CN104459548A - 一种新型的无线开口铅酸电池监测系统和无线管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型的无线开口铅酸电池监测系统，铅酸电池系统包括：与负载连接的电池；第一微处理器，接收铅酸电池系统中的检测信号，依据检测信号判断电池性能并发出通讯信号；液面高度检测单元，检测电池内的电解液的液面高度得到液面高度检测信号；内阻检测单元，检测电池的内阻得到内阻检测信号；第一无线收发单元，与第一微处理器电性连接以传输通讯信号。本发明内阻检测单元和液面高度检测单元能够进一步检测电池的内阻和电解液的液面高度，判定电池性能的指标较全面，检测更准确；直接测量电池的电解液温度，测量结果更可靠；能够无线监控多个电池的性能，监测电路直接连接在电池的正负极两个极柱上，无需布线，更方便实用。
Description
技术领域
本发明涉及电池监测与管理领域，尤其涉及一种新型的无线开口铅酸电池监测系统和无线管理系统。
背景技术
目前，开口铅酸电池已经被广泛应用于牵引动力系统的电源等领域，开口铅酸电池的性能指标对其应用产品的可靠性和稳定性有着重大影响，若开口铅酸电池失效，甚至有可能造成重大事故，因此，对开口铅酸电池的性能监测就显得尤为必要。
开口铅酸电池的监测参数主要是电压、电流、温度、内阻、电解液的液面高度等，同时，众所周知，开口铅酸蓄电池在充供电过程中不可避免地会导致电解液的损失，而在现有技术中，通常仅仅通过开口铅酸电池的电压、电流和温度这三个指标来保护开口铅酸电池的过充电、过放电和热失控，但是，电池内阻是电池性能和老化程度的最重要判定指标，而电解液缺少则会导致电池迅速失效甚至损坏，造成电池寿命缩短和生产成本上升，甚至发生事故，因此，现有的开口铅酸电池的性能监测方法已经不能满足实际生产的需求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种新型的无线开口铅酸电池监测系统和无线管理系统，所述内阻检测单元能够进一步检测电池的内阻，判定电池性能的指标更准确，所述液面高度检测单元能够进一步检测电池的电解液的液面高度，对于电解液容量的检测方法更准确；直接测量电池的电解液温度，相对传统技术的测量电池外壳温度而言，测量指标更准确，测量结果更具有参考价值；能够无线监控多个电池的性能，便于系统的扩展，维护升级，更方便实用。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种新型的无线开口铅酸电池监测系统，包括：
电池，与负载连接以提供电能；
第一微处理器，接收所述新型的无线开口铅酸电池监测系统中的检测信号，依据所述检测信号判断电池性能并发出通讯信号，所述检测信号包括电压检测信号、电流检测信号、电解液温度检测信号、液面高度检测信号和内阻检测信号；
液面高度检测单元，所述液面高度检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池内的电解液的液面高度得到所述液面高度检测信号，并将所述液面高度检测信号传送至所述第一微处理器；
内阻检测单元，所述内阻检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池的内阻得到所述内阻检测信号，并将所述内阻检测信号传送至所述第一微处理器；
第一无线收发单元，与所述第一微处理器电性连接以传输所述通讯信号。
在本发明一个较佳实施例中，所述新型的无线开口铅酸电池监测系统进一步包括：
电压检测单元和信号调理电路，所述信号调理电路连接在所述电压检测单元和所述第一微处理器之间，所述电压检测单元检测所述电池的电压得到所述电压检测信号，所述电压检测信号经过所述信号调理电路处理后传送至所述第一微处理器；
电解液温度检测单元，所述电解液温度检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池的电解液的温度得到所述电解液温度检测信号，并将所述电解液温度检测信号传送至所述第一微处理器。
在本发明一个较佳实施例中，所述液面高度检测单元包括液位传感器，所述电解液温度检测单元包括温度传感器。
