CN101799519B - 蓄电池的在线测量系统及其测量方法 - Google Patents

蓄电池的在线测量系统及其测量方法 Download PDF

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本发明公开了一种蓄电池的在线测量系统及其测量方法，该蓄电池的在线测量系统包括一个测试主机和两个以上的测量模块，蓄电池的参数测量由测量模块完成，每个测量模块连接一个蓄电池，测试主机连接第一测量模块，第一测量模块与其它的测量模块顺序连接，每个测量模块都包括电源隔离开关、电源控制开关、稳压电路、信号隔离开关、蓄电池参数测量电路、第一微控制单元，电源隔离开关、稳压电路、信号隔离开关与第一微控制单元连接，电源控制开关和稳压电路连接，蓄电池参数测量电路和第一微控制单元连接。本发明的测量模块采用级联方式，依次控制下一测量模块的电源控制开关，在完成测量后输出测量数据。

Description

蓄电池的在线测量系统及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种蓄电池的测量技术，特别是涉及一种蓄电池的在线测量系统及其测量方法。
背景技术
电动汽车、UPS(不间断电源系统)、EPS(应急电源系统)都是以蓄电池为动力源的系统。单体的蓄电池的电压通常为12V，而在应用中，通常蓄电池组都采用串联的工作方式，从而提供高达90-400V的直流电压，而工作电流通常高达安培级甚至百安培级。蓄电池是这些系统中的重要部件，也是系统中寿命最短的部分。虽然出厂时，每个蓄电池的性能参数几乎一致，但经过一点时间的运行，蓄电池个体的差异就会逐渐显现出来，导致串联工作的各节蓄电池的电压不一致，容量也不一致，在充电过程中，如果单从测量蓄电池组的整体电压来判断整个蓄电组是否已经充满，往往会出现有几个电池过充，而几个蓄电池还未充满的现象；而在放电过程中，如果仅根据蓄电池组的整体电压判断是否放电结束，则可能会出现部分蓄电池未能完全放电，而部分蓄电池因过放而导致蓄电池损坏的现象。因此，蓄电池的充放电系统都要求对单节蓄电池的电压在线检测。除了蓄电池电压以外，温度、内阻等参数也是蓄电池检测系统关心的指标。
蓄电池组的参数检测分为集中检测法和分布检测法，其中集中检测法引线多，干扰大，不宜扩展，因此采用较少。而分布检测法有连线简单，性能可靠，精度较高、易于模块化等特点，但必须符合低功耗的要求，避免导致蓄电池的放电。
长安大学学报(自然科学版)2007年9月第五期103页的《电动汽车蓄电池参数集中/分布式检测法》给出了一种介于集中检测法和分布检测法之间的测量方法，采用每两节蓄电池公用一个测量模块的方法，虽然模块数量减少，但该方法仍然具有一些缺点：一、测量模块成本较高，系统采用CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通信方式，而且每个模块还采用两个光耦继电器；二、光耦继电器的引入则导致引线过多，丧失了分布检测法的优点；三、没有实现完全的分布式测量，没法检测单个蓄电池的故障；四、该方法不适合蓄电池数量为奇数的系统；五、蓄电池电压的测量是通过双刀双掷开关的桥电容，会引入测量误差并且实现成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种蓄电池的在线测量系统及其测量方法，其测量模块采用级联方式，依次控制下一测量模块的电源控制开关，在完成测量后输出测量数据。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种蓄电池的在线测量系统，其包括一个测试主机和两个以上的测量模块，蓄电池的参数测量由测量模块完成，每个测量模块连接一个蓄电池，测试主机连接第一测量模块，第一测量模块与其它的测量模块顺序连接，每个测量模块都包括电源隔离开关、电源控制开关、稳压电路、信号隔离开关、蓄电池参数测量电路、第一微控制单元，电源隔离开关、稳压电路、信号隔离开关与第一微控制单元连接，电源控制开关和稳压电路连接，蓄电池参数测量电路和第一微控制单元连接。
