CN101187805A - 一种蓄电池智能检测与控制装置及检测与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄电池智能检测与控制装置及检测与控制方法，属于检测与控制、调节装置技术领域。所述装置包括一个壳体，液位传感器，电压连接件；壳体下部有与被测蓄电池连接的定位座；壳体的内部包括控制电路板、用于提升浮子的步进电机、传感器组件包括密度传感器、温度传感器；控制电路板包括信号调节器、微处理器、CAN通讯隔离电路、驱动电路、升压电路；密度传感器通过信号调节器与微处理器连接；步进电机通过驱动电路与微处理器连接。其优点在于，结构简单，使铅酸蓄电池的酸溶液密度、温度、液位的检测和控制能连续在线进行，还具有自诊断和在线校准功能，且工作稳定、可靠。检测与控制方法步骤为：1)连接设备；2)确定参数范围；3)校准参数值，4)确认或返回。其优点在于，连续在线进行自诊断和在线校准方法简捷、快速、准确、工作效率高。

Description

一种蓄电池智能检测与控制装置及检测与控制方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池智能检测与控制装置及检测与控制方法，属于检测与控制、调节装置技术领域。

背景技术

目前，对于铅酸蓄电池的酸溶液密度、温度、液位的检测和控制，其相应装置结构复杂，且不能连续在线进行，更不能在线校准，还存在一定的稳定性和可靠性问题。如：现有技术的铅酸蓄电池酸溶液密度的检测和控制方法及相应装置通常采用量筒法、振荡管法、压差法等方法及其装置。其中，量筒法、振动管法很难实现密度在线连续测量，而压差法在测量铅酸蓄电池密度时则受到空间的限制。上述现有技术方案的相应设备还存在模拟工作方式中的时漂、温漂、手动校准等工作效率和稳定性及可靠性问题，因此，很难实现对铅酸蓄电池密度在线监测、校准、自诊断等。

发明内容

本发明的一个目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种蓄电池智能检测与控制装置，其结构简单，使铅酸蓄电池的酸溶液密度、温度、电压、液位的检测和控制能连续在线进行，还具有自诊断和在线校准功能，且工作效率高、监测稳定、可靠。

本发明另一个目的在于，提供一种用于上述蓄电池智能检测与控制装置的密度传感器。该密度传感器比现有的传感器更准确、可靠、稳定。

本发明还有一个目的在于，提供一种使用本发明的蓄电池智能检测与控制装置进行检测与控制方法，该方法能连续在线进行自诊断和在线校准，方法简捷、快速、准确，工作效率高。

本发明的技术方案是：

一种蓄电池智能检测与控制装置，它包括一个壳体，液位传感器，电压连接件；壳体下部有与被测蓄电池连接的定位座；所述壳体的内部包括一个控制电路板、一个用于提升浮子的步进电机、还有一个用于采集原始信号的传感器组件：它包括有密度传感器、温度传感器；控制电路板包括信号调节器、微处理器、CAN通讯隔离电路、驱动电路、升压电路；密度传感器通过信号调节器与微处理器连接；步进电机通过驱动电路与微处理器连接。

上述蓄电池智能检测与控制装置技术方案的附加的技术特征为：

所述的密度传感器为浮子法的压力桥接传感器，用于将其信号经过信号调节器及A/D转换成相应的数字信号后送入微处理器中进行处理。

所述的液位传感器为浮球式传感器，输出开关量信号至微处理器进行上、下液位的报警。

所述的温度传感器为数字式传感器，通过I²C总线与微处理器相连；所述的控制电路板中模块的中心控制单元为ARM芯片。

所述的升压电路初始电压是1.0V～3.0V蓄电池电压，升压为电路所需的5V、12V、3.3V、1.8V电压。

所述的信号调节器是一个具有放大模拟信号，并且为零点、测量范围、零点漂移、测量范围漂移和线性误差提供数字校准的可编程模拟信号调节器，用于避免手动微调并保证长时间的稳定性。

一种用于上述蓄电池智能检测与控制装置的密度传感器，它包括有应变梁，该应变梁应满足下述条件：

随着试件受力变形，使电阻值发生变化，而电阻变化是与试件应变ε成比例，公式为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{6L}{b{h}^{2}E}F$ 式中b为应变梁宽度，h为应变梁厚度，E为应变梁材料，

