CN101349738A - 一种串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置 - Google Patents

一种串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置。装置由蓄电组，分压电路，多选1模拟开关，高精度AD转换器和主控单片机构成。每一只电池的输出电压连接到多路模拟开关阵列，再连接到高精度AD转换器，主控单片机与高精度AD转换器之间通过I2C通讯总线连接。监测时系统通过设置RB0～RB2的输出电平，选择相应电池正负极所连接的两个模拟开关U1、U2，再连接到高精度AD转换器U3中；单片机U4通过I2C总线控制U3启动AD转换，并将结果读取到单片机U4内；判断测量结果量程，调整U3的可编程放大器增益，最后进行数据判断处理。采用本方案后，简化了串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置，提高了可靠性，满足了蓄电池组实时监测的具体需求。

Description

一种串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置
技术领域
本发明涉及一种蓄电池电压监测的方法与装置，具体地说是一种串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置。
背景技术
在以工业为主的社会中，后备直流电源的应用越来越广泛。作为后备直流电源重要组成部分的蓄电池，其性能状况的优劣状态对于保证后备直流电源的正常运行就显得尤为重要。
但随着免维护蓄电池被广泛地使用，问题逐渐显现出来：大多数免维护蓄电池使用寿命比预计的要短得多；个别电池失效导致整组电池失效；蓄电池安装后，缺乏科学、有效的监测管理手段，对蓄电池的合理使用不能及时作出准确的判断；由于使用现场条件限制，很难进行手工检测，并且测试数据分析需要运维人员具有很高的专业水准；人工检测除了需要浪费大量的人力外，还会带来许多的问题：人工不可能对每只电池同步的高密集测量；人工易受各种因素影响，测量精度无法保证；人工记录的数据难于整理成有效信息，不利于分析。突发性的电池故障的发现很难保证及时发现；系统的不合理状况对蓄电池的伤害未能及时发现并处理，严重影响了蓄电池的可靠工作。
为了确保蓄电池的可靠工作，目前的一般做法是对蓄电池开展在线监测，获得其运行参数如电池实时电压、容量等，以此判断电池的好坏。蓄电池在线监测终端主要实现蓄电池电压等参数的在线监测。实际使用中，蓄电池组的数量比较多，而多节串联电池组的总电压一般都比较高。目前有提出通过机械继电器切换采集蓄电池组单体电压的，也有提出通过总线隔离方式(有线或者无线)采集蓄电池单体电压的，但是这两类蓄电池组单体电压在线监测的电路都比较复杂的，系统的成本较高，同时系统的可靠性也不高，限制了系统的大面积应用。因此，如何提高和简化多节蓄电池在线监测终端一直是此类系统的热点与研究难点。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺点，满足这一部分日益增加的需要，本发明提供一种能够实现电池组在线监测的设备，利用模拟开关完成对被测量的电池的选择，由内置差分电路和可编程增益放大器的高精度AD转换器完成电池电压的测量。
为达到上述目的，本发明的技术路线是：
装置
由蓄电组，分压电路，多选1模拟开关，高精度AD转换器和主控单片机构成，其中高精度AD转换器内置差分电路和可编程增益放大器。蓄电池组每一只电池的输出电压先经过电阻分压后，连接到多路模拟开关阵列，再连接到高精度AD转换器，主控单片机与高精度AD转换器之间通过I2C通讯总线连接。
监测的方法
系统启动，初始化单片机，启用I2C模式，选择模拟开关，通过设置RB0～RB2的输出电平，选择相应电池正负极所连接的两个模拟开关U1、U2，把电池的正负极通过电阻连接到内置差分转换和可编程放大器的高精度AD转换器U3的VIN+和VIN-节点；单片机U4通过I2C总线控制U3启动AD转换，并将结果读取到单片机U4内；由单片机U4判断测量结果在量程中是否合适，根据测量结果调整U3的可编程放大器增益，如果测量结果小于满量程的1/2，则增大可编程放大器的增益；如果测量结果达到满量程，则减小可编程放大器的增益；数据判断处理，完成系统的监测功能。
采用本发明技术方案后，简化了串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置，提高了蓄电池组工作的可靠性，满足了蓄电池组实时监测的具体需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的系统框图。
图2是本发明的一个实施例的电源原理图
图3是本发明所述的电压实时监测的方法流程图
具体实施方式
在图1所示系统框图中，模块1为蓄电组，模块2为分压电路，模块3为多选1模拟开关，模块4为高精度AD转换器，模块5为主控单片机。
在图2所示实例中，BT1～BT6为待测蓄电池组，U1和U2(型号为4051)为8选1模拟开关，U3(型号为ADS1110)为内置差分转换和可编程放大器的高精度AD转换器，U4为主控单片机(型号为PIC16F877A)。
其中，BT1～BT6分别先经过电阻R1和R7、R2和R8、R3和R9、R4和R10、R5和R11、R6和R12构成的分压电路后，连接到U1和U2的输入端，其中：VIN1连接到U1(X1引脚)和U2(X2引脚)，VIN2连接到U1(X2引脚)和U2(X3引脚)，VIN3连接到U1(X3引脚)和U2(X4引脚)，VIN4连接到U1(X4引脚)和U2(X5引脚)，VIN5连接到U1(X5引脚)和U2(X6引脚)，VIN6连接到U1(X6引脚)和U2(X7引脚)；U1(A引脚)和U2(A引脚)连接到U4(RB0引脚)，U1(B引脚)和U2(B引脚)连接到U4(RB1引脚)，U1(C引脚)和U2(C引脚)连接到U4(RB2引脚)；U1(INH)和U2的，U1和U2的输出端X分别连接到高精度AD转换器U3的VIN+、VIN-引脚，U3的I2C通讯总线引脚SDA、SCL连接到U4，由U4控制U3完成相应操作，R13和R14为I2C通讯电阻。
为了进一步说明本发明的具体实施，结合图3所示的电压实时监测的方法流程图，对串联式蓄电池组电压实时监测的方法作具体实施过程描述。
步骤300：系统启动，初始化单片机SCL、SDA引脚启用I2C模式，RB0、RB1、RB2引脚为输出端口；
步骤301：根据当前测量电池选择模拟开关，通过设置RB0～RB2的输出电平，选择相应电池正负极所连接的两个模拟开关U1、U2，把电池的正负极通过电阻连接到内置差分转换和可编程放大器的高精度AD转换器U3的VIN+和VIN-节点；
步骤302：单片机U4通过I2C总线控制U3启动AD转换，并将结果读取到单片机U4内；
步骤303：由单片机U4判断测量结果在量程中是否合适，如果测量结果小于满量程且大于满量程的1/2，则执行步骤305，否则执行步骤304；
步骤304：根据测量结果调整U3的可编程放大器增益，如果测量结果小于满量程的1/2，则增大可编程放大器的增益；如果测量结果达到满量程，则减小可编程放大器的增益，下面执行步骤302；
步骤305：数据判断处理，完成系统的监测功能。

