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串联电池组电压测量方法分析与研究

2011-05-23 2页 pdf 175KB 25阅读

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串联电池组电压测量方法分析与研究 科技馆皿 0科教视野0 义皿 N〔J二下ECRNOLO〔丫】NFOR州映nON 双刃7年 第 25期 串联电池组电压测量方法分析与研究 \ 鲁基春,杜永甫 亡1.中国矿业大学信息与电气工程学院 江苏 徐州 221008 2.鹤壁煤业钢绳有限责任公司 河南 鹤壁 458000) 摘要 本丈在分析比较各种电池电压刻1方法的基顽上,提出了一种串联电池组电池电压刹圣的断方法:嘟压电路直接未样法。该方法朱 用粉盆可调性能优良的差动运算线性电路,可以快速艰蛛洲...
串联电池组电压测量方法分析与研究
科技馆皿 0科教视野0 义皿 N〔J二下ECRNOLO〔丫】NFOR州映nON 双刃7年 第 25期 串联电池组电压测量方法分析与研究 \ 鲁基春,杜永甫 亡1.中国矿业大学信息与电气工程学院 江苏 徐州 221008 2.鹤壁煤业钢绳有限责任公司 河南 鹤壁 458000) 摘要 本丈在分析比较各种电池电压刻1方法的基顽上,提出了一种串联电池组电池电压刹圣的断方法:嘟压电路直接未样法。该方法朱 用粉盆可调性能优良的差动运算线性电路,可以快速艰蛛洲童单节蓄电池电压,能够有趁地抑制浏圣中的共樱电压,为蓄电池的在线监侧和快 这诊断提供准确的技术参欺。 关健询:申联电池组;电压刹贾:找性电路;共棋;在线监侧 一、前官 目前 发电厂、变电站的操作电谭系统大多采用直流电派,直流电 源系统是发电厂、变电站非常重要的一种二次设备.它的主要任务就 是给继电保护、断路器分合闸及其它控制提供可靠的直流操作电源和 控制电簿,它要求配t蓄电池系统 实践经验表明,在所有表征蓄电池 的参数之中,蓄电他的端电压最能体现蓄电池的当前状况,可以根据端 电压判断,电池的充、放电进程,当前电压是否超出允许的极限电压, 还可以判断蓄电池组的均一性好坏等。因此 对蓄电池的端电压的侧 量十分重要 二、不同端电压测二方法的分析和比较 蓄电池工作状态的监侧关健在于蓄电池端电压和电流信号的采 集 由于串联蓄电池组中的电他败量较多,整组电压很高,而且每个蓄 电他之间都有电位联系,因此直接侧童比较困难。在研究蓄电池监侧 系统过程中,人们提出了许多侧量串联电池组单只电池端电压的方 法。概括起来,主要有以几种 L共模测t法 共模侧量是相对同一参考点,用价密电阻等比例衰减各测最点电 压然后依次相减得到各节电池电压。该方法电路比较简单胆是侧虽精 度低。比如,24节标称电压为12v 的蓄电池,单节电池侧试精度为舫% 的测试系统,单节电他侧试绝对误差为代刃叨V,24节申联积累的绝对误 差可达 IA4V_显然,其相对误差可达到 12叹,这在应急电源监控系统中 经常会造成误报警,所以不能满足应急电源监控系统的要求。这种方法 只适合串联电池数量较少或者对测量精度要求不高的场合。 2差模测最法 差模测t是通过电气或电子元件选通单节电池进行洲量。当串联 电池数量较多而且对测t精度要求较高时,一般应采用差模侧星方法。 2」继电器切换提取电压‘1司 传统的比较成熟的侧试方法是用继电器和大的电解电容做隔离 处理,其基本的测试原理是:首先将继电器闭合到蓄电他一侧,对电解 电容充电;侧量时把继电器闭合到测址电路一侧,将电解电容和蓄电 他隔离开来,由于电解电容保持有该蓄电池的电压信号,因此,测试部 分只需测量电解电容上的电压,即可得到相应的单体蓄电池电压。此 方法具有原理简单、造价低的优点。但是由于继电器存在着机械动作 怪,使用寿命低等缺陷,根据这一原理实现的检侧装置在速度、使用寿 命、工作的可靠性方面都难以令人满惫。