CN108802622A - 一种蓄电池监测活化装置及系统 - Google Patents

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CN108802622A CN201810509500.6A CN201810509500A CN108802622A CN 108802622 A CN108802622 A CN 108802622A CN 201810509500 A CN201810509500 A CN 201810509500A CN 108802622 A CN108802622 A CN 108802622A
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易先军
聂童
彭萌
耿翰夫
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Abstract

本发明涉及一种蓄电池监测活化装置，包括控制器U1、数据采集电路、充放电控制电路、放电负载RL以及通讯电路；所述控制器U1通过所述数据采集电路与待测蓄电池组电连接，所述控制器U1还与所述充放电控制电路电连接，所述放电负载RL以及外部市电分别通过所述充放电控制电路与所述待测蓄电池组电连接，所述控制器U1与所述通讯电路电连接，并通过所述通讯电路与外部的监测终端无线连接。本发明提供的蓄电池监测活化装置，可以对蓄电池组的性能进行在线监测、还可对蓄电池组进行剩余容量预估，还能将性能数据和剩余容量数据传输到监测终端。

Description

一种蓄电池监测活化装置及系统
技术领域
本发明涉及铅蓄电池监测技术领域，尤其涉及一种蓄电池监测活化装置及系统。
背景技术
随着信息化、自动化的快速发展，电力、通信、金融和化工等系统的稳定性和可靠性变得日益重要，蓄电池组作为重要的储能设备和应急不间断供电设备在这些行业已经得到了广泛应用。当蓄电池组出现故障时，会对设备供电造成非常大的影响，因此作为供电系统应急保障的蓄电池组，其健康状况对于各类用电设备的安全可靠运行至关重要。市面上有一些蓄电池在线监测、在线活化的装置，例如专利号为2012103501239的发明专利公开了一种蓄电池在线监测系统及其监测方法，每一节蓄电池极柱都分别连接上了一个蓄电池检测终端，用于采集蓄电池的纹波电压，另外还建立了一个蓄电池监测中心，同时采集蓄电池组所在回路上的纹波电流，并根据纹波电压和纹波电流计算并显示对应蓄电池的内阻。该方案中，每一节蓄电池至少包含一个放置在对应监测点、连接蓄电池极柱的蓄电池监测终端，整体结构较为复杂；同时，一旦测得蓄电池容量急剧下降后，就只能对蓄电池激进行更换，无法对蓄电池进行及时的在线维护，造成了资源浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种蓄电池监测活化装置，可以对蓄电池组的性能进行在线监测、还可对蓄电池组进行剩余容量预估，还能将性能数据和剩余容量数据传输到监测终端。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种蓄电池监测活化装置，包括控制器U1、数据采集电路、充放电控制电路、放电负载RL以及通讯电路；
所述控制器U1通过所述数据采集电路与待测蓄电池组电连接，所述控制器U1还与所述充放电控制电路电连接，所述放电负载RL以及外部市电分别通过所述充放电控制电路与所述待测蓄电池组电连接，所述控制器U1与所述通讯电路电连接，并通过所述通讯电路与外部的监测终端无线连接；
所述数据采集电路用于采集所述待测蓄电池组的性能数据；
所述控制器U1用于发送活化指令，还用于根据所述性能数据计算所述待测蓄电池组的活化充电电压以及活化放电电流；
所述充放电控制电路用于接收所述活化指令，并根据所述活化充电电压控制所述待测蓄电池组进行活化充电，根据所述活化放电电流控制所述待测蓄电池组进行活化放电；
所述控制器U1还用于根据所述性能数据计算所述待测蓄电池组的剩余容量数据；所述通讯电路用于将所述性能数据以及剩余容量数据发送至外部的监测终端。