优选地，所述测量模块采用级联方式。
优选地，所述每个测量模块至少有第一引脚至第六引脚，测试主机具有第一引脚至第四引脚。
优选地，所述测试主机通过其第一引脚连接到第一蓄电池的负极，测试主机的第二引脚连接到第一测量模块的第三脚，通过测试主机的第二引脚导通第一测量模块的电源控制开关。
优选地，所述电源控制开关包括第一电阻、第二电阻、三极管，蓄电池参数测量电路包括第三电阻和第四电阻，稳压电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、电压基准芯片，电源隔离开关电路包括第八电阻和第二光耦继电器，信号隔离开关包括第九电阻和第一光耦继电器。
优选地，所述测试主机包括稳压电源、第十一电阻、第十二电阻、第二微控制单元、第三光耦继电器，稳压电源和第二微控制单元、第三光耦继电器连接，第十一电阻、第十二电阻连接在第二微控制单元和第三光耦继电器之间，第三光耦继电器与第一测量模块的电源控制开关连接。
本发明还提供一种蓄电池的在线测量系统的测量方法，其包括以下步骤：测试主机连接第一测量模块，第一测量模块接通第一蓄电池，第一测量模块的稳压电路工作给第一微控制单元和蓄电池参数测量电路供电，第一测量模块的蓄电池参数测量电路开始测量第一蓄电池的参数并得出测量数据，蓄电池参数测量电路测量结束后，第一测量模块的第一微控制单元将测量数据转换成数字信号，再经过串行编码，编码后的测量数据通过第一测量模块的信号隔离开关以开关方式发送到信号总线上，被测试主机接收，测试主机内的第十一电阻把编码后的测量数据还原成高低电平的变化，经过测试主机内的第二微控制单元解码，还原第一蓄电池的参数，从而完成对第一蓄电池的测量；然后第一测量模块打开电源隔离开关，电源隔离开关导通，打开第二测量模块的电源控制开关，使第二测量模块接通第二蓄电池，第二测量模块开始测量第二蓄电池的参数，如此依次循环，重复上述第一测量模块的过程直至全部的测量模块输出测量数据。
优选地，所述测试主机在获得了全部的蓄电池参数后，关闭第一测量模块的电源控制开关，第一测量模块断电，第一测量模块的电源隔离开关断开，第二测量模块断电，如此依次直至全部的测量模块全部断电，测量结束，从而完成一次全部蓄电池测量任务。
本发明的积极进步效果在于：一、本发明蓄电池的在线测量系统的结构简单，每个测量模块至少有六个引脚；二、测试主机与测量模块连接仅需四根引线，连接方便；三、每个测量模块在不测量时不消耗电能，满足蓄电池的泄放电流要求；四、每个测量模块监视一个蓄电池，测量模块采用级联方式，增加或减少蓄电池数量时不需改动测试主机的接线；五、由于测试数据是依次发送的，因此每个测量模块无需地址编码。
附图说明
图1为本发明蓄电池的在线测量系统的原理框图。
图2为本发明中测量模块的原理框图。
图3为本发明中测量模块的电路图。
图4为本发明中测试主机的电路图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，本发明的测量系统包括一个测试主机和两个以上的测量模块，测试主机具有第一引脚11至第四引脚14，蓄电池的参数测量由测量模块完成，每个测量模块至少有六个引脚，即第一引脚1至第六引脚6，测试主机通过其第一引脚11连接到第一蓄电池的负极，测试主机的第二引脚12连接到第一测量模块的第三脚3，测试主机与测量模块的连接仅需四根引线，每个测量模块连接一个蓄电池，测试主机连接第一测量模块，第一测量模块与其它的测量模块顺序连接，每个测量模块都包括电源隔离开关、电源控制开关、稳压电路、信号隔离开关、蓄电池参数测量电路、第一微控制单元(MCU，Micro Control Unit)等，电源隔离开关、稳压电路、信号隔离开关与第一微控制单元连接，电源控制开关和稳压电路连接，蓄电池参数测量电路和第一微控制单元连接。
