CN105182058B - 电池组单电池电压检测装置 - Google Patents

电池组单电池电压检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池组单电池电压检测装置,包括主控板和至少一个电池检测单元;其中,包括控制器、电压切换单元、采集单元和光耦输出单元;电压切换单元与单个电池并联,将被测电池切入电池检测单元,采集单元与电压切换单元连接,将被测电压信息传输到控制器,光耦输出单元与控制器接,将电池电压信息输出到主控板。其中电压切换单元采用可关断半导体器件MOS管替代机械式继电器完成检测电压切换过程;主控板通过译码单元驱动多个电池检测单元,实现减少元器件数量和简化布线;通讯驱动装置可以将本装置接入外部系统。本发明的装置具有功率损耗小、切换是没有噪音、动作时间短、工作寿命长和便于集成的优点。

Description

电池组单电池电压检测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种为消防设备供电电池的管理监测领域,特别是一种电池组单电池 电压检测装置。
背景技术
[0002] 作为智能型消防应急照明和疏散指示系统的主要部件,应急照明电源系统(EPS) 的正常工作是重中之重。由于电池个体之间的差异,以及电池工作的电压平台的限制,因 此,系统需要能够精确检测每个电池的电压,防止电池提前失效和避免出现安全问题。
[0003] 根据国家标准GB 17945-2010要求,EPS必须监控系统每节电池的工作状态,如有 异常需发出报警信号。电池组单电池电压检测装置为EPS提供每节电池工作状态信息。
[0004] 当前,大量使用的电池组单电池电压检测装置均采用机械触点式继电器切换来采 集不同电池的工作状态信息。继电器切换时间一般在1-2秒之间;由于继电器的切换属于机 械动作,这样的频繁切换大大减少了检测装置的使用寿命,同时自身的功耗及噪音都较大。 同时,在智能型消防应急照明和疏散指示系统的主电源系统(EPS)中,为系统供电的电池分 布分散、范围较大,电池电压信号传输距离长。
[0005] 因此需设计一款功能完善、操作简介安全可靠的电池组单电池电压检测装置来满 足应急消防的需求
发明内容
[0006] 为了解决上述技术问题,本发明提供一种电池组单电池电压检测装置,本发明使 用纯电子元器件,集微处理器技术及光电技术为一体,对每节电池信息进行单独采集,按检 测装置要求逐一将每节电池信息上传。使用电子元器件替代了机械式继电器,避免了使用 继电切换时间长、寿命短、噪音大的缺陷。
[0007] 本发明的电池组单电池电压检测装置具体技术方案如下,
[0008] 一种电池组单电池电压检测装置,用于检测电池组中各个单电池的电压,该装置 包括主控板和至少一个电池检测单元;其中,主控板巡回向每个电池检测单元发出控制开 关命令并读取电池检测单元的信息;
[0009]电池检测单元完成对电池组单电池电压的信息检测,并将检测单电池电压信息传 输到与其连接的主控板;
[0010]电池检测单元包括控制器、电压切换单元、采集单元和光耦输出单元;
[0011]电压切换单元用于实现采集单元与被测电池的接通;采集单元用于检测电池的相 关数据,并将检测的相关数据传输到控制器中;光耦输出单元用于将电池的相关信息输出 到主控板。其中
[0012^电压切换单元与单个电池并联,并连接采集单元,采集单元通过控制器与光耦输 出单元连接,将电池电压信息输出到主控板。
[0013]本发明的电池组单电池电压检测装置中,电池检测单元完成电池组单电池电压信 息的采集,使用半导体器件开关代替继电器切换采集不同电池工作信息。可以避免机械触 点式继电器切换时因触点开断所导致的噪音以及自身的功耗,以及因频繁开断导致的使用 寿命减少。
[00M] 进一步地,电压切换单元包括开关器和外围电路,开关器包括MOS管、隔离二极管 D1、隔离二极管D2和第一光电隔离器;隔离二极管D1、隔离二极管D2分别连接电池的正负 极,用于隔离被测电池与其他电池之间的电压串扰;MOS管漏极与所述隔离二极管D1连接, 所述MOS管的源极与外围电路中稳压滤波电路连接;第一光电隔离器与所述MOS管的栅极连 接,控制所述MOS管漏极与源极之间的通断。
