CN111682602A - 用于隧道内电瓶车充电控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于隧道内电瓶车充电控制装置及控制方法，在充电器与电瓶之间接入该装置，通过霍尔控制器HET检测充电电流，LOGO控制器判断连接状态，结合晶闸管工作特点，能够自动判别充电线正负极是否接反，接反情况下装置自动断开充电，保护充电器与电瓶；在充电线没有插到电瓶上之前能够自动断开充电电路，保证不带电插线；能够在充电线短路的情况下断开充电输出，防止出现短路事故；电瓶充满后能够自动停止充电，防止过充电。能够有效避免电机车充电过程中出现的各种安全隐患，实现真正意义上的安全型充电。

Description

用于隧道内电瓶车充电控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种充电控制技术，特别涉及一种用于隧道内电瓶车充电控制装置及控制方法。

背景技术

隧道施工中的电机车是负责隧道内水平运输的必备装备。它承担将隧道内的渣土运送到地面及将管片、螺栓、轨道等物件运送至隧道内。电机车依靠大型电池组供电，电池组需要轮换充电，保证电机车的动力供应。

在以往施工中，电池组需要吊运至地面充电站，依靠三相交流通过整流以后，利用可控晶闸管、12脉冲触发电路来实现电流的可控性，电瓶充电线通常依靠两根带插头的橡皮电缆人工接插在电瓶桩上实现对电瓶的充电，充电完成后，人工拆除充电线，实现整个充电流程。

在充电过程中，需要人工把充电电缆(正负极)接至电池组正负极桩头上，然后开启充电器进行充电，在此过程中由于操作工人的责任性问题不可避免地会出现正负极接反，串联回路接错的情况发生，在这种情况下容易发生电瓶炸裂、充电器输出短路等事故的发生，严重危害设备、人员安全。同时，如果充电器上电，开启以后再进行电缆线(正负极)连接，容易造成带电(电压DC540V、电流约300A以上)操作，对操作人员人身安全造成隐患。在充电完成后，由于人员忘记关闭充电器造成过充电，减少电池组使用寿命或损坏电池组。

发明内容

本发明是针对隧道施工中的电机车充电安全的问题，提出了一种用于隧道内电瓶车充电控制装置及控制方法，能够有效避免电机车充电过程中出现的各种安全隐患，实现真正意义上的安全型充电。

本发明的技术方案为：一种用于隧道内电瓶车充电控制装置，装置输入端接充电器，装置输出端接充电电池组，串联连接的熔断器FU、分压电阻R4和R5并联在装置充电器正负极端，分压电阻R4和R5的连接点电压为控制电压Vc，Vc为霍尔控制器HET、LOGO控制器提供电源电压，控制电压Vc与负极端接稳压二极管DW；装置充电器正极输入端通过直流接触器KM常开开关接装置电池组的正极，装置充电器负极输入端与装置电池组负极端连接；串联的电阻R2与电阻R3并联在装置电池组正负极端，串联的电阻R2与电阻R3连接点通过发光二极管LED接晶闸管KG触发门极；接触器KM线圈和时间继电器常开开关串联后，再与时间继电器SJ线圈并联，并联后再与LOGO控制器控制的继电器开关Q1、晶闸管KG和电阻R1串联构成充电控制电路，充电控制电路并联在装置电池组正负极两端；霍尔元件HET检测主回路充电电流并输出控制信号至LOGO控制器，LOGO控制器输出控制信号控制继电器开关Q1导通或断开。

所述装置接上充电器正负极后，霍尔控制器HET与LOGO控制器电源端得电，LOGO控制器发出一个脉宽为两秒的低电平，两秒后LOGO控制器输出控制继电器Q1闭合，晶闸管正向电压回路闭合；时间继电器SJ线圈得电，时间继电器SJ延时开关3秒后闭合，接触器KM线圈得电，接触器KM常开开关闭合，充电主回路接通，系统开始充电；

霍尔控制器HET检测到充电电流小于截止阙值时，HET发出指令给LOGO控制器，LOGO控制器发出一个低电平脉冲，LOGO控制器控制的继电器开关Q1断开，晶闸管正向电压回路断开，接触器KM线圈失电，接触器KM常开开关断开，充电主回路断开，装置与充电器、电池组连接正常情况下，LOGO控制器在充电主回路断开后3秒，再次重新控制继电器开关Q1闭合，接触器KM得电，又重新开始尝试继续充电，再次检测充电电流是否小于截止阙值，在LOGO控制器内设定了3次计数，当连续3次充电断电循环后，如3次均在时间内检测充电电流小于截止阙值，LOGO控制器发出长时间关闭指令，断开接触器KM，完成充电；装置与充电器连接不正常时，LOGO控制器电源端无电，LOGO控制器控制的继电器Q1断开状态，充电控制电路断开状态，无充电电流；

装置与电池组连接不正常时，晶闸管KG触发门极无正常触发电压，晶闸管KG不工作，充电控制电路断开状态，无充电电流。

本发明的有益效果在于：本发明用于隧道内电瓶车充电控制装置及控制方法，用于隧道施工的水平运输工具--大型牵引机车的电池组充电，同时通过改变电路中元器件相关选型参数适用于市面上绝大多数充电器配套充电，实现安全充电。

