CN103943901B - 一种铅酸蓄电池电流采集系统及其方法 - Google Patents

一种铅酸蓄电池电流采集系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预埋电流采集组件且能够自身管理充放电的铅酸蓄电池电流采集系统及其方法。它包括蓄电池、电池盖、电池管理系统、盖片、正负端子极柱和电流采集组件，正负端子极柱安装在蓄电池上，电池盖安装在蓄电池设有正负端子极柱的一端，电池管理系统安装在电池盖上且与蓄电池连接，盖片安装在电池盖上且置于电池管理系统上方，电流采集组件安装在正负端子极柱上，正负端子极柱上设有端子盖片且置于电流采集组件上方。本发明的有益效果是：通过预埋电流采集组件的方式提高蓄电池的安全性能；电池管理系统实现对蓄电池自身的充放电流进行控制，提高蓄电池的使用寿命；通过双向无线传输电路，形成一个无线的蓄电池内置蓄电池管理系统。

Description

一种铅酸蓄电池电流采集系统及其方法
技术领域
本发明涉及电池管理系统相关技术领域，尤其是指一种铅酸蓄电池电流采集系统及其方法。
背景技术
单格的铅酸蓄电池端电压为2V，需要有多个单格的铅酸蓄电池串联成一个单体电压相对较高的电压后进行使用，如：单体6V、8V、12V、16V等，在需要更大能量输出或功率输出时，一般采用高电压作为供电压，降低工作电流的模式较为实用，因此，需要对上述中单格的铅酸蓄电池进行串联，以铅酸蓄电池组的形式进行工作。由于单格的铅酸蓄电池不一致性和各个单格的铅酸蓄电池工作环境的不一致性，导致单格的铅酸蓄电池将出现容量的不一致性，最终将出现单格的铅酸蓄电池落后或者是损坏，严重时将损坏整组铅酸蓄电池，造成重大损失和安全隐患。
目前市场上已有相关蓄电池管理或监测系统，通过在蓄电池组的外部接线端口处进行电压、电流、温度采样，通过外置的控制器进行均衡，实现对蓄电池的控制，并取得实用效果。但是上述方法主要应于相对固定的单格蓄电池组，并需要有一定的安装空间，才能实施。由于外接管理系统蓄电池之间要布线，成本高，而且存在重大的安全隐患，对于电动汽车等空间狭小、安全性要求较高的场合，外置的管理系统将存在很多不适应的情况。
另外，现有的电动车的电流采集系统一般使用采样电阻或外接霍尔传感器来实现。而采样电阻由于电阻发热会损耗电能，并且由于发热问题可能会引起的火灾隐患，采样电阻的串接在蓄电池的放电回路中，等效的增加蓄电池的内阻，在大电流放电时将严重影响起动电流，降低了蓄电池的起动性能。外接采样的电流均需要有外接线路进行连接，并存在易短路损坏的风险。用外接电流采样器极不方便，造成很多电动车企业和其他类型的用户基本都不对蓄电池进行有效的电量和蓄电池管理，给蓄电池的使用带来很大的安全问题。
中国专利申请公告号：CN103129408A，申请公告日2016年6月5日，公开了一种蓄电池管理系统，其能很好地进行车辆的驱动能量控制，由此能精准地将目的地的蓄电池剩余电量控制为目标蓄电池剩余电量，其中，该车辆以电机作为动力源，由蓄电池向该电机供电而驱动该电机。在车辆中，根据使用者设定的目标蓄电池剩余电量来控制蓄电池的电力消费并且检测存储相关于蓄电池劣化现象的劣化相关参数，在服务器中，求出表示劣化相关参数对蓄电池的劣化现象的影响程度的劣化参数系数。在车辆中，根据劣化参数系数和劣化相关参数控制蓄电池的电力消费。根据车辆到达目的地时的实际蓄电池剩余电量求出实际蓄电池劣化程度，根据实际蓄电池劣化程度修正求出劣化参数系数用的图表。该发明的不足之处在于，对于蓄电池的剩余电量采集仍使用采样电阻或外接霍尔传感器来实现，而采样电阻由于电阻发热会损耗电能，并且由于发热问题可能会引起的火灾隐患，采样电阻的串接在蓄电池的放电回路中，等效的增加蓄电池的内阻，在大电流放电时将严重影响起动电流，降低了蓄电池的起动性能；外接霍尔传感器需要有外接线路进行连接，并存在易短路损坏的风险，给蓄电池的使用带来很大的安全问题。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种预埋电流采集组件且能够自身管理充放电的铅酸蓄电池电流采集系统及其方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种发动机机舱前围隔噪装置，包括蓄电池、电池盖、电池管理系统、盖片、正负端子极柱和电流采集组件，所述的正负端子极柱安装在蓄电池上，所述的电池盖安装在蓄电池设有正负端子极柱的一端，所述的电池管理系统安装在电池盖上且与蓄电池连接，所述的盖片安装在电池盖上且置于电池管理系统上方，所述的电流采集组件安装在正负端子极柱上，所述的正负端子极柱上设有端子盖片且置于电流采集组件上方。