[0015]本发明的电压切换单元中的开关器,采用P沟道MOS管作为电子开关,在开关过程 中,栅极直接接受来自主板的控制信息,控制MOS管的开断;隔离二极管避免了其他未被测 量电池的电压对被测电路的干扰,以防电压串扰。
[0016]进一步地,采集单元包括A/D转换器,所述A/D转换器的输入端与电压切换单元中 外围稳压滤波电路的输出端连接,将被测电池电压信息转化为数字信号后接入控制器。 [0017] A/D转换器直接将切入单元接入的电池电压值转化为二进制数,送入控制器的数 据端口,供主控板调用。
[0018]进一步地,光耦输出单元包括第二光电隔离器,所述第二光电隔离器的第一端通 过保护电路与控制器的串行口输出端连接;第二端通过译码单元与主控板连接;主控板还 与第一光电隔离器连接。
[0019] 光耦输出单元隔离电池检测单元和主控板,实现电平匹配。
[0020]进一步地,控制器包括单片机和外围电路,所述单片机的并行数据第一端口与A/D 转换器的输出端连接,并行数据第二端口与第一光电隔离器连接,单片机的串行口输出端 通过保护电路与第二光电隔离器连接;
[0021] A/D转换器数字输出经单片机并行数据第一端口连接到单片机串行口,单片机串 行口输出端连接第二光电隔离器,并控制第二光电隔离器的通断;
[0022] 进一步地,电池组单电池电压检测装置还包括译码单元,译码单元的使能输入端 和地址输入端与主控板连接,译码单元的输出端与电池检测单元的光耦输出单元连接;译 码单元译码电池检测单元地址,并将该译码地址与电池检测单元所对应;译码单元包括多 个译码器,译码单元中译码器输出端的总数要多于被测电池组单电池的个数。
[0023]本发明中,电池组中电池的数量较多,为减少元器件的使用及布线简单,需要经译 码单元译码后分别接入处理器中,为保证所有的电池的信息都能接入,译码单元输出端的 个数要多于被测电池组单电池的个数。
[0024]进一步地,电池组单电池电压检测装置还包括通讯驱动单元,所述通讯驱动单元 实现主控板与外接RS485接口之间信息的传输,通讯驱动单元内设收发器、LC滤波电路和浪 涌保护电路,浪涌保护电路与外接RS4S5接口连接,所述收发器一端通过LC滤波电路与浪涌 保护电路连接,另一端连接到主控板。
[0025] 进一步地,所述隔离二极管D1、M0S管、稳压滤波电路、控制器和第一光电隔离器和 隔离二极管D2组成被测电池电压采集通路;
[0026]当第一光电隔离器受主控板信号接通时,M0S管栅极电压降低,开关器闭合,将被 测电池切入所述电池检测单元,经采集单元将电压信息输入所述控制器;
[0027]所述控制器、第二光电隔离器和译码单元组成电压输出通路,控制器控制第二光 电隔离器的通断;
[0028]当第二光电隔离器接通时单片机中串口输出端通过第二光电隔离器与译码单元 接通,将电压信息传输到主控板,实现电压信息的输出。
[0029]本发明的电池组单电池电压检测装置实现了电池组单电池工作电压信息的检测, 本装置采用电子开关代替机械触点式继电器完成切换过程,该装置具有功率损耗小、切换 是没有噪音、动作时间短、工作寿命长的优点,同时电子开关直接接受处理器信号的控制。
附图说明
[0030] 图1为实施例1中电池组单电池电压检测装置结构图;
[0031] 图2为实施例1中电池检测单元结构图;
[0032] 图3为实施例2中多个电池检测单元与主控板连接图;
[0033]图4为实施例2中多个电池检测单元与主控板连接图
[0034]图5为实施例3中通讯驱动单元的连接图。
具体实施方式
[0035] 实施例1
[0036] 本实施例的一种电池组单电池电压检测装置,如图1所示,该装置包括主控板200 和至少一个电池检测单元10〇;其中,主控板2〇〇巡回向每个电池检测单元100发出控制开关 命令并读取电池检测单元100的信息;电池检测单元100完成对电池组单电池电压的信息检 测,并将检测信息传输到与其连接的主控板200;
[0037]其中,如图2所示,电池检测单元100包括控制器1、电压切换单元、采集单元3和光 耦输出单元5;