在本发明一个较佳实施例中，所述无线开口铅酸电池监测系统进一步包括供电电压调节单元，所述供电电压调节单元与所述第一微处理器电性连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述内阻检测单元测量电池内阻的方法包括以下步骤：
a)利用恒流源对电池注入一个恒定的交流电流信号，然后测量电池两端的交流电压信号，所述交流电压信号经过第一移相器处理形成第一信号，所述交流电流信号经过第二移相器处理形成第二信号；
b)将所述交流电压信号与所述交流电流信号经过第一模拟乘法器处理形成第三信号；将所述第一信号与所述第二信号经过第二模拟乘法器处理形成第四信号；
c）将所述第三信号和第四信号经过加法器处理形成第五信号；
d）对所述第五信号依次进行直流放大、模数转换处理后传送至第一微处理器。
本发明还提供一种无线管理系统，包括至少一个所述新型的无线开口铅酸电池监测系统、电流检测单元和监控单元，每一个所述新型的无线开口铅酸电池监测系统与所述监控单元无线连接，所述电流检测单元检测所述电池的电流得到所述电流检测信号，并将所述电流检测信号传送至其中一个所述第一微处理器，该第一微处理器通过第一无线收发单元将所述电流检测信号传送至所述监控单元，所述铅酸电池系统包括：
电池，与负载连接以提供电能；
第一微处理器，接收所述新型的铅酸电池系统中的检测信号，依据所述检测信号判断电池性能并发出通讯信号，所述检测信号包括电压检测信号、电流检测信号、电解液温度检测信号、液面高度检测信号和内阻检测信号；
液面高度检测单元，所述液面高度检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池内的电解液的液面高度得到所述液面高度检测信号，并将所述液面高度检测信号传送至所述第一微处理器；
内阻检测单元，所述内阻检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池的内阻得到所述内阻检测信号，并将所述内阻检测信号传送至所述第一微处理器；
第一无线收发单元，与所述第一微处理器电性连接以传输所述通讯信号。
在本发明一个较佳实施例中，所述电流检测单元包括霍尔电流传感器。
在本发明一个较佳实施例中，所述监控单元包括第二微处理器和第二无线收发单元。
在本发明一个较佳实施例中，所述第二无线收发单元与每一个所述第一无线收发单元无线连接以接收所述通讯信号，所述第二无线收发单元进一步与所述第二微处理器电性连接以将接收到的通讯信号传送至所述第二微处理器。
本发明的有益效果是：本发明所述内阻检测单元和液面高度检测单元能够进一步检测电池的内阻和电解液的液面高度，判定电池性能的指标比较全面，检测方法更准确；直接测量电池的电解液温度，相对传统技术的测量电池外壳温度而言，测量指标更准确，测量结果更可靠；能够无线监控多个电池的性能，更方便实用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明所述新型的铅酸电池系统的电路结构框图；
图2是本发明所述无线管理系统的电路结构框图；
图3是本发明所述内阻检测单元检测电池内阻的方法示意图；
图4是本发明所述信号调理电路的电路结构示意图；
图5是本发明所述供电电压调节单元一较佳实施例的电路结构示意图；
图6是本发明所述供电电压调节单元另一较佳实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图6，本发明实施例包括：
一种新型的无线开口铅酸电池监测系统，包括：
电池，与负载连接以提供电能；
第一微处理器，接收所述新型的无线开口铅酸电池监测系统中的检测信号，依据所述检测信号判断电池性能并发出通讯信号，所述检测信号包括电压检测信号、电流检测信号、电解液温度检测信号、液面高度检测信号和内阻检测信号；
液面高度检测单元，所述液面高度检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池内的电解液的液面高度得到所述液面高度检测信号，并将所述液面高度检测信号传送至所述第一微处理器；