L为应变梁长度，F为浮力，ε为应变。

上述密度传感器附加技术特征为：所述的应变梁的电压基准为数字化信号调节器的基准电压输出端的激励电压；该激励电压为2～3V，随着应变梁的工作状态自动适应调节。

一种使用上述的蓄电池智能检测与控制装置进行检测与控制方法，检测与控制步骤为：

1)、连接设备：将所述蓄电池智能检测与控制装置电压连接件接到蓄电池的正、负极上，并通过CAN口接一显示器；

2)、确定参数范围：确定被测蓄电池检测参数范围，包括：

a、单块电池电压；

b、电解液温度；

c、电解液密度；

3)校准参数值，其步骤如下：

a、选择“参数修改”项，输入密码；

b、选择“曲线校准”项，选择所需校准的电池号；

c、输入校准参数；

其中，密度的校准：当智能模块初次使用和密度检测值超差后，

需在显示器上进行密度在线校准；

4)、确认或返回：若“确认”，则完成校准操作，若“返回”则放弃校准操作。

上述的检测与控制方法附加技术特征是被测蓄电池检测参数范围：

1)、单块电池电压值为0V～3V，精度为±1％满量程；

2)、电解液温度为：0℃～60℃，精度为：±1℃；

3)、电解液密度为：1.000g/cm³～1.350g/cm³，精度±0.010g/cm³。

本发明的技术原理和效果为：

1、由于蓄电池的结构限制了增加应变片的长度和浮子的体积，使传感器很难输出较大的信号，因而存在信号漂移。为了改善密度传感器本身的弱点，对密度传感器微弱信号采用数字化信号调节器进行放大和非线性校准。在设计中，浮子式应变梁的电压基准采用数字化信号调节器的基准电压输出端的激励电压，但是，该电压基准会随着应变梁的工作状态自动适当调节，解决了因基准电压的漂移导致信号漂移问题，提高了密度检测的稳定性。将应变梁的毫伏级电压送到数字化信号调节器，经调理后输出到ARM芯片，在这个过程中缩小了微弱信号的传输距离，增加了抗干扰度。

2、为了消除气泡与杂质对测量精度的影响，安装了提升装置，即步进电机。步进电机的工作由驱动芯片控制，而驱动芯片的状态则是由ARM内软件根据各个传感器采集的电池的各项参数变化特征控制。

3、温度传感器选用数字化产品，温度传感器与ARM的数据通讯采用I²C总线实现，因为温度传感器与ARM都带有I²C接口，所以将这个器件的SDA、SCL引脚直接相连，因此，输出信号直接由CPU处理。液位传感器选用输出开关量的产品，ARM直接通过I/O口判断液位的高低状态。

4、智能模块的供电方式采用低电压启动芯片，在蓄电池电压低至1.0V时，CPU仍可正常工作。

综上所述，本发明的一种蓄电池智能检测与控制装置的技术效果显著：

1、本发明装置酸溶液密度、温度、电压、液位的检测和控制能连续在线进行，还具有自诊断和在线校准功能；采用蓄电池供电、CAN网络通信，减少了电气连接关系、提高了安全性、可靠性，工作效率高、监测稳定、可靠；

2、结构简单，易于制造和安装、方便维修，制造和运行成本低；

3、通过数字化输出可编程模拟信号调节器、步进电机、CPU的采用，极大的提高了密度传感器的测量精度，降低了各种漂移带来的测量误差；

4、当将6个智能模块安装在蓄电池上，蓄电池24小时循环进行充放电，经过半年的连续工作运行，各方面指标大大优于现有技术产品。

本发明用于上述蓄电池智能检测与控制装置的密度传感器，它比现有的如：型号为DDC-2密度传感器更准确、更可靠、状态更稳定。

本发明的一种检测与控制方法，它能连续在线进行自诊断和在线校准，方法简捷、快速、准确、工作效率高。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

