CN106597306A - 一种用于检测蓄电池故障的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检测蓄电池故障的传感器，包括电压调整模块、电压衰减模块和控制器，所述控制器包括多路复用模块、ADC转换模块、存储模块、主控模块、通讯模块、比较模块和继电器报警模块。通过这些模块的配合，本发明能在蓄电池组对工作负载正常放电时，对其进行直流电压和温度的被动检测，可快速检测出蓄电池组中各单体蓄电池是否存在故障，不会对工作状态的蓄电池组造成冲击。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池状态检测技术领域，具体地说涉及一种用于检测蓄电池故障的传感器，主要用于在线对风力发电机变桨电机后备铅酸蓄电池的故障检测。
背景技术
一般来说，检测风力发电机变桨电机后备铅酸蓄电池的故障时，通常需要停止运行风力发电机，操作人员携带蓄电池内阻检测仪爬上风机机舱后，进入轮毂仓内，打开蓄电池箱盖，依次手工检测蓄电池内阻，再通过对比电池内阻判断电池状态。但这种检测方法的检测时效性差，且会造成风机停机等后果。
为了解决上述技术问题，现有技术中提出了如下技术：
中国专利公告号为“ CN103135063A”的现有技术在2013年6月5日公开了一种铅酸蓄电池的检测及监控方法，该专利通过电压电流传感器对蓄电池每次放电时候的电流、电压进行检测，利用光伏系统的控制器计算出蓄电池的当前内阻RX和放电时间TX；并与设定好的内阻值R相比较，若RX≦R则等待蓄电池下一次放电时检测；若RX>R，则与设定好的放电时间T相比较，若TX>T，则说明蓄电池状态良好无需更换，若TX<T，则说明蓄电池损耗严重需要更换。该种检测方法可以在线检测，无需将电池拆下。但其存在着不抗干扰的缺点，无法用于风力发电机机后备铅酸蓄电池的故障检测。另外，该种方法在测量蓄电池内阻时，测量仪器先将毫伏级高频信号注入蓄电池，然后再测量相应的高频电流，由于注入电压信号，检测的电流信号都很微弱，在外界电磁干扰严重的环境中很难正常工作，导致难以得到准确的检测结果，并且此类设备价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种用于检测蓄电池故障的传感器，本发明能在蓄电池组对工作负载正常放电时，对其进行直流电压和温度的被动检测，可快速检测出蓄电池组中各单体蓄电池是否存在故障，不会对工作状态的蓄电池组造成冲击。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于检测蓄电池故障的传感器，其特征在于：包括电压调整模块、电压衰减模块和控制器，所述控制器包括多路复用模块、ADC转换模块、存储模块、主控模块、通讯模块、比较模块和继电器报警模块，其中，
所述电压调整模块与蓄电池组连接，用于调整蓄电池组中各单体蓄电池的电压；
所述电压衰减模块用于对调整后的各单体蓄电池的电压进行衰减，并将衰减后的多路电压信号发送至控制器的多路复用模块中；
所述多路复用模块用于将多路电压信号依次输出；
所述ADC转换模块用于将多路复用模块输出的电压信号转换成数字信号；
所述主控模块用于将数字信号存储在存储模块中，并根据数字信号计算出各单体蓄电池的特征值，再将各特征值与比较模块中预设的阈值进行比较，若比较值大于阈值，则判定该单体蓄电池为故障电池，主控模块控制继电器报警模块，若比较值小于阈值，则判定该单体蓄电池为无故障；
所述通讯模块用于将比较结果发送至上位机。
所述ADC转换模块用于将多路复用模块输出的电压信号依次转换成数字信号。
所述电压调整模块中的调整是指：扣除各单体蓄电池在蓄电池组中的共模电压，并输出各单体蓄电池的差模电压。
所述电压调整模块包括多个子调整模块，所述电压衰减模块包括多个子衰减模块，所述的多个子调整模块分别与蓄电池组中的各单体蓄电池连接，所述的多个子衰减模块分别与多个子调整模块连接。