[0038] 所述电压切换单元用于实现采集单元3与被测电池的接通;所述采集单元3用于检 测电池的相关数据,并将检测的相关数据传输到控制器1中;所述光耦输出单元5用于将电 池的相关信息输出到主控板200。
[0039]电压切换单元包括开关器21和外围电路,开关器21包括M0S管、隔离二极管D1、隔 离二极管D2和第一光电隔离器;隔离二极管D1、隔离二极管D2分别连接电池的正负极,用于 隔离被测电池与其他电池之间的电压串扰;M0S管漏极与所述隔离二极管D 1连接,M0S管的 源极与外围电路中稳压滤波电路连接;第一光电隔离器与所述M0S管的栅极连接,控制M0S 管漏极与源极之间的通断。
[0040] 采集单元包括A/D转换器31,A/D转换器的输入端与电压切换单元中外围稳压滤波 电路的输出端连接,将被测电池电压信息转化为数字信号后接入控制器。
[0041] 光耦输出单元包括第二光电隔离器,第二光电隔离器的第一端通过保护电路与控 制器1的串行口输出端连接;第二端与主控板200连接;主控板200还与第一光电隔离器连 接。
[0042] 控制器1包括单片机和外围电路,单片机的并行数据第一端口与A/D转换器的输出 端连接,并行数据第二端口与第一光电隔离器连接,单片机的串行口输出端通过保护电路 与第二光电隔离器连接;所述A/D转换器数字输出经单片机并行数据第一端口连接到单片 机串行口,单片机串行口输出端连接第二光电隔离器,并控制第二光电隔离器的通断。
[0043] 本发明还包括稳压供电电路,稳压供电电路的稳压输出端与主控板200、电池检测 单元100连接并为其供电。
[0044] 实施例2
[0045] 在实施例1的基础上,如图3和图4所示,本发明的装置还包括译码单元6,当被测电 池组的电池数量很多时,需要译码单元6分时将被测电池电压信息传输到主控板200数据输 入端。
[0046] 译码单元6的使能端输入端和地址输入端与主控板200连接,译码单元6的输出端 与电池检测单元100的光耦输出单元5连接;
[0047] 译码单元6译码电池检测单元1〇〇地址,并将该译码地址与电池检测单元100所对 应;该对应地址的电池检测单元1 〇〇受主控板2〇〇的控制,完成对应电池电压信息的检测,并 将检测信息传输到主控板200,此时,其他的未被选中的电池检测单元100与主控板和自身 对应被测电池物理上断开。
[0048]译码单元6包括多个译码器,所述译码单元6中译码器输出端的总数要多于被测电 池组单电池的个数。
[0049] 实施例3
[0050] 在实施例2的基础上,如图5所示,本发明的装置还包括通讯驱动单元7,通讯驱动 单元7实现主控板200与外接RS485接口之间信息的传输。其中,通讯驱动单元7内设收发器 71、LC滤波电路72和浪涌保护电路73,浪涌保护电路73与外接RS485接口连接,收发器71 — 端通过LC滤波电路72与浪涌保护电路73连接,另一端连接到主控板200。
[0051]通讯驱动单元7通过串口连接方式将主控板和外部设备或系统的连接,实现主控 板200与外部系统或设备的通讯。
[0052] 实施例4
[0053] 在实施例1的基础上,本发明的装置中所述隔离二极管D1、M0S管、稳压滤波电路、 控制器1和第一光电隔离器和隔离二极管D2组成被测电池电压采集通路;
[0054]当第一光电隔离器受主控板200信号接通时,M0S管栅极电压降低,开关器21闭合, 将被测电池切入所述电池检测单元100,经采集单元3将电压信息输入所述控制器1;
[0055] 所述控制器1、第二光电隔离器和译码单元6组成电压输出通路,控制器1控制第二 光电隔离器的通断;
[GG56]当第二光电隔离器接通时单片机中串口输出端通过第二光电隔离器与译码单元6 接通,将电压信息传输到主控板200,实现电压信息的输出。