内阻检测单元，所述内阻检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池的内阻得到所述内阻检测信号，并将所述内阻检测信号传送至所述第一微处理器；
第一无线收发单元，与所述第一微处理器电性连接以传输所述通讯信号；
电压检测单元和信号调理电路，所述信号调理电路连接在所述电压检测单元和所述第一微处理器之间，所述电压检测单元检测所述电池的电压得到所述电压检测信号，所述电压检测信号经过所述信号调理电路处理后传送至所述第一微处理器；
电解液温度检测单元，所述电解液温度检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池的电解液的温度得到所述电解液温度检测信号，并将所述电解液温度检测信号传送至所述第一微处理器；
供电电压调节单元，与所述第一微处理器电性连接，用于调节第一微处理器的供电电压，具体电路如图5和图6所示。
在本发明中，所述液面高度检测单元包括液位传感器，所述电解液温度检测单元包括温度传感器，所述内阻检测单元测量电池内阻的方法包括以下步骤：
a)利用恒流源对电池注入一个恒定的交流电流信号，然后测量电池两端的交流电压信号，所述交流电压信号经过第一移相器处理形成第一信号，所述交流电流信号经过第二移相器处理形成第二信号；
b)将所述交流电压信号与所述交流电流信号经过第一模拟乘法器处理形成第三信号；将所述第一信号与所述第二信号经过第二模拟乘法器处理形成第四信号；
c）将所述第三信号和第四信号经过加法器处理形成第五信号；
d）对所述第五信号依次进行直流放大、模数转换处理后传送至第一微处理器。
所述内阻检测单元测量电池内阻的方法的具体计算过程如下：
设激励信号，即交流电流信号为： （式1）
蓄电池两端响应的交流电压信号为：
（式2）
为注入蓄电池的交流电流信号和其两端响应的交流电压信号的相位差。
蓄电池两端的交流电压信号经过第一移相器之后形成的第一信号为：
； （式3）
交流电流信号经过第二移相器之后形成的第二信号为：
； （式4）
和经过第一模拟乘法器之后形成的第三信号为：
； （式5）
和经过第二模拟乘法器之后形成的第四信号为：
； （式6）
和经过加法器之后的第五信号为：
； （式7）
由交流法测内阻的原理得：
（式8）
综上所述，； （式9）
上式中A是已知量，而u为经过模数转换采样送到第一微处理器进行处理的采样值，所以在第一微处理器中进行一个简单的除法运算便能得到蓄电池内阻了。
本实施例依据上述方法分别对两批新旧电池组进行了抽样比对试验，其中一批电池为192节全新2V560AH电池，分成6组，选取每组中一只电池进行测量；另一批为即将淘汰的192节2V560AH电池，分成6组，选取每组中一只电池进行测量，本测量方法中采用的激励正弦交流信号赋值为200mV、频率为30Hz，精密参考电阻R和隔直电容C分别为1Ω和4700uF，对应测量结果如下：
在上表格中，电阻仪测量值为现有技术中采用电阻仪测量出的电池内阻值，本实施例测量值为采用本发明所述的交流阻抗法测量出的电池内阻值，通过表格中的对比值可知，电阻仪测量值和本实施例测量值有一定的差异，由此可见，本发明在采用更全面、准确的检测指标后提升了测量效果。
本发明还提供一种无线管理系统，包括至少一个所述新型的无线开口铅酸电池监测系统、电流检测单元和监控单元，每一个所述新型的铅酸电池系统与所述监控单元无线连接，所述电流检测单元检测所述电池的电流得到所述电流检测信号，并将所述电流检测信号传送至其中一个所述第一微处理器，该第一微处理器通过第一无线收发单元将所述电流检测信号传送至所述监控单元。
其中，所述电流检测单元包括霍尔电流传感器，所述监控单元包括第二微处理器和第二无线收发单元。所述第二无线收发单元与每一个所述第一无线收发单元无线连接以接收所述通讯信号，所述第二无线收发单元进一步与所述第二微处理器电性连接以将接收到的通讯信号传送至所述第二微处理器。
在具体应用时，本发明所述第一微处理器依据各检测信号综合判断电池性能，并将电池性能指标通讯信号通过所述第一无线收发单元传送至所述第二无线收发单元，所述第二无线收发单元再将电池性能指标通讯信号传送至所述第二微处理器做进一步处理。
