CN102156266B - 一种基于智能浮地法测量电池电压的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于智能浮地法测量电池电压的装置及方法，所述装置包括主控单元，所述主控单元的通讯口通过隔直通讯电容接入测量单元中的MCU模块，测量单元通过MCU模块接入储能单元；所述测量单元包括MCU模块、浮地开关、若干测量切换电子开关和由若干被测电池组成的。本发明的有益效果为：操作简便，电路原理清晰，可采用测量模块浮地的方法实现电池电压的读取，且可扩展性好，只需根据被测电池组的串数扩展相应的单元。

Description

一种基于智能浮地法测量电池电压的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于智能浮地法测量电池电压的装置及方法。

背景技术

应急电源多采用蓄电池提供能源，为了获得足够高的电压，通常采用多块电池串联的方式进行工作，例如用24、32或48节蓄电池组成。电池组的失效往往是从单块电池失效开始的，尤其对于使用时间较长但又不超过使用期限的电池组，依靠维护人员的日常检查既耗时又不方便，也不符合现代管理的需要。因此，对于单块电池的电压进行自动巡检，以便及时发现问题，就变得极为重要。而对电池组单块电池电压进行测量存在以下主要技术难点：（1）从降低成本角度考虑可采用多路选择方式测量，但是其电压范围超出了标准模拟开关产品的工作电压范围，而采用机械继电器，将在速度、使用寿命、工作的可靠性方面都难以令人满意。（2）为确保测量的精度，单元电池采用悬浮测量，系统设计时要考虑信号采集电路与信号处理电路采取有效的电气隔离。（3）由于电池组串联电池数的增加，测量电路的功耗难于降低。国内已有很多关于单个单元电池的端电压侧测量方法的提出，构造电阻网络提取电压、继电器切换和V／F转换无触点采样提取电压。

电阻网络提取电压，从理论上分析这种方法是可行的，但在实际中却难以实现。比如，24节标称电压为12 V蓄电池，单节电池测试精度为0.5％的测试系统，单节电池测试绝对误差为±60 mV，24节串联积累的绝对误差可达1.44V，显然，其相对误差可达到12％，这在应急电源监控系统中经常会造成误报警，所以不能满足应急电源监控系统的要求。 

继电器切换提取电压，传统的比较成熟的测试方法是用继电器和大的电解电容做隔离处理，其基本的测试原理是：首先将继电器闭合，对电解电容充电；测量时把继电器闭合到另一区，将电解电容和蓄电池隔离开来，由于电解电容保持有该蓄电池的电压信号，因此，测试部分只需测电解电容上的电压，即可得到相应的蓄电池电压。此方法具有原理简单、造价低的优点。但是由于继电器存在着机械动作慢，使用寿命低等缺陷，实践证明，根据这一原理实现的检测装置在速度、使用寿命、工作的可靠性方面都难以令人满意。为解决上面问题可将机械继电器改用光耦继电器，这样无需外加电解电容提高了可靠性，速度和使用寿命也随之达到要求，但相对成本要大大提高。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于智能浮地法测量电池电压的装置及方法，该装置操作简便，电路原理清晰，可采用测量模块浮地的方法实现电池电压的读取。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种基于智能浮地法测量电池电压的装置，包括主控单元和测量单元，所述测量单元包括微控制单元（MCU）模块、浮地开关（KG）、若干测量切换电子开关（如K1X， K1S，……KN-1X，KN-1S，KNX，KNS）和由若干被测电池组成的被测电池组（如E1，E2，……EN-1，EN），其中，MCU模块连接浮地开关，若干测量切换电子开关均通过MCU模块的AD口接入相对应的被测电池，所述MCU模块的AD口用于采集电压；所述主控单元的通讯口通过隔直通讯电容（如Ccom）接入测量单元中的MCU模块，所述测量单元通过MCU模块接入储能单元。

所述储能单元包括二极管、储能电容（C）和三端稳压器，其中，储能电容一端接地，另一端接入二极管和三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端接入MCU模块。

一种基于智能浮地法测量电池电压的方法，包括以下步骤：

1）MCU模块通过通讯口得到主控单元的测量命令后，断开浮地开关KG，MCU模块由储能单元中的储能电容C供电；

2）在步骤1）的状态下，闭合需要被测量电池的相对应的测量切换电子开关，测量该被测电池的电压；

3）由MCU模块的AD口读取该被测电池的电压值；

4）断开步骤2）中所述的测量切换电子开关，闭合浮地开关KG，由电池组给储能电容C充电；同时把步骤2）中所述的测量电压值通过隔直通讯电容Ccom传给主控单元；

5）等待通讯口从主控单元发出下一个电池测量命令，当主控单元发出下一个电池测量命令时，重复步骤1）-4）；

6）在步骤1）-5）间循环执行，直到主控单元发出关机命令后停止。

本发明的有益效果为：操作简便，电路原理清晰，可采用测量模块浮地的方法实现电池电压的读取，在应用方面，其具有很强的实行性及实用性，可扩展性能好，只需根据被测电池组的串数扩展相应的单元，且装置采用的切换控制器件无大功率、高压等特殊要求，易于实现。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的一种基于智能浮地法测量电池电压的装置的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例所述的一种基于智能浮地法测量电池电压的装置，包括主控单元，所述主控单元的通讯口1通过隔直通讯电容（Ccom）接入测量单元2中的MCU模块，所述测量单元2通过MCU模块接入储能单元3。