本发明的有益效果是：通过数据采集电路采集待测蓄电池组的性能数据，并通过通讯电路发送至监测终端，实现待测蓄电池组的性能监测。同时，通过充放电控制电路实现待测蓄电池组的活化充电过程以及活化放电过程，实现待测蓄电池组的及时活化，避免浪费。计算待测蓄电池组的剩余容量数据，并通过通讯电路发送至监测终端，实现剩余容量的实时监测。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述数据采集电路包括电压检测电路、电流检测电路以及温度检测电路，所述控制器U1分别通过所述所述电压检测电路以及电流检测电路与所述待测蓄电池组电连接；所述温度检测电路设置于所述待测蓄电池组的外壁上，且与所述控制器U1电连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过电压检测电路、电流检测电路以及温度检测电路分别监测待测蓄电池组的电压、电流以及温度，并将其发送至控制器U1，控制器U1通过通讯电路将其发送至监测终端，实现待测蓄电池组的性能监测。
进一步：所述电压检测电路包括译码器U2、第一光耦继电器KA1、第二光耦继电器KA2以及放大电路；
所述待测蓄电池组包括多个串联的蓄电池，所述第一光耦继电器KA1的数量与所述蓄电池的数量相等且一一对应；所述控制器U1通过所述译码器U2分别与所有所述第一光耦继电器KA1的输入端电连接，所有所述第一光耦继电器KA1的输出端分别于对应的所述蓄电池电连接，所有所述第一光耦继电器KA1的输出端均通过所述放大电路与所述控制器U1电连接；所述控制器U1通过所述译码器U2与所述第二光耦继电器KA2的输入端电连接，所述第二光耦继电器KA2的输出端与所述待测蓄电池组电连接，所述第二光耦继电器KA2的输出端还通过所述放大电路与所述控制器U1电连接。
上述进一步方案的有益效果是：采用光耦继电器实现待测蓄电池组的电压监测，光耦继电器没有机械触点，不会出现触点磨损，而且动作时无声音、安静环保。
进一步：所述充放电控制电路包括充电电路、放电电路以及两个PWM驱动电路，所述控制器U1通过一所述PWM驱动电路与所述充电电路电连接，所述控制器U1通过另一所述PWM驱动电路与所述放电电路电连接；所述放电负载RL通过所述放电电路与所述待测蓄电池组电连接，外部市电通过所述充电电路与所述待测蓄电池组电连接。
上述进一步方案的有益效果是：控制器U1通过PWM驱动电路控制充电电路的充电电压，通过PWM驱动电路控制放电电路的放电电流，从而实现待测蓄电池组的活化充电以及活化放电。
进一步：所述充电电路包括整流器UR1、电容C1、电容C2、开关管IGBT1、电阻R1、电感L1以及二极管D1；
外部市电通过所述整流器UR1与所述开关管IGBT1的漏极电连接，所述开关管IGBT1的漏极通过所述电容C1接地，所述开关管IGBT1的源极与所述二极管D1的阴极电连接，所述二极管D1的阳极接地，所述开关管IGBT1的源极与地之间依次串联有所述电感L1以及电容C2，所述电感L1与电容C2的公共端与所述待测蓄电池组的正极电连接，所述待测蓄电池组的负极接地，所述开关管IGBT1的源极与栅极之间电连接有所述电阻R1，所述开关管IGBT1的栅极通过所述PWM驱动电路与所述控制器U1电连接。
上述进一步方案的有益效果是：控制器U1通过PWM驱动电路驱动开关管IGBT1的通断，从而实现对待测蓄电池组的充电电压的控制。
进一步：所述放电电路包括开关管IGBT2、二极管D2、二极管D3、电阻R2以及电感L2；
所述待测蓄电池组的正极与所述开关管IGBT2的漏极电连接，所述待测蓄电池组的负极接地，所述开关管IGBT2的漏极与所述二极管D3的阴极电连接，所述开关管IGBT2的源极与所述二极管D3的阳极电连接，所述开关管IGBT2源极与栅极之间电连接有所述电阻R2，所述开关管IGBT2的栅极通过所述PWM驱动电路与所述控制器U1电连接，所述开关管IGBT2的源极与所述二极管D2的负极电连接，所述二极管D2的正极接地，所述放电负载RL与所述电感L2串联后并联在所述二极管D2的两端。
上述进一步方案的有益效果是：控制器U1通过PWM驱动电路驱动开关管IGBT2的通断，从而实现对待测蓄电池组的放电电流的控制。
进一步：所述PWM驱动电路包括PWM发生器、光耦隔离器OPT1、电容C11、电容C12、电阻R11、电阻R12以及二极管D4；
所述光耦隔离器OPT1的电源端接电源，所述光耦隔离器OPT1的接地端接地，所述PWM发生器与所述光耦隔离器OPT1的输入端电连接，所述光耦隔离器OPT1的输出端通过所述电阻R12与所述充电电路或放电电路电连接，所述电容C11电连接于电源和地之间，所述电阻R11的一端接电源，另一端与所述二极管D4的阴极电连接，所述二极管D4的阳极接地，所述电容C13与所述二极管D4并联，所述二极管D4的阴极与对应的所述充电电路或放电电路电连接。