附图说明

图1为图2本发明的一种蓄电池智能检测与控制装置的A-A剖示放大图；

图2为本发明一种蓄电池智能检测与控制装置的俯视图；

图3为本发明一种蓄电池智能检测与控制装置的电路原理框图；

图4为使用本发明一种蓄电池智能检测与控制装置进行检测与控制方法程序图。

具体实施方式

1、一种蓄电池智能检测与控制装置的实施例：

如图1、2、3所示，它有一个壳体1，分上壳体及下壳体两部分，壳体材料采用ABS注塑成形，外形美观耐用，由于工作环境为酸性环境，采用全防酸塑料外壳；本发明装置还有液位传感器3，电压连接件4，该电压连接件4是具有导电线的电压叉子，也可以是接线端子；壳体1下部有与被测蓄电池连接的定位座2，所述连接是螺纹固定连接；壳体1的内部有一个控制电路板5、一个用于提升浮子的步进电机6、还有一个用于采集原始信号的传感器组件；电路板安装在壳体上后，再安装挡板用来对电路板实施保护(防酸雾)；传感器组件有密度传感器7、温度传感器8；控制电路板5有信号调节器9、微处理器10、CAN通讯隔离电路11、驱动电路12、升压电路13；所有的传感器信号都送到电路板5进行统一处理，然后通过CAN口发送出去；密度传感器7通过信号调节器9与微处理器10连接；步进电机6通过驱动电路12与微处理器10连接。密度传感器7为浮子法的压力桥接传感器，用于将其信号经过信号调节器9及A/D转换成相应的数字信号后送入微处理器10中进行处理；密度传感器信号由应变梁的信号变化感应而来的，步进电机则是根据ARM芯片控制不定时间的提升应变梁的浮子，消除浮子上的气泡和杂质，以提高测量精度。液位传感器3为浮球式传感器，输出开关量信号至微处理器10进行上、下液位的报警。温度传感器8为数字式传感器，通过I²C总线与微处理器10相连；控制电路板5中模块的中心控制单元为ARM芯片。升压电路13初始电压是1.0V～3.0V蓄电池电压，升压为电路所需的5V、12V、3.3V、1.8V电压。信号调节器9是一个具有放大模拟信号，并且为零点、测量范围、零点漂移、测量范围漂移和线性误差提供数字校准的可编程模拟信号调节器，用于避免手动微调并保证长时间的稳定性。

一种用于本发明的蓄电池智能检测与控制装置的密度传感器的实施例：

应变梁电阻变化是与试件应变ε成比例，公式为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{6L}{b{h}^{2}E}F$

式中：b为应变梁宽度，h为应变梁厚度，E为应变梁材料，L为应变梁长度，F为浮力，ε为应变。

例如：b＝10mm h＝0.25mm E＝105GPa L＝50mm F＝98mN

则得到ε＝448μm/m。

所述的应变梁的电压基准为数字化信号调节器9的基准电压输出端的激励电压；所述的激励电压为2～3V，随着应变梁的工作状态自动适应调节。

一种使用蓄电池智能检测与控制装置进行检测与控制方法的实施例：

检测与控制步骤为：

1)、连接设备：将所述装置电压连接件4接到蓄电池的正、负极上，并通过CAN口接一显示器；

2)、确定参数范围：确定被测蓄电池检测参数范围：

a)、单块电池电压值为0V～3V，精度为±1％满量程；

b)、电解液温度为：0℃～60℃，精度为：±1℃；

c)、电解液密度为：1.000g/cm³～1.350g/cm³，精度±0.010g/cm³。

3)校准参数值，其步骤如下：

a、选择“参数修改”项，输入密码；

b、选择“曲线校准”项，选择所需校准的电池号；

c、输入校准参数；

其中密度的校准：当智能模块初次使用和密度检测值超差后，需在显示器上进行密度在线校准；

4)、确认或返回：若“确认”，则完成校准操作，若“返回”则放弃校准操作。

如电解液密度的修改：

将蓄电池智能检测与控制装置电压连接件4接到蓄电池的正、负极上，并通过CAN口接一显示器；然后：

a、在主菜单界面中若选定“参数修改”项，则按“确认”键，将出现要求输入密码界面；

b、按下列顺序进行按键操作即可完成密码输入：按“上移”键，然后按“功能”键，再按“下移”键，再按“功能”键，再按“确认”键，再按“功能”键，完成密码输入后将进入参数修改主菜单界面；

c、选择“曲线校准”项，按“确认”键将进入电池号选择界面；

d、选择好需校准的电池号后，按“确认”键，即进入纯净水密度输入界面；

e、电解液密度修改：按与纯净水同样的方法输入电解液密度值，完成最后一位数字设置后按“功能”键，将进入发送确认界面，此时若按“确认”键，将完成校准操作，按“返回”键即放弃校准操作。