Claims (2)

1、一种串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置，其特征在于：
由蓄电组，分压电路，多选1模拟开关，高精度AD转换器和主控单片机构成装置；蓄电池组每一只电池的输出电压先经过电阻分压后，连接到多路模拟开关阵列，再连接到高精度AD转换器，主控单片机与高精度AD转换器之间通过I2C通讯总线连接；
监测时，系统启动，初始化单片机，启用I2C模式，选择模拟开关，通过设置RB0～RB2的输出电平，选择相应电池正负极所连接的两个模拟开关U1、U2，把电池的正负极通过电阻连接到内置差分转换和可编程放大器的高精度AD转换器U3的VIN+和VIN-节点；单片机U4通过I2C总线控制U3启动AD转换，并将结果读取到单片机U4内；由单片机U4判断测量结果在量程中是否合适，根据测量结果调整U3的可编程放大器增益，如果测量结果小于满量程的1/2，则增大可编程放大器的增益；如果测量结果达到满量程，则减小可编程放大器的增益；数据判断处理，完成系统的监测功能。
2、根据权利要求1所述的串联式蓄电池组电压实时监测的方法与装置，其特征在于：所述的高精度AD转换器为包含有内置差分电路和可编程增益放大器。
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PB01 Publication
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Assignee: Fuzhou Minyou Jixing Digital Science & Technology Co., Ltd.

Assignor: Fujian Normal University

Contract record no.: 2011350000149

Denomination of invention: Method and apparatus for real time monitoring tandem type accumulator battery voltage

Granted publication date: 20110518

License type: Exclusive License

Open date: 20090121

Record date: 20110706

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110518

Termination date: 20180827

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee