CN101726708B - 一种电池电压数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池电压数据采集系统，包括：第三方装置，用于向各采集装置发送数据采集指令；采集装置，通过中继装置接收所述第三方装置发出的数据采集指令，实现前端化成电池电压数据的采集，并将采集的数据传送给中继装置；中继装置，接收所述采集装置采集的数据，并向第三方装置查询时间、电流、当前步信息后，按照通信协议重新装帧，传送给PC机软件控制系统。本发明的优点和有益效果在于，本发明采用分布式架构实现了数据采集系统和电池化成设备的灵活嫁接，实现了数据采集与蓄电池化成工艺过程的同步，提高了测试数据的准确性和同步性，使采集系统得以生产大规模使用成为现实。
Description
技术领域
本发明涉及一种采集系统，具体是适用于电池生产管理中的电池电压数据采集系统。
背景技术
近年来，随着电池工业生产规模化要求自动化程度越来越高，分布式数据采集系统也初步应用于电池生产管理中，实现对电池化成进行在线监测，和对需要进行配对使用的电池进行容量筛选配组，替代了原始的人工手动测试记录，提高了测试效率和测试精度。
一般说来，两种方式。一种是单机模式：由操作面板，监视器(一般液晶显示器)，数据采集模块组成。一种是采集卡组网模式：由PC机和数据采集卡通过协议组网通讯实现，数据实时传送到电脑储存分析。
以上方式都存在不能和生产充电工艺同步的弊端，由于实际的生产现场是由很多相对独立的化成回路组成的，并且启动时间是不同的，这样采集的数据失去了时间基准不具备可比性，数据只能应用于当前回路，所以它们只是实现了替代人手工测试记录当前回路电池电压数据的功能，而不能实现真正的规模化数据处理、不能实现不同回路电池批量规模化配组。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种分布式数据采集系统，以解决上述缺陷。
为实现上述目的，本发明的技术方案是采用一种电池电压数据采集系统，包括：
第三方装置，用于向各采集装置发送数据采集指令；
采集装置，通过中继装置接收所述第三方装置发出的数据采集指令，实现前端化成电池电压数据的采集，并将采集的数据传送给中继装置；
中继装置，接收所述采集装置采集的数据，并向第三方装置查询时间、电流、当前步信息后，按照通信协议重新装帧，传送给PC机软件控制系统。
其中，所述采集装置包括：
电池电压切换单元，用于把串联连接的多个化成电池每次切换一个到电压采样单元；
电压采样单元，用于采集前端化成电池的电压，并将电池电压缩小，作限压保护；
控制单元，控制电池电压切换单元使电池电压切换单元每次只切换一个电池电压到电压采样单元，并启动采集指令和将采集电压数据输出；
隔离通讯单元，用于接收所述信息资源控制单元发送的采集指令，和传送所述电压采样单元采集的数据。
其中，所述电池电压切换单元包括：
切换光耦继电器组，数量为n，设串联连接的化成电池依次编号为1～n，且切换光耦继电器的两个输入端分别记为a、b，与之对应的两个输出端分别记为A、B，且与之对应的两个控制端分别记为c、d，则
第n号切换光耦继电器Vn的输入端an连接第n号化成电池的负极，所述第n号切换光耦继电器Vn的另一个输入端bn连接所述第n号化成电池的正极、亦同时连接第(n+1)号化成电池的负极；
第(n+1)号切换光耦继电器Vn+1的输入端an+1连接第(n+1)号化成电池的正极、亦同时连接第(n+2)号化成电池的负极，所述第(n+1)号切换光耦继电器Vn+1的另一输入端bn+1连接所述第(n+2)号化成电池的正极、亦同时连接第(n+3)号化成电池的负极；
极性校正光耦继电器，设有两个，分别记为Vm、Vm+1，Vm的两个输入端分别记为am、bm，与之对应的输出端分别记为Am、Bm，Vm+1的两个输入端分别记为am+1、bm+1，输出端分别记为Am+1、Bm+1，且与Vm对应的两个控制端分别记为Vc1、Vc2，与Vm+1对应的两个控制端分别记为Vd1、Vd2，则
Vm极性校正光耦继电器的两个输入端am、bm连接所有所述切换继电器的输出端A，Vm+1极性校正光耦继电器的两个输入端am+1、bm+1连接所有所述切换继电器的输出端B。
其中，所述两个极性校正光耦继电器的输出端Am、Am+1连接所述电压采样单元的负极，另两个输出端Bm、Bm+1连接所述电压采样单元的正极，则
当采集第n号化成电池时，第n号切换光耦继电器Vn的控制端cn、dn由所述控制单元置低电平使输入端an、bn的两个开关导通，对应输出An、Bn，其中An为负极，Bn为正极，由Vm的控制端Vc1置低电平，使An通过Vm的输出端Am接入电压采样单元的负极，由Vm+1的控制端Vd2置低电平，使Bn通过Vm+1的输出端Bm+1接入电压采样单元的正极；
当采集第(n+1)号化成电池时，第n号切换光耦继电器Vn的控制端dn、cn+1由所述控制单元置低电平使输入端bn、an+1的两个开关导通，对应输出Bn、An+1，其中Bn为负极，An+1为正极，由Vm+1的控制端Vd1置低电平，使Bn通过Vm+1的输出端Am+1接入电压采样单元的负极，由控制端Vc2置低电平，使An+1通过Vm的输出端Bm接入电压采样单元的正极。
本发明的优点和有益效果在于，本发明采用分布式架构实现了数据采集系统和电池化成设备的灵活嫁接，实现了数据采集与蓄电池化成电池工艺过程的同步，提高了测试数据的准确性和同步性，使采集系统得以生产大规模使用成为现实。
附图说明
图1是本发明的电池电压数据采集系统的结构原理图；
图2是本发明的电池电压数据采集系统的采集装置的结构原理图；
图3是本发明的分布式数据采集系统电池电压切换单元的电路图。
图中：10、中继装置；20、采集装置；21、电池电压切换单元；22、电压采样单元；23、控制单元；24、隔离通讯单元；30、化成电池；40、第三方装置；50、PC机。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，使用中继装置10作为核心控制器，采集装置20和第三方装置40都挂接在中继装置10接口下。中继装置10具有强大的存储能力、通讯能力和逻辑分配处理能力。中继装置10和第三方装置40间是点对点的通讯，这将允许第三方装置40的电池化成设备CPU在需要的时候直接发送采集命令给中继装置10，中继装置10得到此命令后，马上命令所有对应回路采集装置20开始采集，然后通过高速串口收集各采集装置20采集数据结果，并向第三方装置40的电池化成设备CPU查询时间、电流、当前步等信息后，存储进海量存储器中。
PC机的控制命令将首先到达中继装置10，除上传数据外的其他控制命令将透明的传送给第三方装置40的电池化成设备CPU，从而保证电池化成设备的控制和运行不受采集系统的影响，这样即实现了采集系统的数据采集和电池化成工艺的同步性又实现了采集系统的相对独立性，当第三方装置40不是电池化成设备CPU时，也可以通过简单的协议处理达到采集数据的同步处理。
上传数据的命令将由中继装置10直接处理，而不是传送给第三方装置40的电池化成设备CPU，中继装置10将此前从各路采集装置20和从第三方装置40的电池化成设备CPU得到的数据从海量存储器中读出，按照通讯协议重新装帧，传送给PC机50软件控制系统。
中继装置10实现PC机50、采集装置20和第三方装置40的电池化成设备CPU之间的通讯指令转换功能，实现采集指令发送，数据存储，匹配第三方同步信息后上传PC机软件。
采集装置20接收来自中继装置10的采集指令，实现前端化成电池30电压数据采集、回送数据给中继装置10。
采集装置20的发明关键点在于电池电压切换单元21，用于把串联的多个电池电压每次切换一个到电压采样单元22。电池电压切换单元22，采用1个继电器触点，作为两个电池电压公共输入点，通过对输入电池电压极性控制，打破传统一个点只能采集一个电池的技术，基于此技术的采集装置20实现n点采集只需n+2只切换器件，传统技术的采集装置20实现n点采集需2n只切换器件，直接节省材料成本三分之二。
采集装置20提供一种继电器触点切换的电路，如图2，该电路包括：电池电压切换单元21，用于把连接的多个电池每次切换一个到电压采样单元22；电压采样单元22，采集前端化成电池电压的数据，并将电池电压缩小，做限压保护；控制单元23，由单片机组成，控制电池电压切换单元21的继电器开关顺序，每次只切换一个电池电压到电压采样单元22，单片机内部有A/D转换器，将电压采样单元22输出电压转换为数字，存储于单片机缓存中，并通过隔离通讯单元24，接收启动采集指令和将采集电压数据输出；隔离通讯单元24，将单片机TTL电平转换为RS485电平，并将控制单元23与通讯部通过光耦隔离。
如图3所示，本发明的电池电压切换单元21包括：
切换光耦继电器组，数量为n，设串联连接的化成电池依次编号为1～n，且切换光耦继电器的两个输入端分别记为a、b，与之对应的两个输出端分别记为A、B，且与之对应的两个控制端分别记为c、d，则
第n号切换光耦继电器Vn的输入端an连接第n号化成电池的负极，所述第n号切换光耦继电器Vn的另一个输入端bn连接所述第n号化成电池的正极、亦同时连接第(n+1)号化成电池的负极；
第(n+1)号切换光耦继电器Vn+1的输入端an+1连接第(n+1)号化成电池的正极、亦同时连接第(n+2)号化成电池的负极，所述第(n+1)号切换光耦继电器Vn+1的另一输入端bn+1连接所述第(n+2)号化成电池的正极、亦同时连接第(n+3)号化成电池的负极；
极性校正光耦继电器，设有两个，分别记为Vm、Vm+1，Vm的两个输入端分别记为am、bm，与之对应的输出端分别记为Am、Bm，Vm+1的两个输入端分别记为am+1、bm+1，输出端分别记为Am+1、Bm+1，且与Vm对应的两个控制端分别记为Vc1、Vc2，与Vm+1对应的两个控制端分别记为Vd1、Vd2，则
Vm极性校正光耦继电器的两个输入端am、bm连接所有所述切换继电器的输出端A，Vm+1极性校正光耦继电器的两个输入端am+1、bm+1连接所有所述切换继电器的输出端B。
两个极性校正光耦继电器的输出端Am、Am+1连接电压采样单元22的负极，另两个输出端Bm、Bm+1连接所述电压采样单元22的正极，则
当采集第n号化成电池时，第n号切换光耦继电器Vn的控制端cn、dn由所述控制单元置低电平使输入端an、bn的两个开关导通，对应输出An、Bn，其中An为负极，Bn为正极，由Vm的控制端Vc1置低电平，使An通过Vm的输出端Am接入电压采样单元22的负极，由Vm+1的控制端Vd2置低电平，使Bn通过Vm+1的输出端Bm+1接入电压采样单元22的正极；
当采集第(n+1)号化成电池时，第n号切换光耦继电器Vn的控制端dn、cn+1由所述控制单元置低电平使输入端bn、an+1的两个开关导通，对应输出Bn、An+1，其中Bn为负极，An+1为正极，由Vm+1的控制端Vd1置低电平，使Bn通过Vm+1的输出端Am+1接入电压采样单元22的负极，由控制端Vc2置低电平，使An+1通过Vm的输出端Bm接入电压采样单元22的正极。
本发明数据采集精度高、速度极快。数据采集模式为并行式采集模式，消除了由于传统的串行逐点扫描模式的时间差所造成的数据误差，电池电压波动小于4mV。例如采集200只电池的电压，手工模式至少需要十几分钟，传统采集模式从开始采集到最后一只电池数据采集结束至少需100秒，由于人工和传统模式采集的数据失去了时间的同步性，其数据也失去了相互的可比性。而现在采用并行采集模式无论是200只电池或800只电池从采集开始到采集结束不到1秒钟。短暂的数据采集时间，为大量采集电池充放电过程的数据进行量化分析提供了可能。
分布式优化架构大大节约了用户的成本投入，使采集系统的生产大规模使用成为现实。新系统把电池数据采集部分单独分离出来，可以直接把采集装置放在电池架附近。以100回路采集系统为例，每路20只电池，该系统用线只需约1m×21×100＝2100m，不用顾虑电池化成设备和电池架之间的距离。而传统方式电源和采集单元一体就一定要考虑电池化成设备与电池架的距离，假设机/架布线距离为20m，则传统用线长度为20m×21×100+1m×21×100＝44100m。
采用新型切换技术的采集装置，在投入相同点数采集时，较传统方式的采集装置可节省三分之一的成本投入。
分布式数据采集系统能和第三方CPU控制系统灵活配置，只需通过简单的接口通讯协议就可实现数据采集同步。用户可根据生产需要随时配置分布式数据采集系统，这也给有潜力但暂时不需要数据采集监控功能的蓄电池生产企业预留了很大的设备升级空间。