所述测量单元2包括MCU模块、浮地开关（KG）、若干测量切换电子开关（K1X，K1S……KN-1X，KN-1S，KNX，KNS）和由若干被测电池组成的被测电池组（E1，E2，……EN-1，EN），其中，MCU模块连接浮地开关，若干测量切换电子开关均通过MCU模块的AD口与MCU模块串联接入相对应的被测电池，所述MCU模块的AD口用于采集电压。

所述储能单元包括二极管、储能电容（C）和三端稳压器，其中，储能电容一端接地，另一端接入二极管和三端稳压器的输入端，三端稳压器的输出端接入MCU模块。

本发明基于智能浮地法测量电池电压的方法，包括以下步骤：

1）MCU模块通过通讯口得到主控单元的测量命令后，断开浮地开关KG，MCU模块由储能单元中的储能电容C供电；

2）在步骤1）的状态下，闭合需要被测量电池的相对应的测量切换电子开关，测量该被测电池的电压；

3）由MCU模块的AD口读取该被测电池的电压值；

4）断开步骤2）中所述的测量切换电子开关，闭合浮地开关KG，由电池组给储能电容C充电；同时把步骤2）中所述的测量电压值通过隔直通讯电容Ccom传给主控单元；

5）等待通讯口从主控单元发出下一个电池测量命令，当主控单元发出下一个电池测量命令时，重复步骤1）-4）；

6）在步骤1）-5）间循环执行，直到主控单元发出关机命令后停止。

本发明的实施例中，E1，E2，……EN-1，EN为被测电池组，K1X，K1S……KN-1X，KN-1S，KNX，KNS为每组电池的测量切换电子开关，KG为浮地开关，C为储能电容，Ccom为隔直通讯电容，MCU模块为测量单元2的单片机，其具有AD口和足够的输入输出端口。

工作原理为：本系统平时测量切换电子开关断开，浮地开关KG合上，当MCU模块在通讯口1得到主控单元的测量使能命令后，断开KG，MCU模块由储能电容C供电，随后根据命令的要求闭合测量切换电子开关K1S、K1X……KNS、KNX中需测量的相对应的某个开关，该电池的电压被MCU模块的AD口读得；之后断开该测量切换电子开关，闭合浮地开关KG，电池组给储能电容C充电，等待下一节电池的测量使能命令。在等待期间该电压的值可通过Ccom传给主控单元。上述测量是循环连续的，所以，可以实现连续的实时的电池组电压值的读取。

Claims (3)

1.一种基于智能浮地法测量电池电压的装置，包括主控单元和测量单元（2），其特征在于：所述测量单元（2）包括MCU模块、浮地开关、若干测量切换电子开关和若干被测电池，其中，MCU模块的电源地（GND）连接浮地开关的地，被测电池的电压通过相对应的测量切换电子开关接入MCU模块的AD口；所述主控单元（1）的通讯口通过隔直通讯电容接入测量单元（2）中的MCU模块的通讯口；所述测量单元（2）的电源与储能单元（3）的电源输出连接。

2.根据权利要求1所述的基于智能浮地法测量电池电压的装置，其特征在于：所述储能单元（3）包括二极管、储能电容和三端稳压器，其中，储能电容一端接地（GND），储能电容另一端接入二极管与三端稳压器输入端的公共端，三端稳压器的输出端接入MCU模块。

3.一种基于智能浮地法测量电池电压的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）MCU模块通过通讯口得到主控单元的测量命令后，断开浮地开关KG，这时测量单元（2）与电池组、储能单元（3）组成的供电关系断开，测量单元（2）中的MCU模块由储能单元中的储能电容C经三端稳压器稳压后供电；

2）在步骤1）的状态下，闭合需要被测量电池的相对应的测量切换电子开关，测量该被测电池的电压；

3）由MCU模块的AD口读取该被测电池的电压值；

4）断开步骤2）所述的测量切换电子开关，闭合浮地开关KG，由电池组给储能电容C充电，同时把2）所述的测量电压值通过隔直通讯电容Ccom传给主控单元；

5）等待通讯口从主控单元发出下一个电池测量命令，当主控单元发出下一个电池测量命令时，重复步骤1）-4）；

6）在步骤1）-5）间循环执行，直到主控单元发出关机命令后停止。

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