上述进一步方案的有益效果是：采用光耦隔离器OPT1实现PWM发生器的安全隔离。
进一步：所述蓄电池监测活化装置还包括用于传输所述性能数据以及剩余容量数据至外部终端的人机接口，所述控制器U1通过所述人机接口与外部终端电连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过人机接口实现蓄电池监测活化装置与外部终端的电连接，方便用户通过人机接口从蓄电池监测活化装置中获取所需数据。
进一步：所述控制器U1采用BP神经网络算法计算所述剩余容量数据。
上述进一步方案的有益效果是：通过BP神经网络算法计算待测蓄电池组的剩余容量数据，计算收敛速度快、误差小。
本发明还提供一种蓄电池监测活化系统，包括多个如权利要求1-9中任一所述蓄电池监测活化装置，还包括云端服务器以及监测终端，各所述蓄电池监测活化装置的通讯电路均通过物联网与所述云端服务器无线连接，所述云端服务器通过物联网与所述监测终端无线连接。
本发明提供的蓄电池监测活化系统的有益效果：本发明提供的蓄电池监测活化系统包括蓄电池监测活化装置，因此上述蓄电池监测活化装置所具备的技术效果，蓄电池监测活化系统同样具备，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明提供的一种蓄电池监测活化装置的电路结构示意图；
图2为本发明提供的一种蓄电池监测活化装置的电压检测电路的电路图；
图3为本发明提供的一种蓄电池监测活化装置的充电电路以及放电电路的电路图；
图4为本发明提供的一种蓄电池监测活化装置的PWM驱动电路的电路图；
图5为本发明提供的一种蓄电池监测活化装置的PWM发生器的电路图；
图6为本发明提供的一种蓄电池监测活化系统的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、数据采集电路，11、电压检测电路，12、电流检测电路，13、温度检测电路，2、充放电控制电路，21、充电电路，22、放电电路，23、PWM驱动电路，231、PWM发生器，3、通讯电路，4、待测蓄电池组，5、外部市电，6、放大电路，7、人机接口，100、蓄电池监测活化装置，200、云端服务器，300、监测终端。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
下面结合附图，对本发明进行说明。
如图1所示，本发明提供一种蓄电池监测活化装置，包括控制器U1、数据采集电路1、充放电控制电路2、放电负载RL以及通讯电路3；
所述控制器U1通过所述数据采集电路1与待测蓄电池组4电连接，所述控制器U1还与所述充放电控制电路2电连接，所述放电负载RL以及外部市电5分别通过所述充放电控制电路2与所述待测蓄电池组4电连接，所述控制器U1与所述通讯电路3电连接，并通过所述通讯电路3与外部的监测终端300无线连接；
所述数据采集电路1用于采集所述待测蓄电池组4的性能数据；
所述控制器U1用于发送活化指令，还用于根据所述性能数据计算所述待测蓄电池组4的活化充电电压以及活化放电电流；
所述充放电控制电路2用于接收所述活化指令，并根据所述活化充电电压控制所述待测蓄电池组4进行活化充电，根据所述活化放电电流控制所述待测蓄电池组4进行活化放电；
所述控制器U1还用于根据所述性能数据计算所述待测蓄电池组4的剩余容量数据；所述通讯电路3用于将所述性能数据以及剩余容量数据发送至外部的监测终端300。
本发明提供的蓄电池监测活化装置，工作流程如下，待测蓄电池组4大多数情况下将处于备用状态，为保障在外部市电5突然断开时待测蓄电池组能够提供具有充足的电量，控制器U1在外部市电5正常工作时将充放电控制电路2置为充电状态，对待测蓄电池组4进行浮充电。当需要对待测蓄电池组4的剩余容量进行评估时，控制器U1先将充放电控制电路2调至充电状态强制充电，将待测蓄电池组4充至饱和状态后，然后将充放电控制电路2调至恒流放电状态。在恒流放电过程中，待测蓄电池组4的剩余容量不断地减少，其输出电压也在不断地变小，所释放的电量为放电电流与时间的乘积，剩余容量则为初始额定容量与释放电量的差值，通过数据采集电路1采集恒流放电过程中待测蓄电池组4的性能数据，并计算剩余容量，从而得到一组有关剩余容量、输出电压和工作电流一一对应的数据参数。根据这一数据参数值评估电池寿命。同时，控制器U1控制通讯电路3，完成监测活化装置与监测终端30的数据交换。