附图说明

图1为本发明用于隧道内电瓶车充电控制装置电路示意图；

图2为本发明正常充电过程流程示意图；

图3为本发明正常电量充满后断开充电回路的流程示意图；

图4为本发明充电过程中异常情况下的LOGO控制器指令示意图；

图5为本发明线路极性判定流程示意图；

图6为本发明LOGO控制器控制流程示意图。

具体实施方式

在充电器与电池组之间加入本发明的装置，如图1所示用于隧道内电瓶车充电控制装置电路示意图中虚线框部分。串联连接的熔断器FU、分压电阻R4和R5并联在充电器正负极端，分压电阻R4和R5的连接点电压为控制电压Vc，Vc为霍尔控制器HET、控制器西门子LOGO提供电源电压，控制电压Vc与负极端接稳压二极管DW。装置充电器正极输入端通过直流接触器KM常开开关接装置电池组的正极，装置充电器负极输入端与装置电池组负极端连接。串联的电阻R2与电阻R3并联在装置电池组正负极端，串联的电阻R2与电阻R3连接点通过发光二极管LED接晶闸管KG触发门极；接触器KM线圈和时间继电器常开开关串联后，与时间继电器SJ线圈并联，并联后再与LOGO控制的继电器开关Q1、晶闸管KG和电阻R1串联构成充电控制电路，并联在装置电池组正负极两端。由霍尔元件HET检测主回路充电电流，发出控制信号给LOGO控制器，LOGO控制器通过逻辑运算后发出控制信号控制继电器开关Q1导通或断开，从而控制充电控制电路是否接通或切断，再结合晶闸管需要满足正向电压和触发信号才导通的特点，达到控制接触器KM线圈得电和失电，最终直流接触器KM常开开关闭合或断开来控制充电状态。下面按流程分类分别介绍一下其工作原理。

装置接上充电器正负极，此时由于充电器未通电，装置没有控制电源电压(Vc)供给，霍尔控制器HET与LOGO控制器处于未工作状态，电池组正负极电源已经接上，晶闸管KG无正向电压，只有触发信号，因此晶闸管KG处于未工作状态，时间继电器SJ与接触器KM线圈未得电，充电器与电池组之间的主回路处于断开状态。

充电器接通电源后，充电器输出额定电压，霍尔控制器HET与LOGO控制器电源端得电，HET检测到充电电流为零，发出控制指令，LOGO控制器发出一个脉宽为两秒的低电平，两秒后LOGO控制器输出控制继电器Q1闭合，晶闸管正向电压回路闭合，通过晶闸管门极检测到电池组已经接上，晶闸管触发回路导通，晶闸管工作，时间继电器SJ线圈得电，时间继电器SJ延时开关3秒后闭合，接触器KM线圈得电，接触器KM常开开关闭合，充电主回路接通，系统开始充电。图2为正常充电流程。

当充电结束，霍尔控制器HET检测到电流减小，小于截止阙值(阙值可设定)时，HET发出指令给LOGO控制器，LOGO控制器发出一个低电平脉冲，LOGO控制的继电器开关Q1断开，晶闸管正向电压回路断开，接触器KM线圈失电，接触器KM常开开关断开，充电主回路断开，但是由于充电器还在工作，电池组线路也未断开，整个控制系统都在工作，LOGO控制器在主回路断开后3秒，再次重新控制继电器开关Q1闭合，接触器KM得电，又重新开始尝试继续充电，再次检测充电电流是否小于截止阙值，在LOGO控制器内设定了3次计数，当连续3次充电断电循环后，如3次均在时间内检测充电电流小于截止阙值，LOGO控制器发出长时间关闭指令，断开接触器KM，完成充电。图3为充电完成时的流程。

异常工作情况：

第一种情况，充电线接反、电池组损坏、电池组短路等情况。插上充电线后，晶闸管触发门极检测不到正向偏置电池电压，晶闸管不导通，无法打开时间继电器SJ与接触器KM触发二极管不发光，充电无法正常进行。

第二种情况，发生充电线短路情况。充电器开机后，此时，晶闸管触发门极同样检测不到正向偏置电池电压，晶闸管不导通，无法打开时间继电器SJ与接触器KM触发二极管不发光，充电线正负极没有电流输出，不会造成短路现象。

第三种情况，电池组未接上，充电器先开机，然后再连接充电线，此时，晶闸管触发门极同样检测不到正向偏置电池电压，晶闸管不导通，无法打开时间继电器SJ与接触器KM触发二极管不发光，充电线正负极没有电流输出，充电线上没有电压，保障操作人员人身安全(相较于电池电压，充电电压更容易在人体构成回路，产生触电事故)，直至插上电池组后延时5秒，才开始充电。

第四种情况，充电过程中，操作人员擅自把充电线拔下，断开充电回路。此时，霍尔控制器HET检测不到电流数据，电流为零，HET发出开关信号给西门子LOGO控制器，LOGO控制器发出一个脉冲信号，断开晶闸管主回路，从而断开接触器KM，断开充电主回路，充电停止，此时充电线上没有电压，，保障操作人员人身安全(相较于电池电压，充电电压更容易在人体构成回路，产生触电事故)。见图4。LOGO控制器收到来自霍尔控制器HET的开关量信号I，输出一个脉冲断开信号Q。