如图3所示，第一电阻R1为上拉电阻，电源控制开关包括第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1，蓄电池参数测量电路包括第三电阻R3和第四电阻R4，稳压电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、电压基准芯片D1，第一微控制单元为具有AD(模拟数字)采样功能的单片机，电源隔离开关电路包括第八电阻R8和第二光耦继电器OP2，信号隔离开关包括第九电阻R9和第一光耦继电器OP1。测量模块的第一引脚1连接到蓄电池的正极，第二引脚2连接到蓄电池的负极，测量模块的第三引脚3被拉低后，三极管Q1导通，接通蓄电池参数测量电路和稳压电路，第一微控制单元得电，开始工作，第一微控制单元采样第三电阻R3和第四电阻R4的分压点，获得蓄电池电压的测量数据，测量数据经过串行编码后，通过第一光耦继电器OP1发送到信号总线上。然后第一微控制单元驱动第二光耦继电器OP2导通，启动下一个测量模块。当测量模块的第三引脚3被拉高或悬空，三极管Q1关断，测量模块失电，第二光耦继电器OP2输出也断开。
如图4所示，测试主机包括稳压电源、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第二微控制单元、第三光耦继电器OP3，稳压电源和第二微控制单元、第三光耦继电器OP3连接，第十一电阻R11、第十二电阻R12连接在第二微控制单元和第三光耦继电器OP3之间，第三光耦继电器OP3与第一测量模块的电源控制开关连接。稳压电源提供整个测试主机的能源，第十一电阻R11用来连接外部的信号总线，并将测量数据传给第二微控制单元，第二微控制单元可通过第十二电阻R12、第三光耦继电器OP3控制连接的第一测量模块的电源控制开关。
测试主机负责开启第一测量模块的电源控制开关，每个测量模块完成测量并发送测量数据后，依次开启下一测量模块，测量数据通过信号总线发送到测试主机；全部测试完成后，测试主机可以一次性关闭所有的测量模块。测量模块采用级联方式，每个测量模块可以控制下一测量模块的电源控制开关，而所有测量模块的测量数据通过输出信号并联在信号总线上；在信号总线上，依次出现每个测量模块的测量数据，测试主机根据数据出现的顺序可以获得全部蓄电池的参数信息；所有的蓄电池测量完成后，测试主机可以切断第一测量模块的电源控制开关，并连锁关闭所有的测量模块。
本发明蓄电池的在线测量系统的测量方法具体包括以下步骤：测试主机连接第一测量模块，通过测试主机的第二引脚12输出信号以导通第一测量模块的电源控制开关，第一测量模块接通第一蓄电池，第一测量模块的稳压电路工作给第一微控制单元和蓄电池参数测量电路供电，第一测量模块的蓄电池参数测量电路开始测量第一蓄电池的参数(比如电压)并得出测量数据，蓄电池参数测量电路测量结束后，第一测量模块的第一微控制单元将测量数据转换成数字信号，再经过串行编码，编码后的测量数据通过第一测量模块的信号隔离开关以开关方式发送到信号总线上，被测试主机接收，测试主机内的第十一电阻R11把编码后的测量数据还原成高低电平的变化，经过测试主机内的第二微控制单元解码，即可还原第一蓄电池的参数，从而完成对第一蓄电池的测量；然后第一测量模块打开电源隔离开关，电源隔离开关导通，打开第二测量模块的电源控制开关，使第二测量模块接通第二蓄电池，第二测量模块开始测量第二蓄电池的参数，如此依次循环，重复上述第一测量模块的过程直至全部的测量模块输出测量数据。测试主机在获得了全部的蓄电池参数后，关闭第一测量模块的电源控制开关，第一测量模块断电，第一测量模块的电源隔离开关断开，第二测量模块断电，如此依次直至全部的测量模块全部断电，测量结束，从而完成一次全部蓄电池测量任务。