本发明可对待测蓄电池组4的性能数据与剩余容量数据进行检测、存储、计算分析以及远程传输，而且可以通过充放电控制电路2主动调节待测蓄电池组4的充电电压和放电电流来保障其处于健康状态，降低了过充、欠充对待测蓄电池组4所造成的危害，实现了待测蓄电池组4的活化处理，提高了待测蓄电池组4的活性，增加了使用寿命。控制器U1控制数据采集电路采集待测蓄电池组4充/放电过程中主回路中的工作电压、工作电流以及工作温度等性能数据，经过PI运算，将运算结果通过D/A变换转化模拟电压值，该模拟电压值通过控制充放电控制电路2，实现充电/放电过程中的恒电压与恒电流工作模式。同时，控制器U1对采集的性能数据进行及时储存，当采集到的性能数据到达一定数量时，对其进行分析计算，对待测蓄电池组4的剩余容量、寿命健康状况进行预估。
优选的，如图1所示，所述数据采集电路1包括电压检测电路11、电流检测电路12以及温度检测电路13，所述控制器U1分别通过所述所述电压检测电路11以及电流检测电路12与所述待测蓄电池组4电连接；所述温度检测电路13设置于所述待测蓄电池组4的外壁上，且与所述控制器U1电连接。
待测蓄电池组4的性能数据主要包括工作电压、工作电流以及工作温度，因此本实施例分别通过电压检测电路11、电流检测电路12以及温度检测电路13采集工作电压数据、工作电流数据以及工作温度数据，实现对待测蓄电池组4的性能评估以及监测。
具体地，本发明中电流检测电路12以及温度检测电路13采用现有技术实现即可。例如可采用霍尔电流传感器对待测蓄电池组4的工作电流进行检测。蓄电池的工作温度时影响蓄电池寿命和健康状况的重要因素，本发明采用多个温度传感器分别采集待测蓄电池组4中每一个蓄电池的工作温度，保障每个蓄电池的健康评估精度。
优选的，如图2所示，所述电压检测电路11包括译码器U2、第一光耦继电器KA1、第二光耦继电器KA2以及放大电路6；
所述待测蓄电池组4包括多个串联的蓄电池，所述第一光耦继电器KA1的数量与所述蓄电池的数量相等且一一对应；所述控制器U1通过所述译码器U2分别与各所述第一光耦继电器KA1的输入端电连接，各所述第一光耦继电器KA1的输出端分别与对应的所述蓄电池电连接，所有所述第一光耦继电器KA1的输出端均通过所述放大电路6与所述控制器U1电连接；所述控制器U1通过所述译码器U2与所述第二光耦继电器KA2的输入端电连接，所述第二光耦继电器KA2的输出端与所述待测蓄电池组4电连接，所述第二光耦继电器KA2的输出端还通过所述放大电路6与所述控制器U1电连接。
具体地，本实施例中待测的蓄电池组4包括依次串联连接的蓄电池BT01、蓄电池BT02、蓄电池BT03以及蓄电池BT04，控制器U1的I/O口分别与译码器U2的输入端A、输入端B以及输入端C电连接，译码器U2输出端Y0-Y4分别与四个第一耦合继电器KA1的输入端以及第二耦合继电器KA2的输入端电连接，四个第一耦合继电器KA1的电源端以及第二耦合继电器KA2的电源端均接电源VCC，四个第一耦合继电器KA1以及第二耦合继电器KA2均包括两组触点，每一个第一耦合继电器KA1的一组触点分别与对应的蓄电池的正负极电连接，每一个第一耦合继电器KA1的另一组触点均与放大电路6电连接，第二耦合继电器KA2的一组触点与待测蓄电池组4的正负极电连接，第二耦合继电器KA2的的另一组触点与放大电路6电连接。控制器U1的I/O口向译码器U2的输入端A、输入端B以及输入端C输出相应的高低电平，从而控制译码器U2输出端Y0-Y3的电压，译码器U2输出端控制四个第一光耦继电器KA1进行单个导通，从而实现单个蓄电池的导通，进而实现单个蓄电池的电压信号采集。当控制器U1控制译码器U2输出端Y4的电压使得第二光耦继电器KA2导通时，就能对整个待测蓄电池组4进行整体的电压信号采集。当电压检测电路11检测到单个蓄电池或整个待测蓄电池组4的电压出现异常时，可以发送报警信号至控制器U1，控制器U1通过通讯电路3发送报警信号至监测终端300，可提醒用户及时进行处理。
本发明中放大电路6采用现有技术实现即可，具体地，本实施例中放大电路6包括运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U5、光耦隔离器OPT2、电阻R9、电阻R10、滑动变阻器RP2以及滑动变阻器RP3；