与现有技术相比，本发明所述内阻检测单元和液面高度检测单元能够进一步检测电池的内阻和电解液的液面高度，判定电池性能的指标比较全面，检测方法更准确；直接测量电池的电解液温度，相对传统技术的测量电池外壳温度而言，测量指标更准确，测量结果更具有参考价值；能够无线监控多个电池的性能，便于系统的扩展，维护升级，更方便实用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种新型的无线开口铅酸电池监测系统，其特征在于，包括：
电池，与负载连接以提供电能；
第一微处理器，接收所述新型的无线开口铅酸电池监测系统中的检测信号，依据所述检测信号判断电池性能并发出通讯信号，所述检测信号包括电压检测信号、电流检测信号、电解液温度检测信号、液面高度检测信号和内阻检测信号；
液面高度检测单元，所述液面高度检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池内的电解液的液面高度得到所述液面高度检测信号，并将所述液面高度检测信号传送至所述第一微处理器；
内阻检测单元，所述内阻检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池的内阻得到所述内阻检测信号，并将所述内阻检测信号传送至所述第一微处理器；
第一无线收发单元，与所述第一微处理器电性连接以传输所述通讯信号。
2.根据权利要求1所述新型的无线开口铅酸电池监测系统，其特征在于，所述新型的无线开口铅酸电池监测系统进一步包括：
电压检测单元和信号调理电路，所述信号调理电路连接在所述电压检测单元和所述第一微处理器之间，所述电压检测单元检测所述电池的电压得到所述电压检测信号，所述电压检测信号经过所述信号调理电路处理后传送至所述第一微处理器；
电解液温度检测单元，所述电解液温度检测单元连接在所述电池与所述第一微处理器之间以检测所述电池的电解液的温度得到所述电解液温度检测信号，并将所述电解液温度检测信号传送至所述第一微处理器。
3.根据权利要求2所述新型的无线开口铅酸电池监测系统，其特征在于，所述液面高度检测单元包括液位传感器，所述电解液温度检测单元包括温度传感器。
4.根据权利要求1所述新型的无线开口铅酸电池监测系统，其特征在于，所述无线开口铅酸电池监测系统进一步包括供电电压调节单元，所述供电电压调节单元与所述第一微处理器电性连接。
5.根据权利要求1所述新型的无线开口铅酸电池监测系统，其特征在于，所述内阻检测单元测量电池内阻的方法包括以下步骤：
a)利用恒流源对电池注入一个恒定的交流电流信号，然后测量电池两端的交流电压信号，所述交流电压信号经过第一移相器处理形成第一信号，所述交流电流信号经过第二移相器处理形成第二信号；
b)将所述交流电压信号与所述交流电流信号经过第一模拟乘法器处理形成第三信号；将所述第一信号与所述第二信号经过第二模拟乘法器处理形成第四信号；
c）将所述第三信号和第四信号经过加法器处理形成第五信号；
d）对所述第五信号依次进行直流放大、模数转换处理后传送至第一微处理器。
6.一种无线管理系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至5任一所述的新型的无线开口铅酸电池监测系统、电流检测单元和监控单元，每一个所述新型的铅酸电池系统与所述监控单元无线连接，所述电流检测单元检测所述电池的电流得到所述电流检测信号，并将所述电流检测信号传送至其中一个所述第一微处理器，该第一微处理器通过第一无线收发单元将所述电流检测信号传送至所述监控单元。
7.根据权利要求6所述的无线管理系统，其特征在于，所述电流检测单元包括霍尔电流传感器。
8.根据权利要求6所述的无线管理系统，其特征在于，所述监控单元包括第二微处理器和第二无线收发单元。
9.根据权利要求8所述的无线管理系统，其特征在于，所述第二无线收发单元与每一个所述第一无线收发单元无线连接以接收所述通讯信号，所述第二无线收发单元进一步与所述第二微处理器电性连接以将接收到的通讯信号传送至所述第二微处理器。
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