本装置/方法的控制判定流程如图5。充电线插上电池组，充电器通电后，系统开始对充电线的极性进行判别。正接情况下，充电电流延时5秒正常输出，电池充满后，自动接通/断开充电主回路3个循环，自动停止充电。反接情况下，充电电流不输出。充电线短路情况下，充电电流不输出。

LOGO控制器工作原理：本发明的核心是晶闸管与LOGO控制器，下面详细介绍LOGO控制器的逻辑工作流程。见图6。其中，I1为霍尔控制器HET发出的开关量信号分别传送给脉冲继电器模块B001和计数继电器B003。脉冲继电器B001发出一个脉冲传送给“或门”模块B005，Q1发出一个脉冲指令来控制晶闸管回路。当I1连续发出3次开关量信号后，计数继电器计数满，发出开关量信号给“或门”模块B005，Q1发出断开指令，断开晶闸管回路，不再做循环操作，直至充电器断电重新开机后，计数归零。

本发明利用晶闸管的触发原理，自动检测电池组极性，正常情况下自动延时充电，接反情况下不充电；利用晶闸管的触发原理，自动检测电池组极性，正常情况下自动延时充电，充电线短路情况下不充电；利用晶闸管的触发原理，自动检测电池组极性，正常情况下自动延时充电，电池组损坏情况下不充电；利用霍尔控制器结合西门子LOGO控制器，通过设定阙值，编制控制程序，实现在电池组未接上，充电器先开机，然后再连接充电线的情况下，自动断开充电回路，保障操作人员人身安全(相较于电池电压，充电电压更容易在人体构成回路，产生触电事故)，直至插上电池组后延时5秒，才开始充电；利用霍尔控制器结合西门子LOGO控制器，通过设定阙值，编制控制程序，实现在充电过程中出现擅自拔掉充电线情况能够自动断开充电回路，保障操作人员人身安全(相较于电池电压，充电电压更容易在人体构成回路，产生触电事故)；

本发明专利利用霍尔控制器结合西门子LOGO控制器，通过设定阙值，编制控制程序，实现在充电完成后，自动判别并关闭充电回路，防止过充电。

Claims (2)

1.一种用于隧道内电瓶车充电控制装置，装置输入端接充电器，装置输出端接充电电池组，其特征在于，串联连接的熔断器FU、分压电阻R4和R5并联在装置充电器正负极端，分压电阻R4和R5的连接点电压为控制电压Vc，Vc为霍尔控制器HET、LOGO控制器提供电源电压，控制电压Vc与负极端接稳压二极管DW；装置充电器正极输入端通过直流接触器KM常开开关接装置电池组的正极，装置充电器负极输入端与装置电池组负极端连接；串联的电阻R2与电阻R3并联在装置电池组正负极端，串联的电阻R2与电阻R3连接点通过发光二极管LED接晶闸管KG触发门极；接触器KM线圈和时间继电器常开开关串联后，再与时间继电器SJ线圈并联，并联后再与LOGO控制器控制的继电器开关Q1、晶闸管KG和电阻R1串联构成充电控制电路，充电控制电路并联在装置电池组正负极两端；霍尔元件HET检测主回路充电电流并输出控制信号至LOGO控制器，LOGO控制器输出控制信号控制继电器开关Q1导通或断开。

2.根据权利要求1所述用于隧道内电瓶车充电控制装置的控制方法，其特征在于，所述装置接上充电器正负极后，霍尔控制器HET与LOGO控制器电源端得电，LOGO控制器发出一个脉宽为两秒的低电平，两秒后LOGO控制器输出控制继电器Q1闭合，晶闸管正向电压回路闭合；时间继电器SJ线圈得电，时间继电器SJ延时开关3秒后闭合，接触器KM线圈得电，接触器KM常开开关闭合，充电主回路接通，系统开始充电；

霍尔控制器HET检测到充电电流小于截止阙值时，HET发出指令给LOGO控制器，LOGO控制器发出一个低电平脉冲，LOGO控制器控制的继电器开关Q1断开，晶闸管正向电压回路断开，接触器KM线圈失电，接触器KM常开开关断开，充电主回路断开，装置与充电器、电池组连接正常情况下，LOGO控制器在充电主回路断开后3秒，再次重新控制继电器开关Q1闭合，接触器KM得电，又重新开始尝试继续充电，再次检测充电电流是否小于截止阙值，在LOGO控制器内设定了3次计数，当连续3次充电断电循环后，如3次均在时间内检测充电电流小于截止阙值，LOGO控制器发出长时间关闭指令，断开接触器KM，完成充电；装置与充电器连接不正常时，LOGO控制器电源端无电，LOGO控制器控制的继电器Q1断开状态，充电控制电路断开状态，无充电电流；

装置与电池组连接不正常时，晶闸管KG触发门极无正常触发电压，晶闸管KG不工作，充电控制电路断开状态，无充电电流。

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