所有第一耦合继电器KA1的一组触点以及第二耦合继电器KA2的一组触点均分别通过滑动变阻器RP2和滑动变阻器RP3接地，滑动变阻器RP2的调节端以及滑动变阻器RP3的调节端分别与运算放大器U3的两个输入端电连接，运算放大器U3的输出端通过电阻R9与运算放大器U4的同向输入端电连接，运算放大器U3的反向输入端与光耦隔离器OPT2的一个输入端电连接，运算放大器U3的输入端通过电阻R10与光耦隔离器OPT2的另一个输入端电连接，光耦隔离器OPT2的电源端接电源VCC,光耦隔离器OPT2的接地端接地GND，光耦隔离器OPT2的书闯入与运算放大器U5的同相输入端电连接，运算放大器U5的反向输入端以及输入端均与控制器U1电连接。
具体地，本发明中译码器U2还可以通过串口电路进行替代，通过串口电路对第一光耦继电器KA1以及第二光耦继电器KA2进行选通也能实现上述功能。本实施例中第一光耦继电器KA1以及第二光耦继电器KA2均选用型号为AQW214的光耦继电器。
优选的，如图1所示，所述充放电控制电路2包括充电电路21、放电电路22以及两个PWM驱动电路23，所述控制器U1通过一所述PWM驱动电路23与所述充电电路21电连接，所述控制器U1通过另一所述PWM驱动电路23与所述放电电路22电连接；所述放电负载RL通过所述放电电路22与所述待测蓄电池组4电连接，外部市电5通过所述充电电路21与所述待测蓄电池组4电连接。
控制器U1通过数据采集电路1对待测蓄电池组的性能数据进行采集，性能数据包括工作电电压、工作电流以及工作温度等，并对性能数据进行计算分析，得到待测蓄电池组4的充电电压以及放电电流。控制器U1将运算结果D/A转换调控PWM驱动电路23，由PWM驱动电路23输出所需占空比的PWM信号至充电电路21，进而得到所需大小的充电电压。控制器U1将运算结果D/A转换调控PWM驱动电路23，由PWM驱动电路23输出所需占空比的PWM信号至放电电路22，进而得到所需大小的放电电流。
优选的，如图3所示，所述充电电路21包括整流器UR1、电容C1、电容C2、开关管IGBT1、电阻R1、电感L1以及二极管D1；
外部市电5通过所述整流器UR1与所述开关管IGBT1的漏极电连接，所述开关管IGBT1的漏极通过所述电容C1接地，所述开关管IGBT1的源极与所述二极管D1的阴极电连接，所述二极管D1的阳极接地，所述开关管IGBT1的源极与地之间依次串联有所述电感L1以及电容C2，所述电感L1与电容C2的公共端与所述待测蓄电池组4的正极电连接，所述待测蓄电池组4的负极接地，所述开关管IGBT1的源极与栅极之间电连接有所述电阻R1，所述开关管IGBT1的栅极通过所述PWM驱动电路23与所述控制器U1电连接。
优选的，如图3所示，所述放电电路22包括开关管IGBT2、二极管D2、二极管D3、电阻R2以及电感L2；
所述待测蓄电池组4的正极与所述开关管IGBT2的漏极电连接，所述待测蓄电池组4的负极接地，所述开关管IGBT2的漏极与所述二极管D3的阴极电连接，所述开关管IGBT2的源极与所述二极管D3的阳极电连接，所述开关管IGBT2源极与栅极之间电连接有所述电阻R2，所述开关管IGBT2的栅极通过所述PWM驱动电路23与所述控制器U1电连接，所述开关管IGBT2的源极与所述二极管D2的负极电连接，所述二极管D2的正极接地，所述放电负载RL与所述电感L2串联后并联在所述二极管D2的两端。
当待测蓄电池组4进行充电工作时，由整流器UR1将外部市电5的交流电整流为直流电，再通过PWM驱动电路23实现PWM斩波降压得到待测蓄电池组所需的充电电压。一个周期内，PWM驱动电路23产生的PWM波控制开关管IGBT1处于通态状态，外部市电5对待测蓄电池组4进行充电，此时待测蓄电池组两端的充电电压U0＝Ui，放电负载RL的电流按指数形式上升；PWM波控制开关管IGBT1处于断态，此时，待测蓄电池组两端的电压U0近似为0，放电负载RL的电流通过二极管D1进行续流并呈指数曲线下降。上述充电过程周期性重复，因此待测蓄电池组4充电电压的平均值为：
上式中，Ui为经整流器UR1整流后的直流电压，ton为开关管IGBT1在一个周期内处于导通状态的时间，toff为开关管IGBT1在一个周期内处于关断状态的时间，α为开关管IGBT1的导通占空比。从上式可以看出改变占空比α，则可以调节待测蓄电池组4两端的充电电压U0。具体地，充电过程中占空比α可采用现有技术中PI算法计算得到。
当待测蓄电池组4进行放电工作时，一个周期内，PWM波控制开关管IGBT2处于通态，则待测蓄电池组4进行放电，此时放电负载RL两端的电压等于待测蓄电池组4的电压URL1＝E，放电负载RL的电流按指数形式上升；PWM波控制开关管IGBT2处于断态，此时，放电负载RL两端电压URL1近似为0，放电负载RL的电流iRL1通过二极管D2进行续流并呈指数曲线下降。上述放电过程周期性重复，因此放电负载RL两端电压的平均值为：