所述的多个子调整模块为串联连接，所述的多个子衰减模块为串联连接。
所述域值包括上限阈值和下限阈值，当特征值大于上限阈值时，主控模块判定该单体蓄电池为故障电池；当特征值小于下限阈值时，主控模块判定该单体蓄电池为无故障；当特征值位于上限阀值与下限阈值之间时，主控模块对该单体蓄电池发出警告。
采用本发明的优点在于：
1、本发明能在蓄电池组对工作负载正常放电时，在线对其进行直流电压和温度的被动检测，可快速检测出蓄电池组中各单体蓄电池是否存在故障，不会对工作状态的蓄电池组造成冲击。另外，本发明外观为一长方形盒体，其长度为200-250mm，其宽度为120mm，其高度为50mm，具有体积小，测量精度高等优点。
2、本发明实现了电池电压巡检、温度测量、故障检测三大功能一体化。
3、本发明能同时对蓄电池组中的所有单体蓄电池进行检测，快捷方便。
4、本发明经中国测试技术研究院的检测，优于日本生产的交流阻抗法所生产的设备。
5、本发明中各单体蓄电池的电压信号输入多路复用模块，各路信号的输出阻抗极低，幅值变化不大，多路切换后ADC转换模块的采样，能保持电路很快稳定，最终能够达到1mS时间完成扫描多路电压信号的扫描。
6、本发明产品成本低，是直流放电法产品的1/2，是交流信号注入测量阻抗法产品的2/3。并且，由于风力发电机轮毂中电池箱空间狭窄，电磁干扰大，现有的直流放电法产品体积大，无法装入；而现有的交流阻抗法产品无法正常工作，因此，仅本发明产品可以使用。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
一种用于检测蓄电池故障的传感器，包括电压调整模块、电压衰减模块和控制器，所述控制器包括多路复用模块、ADC转换模块、存储模块、主控模块、通讯模块、比较模块和继电器报警模块；各模块的连接关系及作用如下：
所述电压调整模块与蓄电池组连接，用于调整蓄电池组中各单体蓄电池的电压。其中，所述调整是指：扣除各单体蓄电池在蓄电池组中的共模电压，并输出各单体蓄电池的差模电压。例如，以蓄电池组中第12节单体蓄电池为例，该节单体蓄电池正负极之间的相对电压为12V，但第1~11节的串联电压为12*11=132V。故第12节电池的负极电压为132V，该负极电压为共模电压；正极电压为144V，电压调整模块的作用就是仅输出第12节电池正、负极电压的差模电压：Vout = V(+) - V(-) = 144 - 132 = 12V。
所述电压衰减模块用于对调整后的各单体蓄电池的电压进行衰减，并将衰减后的多路电压信号发送至控制器的多路复用模块中。其中，电压衰减比例=ADC转换模块最大输入电压/单体蓄电池的最高充电电压，衰减后的各单体蓄电池的电压信号送多路复用模块。
所述多路复用模块用于将多路电压信号依次输出。所述多路复用模块可以看做一个旋转开关圆盘，圆盘周边有多个电压输入接点，旋转轴上有一个接触片随着旋转轴一起旋转，旋转轴也是电压输出接点。通过转动旋转轴使多个电压输入接点依次与电压输出接点连通，即可将多路电压信号依次输出。
所述ADC转换模块用于将多路复用模块输出的电压信号转换成数字信号，进一步的，所述ADC转换模块用于将多路复用模块输出的电压信号依次转换成数字信号，该方式采用一个ADC转换模块即可实现，即能够在保持较低成本的前提下，达到较快的检测速度，适用于规模化生产。当然，在需要进一步提高检测速度的前提下，可采用多个ADC转换模块同时转换。