综上，本发明的分布式采集系统，填补了蓄电池生产化成过程监控和高精度配组的空白，为蓄电池生产企业提供了在蓄电池化成过程中自动监控、筛选、配组的可行有效的解决方案。该系统将微机控制高速并行分布式数据采集系统，替代了原始的人工手动测试记录电压和传统的串行分布式数据采集系统，极大的提高测试数据的准确性和同步性；PC机软件强大的数据分析配组功能取代了人工分组，既减轻了人员的工作量，提高了工作效率，并为产品品质的分析和提高，提供了充足、准确的数据基础。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种电池电压数据采集系统，其特征在于，包括：
第三方装置，用于向各采集装置发送数据采集指令；
采集装置，通过中继装置接收所述第三方装置发出的数据采集指令，实现前端化成电池电压数据的采集，并将采集的数据传送给中继装置；
中继装置，接收所述采集装置采集的数据，并向第三方装置查询时间、电流、当前步信息后，按照通信协议重新装帧，传送给PC机软件控制系统；
所述采集装置包括：
电池电压切换单元，用于把串联连接的多个化成电池每次切换一个到电压采样单元；
电压采样单元，用于采集前端化成电池的电压，并将电池电压缩小，作限压保护；
控制单元，控制电池电压切换单元使电池电压切换单元每次只切换一个电池电压到电压采样单元，并启动采集指令和将采集电压数据输出；
隔离通讯单元，用于接收所述控制单元发送的采集指令，和传送所述电压采样单元采集的数据。
2.如权利要求1所述的电池电压数据采集系统，其特征在于，；
所述电池电压切换单元包括：
切换光耦继电器组，数量为n，设串联连接的化成电池依次编号为1～n，且切换光耦继电器的两个输入端分别记为a、b，与之对应的两个输出端分别记为A、B，且与之对应的两个控制端分别记为c、d，则
第n号切换光耦继电器Vn的输入端an连接第n号化成电池的负极，所述第n号切换光耦继电器Vn的另一个输入端bn连接所述第n号化成电池的正极、亦同时连接第(n+1)号化成电池的负极；
第(n+1)号切换光耦继电器Vn+1的输入端an+1连接第(n+1)号化成电池的正极、亦同时连接第(n+2)号化成电池的负极，所述第(n+1)号切换光耦继电器Vn+1的另一输入端bn+1连接所述第(n+2)号化成电池的正极、亦同时连接第(n+3)号化成电池的负极；
极性校正光耦继电器，设有两个，分别记为Vm、Vm+1，Vm的两个输入端分别记为am、bm，与之对应的输出端分别记为Am、Bm，Vm+1的两个输入端分别记为am+1、bm+1，输出端分别记为Am+1、Bm+1，且与Vm对应的两个控制端分别记为Vc1、Vc2，与Vm+1对应的两个控制端分别记为Vd1、Vd2，则
Vm极性校正光耦继电器的两个输入端am、bm连接所有所述切换继电器的输出端A，Vm+1极性校正光耦继电器的两个输入端am+1、bm+1连接所有所述切换继电器的输出端B。
3.如权利要求2所述的电池电压数据采集系统，其特征在于，所述两个极性校正光耦继电器的输出端Am、Am+1连接所述电压采样单元的负极，另两个输出端Bm、Bm+1连接所述电压采样单元的正极，则
当采集第n号化成电池时，第n号切换光耦继电器Vn的控制端cn、dn由所述控制单元置低电平使输入端an、bn的两个开关导通，对应输出An、Bn，其中An为负极，Bn为正极，由Vm的控制端Vc1置低电平，使An通过Vm的输出端Am接入电压采样单元的负极，由Vm+1的控制端Vd2置低电平，使Bn通过Vm+1的输出端Bm+1接入电压采样单元的正极；
当采集第(n+1)号化成电池时，第n号切换光耦继电器Vn的控制端dn、cn+1由所述控制单元置低电平使输入端bn、an+1的两个开关导通，对应输出Bn、An+1，其中Bn为负极，An+1为正极，由Vm+1的控制端Vd1置低电平，使Bn通过Vm+1的输出端Am+1接入电压采样单元的负极，由控制端Vc2置低电平，使An+1通过Vm的输出端Bm接入电压采样单元的正极。
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