放电负载RL的电流平均值为：
同样的，改变占空比则可以调节待测蓄电池组4的放电电流，放电过程中占空比也可采用现有技术中PI算法计算得到。
具体的，以4节12V的单体的蓄电池串联而成的待测蓄电池组4为例。当监测活化装置接收到用户发送的活化指令后，监测活化装置对待测蓄电池组4进行活化处理。此时，运用现有技术中四阶段充电模式完成活化充电，四个阶段分别为激活充电、恒流充电、恒压充电和浮充充电，四个阶段按照顺序依次进行：激活充电过程中，以小电流模式进行充电。当待测蓄电池组4两端电压超过激活电压42.3V时，立即改用恒流充电，此时，待测蓄电池组4的容量上升的速率会非常快，两端电压也不断增高。当待测蓄电池组4两端电压上升到恒流电压时，将进行恒压充电，此过程中待测蓄电池组4两端电压将维持恒定值，随着待测蓄电池组4容量的增大，充电电流逐渐减小，转为浮充充电，避免待测蓄电池组4因自身放电而造成容量降低。待测蓄电池组4的活化放电过程采用恒流放电模式，当电压检测电路11检测到任何单体的蓄电池的电压降低至截止电压时，立即结束放电。
优选的，如图4所示，所述PWM驱动电路23包括PWM发生器231、光耦隔离器OPT1、电容C11、电容C12、电阻R11、电阻R12以及二极管D4；
所述光耦隔离器OPT1的电源端接电源VCC，所述光耦隔离器OPT1的接地端接地GND，所述PWM发生器231与所述光耦隔离器OPT1的输入端电连接，所述光耦隔离器OPT1的输出端通过所述电阻R12与所述充电电路21或放电电路22电连接，所述电容C11电连接于电源VCC和地GND之间，所述电阻R11的一端接电源VCC，另一端与所述二极管D4的阴极电连接，所述二极管D4的阳极接地GND，所述电容C13与所述二极管D4并联，所述二极管D4的阴极与对应的所述充电电路21或放电电路22电连接。
充电电路21与放电电路22所对应的PWM驱动电路23的电路结构和原理均相同，在此以充电电路21位为例说明。本发明的PWM驱动电路23选用了光耦隔离器OPT1，安全隔离PWM发生器231。本实施例中光耦隔离器OPT1选用型号为TLP250的光耦隔离器，光耦隔离器OPT1的2管脚通过一个限流电阻R13与电源电连接，光耦隔离器OPT1的2管脚与3管脚之间通过一个发光二极管D5电连接。将PWM发生器231输出的PWM波由光耦隔离器的3管脚接入，由PWM波的高低电平控制着发光二极管D5的关断与导通。光耦隔离器OPT1的8管脚为电源端，光耦隔离器OPT1的5管脚为接地端，光耦隔离器OPT1的6管脚和7管脚相互电连接，且作为输出端。二极管D4为稳压二极管，将开关管IGBT1的源极的电压始终拉至+9V不变。开关管IGBT1的漏极电压在0V与24V二者之间随着输入PWM波的占空比的变化而变动，开关管IGBT1的漏极与源极之间的压差在+15V和-9V二者间波动，从而调控着开关管IGBT1的快速导通与关断，实现开关管IGBT1的快速驱动。
本发明中PWM发生器231采用现有技术实现即可。具体地，本实施例中的PWM发生器231采用型号为UC3843的电流控制类型的脉宽调制芯片实现，电路图如图5所示，控制器U1的I/O口与脉宽调制芯片的1管脚之间依次串联有电阻R16和电阻R18，电阻R16和电阻R18的公共端与脉宽调制芯片的2管脚电连接，脉宽调制芯片的4管脚与三极管VT1的基极电连接，三极管VT1的发射极通过滑动变阻器RP1接地，滑动变阻器RP1的调节端与脉宽调制芯片的3管脚电连接，三极管VT1的集电极通过电阻R20与三极管VT1的基极电连接，三极管VT1的集电极还与脉宽调制芯片的8管脚电连接，脉宽调制芯片的8管脚通过电容C7接地，脉宽调制芯片的7管脚接电源，并通过电容C9接地，脉宽调制芯片的6管脚通过电阻R22与光耦隔离器OPT1的3管脚电连接，脉宽调制芯片的5管脚通过电容C5与脉宽调制芯片的4管脚电连接，并接地。
控制器U1的I/O口输出的模拟信号分别输入脉宽调制芯片的1管脚和2管脚，脉宽调制芯片的4管脚产生锯齿波信号，脉宽调制芯片的3管脚连接滑动变阻器RP1将锯齿波信号送到脉宽调制芯片的内部的电压比较器的正向输入端，并且与误差信号进行比较，进而产生PWM波，并从脉宽调制芯片的6管脚输出。在一个震荡周期中，脉宽调制芯片的6管脚输出的PWM波的脉冲宽度随脉宽调制芯片的2管脚输入的电压大小变化，从而可以通过控制器U2改变PWM波的占空比，进而控制IGBT的导通与关断。