所述主控模块分别与ADC转换模块、存储模块、比较模块和继电器报警模块连接，其中，ADC转换模块依次将所有电压信号转换成数字信号后，主控模块将所有的数字信号存储在存储模块中，并根据数字信号计算出各单体蓄电池的特征值（计算特征值的方法参见专利号为201010198298.3的现有技术），再将各特征值与比较模块中预设的阈值进行比较，若比较值大于阈值，则判定该单体蓄电池为故障电池，主控模块控制继电器报警模块，若比较值小于阈值，则判定该单体蓄电池为无故障。进一步的，所述域值包括上限阈值和下限阈值，当特征值大于上限阈值时，主控模块判定该特征值所对应单体蓄电池为故障电池；当特征值小于下限阈值时，主控模块判定该特征值所对应单体蓄电池为无故障；当特征值位于上限阀值与下限阈值之间时，主控模块对该特征值所对应单体蓄电池发出警告。其中，由于特征值和阈值均跟随温度的变化而变化，因此，在测量电压的同时也能够实现温度的测量。
所述通讯模块用于将比较结果发送至上位机。
本发明中，所述电压调整模块包括多个子调整模块，多个子调整模块为串联连接，所述电压衰减模块包括多个子衰减模块，多个子衰减模块为串联连接。所述的多个子调整模块分别与蓄电池组中的各单体蓄电池连接，所述的多个子衰减模块分别与多个子调整模块连接，即子调整模块和子衰减模块的数量与蓄电池组中各单体蓄电池的数量相同，且三者为一一对应关系。
本发明在实际使用时，由于风力发电机变桨电机后备铅酸蓄电池的组数一般为三组，而每组又包括18个单体蓄电池，因此可将电压调整模块中子调整模块和电压衰减模块中子衰减模块的数量均设置为18个。其中，18个子衰减模块将经18个子调整模块调整后的18路电压信号衰减至适合多路复用模块和ADC转换模块的输入范围后，再将衰减后的多路电压信号发送至多路复用模块中。由于各路信号的输出阻抗极低，幅值变化较小，因此，多路切换后ADC转换模块的采样能保持电路很快稳定，进而能够达到1mS时间完成18路电压信号的扫描。
Claims (6)
1.一种用于检测蓄电池故障的传感器，其特征在于：包括电压调整模块、电压衰减模块和控制器，所述控制器包括多路复用模块、ADC转换模块、存储模块、主控模块、通讯模块、比较模块和继电器报警模块，其中，
所述电压调整模块与蓄电池组连接，用于调整蓄电池组中各单体蓄电池的电压；
所述电压衰减模块用于对调整后的各单体蓄电池的电压进行衰减，并将衰减后的多路电压信号发送至控制器的多路复用模块中；
所述多路复用模块用于将多路电压信号依次输出；
所述ADC转换模块用于将多路复用模块输出的电压信号转换成数字信号；
所述主控模块用于将数字信号存储在存储模块中，并根据数字信号计算出各单体蓄电池的特征值，再将各特征值与比较模块中预设的阈值进行比较，若比较值大于阈值，则判定该单体蓄电池为故障电池，主控模块控制继电器报警模块，若比较值小于阈值，则判定该单体蓄电池为无故障；
所述通讯模块用于将比较结果发送至上位机。
2.如权利要求1所述的一种用于检测蓄电池故障的传感器，其特征在于：所述ADC转换模块用于将多路复用模块输出的电压信号依次转换成数字信号。
3.如权利要求1所述的一种用于检测蓄电池故障的传感器，其特征在于：所述电压调整模块中的调整是指：扣除各单体蓄电池在蓄电池组中的共模电压，并输出各单体蓄电池的差模电压。
4.如权利要求1—3中任一项所述的所述的一种用于检测蓄电池故障的传感器，其特征在于：所述电压调整模块包括多个子调整模块，所述电压衰减模块包括多个子衰减模块，所述的多个子调整模块分别与蓄电池组中的各单体蓄电池连接，所述的多个子衰减模块分别与多个子调整模块连接。
5.如权利要求4所述的一种用于检测蓄电池故障的传感器，其特征在于：所述的多个子调整模块为串联连接，所述的多个子衰减模块为串联连接。
6.如权利要求1所述的一种用于检测蓄电池故障的传感器，其特征在于：所述域值包括上限阈值和下限阈值，当特征值大于上限阈值时，主控模块判定该单体蓄电池为故障电池；当特征值小于下限阈值时，主控模块判定该单体蓄电池为无故障；当特征值位于上限阀值与下限阈值之间时，主控模块对该单体蓄电池发出警告。
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