本发明中，电流采集组件安装在蓄电池的正负端子极柱上，用于检测蓄电池的充放电电流、SOC估算、充放电保护等功能。这种采集的方式是一种预埋的方式，蓄电池的通过正负端子极柱对外输出直流电流，正负端子极柱的周围即产生电磁感应，而电流产生的磁场被电流采集组件所约束，电流采集组件内部的磁感应强度大幅增加，将引起电流采集组件输出电压的变化，通过电池管理系统计算，得到蓄电池的充放电电流的大小，完成电流采样过程，同时计算蓄电池的剩余容量，通过电池管理系统来实现蓄电池的充放电保护，有效的延长了蓄电池的使用寿命。
作为优选，所述的电流采集组件与蓄电池是一体成型的，所述的电流采集组件包括感应磁环和电流传感器，所述的感应磁环上设有一个开口，所述的电流传感器安装在开口内，所述的电流传感器与电池管理系统连接。电流采集组件与蓄电池是一体成型的，实现了电流采集组件的预埋方式。蓄电池通过正负端子极柱对外输出直流电流，正负端子极柱的周围产生电磁感应，而电流产生的磁场被正负端子极柱周围的高导磁材料制作而成的感应磁环所约束，感应磁环内部的磁感应强度大幅增加，由于感应磁环是一开口环型结构，在开口处放置一个电流传感器，感应磁环中的磁感应强度的大小，将引起电流传感器的输出电压的变化，通过电池管理系统的计算，得到蓄电池的充放电电流的大小，完成电流采样过程。
作为优选，所述感应磁环的内径大于正负端子极柱的直径，所述的感应磁环和正负端子极柱之间设有密封胶。提高了电流采集组件的牢固程度，结构简单。
作为优选，所述的密封胶内设有电流引线，所述的电流引线一端连接正负端子极柱，另一端连接电池管理系统。通过密封胶能够提高电流引线的安全性能。
作为优选，所述的电池管理系统包括微控制器、均衡电路、散热装置、电量指示装置和电源模块，所述的电流传感器、均衡电路、散热装置、电量指示装置和电源模块均与微控制器连接。这样设计可以实现电流采集、充放电自动均衡等，提高了蓄电池的散热效果，延长了蓄电池的使用寿命，能够及时连接蓄电池的情况，安装维护方便。
作为优选，所述的电池管理系统还包括温度采集组件和电压采集组件，所述的温度采集组件和电压采集组件均与微控制器连接。这样设计可以实现温度采集与电压采集，更好的监测蓄电池的实时使用情况，能够进一步的保证蓄电池的正常使用。
作为优选，所述的电池管理系统还包括双向无线传输电路，所述的双向无线传输电路包括具有双向通讯功能的无线通讯模块，所述的双向无线传输电路与微控制器连接。通过双向无线传输电路，与外部的显示系统或互联网进行通讯，完成蓄电池信息的上传，形成一个无线的蓄电池内置蓄电池管理系统，提高了蓄电池使用的安全性能。
作为优选，所述的微控制器为单片机，所述的电流传感器为霍尔传感器。微控制器是具有数字处理能力的单片机，其内部包括运算处理器、内存、程序空间、输入输出口、串行通讯、模数转换、定时器等功能。
基于铅酸蓄电池电流采集系统的采集方法，将电流采集组件预埋在正负端子极柱上，通过电流采集组件内感应磁环与正负端子极柱之间的配合使用，采集电流传感器的数据通过电池管理系统来进行电流采集，其具体操作步骤如下：
(1)蓄电池通过正负端子极柱对外输出直流电流；
(2)置于正负端子极柱周围的感应磁环产生电磁感应，引起在感应磁环的开口处的电流传感器的输出电压的变化，电流传感器将采集到的数据传输给微控制器；
(3)微控制器通过对电流传感器采集到的蓄电池充放电流进行积分，得到蓄电池的充放电电流的大小，计算蓄电池的剩余容量。