优选的，如图1所示，蓄电池监测活化装置还包括用于传输所述性能数据以及剩余容量数据至外部终端的人机接口7，所述控制器U1通过所述人机接口7与外部终端电连接。
通过人机接口7实现蓄电池监测活化装置100与外部终端的电连接，方便用户通过人机接口7从蓄电池监测活化装置100中获取需要的数据。
优选的，所述控制器U1采用BP神经网络算法计算所述剩余容量数据。
将现有的BP神经网络算法应用到本发明中，用于计算待测蓄电池组4的剩余容量。具体地，本发明实施例构建单隐层BP神经网络来实现剩余容量数据的计算，所构建单隐层BP神经网络的隐层的神经元传递函数选用tansig，输出层的神经元传递函数选用purelin，训练函数选用trainlm。选用输入层节点个数为2个，分别为蓄电池端电压及放电电流；输出层的节点个数为1个，即剩余容量。隐层节点数采用测试法来确定,采用不同的隐层节点数和同一个样本集，对上述构建的单隐层BP神经网络进行训练，从中确定误差最小时所对应的隐层节点个数为选定的隐层节点个数，本实施例10个。
本发明在对待测蓄电池组4进行剩余容量预估时，运用BP神经网络算，并将数据采集电路1所采集到的性能数据作为BP神经网络的输入，既可实现在脱离外部PC的情况下完成离线剩余容量预估，也可实现待测蓄电池组容量的远程、实时、在线监测。
如图6所示，本发明实施例还提供一种蓄电池监测活化系统，包括以上任一实施例所述蓄电池监测活化装置100，还包括云端服务器200以及监测终端300，各所述蓄电池监测活化装置100的通讯电路3均通过物联网与所述云端服务器200无线连接，所述云端服务器200通过物联网与所述监测终端300无线连接。
本发明实施例提供的蓄电池监测活化系统包括蓄电池监测活化装置，因此上述蓄电池监测活化装置所具备的技术效果，蓄电池监测活化系统同样具备，在此不再赘述。
具体地，通讯电路3可以采用GPRS、3G、4G、WIFI、以太网、NB-IOT等模块实现。远程的监测终端300可以采用手机、平板等便携式移动终端实现，也可以采用PC电脑或者是专用的触控监视终端实现。云端服务器200可以采用第三方云平台，例如中国移动推出的设备云平台OneNet、阿里云等，云端服务器200能对接收到的数据进行长时间存储。通讯电路3将监测活化装置100采集、计算以及分析得到的数据上传至云端服务器200进行储存，监测终端300接入访问云端服务器200，对监测活化装置100的工作状态进行实时监测。通讯电路3采用HTTP传输协议与云端服务器200交换数据。监测终端300在访问云端服务器200时需要进行身份验证，以保证数据的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄电池监测活化装置，其特征在于，包括控制器U1、数据采集电路(1)、充放电控制电路(2)、放电负载RL以及通讯电路(3)；
所述控制器U1通过所述数据采集电路(1)与待测蓄电池组(4)电连接，所述控制器U1还与所述充放电控制电路(2)电连接，所述放电负载RL以及外部市电(5)分别通过所述充放电控制电路(2)与所述待测蓄电池组(4)电连接，所述控制器U1与所述通讯电路(3)电连接，并通过所述通讯电路(3)与外部的监测终端(300)无线连接；
所述数据采集电路(1)用于采集所述待测蓄电池组(4)的性能数据；
所述控制器U1用于发送活化指令，还用于根据所述性能数据计算所述待测蓄电池组(4)的活化充电电压以及活化放电电流；
所述充放电控制电路(2)用于接收所述活化指令，并根据所述活化充电电压控制所述待测蓄电池组(4)进行活化充电，根据所述活化放电电流控制所述待测蓄电池组(4)进行活化放电；
所述控制器U1还用于根据所述性能数据计算所述待测蓄电池组(4)的剩余容量数据；所述通讯电路(3)用于将所述性能数据以及剩余容量数据发送至外部的监测终端(300)。
2.根据权利要求1所述蓄电池监测活化装置，其特征在于，所述数据采集电路(1)包括电压检测电路(11)、电流检测电路(12)以及温度检测电路(13)，所述控制器U1分别通过所述所述电压检测电路(11)以及电流检测电路(12)与所述待测蓄电池组(4)电连接；所述温度检测电路(13)设置于所述待测蓄电池组(4)的外壁上，且与所述控制器U1电连接。
3.根据权利要求2所述蓄电池监测活化装置，其特征在于，所述电压检测电路(11)包括译码器U2、第一光耦继电器KA1、第二光耦继电器KA2以及放大电路(6)；