为解决上面问题可将机械继 电器改用光用继电器,这样无需外加电解电容提高了可靠性t速度和 使用寿命也随之达到要求,但相对成本要大大提商。用光电隔离器件 和大电解电容器构成采样,保持电路来测量蓄电池组中单只电池电 压。此电路缺点是:在刀D转换过程中,电容上的电压能发生变化,使梢 度趋低,而且电容充放电时间及晶体管和除离芯等器件动作延迟决定 采样时间长等缺点。 2_2、r/F转换无触点采样提取电压味3] V/F转换法的原理图如图1所示,其工作原理如下:信号采集采 用V丫F转换的方法,单节蓄电池采用分别采样,取单节蓄电池的端电 压经分压(降低功耗)后作为v邝 转换的愉入,分压电阻的分散性可通 过V邝 转换电路调整六厅 转换信号翰出通过光电隔离器件送到模拟 开关,处理器通过控制模拟开关采集颇率信号。数据采集电路与数据 扯理电路采用光电隔离和变压器隔离技术,实现两者之间电气上的隔 离。但采用VIF转换作为j叼D转换器的缺点是晌应速度慢、在小信号 范围内线性度差、精度低 , ? ? .I V/「转换法的原理圈 义3浮动地技术测量电池端电压囚 由于申联在一起的电池组总电压达几十伏,甚至上百伏,远远高 于摸拟开关的正常工作电压,因此需要使地电位随侧量不同电池电压 时自动浮动来保证测量正常进行,其原理图如图2所示。每次工作时, 先由镇拟开关选通,使其被测电他两端的电位信号接人侧试电路 此 信号一方面进入差分放大器;另一方面进入窗口比较器,在窗口比较 器中与固定电位 Vr相比较.从窗口比较器翰出的开关量状态可识别 出当前侧量地价N功的电位是太高、太低或者正好(相对于vr)。如果正 好,则可以启动灯D进行侧量。如果太高或太低 则通过控制器对地 0〕ND)电位行浮动控制 由于地电位经常受现场干扰发生变化,而该方 法不能对地电位进行实时精确控制.因而影响整个系统的测量精度。 圈2 浮动地 技术原理 圈 三、线性电路直接采样法 本文介绍的线性电路直接采样法是为每个蓄电他配置一块采集 板,贴近蓄电池安装 就近完成信号的采集和转换.将转换后的数字信 号传箱给单片机系统进行处理和传箱。该方法的原理框图如图3所示。 .3 钱性电路1接采样法俪理框口 助 万方数据 科技值t 0科教视野0 以刀列〔E二1卫口州0以洲;V州袱)R比1沌竹0图 2侧刀年 第乃 匆 该方法采用线性运算放大器组成线性采样电路,后经电压跟随器 送入A用转换器.转换后的数字信号传辐给单片机系统,无须外加采 样保待电路。根据串联电池组总电压的大小 选择适当的放大倍数.无 须电阻分压网络或改变地电位,就可以直接测量任意一只电他的电 压。 线性电路图如图4所示 该电路为典型的增益可调性能优良的差 动运算线性电路图中AI和故构成精密电压跟随器,A3是差动放大 输出电路,A4是增益调节辅助放大器 根据运算放大器的特性河分 析计算出经过采徉电路后的输出电压为 (上接第105 页》钥,由于受到车辆车顶结构、限界和自重要求的限 制,设计最终选用了1石3x40义6的角钢组焊而成(详细结构见“附图 2”),并根据ANs、5建模进行有限元分析计算的结果,在各弯梁之间 沿着顶板增加加强梁,提高了孔盖的刚度。经实际组装和淋雨试脸 孔 盖没有发生变形和枯水现象 2190 v·乞奇‘,·奇)(叔 v.一叔 V卜,) 取R.1二R护R子几,则有第n节蓄电他经采样电路变换后的电压 为: 附圈 2 v.七奇仪一仁, , ? ? ? ? ? .4 差动运茸绝性电路原理圈 电路增益的调节由电阻R决定.范围很宽,而且线性很好 这就 保证了差动运算的精度。只要两个抽人运算放大器的基本特性相同, 刚失调电压的影响就很小。摘足条件凡护日沪R夕凡时 电路就有良好 的共模抑制特性。由于凡的翰出阻抗很低,调节R改变增益时,电路 的共模抑制能力不受影响。为了确保该电路的优良特性,运算放大器 凡的选择十分重要。如果要求共模抑制能力很强,.JJ除选择精密绕线 电阻兔、凡、凡和凡 以外,凡应选择高增益型的运算放大器。 该电路的输出电压就是单节蓄电池的端电压,由于是线性电路, 因此可以快速服踪侧t单节蓄电池电压的变化 该电路的箱入阻抗很 大。