本发明权利保护范围不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种蓄电池智能检测与控制装置，其特征在于，它包括一个壳体(1)，液位传感器(3)，电压连接件(4)；壳体(1)下部有与被测蓄电池连接的定位座(2)；壳体(1)的内部包括一个控制电路板(5)、一个用于提升浮子的步进电机(6)、还有一个用于采集原始信号的传感器组件：它包括密度传感器(7)、温度传感器(8)；控制电路板(5)包括信号调节器(9)、微处理器(10)、CAN通讯隔离电路(11)、驱动电路(12)、升压电路(13)；密度传感器(7)通过信号调节器(9)与微处理器(10)连接；步进电机(6)通过驱动电路(12)与微处理器(10)连接。

2.根据权利要求1所述的蓄电池智能检测与控制装置，其特征在于，所述的密度传感器(7)为浮子法的压力桥接传感器，用于将其信号经过信号调节器(9)及A/D转换成相应的数字信号后送入微处理器(10)中进行处理。

3.根据权利要求1所述的蓄电池智能检测与控制装置，其特征在于，所述的液位传感器(3)为浮球式传感器，输出开关量信号至微处理器(10)进行上、下液位的报警。

4.根据权利要求1所述的蓄电池智能检测与控制装置，其特征在于，所述的温度传感器(8)为数字式传感器，通过I²C总线与微处理器(10)相连；所述的控制电路板(5)中模块的中心控制单元为ARM芯片。

5.根据权利要求1所述的蓄电池智能检测与控制装置，其特征在于，所述的升压电路(13)初始电压是1.0V～3.0V蓄电池电压，升压为电路所需的5V、12V、3.3V、1.8V电压。

6.根据权利要求1所述的蓄电池智能检测与控制装置，其特征在于，所述的信号调节器(9)是一个具有放大模拟信号，并且为零点、测量范围、零点漂移、测量范围漂移和线性误差提供数字校准的可编程模拟信号调节器，用于避免手动微调并保证长时间的稳定性。

7.一种用于权利要求1所述的蓄电池智能检测与控制装置的密度传感器，其特征在于，它包括有应变梁，该应变梁应满足下述条件：随着试件受力变形，使电阻值发生变化，而电阻变化是与试件应变ε成比例，公式为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{6L}{b{h}^{2}E}F$ 式中b为应变梁宽度，h为应变梁厚度，E为应变梁材料，

L为应变梁长度，F为浮力，ε为应变。

8.根据权利要求7所述的蓄电池智能检测与控制装置的密度传感器，其特征在于，所述的应变梁的电压基准为数字化信号调节器(9)的基准电压输出端的激励电压；所述的激励电压为2～3V，随着应变梁的工作状态自动适应调节。

9.一种使用权利要求1所述的蓄电池智能检测与控制装置进行检测与控制方法，其特征在于，检测与控制步骤为：

1)、连接设备：将所述蓄电池智能检测与控制装置电压连接件(4)接到蓄电池的正、负极上，并通过CAN口接一显示器；

2)、确定参数范围：确定被测蓄电池检测参数范围，包括：

a、单块电池电压；

b、电解液温度；

c、电解液密度；

3)校准参数值，其步骤如下：

a、选择“参数修改”项，输入密码；

b、选择“曲线校准”项，选择所需校准的电池号；

c、输入校准参数；

其中，密度的校准：当智能模块初次使用和密度检测值超差后，需在显示器上进行密度在线校准；

4)、确认或返回：若“确认”，则完成校准操作，若“返回”则放弃校准操作。

10.根据权利要求9所述的一种使用权利要求1所述的蓄电池智能检测与控制装置进行检测与控制方法，其特征在于，所述被测蓄电池检测参数范围为：

1)、单块电池电压值为0V～3V，精度为±1％满量程；

2)、电解液温度为0℃～60℃，精度为：±1℃；

3)、电解液密度为1.000g/cm³～1.350g/cm³，精度±0.010g/cm³。

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