本发明所对应的方法中，通过蓄电池的任一正负端子极柱上套有电流采集组件，进行电流采集的方法，实现蓄电池本体对蓄电池自身的充放电流进行电流采集的目的，能够极大的保证蓄电池不会过充或者过度消耗，确保蓄电池在正常的适用范围内使用，提高蓄电池的使用寿命，且不需要外部接线，提高了蓄电池的安全性能。
作为优选，在步骤(3)之后添加步骤(4)，通过计算得到的蓄电池剩余
容量来判断蓄电池的充放电状态，当蓄电池的电容量达到饱合状态时，暂停充电过程；当蓄电池的电容量处于欠压状态时，暂停放电过程。操作方便快捷，安全可靠，使用寿命长。
本发明的有益效果是：通过预埋电流采集组件的方式使得蓄电池不需要外部接线，提高了蓄电池的安全性能；电池管理系统实现蓄电池本体对蓄电池自身的充放电流进行控制，能够极大的保证蓄电池不会过充或者过度消耗，确保蓄电池在正常的适用范围内使用，提高蓄电池的使用寿命；通过双向无线传输电路，形成一个无线的蓄电池内置蓄电池管理系统，提高了蓄电池使用安全性能以及使用范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中的局部结构示意图；
图3是电流采集组件的结构示意图。
图中：1.蓄电池，2.电池盖，3.电池管理系统，4.盖片，5.正负端子极柱，6.端子盖片，7.感应磁环，8.电流传感器，9.电流引线，10.密封胶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2、图3所述的实施例中，一种铅酸蓄电池电流采集系统，包括蓄电池1、电池盖2、电池管理系统3、盖片4、正负端子极柱5和电流采集组件，正负端子极柱5安装在蓄电池1上，电池盖2安装在蓄电池1设有正负端子极柱5的一端，电池管理系统3安装在电池盖2上且与蓄电池1连接，盖片4安装在电池盖2上且置于电池管理系统3上方，电流采集组件安装在正负端子极柱5上，正负端子极柱5上设有端子盖片6且置于电流采集组件上方，电流采集组件与蓄电池1是一体成型的，电流采集组件包括感应磁环7和电流传感器8，电流传感器8为霍尔传感器，感应磁环7上设有一个开口，电流传感器8安装在开口内，感应磁环7的内径大于正负端子极柱5的直径，感应磁环7和正负端子极柱5之间设有密封胶10，密封胶10内设有电流引线9，电流引线9一端连接正负端子极柱5，另一端连接电池管理系统3，电流传感器8与电池管理系统3连接。
电池管理系统3包括微控制器、温度采集组件、电压采集组件、均衡电路、散热装置、电量指示装置、电源模块和双向无线传输电路，电流传感器8、温度采集组件、电压采集组件、均衡电路、散热装置、电量指示装置、电源模块和双向无线传输电路均与微控制器连接。均衡电路包括电阻耗电均衡模式和电磁能量转换均衡模式，双向无线传输电路包括具有双向通讯功能的无线通讯模块。微控制器是具有数字处理能力的单片机，内部包括运算处理器、内存、程序空间、输入输出口、串行通讯、模数转换、定时器等功能。电源模块通过电压升降压模式从蓄电池1两端获取相应的电压值，作为微控制器的工作电源；电压采样组件采集电压并转换成微控制器可识别的电压信号，传输到微控制器；蓄电池1的温度信息通过温度采集组件传送到微控制器；安装在感应磁环7上的电流传感器8感应相对应的电流信息，传输到微控制器；微控制器经过内部程序的运算，控制均衡电路，使得蓄电池1所产生热量由散热装置对蓄电池1的外部进行热量的传输。微控制器通过电流传感器8对蓄电池1充放电电流进行积分，计算出蓄电池1的剩余容量SOC，由电量指示装置显示出来。
铅酸蓄电池电流采集方法是，将电流采集组件预埋在正负端子极柱5上，通过电流采集组件内感应磁环7与正负端子极柱5之间的配合使用，采集电流传感器8的数据通过电池管理系统3来进行电流采集。其具体操作步骤为：蓄电池1通过正负端子极柱5对外输出直流电流，置于正负端子极柱5的周围的感应磁环7产生电磁感应，而电流产生的磁场被正负端子极柱5周围的高导磁材料制作而成的感应磁环7所约束，感应磁环7内部的磁感应强度大幅增加，由于感应磁环7是一个具有开口的环型结构，在感应磁环7的开口处放置一个电流传感器8，感应磁环7中的磁感应强度的大小，将引起电流传感器8的输出电压的变化，电流传感器8将采集到的数据传输给微控制器，微控制器通过对电流传感器8采集到的蓄电池1充放电流进行积分，得到蓄电池1的充放电电流的大小，完成电流采样过程。