管LD801-LD805、指示燈D801和D802、電阻R801和R802、按鈕AN801組成。R801是D801和D802的限流電阻，R802是八段數(shù)碼顯示器驅(qū)動電路U801的亮度調(diào)整電阻。顯示電路通過插座Z80與微處理器電路(圖1)的總線插座Z01連接。
在微處理器1的控制下，當(dāng)電池性能良好時(shí)，綠色指示燈D801亮，否則紅色指示燈D802亮，同時(shí)將檢測到的主要數(shù)據(jù)顯示在LD801～LD805上。
上述實(shí)施例僅為說明本發(fā)明而列舉，并非用于限制本發(fā)明，任何基于上述實(shí)施例的等同變換，均應(yīng)在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，其特征在于它由微處理器、電壓檢測、電流檢測、起機(jī)功率信號產(chǎn)生、過放電保護(hù)、維修指示、充電控制、輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)、溫度補(bǔ)償諸單元電路構(gòu)成，其中微處理器電路經(jīng)總線與電壓檢測、電流檢測、維修指示、充電控制諸單元電路連接；微處理器電路的輸出接起機(jī)功率信號產(chǎn)生電路的控制輸入端，起機(jī)功率信號產(chǎn)生電路采集蓄電池組的電壓電流信號，其輸出接電壓檢測電路的輸入；電流檢測電路接受輔助發(fā)電機(jī)的電流信號；輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路接受輔助發(fā)電機(jī)的電壓信號，向輔助發(fā)電機(jī)輸出勵磁信號；充電控制電路和溫度補(bǔ)償電路接輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路的輸入；過放電保護(hù)電路接受蓄電池組的電壓信號，向蓄電池組輸出控制放電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，其特征在于微處理器電路由微處理器、地址鎖存器、繼電器組成，微處理器與地址鎖存器經(jīng)總線連接，微處理器的輸出接繼電器的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，其特征在于電壓檢測電路和電流檢測電路均由計(jì)數(shù)器、V/F變換器和光電耦合器組成，V/F變換器的輸出經(jīng)光電耦合器接計(jì)數(shù)器的輸入，計(jì)數(shù)器經(jīng)總線與微處理器電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，其特征在于起機(jī)功率信號產(chǎn)生電路由采集蓄電池組電壓或電流信號的起機(jī)信號檢測電路、1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路組成，起機(jī)信號檢測電路的輸出接1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路的控制輸入端，1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、最大起機(jī)電流檢測電路的輸出接電壓檢測電路的輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，其特征在于起機(jī)信號檢測電路由電容、比較器、觸發(fā)器、繼電器組成，電容接受蓄電池組電壓信號，電容、比較器、觸發(fā)器串聯(lián)，繼電器由觸發(fā)器的輸出控制；1-48個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路、1-24個(gè)電池單體最低起機(jī)電壓檢測電路均由隔離二極管、繼電器、電容、功率放大器構(gòu)成，這兩個(gè)電路接受各自的蓄電池組電壓信號，繼電器的常閉接點(diǎn)與二極管并聯(lián)后再與電容串聯(lián)，電容的正極經(jīng)繼電器的常開接點(diǎn)接功率放大器的輸入，功率放大器的輸出接電壓檢測電路的輸入，繼電器由微處理器電路和起機(jī)信號檢測電路的輸出控制；最大起機(jī)電流檢測電路由分流器、放大器、隔離二極管、電容、晶體管、功率放大器、繼電器組成，分流器將蓄電池組的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后接放大器的輸入，放大器的輸出經(jīng)二極管接電容的正極，晶體管的輸出與電容并聯(lián)，電容的正極經(jīng)繼電器的常開接點(diǎn)接功率放大器的輸入，功率放大器的輸出接電壓檢測電路的輸入，繼電器和晶體管分別由微處理器電路和起機(jī)信號檢測電路的輸出控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，其特征在于過放電保護(hù)電路由比較器、第一晶體管、第二晶體管、繼電器組成，比較器接受蓄電池組電壓信號，比較器的輸出接第二晶體管的輸入，第二晶體管的輸出接繼電器，繼電器的一個(gè)常開接點(diǎn)用于控制蓄電池組放電回路，第一晶體管和繼電器的另一個(gè)常開接點(diǎn)串聯(lián)，其串聯(lián)點(diǎn)接比較器的基準(zhǔn)輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池智能保護(hù)器，其特征在于輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路由脈寬調(diào)制器和驅(qū)動器串聯(lián)構(gòu)成，脈寬調(diào)制器的輸入接輔助發(fā)電機(jī)電壓信號，驅(qū)動器的輸出接輔助發(fā)電機(jī)的勵磁回路；充電控制和充電溫度補(bǔ)償電路是接在脈寬調(diào)制器輸入端的一組電阻，充電控制電路的電阻由微處理器電路選擇接入，充電溫度補(bǔ)償電路的電阻由手動開關(guān)選擇接入。
全文摘要
用于鐵路內(nèi)燃機(jī)車蓄電池或其它類型蓄電池的智能保護(hù)器,由微處理器、電壓檢測、電流檢測、起機(jī)功率信號產(chǎn)生、過放電保護(hù)、維修指示、充電控制、輔助發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)、溫度補(bǔ)償諸單元電路構(gòu)成。本智能保護(hù)器具有過放電保護(hù)、最大起機(jī)功率檢測、落后電池檢測、維修指示功能,通過輔助發(fā)電機(jī)輸出電壓控制,可自動進(jìn)行浮充電和模糊控制快速均衡充電控制,及充電電壓的環(huán)境溫度補(bǔ)償?？蓪?shí)現(xiàn)鐵路內(nèi)燃機(jī)車閥控密封鉛酸蓄電池在80萬公里內(nèi)基本免維護(hù),無需進(jìn)行地面充電。
文檔編號H02H7/18GK1245360SQ9911927
公開日2000年2月23日 申請日期1999年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月1日
發(fā)明者錢良國, 李慶祥 申請人:機(jī)械工業(yè)部北京機(jī)電研究所