而蓄电池的内阻很小〔一般只有几毫欧,甚至零点几毫欧),因而保 证了很高的侧t精度.为正确判断蓄电池组的当前状态提供了准确的 技术参数。另外 该电路还有很好的可扩展性能。选择适当的R.一几 的值 可以侧量标称电压是ZV、6V和 12v 的电池 还可以侧量电池组 总电压。 四、结语 本文提出的侧最电池电压的线性电路直接采样法1电路简单实用, 适用范围广,测量精度高,很好的解决了申联电他组电池电压检侧难的 问题,为蓄电池的在线监侧和快速诊断提供准确的技术参数,具有广阔 拟戚腼景·心 - 一 - ~一 一 — ~-一一 勺 ,考文献 〔们张利国.蒋京颐一种申联蓄电池组电压巡检仪的设计,现代电力 电子技术口川拓年第 20期. 【2〕吕勇军.智能蓄电池在线监侧仪的设计.国外电子元器件2阅1年第 9期_2001年,月 [3〕李树靖,林凌,李刚.串联电池组电他电压侧量方法的研究 仪器仪 表学报 卫加3年8月,第 24卷第4期增刊, 〔41欧阳斌林 童守田.蓄电池组智能监侧仪中的浮动地技术.电洲与仪 表注998_35(12):」5_ 【5]王永洪线性集成运算放大器及其应用北京:机械工业出版桂. 19日盆. 肠1吴少军刘光斌实用低功耗设计一 原理、器件与应用【M〕北京; 民郎电出版社2加3. 作者简介 会基奏(1972刁,男,河南省邓州市人.中国犷业大毕信 忘与电气二粗学茂在读硕士研究生专业:位侧技术与白动化装!. 5,车体静强度试验 2以闷年 3月四方车辆研究所对试制样车进行了车体静强度试 验,试验工况包括纵向、垂向、扭转、顶车、叉车等五种工况。试验结果 表明第一工况最大合成应力发生在枕后中梁下典,其值为一1,37MP断 小于材料的许用应力 ‘85MP‘ 第二工况最大合成应力也发生在枕后 中梁下典,其值为-2208MP.,小于材料的许用应力251MPa;顶车工 况、叉车工况应力均很小,在知MPa以下 车体在垂向毅荷掀 和自重的作用下,中梁挠度值为521。 其 挠跨比为刀 肠二“22钊火111500;侧梁挠度值为3‘12二 ,其挠跨比为:份 肠二11375(k1121加旧。 试验结果表明,该车的强度和刚度均满足TB汀1335一1996《铁道 车辆强度设计及试验鉴定》的相关要求。 6.运用情况及应用前景 该车研制成功后.通过了铁道部装备部组织的技术评审,交付用 户后,进行了线路载货运行 从用户反映的情况了解到 该车运用时的 车体强度和刚度满足载重61和叉车作业的要求 ,车顶孔盖在起吊和 安装的倩况下,变形量小 密封性好,能满足正常运愉货物要求 ,对于 有同类产品需求的用户有较大的推广价值。 7,改进设想和分析 根据铁道部有关技术政策〔铁通部运翰局“运装管脸电夕叨52325 号”)要求 为了提高铁路车辆的运输效率,使企业自备车的制造技术 与国铁货车同步,从 2仪巧年1月 1日起,地方企业购里的铁路各型通 用货车或一般专用货车须按70吨级(及以上)没计生产,因而对钾略 下一步的设计和生产提出了较高的要求,结合 氏 型通用拥车的新结 构、新材料和新工艺,在即~ 型拥车的基础上进行改进设计,使之油 足铁遭部新造70吨级货车技术政策的要求,提出改进设想如下, 钾~ 型栩车采用 长型转向架和 几型拥车的制动技术,车休结 构采用如下措施,应能满足TB厅1335要求的强度和刚度,达到?众级 货车的技术水平。 (l)车体强度二TP目策型拥车静强度试验表明,车体强度有一定的 富余通 将载重由的吨提高到70吨后,可参照几 型拥车车体俐结构 的重要部件,采用高强度的耐候钢。尽管车顶增开了孔盖,但由于 TP.杠型棚车主要是底架承载卜车顶各处应力值均很小,因而应能满足 TB !r1335要求的强度。 (2) 车体刚度:氏 型橱车位移试验侧量结果为:中梁拢跨比为后 。及别1500<11.500、侧梁挠跨比为几二09212侧刃
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