[㈤57]以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进 行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对发明的技术方案作出 的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电池组单电池电压检测装置,检测电池组中个单电池的电压,其特征在于,所述 电池组单电池电压检测装置包括主控板(200)和至少一个电池检测单元(100); 所述主控板(200)巡回向每个电池检测单元(100)发出控制开关命令并读取电池检测 单元(100)的信息; 所述电池检测单元(100)完成对电池组单电池电压的信息检测,并将检测信息传输到 与其连接的主控板(200); 所述电池检测单元(100)包括控制器(1)、电压切换单元、采集单元⑶和光耦输出单元 (5); 所述电压切换单元用于实现采集单元⑶与被测电池的接通;所述采集单元(3)用于检 测电池的相关数据,并将检测的相关数据传输到控制器(1)中;所述光耦输出单元(5)用于 将电池的相关信息输出到主控板(200); 所述电压切换单元包括开关器(21)和外围电路,所述开关器(21)包括M0S管、隔离二极 管D1、隔离二极管D2和第一光电隔离器,所述隔离二极管D1、隔离二极管D2分别连接电池的 正负极,用于隔离被测电池与其他电池之间的电压串扰,并且所述MOS管漏极与所述隔离二 极管D1连接,所述MOS管的源极与外围电路中稳压滤波电路连接;所述第一光电隔离器与所 述M0S管的栅极连接,控制所述M0S管漏极与源极之间的通断。
2.如权利要求1所述的电池组单电池电压检测装置,其特征在于,所述采集单元(3)包 括A/D转换器,所述A/D转换器的输入端与电压切换单元中外围稳压滤波电路的输出端连 接,将被测电池电压信息转化为数字信号后接入控制器(1)。
3.如权利要求2所述的电池组单电池电压检测装置,其特征在于所述光耦输出单元(5) 包括第二光电隔离器,所述第二光电隔离器的第一端通过保护电路与控制器(1)的串行口 输出端连接;第二端与主控板(200)连接,所述主控板(200)还与第一光电隔离器连接。
4.如权利要求3所述的电池组单电池电压检测装置,其特征在于,所述控制器(1)包括 单片机和外围电路,所述单片机的并行数据第一端口与A/D转换器的输出端连接,并行数据 第二端口与第一光电隔离器连接,单片机的串行口输出端通过保护电路与第二光电隔离器 连接; 所述A/D转换器数字输出经单片机并行数据第一端口连接到单片机串行口,单片机串 行口输出端连接第二光电隔离器,并控制第二光电隔离器的通断。
5. 如权利要求4所述的电池组单电池电压检测装置,其特征在于,所述电池组单电池电 压检测装置还包括译码单元(6),所述译码单元(6)的使能输入端和地址输入端与主控板 (200)连接,所述译码单元(6)的输出端与电池检测单元(100)的光耦输出单元(5)连接;所 述译码单元(6)译码电池检测单元(1〇〇)地址,并将所述地址与电池检测单元(1〇〇)所对应; 所述译码单元⑹包括多个译码器,所述译码单元⑹中译码器输出端的总数要多于被测电 池组单电池的个数。
6. 如权利要求1所述的电池组单电池电压检测装置,其特征在于,所述电池组单电池电 压检测装置还包括通讯驱动单元(7),所述通讯驱动单元(7)实现主控板(200)与外接RS485 接口之间信息的传输,所述通讯驱动单元⑺内设收发器(71)、LC滤波电路(72)和浪涌保护 电路(73),所述浪涌保护电路(73)与外接RS485接口连接,所述收发器(71) —端通过LC滤波 电路(72)与浪涌保护电路(73)连接,另一端连接到主控板(200)。
7.如权利要求1所述的电池组单电池电压检测装置,其特征在于,所述隔离二极管D1、 MOS管、稳压滤波电路、控制器(1)和第一光电隔离器和隔离二极管D2组成被测电池电压采 集通路; 当第一光电隔离器受主控板(200)信号接通时,MOS管栅极电压降低,开关器(21)闭合, 将被测电池切入所述电池检测单元(100),经采集单元(3)将电压信息输入所述控制器(1); 所述控制器(1)、第二光电隔离器和译码单元⑹组成电压输出通路,控制器⑴控制第 二光电隔离器的通断; 当第二光电隔离器接通时单片机中串口输出端通过第二光电隔离器与译码单元(6)接 通,将电压信息传输到主控板(200),实现电压信息的输出。
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