同时，微控制器通过对电流传感器8采集到的蓄电池1充放电流进行积分，计算蓄电池1的剩余容量，当蓄电池1的电容量达到饱合状态时，通过蓄电池1内的其他装置发送信号给充电装置，暂停充电过程，防止蓄电池1因为过充电引起失水率的上升，延长蓄电池1的使用寿命；当蓄电池1的电容量处于欠压状态时，通过蓄电池1内的其他装置发送信号给电机控制装置，暂停蓄电池1向电机输出功率，限制蓄电池1因为过放电而引起蓄电池1内部极板的损坏，严重的过放电会加剧蓄电池组一致性的劣化，延长蓄电池1的使用寿命。

Claims (7)

1.一种铅酸蓄电池电流采集系统，其特征是，包括蓄电池(1)、电池盖(2)、电池管理系统(3)、盖片(4)、正负端子极柱(5)和电流采集组件，所述的正负端子极柱(5)安装在蓄电池(1)上，所述的电池盖(2)安装在蓄电池(1)设有正负端子极柱(5)的一端，所述的电池管理系统(3)安装在电池盖(2)上且与蓄电池(1)连接，所述的盖片(4)安装在电池盖(2)上且置于电池管理系统(3)上方，所述的电流采集组件安装在正负端子极柱(5)上，所述的正负端子极柱(5)上设有端子盖片(6)且置于电流采集组件上方，所述的电流采集组件与蓄电池(1)是一体成型的，所述的电流采集组件包括感应磁环(7)和电流传感器(8)，所述的感应磁环(7)上设有一个开口，所述的电流传感器(8)安装在开口内，所述的电流传感器(8)与电池管理系统(3)连接，所述的电池管理系统(3)包括微控制器、均衡电路、散热装置、电量指示装置和电源模块，所述的电流传感器(8)、均衡电路、散热装置、电量指示装置和电源模块均与微控制器连接，所述的电池管理系统(3)还包括双向无线传输电路，所述的双向无线传输电路包括具有双向通讯功能的无线通讯模块，所述的双向无线传输电路与微控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池电流采集系统，其特征是，所述感应磁环(7)的内径大于正负端子极柱(5)的直径，所述的感应磁环(7)和正负端子极柱(5)之间设有密封胶(10)。
3.根据权利要求2所述的一种铅酸蓄电池电流采集系统，其特征是，所述的密封胶(10)内设有电流引线(9)，所述的电流引线(9)一端连接正负端子极柱(5)，另一端连接电池管理系统(3)。
4.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池电流采集系统，其特征是，所述的电池管理系统(3)还包括温度采集组件和电压采集组件，所述的温度采集组件和电压采集组件均与微控制器连接。
5.根据权利要求1所述的一种铅酸蓄电池电流采集系统，其特征是，所述的微控制器为单片机，所述的电流传感器(8)为霍尔传感器。
6.基于铅酸蓄电池电流采集系统的采集方法，其特征是，将电流采集组件预埋在正负端子极柱(5)上，通过电流采集组件内感应磁环(7)与正负端子极柱(5)之间的配合使用，采集电流传感器(8)的数据通过电池管理系统(3)来进行电流采集，其具体操作步骤如下：
(1)蓄电池(1)通过正负端子极柱(5)对外输出直流电流；
(2)置于正负端子极柱(5)周围的感应磁环(7)产生电磁感应，引起在感应磁环(7)的开口处的电流传感器(8)的输出电压的变化，电流传感器(8)将采集到的数据传输给微控制器；
(3)微控制器通过对电流传感器(8)采集到的蓄电池(1)充放电流进行积分，得到蓄电池(1)的充放电电流的大小，计算蓄电池(1)的剩余容量。
7.根据权利要求6所述的基于铅酸蓄电池电流采集系统的采集方法，其特征是，在步骤(3)之后添加步骤(4)，通过计算得到的蓄电池(1)剩余容量来判断蓄电池(1)的充放电状态，当蓄电池(1)的电容量达到饱合状态时，暂停充电过程；当蓄电池(1)的电容量处于欠压状态时，暂停放电过程。
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