所述待测蓄电池组(4)包括多个串联的蓄电池，所述第一光耦继电器KA1的数量与所述蓄电池的数量相等且一一对应；所述控制器U1通过所述译码器U2分别与各所述第一光耦继电器KA1的输入端电连接，各所述第一光耦继电器KA1的输出端分别与对应的所述蓄电池电连接，所有所述第一光耦继电器KA1的输出端均通过所述放大电路(6)与所述控制器U1电连接；所述控制器U1通过所述译码器U2与所述第二光耦继电器KA2的输入端电连接，所述第二光耦继电器KA2的输出端与所述待测蓄电池组(4)电连接，所述第二光耦继电器KA2的输出端还通过所述放大电路(6)与所述控制器U1电连接。
4.根据权利要求1所述蓄电池监测活化装置，其特征在于，所述充放电控制电路(2)包括充电电路(21)、放电电路(22)以及两个PWM驱动电路(23)，所述控制器U1通过一所述PWM驱动电路(23)与所述充电电路(21)电连接，所述控制器U1通过另一所述PWM驱动电路(23)与所述放电电路(22)电连接；所述放电负载RL通过所述放电电路(22)与所述待测蓄电池组(4)电连接，外部市电(5)通过所述充电电路(21)与所述待测蓄电池组(4)电连接。
5.根据权利要求4所述蓄电池监测活化装置，其特征在于，所述充电电路(21)包括整流器UR1、电容C1、电容C2、开关管IGBT1、电阻R1、电感L1以及二极管D1；
外部市电(5)通过所述整流器UR1与所述开关管IGBT1的漏极电连接，所述开关管IGBT1的漏极通过所述电容C1接地，所述开关管IGBT1的源极与所述二极管D1的阴极电连接，所述二极管D1的阳极接地，所述开关管IGBT1的源极与地之间依次串联有所述电感L1以及电容C2，所述电感L1与电容C2的公共端与所述待测蓄电池组(4)的正极电连接，所述待测蓄电池组(4)的负极接地，所述开关管IGBT1的源极与栅极之间电连接有所述电阻R1，所述开关管IGBT1的栅极通过所述PWM驱动电路(23)与所述控制器U1电连接。
6.根据权利要求4所述蓄电池监测活化装置，其特征在于，所述放电电路(22)包括开关管IGBT2、二极管D2、二极管D3、电阻R2以及电感L2；
所述待测蓄电池组(4)的正极与所述开关管IGBT2的漏极电连接，所述待测蓄电池组(4)的负极接地，所述开关管IGBT2的漏极与所述二极管D3的阴极电连接，所述开关管IGBT2的源极与所述二极管D3的阳极电连接，所述开关管IGBT2源极与栅极之间电连接有所述电阻R2，所述开关管IGBT2的栅极通过所述PWM驱动电路(23)与所述控制器U1电连接，所述开关管IGBT2的源极与所述二极管D2的负极电连接，所述二极管D2的正极接地，所述放电负载RL与所述电感L2串联后并联在所述二极管D2的两端。
7.根据权利要求4所述蓄电池监测活化装置，其特征在于，所述PWM驱动电路(23)包括PWM发生器(231)、光耦隔离器OPT1、电容C11、电容C12、电阻R11、电阻R12以及二极管D4；
所述光耦隔离器OPT1的电源端接电源VCC，所述光耦隔离器OPT1的接地端接地GND，所述PWM发生器(231)与所述光耦隔离器OPT1的输入端电连接，所述光耦隔离器OPT1的输出端通过所述电阻R12与所述充电电路(21)或放电电路(22)电连接，所述电容C11电连接于电源VCC和地GND之间，所述电阻R11的一端接电源VCC，另一端与所述二极管D4的阴极电连接，所述二极管D4的阳极接地GND，所述电容C13与所述二极管D4并联，所述二极管D4的阴极与对应的所述充电电路(21)或放电电路(22)电连接。
8.根据权利要求1所述蓄电池监测活化装置，其特征在于，还包括用于传输所述性能数据以及剩余容量数据至外部终端的人机接口(7)，所述控制器U1通过所述人机接口(7)与外部终端电连接。
9.根据权利要求1所述蓄电池监测活化装置，其特征在于，所述控制器U1采用BP神经网络算法计算所述剩余容量数据。
10.一种蓄电池监测活化系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-9中任一所述蓄电池监测活化装置(100)，还包括云端服务器(200)以及监测终端(300)，各所述蓄电池监测活化装置(100)的通讯电路(3)均通过物联网与所述云端服务器(200)无线连接，所述云端服务器(200)通过物联网与所述监测终端(300)无线连接。
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