以下以举个例子进一步说明系统原理：如图3所示，测量模块的第一引脚连接蓄电池的正极，测量模块的第二引脚连接蓄电池的负极，测量模块的第三引脚被前一测量模块(或者测试主机)拉低后，三极管Q1导通，三极管Q1的集电极电压约等于三极管Q1发射极电压，即等于蓄电池电压，设蓄电池的电压为12V，经过第三电阻R3、第四电阻R4分压后送入第一微控制单元的P2引脚，取第三电阻R3为3K欧姆和第四电阻R4为1K欧姆，则第一微控制单元的P2引脚上面的电压为12V*1K/(1K+3K)＝3V，若第一微控制单元内部AD转换电路的参考电压为5V，转换精度为10位，则AD转换结果约为614(通过3/5*210算出)，其二进制表示为1001100110，第一微控制单元的P1引脚这一序列的二进制数据经过测量模块的第四引脚4和第五引脚5发送到测试主机，测试主机接收，并还原这一数据为614，再按照614/210*5V*(1K+3K)/1K即可得到蓄电池的电压约为12V。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1.一种蓄电池的在线测量系统的测量方法，所述的蓄电池的在线测量系统包括：一个测试主机和两个以上的测量模块，蓄电池的参数测量由测量模块完成，每个测量模块连接一个蓄电池，测试主机连接第一测量模块，第一测量模块与其它的测量模块顺序连接，每个测量模块都包括电源隔离开关、电源控制开关、稳压电路、信号隔离开关、蓄电池参数测量电路、第一微控制单元，电源隔离开关、稳压电路、信号隔离开关与第一微控制单元连接，电源控制开关和稳压电路连接，蓄电池参数测量电路和第一微控制单元连接；所述测量模块采用级联方式；所述每个测量模块至少有第一引脚至第六引脚，测试主机具有第一引脚至第四引脚；所述测试主机通过其第一引脚连接到第一蓄电池的负极，测试主机的第二引脚连接到第一测量模块的第三引脚，通过测试主机的第二引脚导通第一测量模块的电源控制开关；所述电源控制开关包括第一电阻、第二电阻、三极管，蓄电池参数测量电路包括第三电阻和第四电阻，稳压电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、电压基准芯片，电源隔离开关包括第八电阻和第二光耦继电器，信号隔离开关包括第九电阻和第一光耦继电器；所述测试主机包括稳压电源、第十一电阻、第十二电阻、第二微控制单元、第三光耦继电器，稳压电源分别和第二微控制单元、第三光耦继电器连接，第十一电阻、第十二电阻连接在第二微控制单元和第三光耦继电器之间，第三光耦继电器与第一测量模块的电源控制开关连接；其特征在于，所述的测量方法是通过以下步骤实现的：
测试主机连接第一测量模块，第一测量模块接通第一蓄电池，第一测量模块的稳压电路工作给第一微控制单元和蓄电池参数测量电路供电，第一测量模块的蓄电池参数测量电路开始测量第一蓄电池的参数并得出测量数据，蓄电池参数测量电路测量结束后，第一测量模块的第一微控制单元将测量数据转换成数字信号，再经过串行编码，编码后的测量数据通过第一测量模块的信号隔离开关以开关方式发送到信号总线上，被测试主机接收，测试主机内的第十一电阻把编码后的测量数据还原成高低电平的变化，经过测试主机内的第二微控制单元解码，还原第一蓄电池的参数，从而完成对第一蓄电池的测量；然后第一测量模块打开电源隔离开关，电源隔离开关导通，打开第二测量模块的电源控制开关，使第二测量模块接通第二蓄电池，第二测量模块开始测量第二蓄电池的参数，如此依次循环，重复上述第一测量模块的过程直至全部的测量模块输出测量数据。
2.如权利要求1所述的蓄电池的在线测量系统的测量方法，其特征在于，所述测试主机在获得了全部的蓄电池参数后，关闭第一测量模块的电源控制开关，第一测量模块断电，第一测量模块的电源隔离开关断开，第二测量模块断电，如此依次直至全部的测量模块全部断电，测量结束，从而完成一次全部蓄电池测量任务。
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