CN110534824B - 一种基于自适应组网的rs485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统，包括设置在后台的数据中心主机和一组设置在各铅酸蓄电池存放处的在线智能维护器；在线智能维护器中包括RS485通信电路，每台在线智能维护器的RS485通信电路至少包括一个负责数据发送的RS485接口和一个负责接收数据的RS485接口。主机上设置有至少一个负责数据发送的RS485接口和一个负责接收数据的RS485接口。本发明采用RS485总线通信网络实现各线智能维护器与中心之间的数据通信。

Description

一种基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维 护系统

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池在线智能维护器领域，特别是一种基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统。

背景技术

目前，随着国民经济的快速发展，我国在通信、铁路、电力、数据等多种行业加速提升技术水平和规模体量，这些行业中，作为安全备份的大容量铅酸蓄电池得到大规模的应用，一方面，由于这些行业中的电池应用环境多种多样，有一些环境不利于电池的使用和维护，其附加的监控设备也不得力，大多数的监控设备对铅酸蓄电池的使用状况只能提供参考，但不能提供更有利的手段来对电池组进行有益的维护。另一方面但是这些后备电池往往长期在浮充状态或其他各种非最佳工作条件下，原有的理论寿命往往远远达不到就会导致蓄电池容量下降以至于3~5年后蓄电池组就会报废。

蓄电池的在线监控一般意义上是用于对相关行业的后备式蓄电池的状态进行监控和分析，常用的监控参数一般是对蓄电池的内阻和电压作为为主要参数进行监控和跟踪并发现故障电池及时报警，同时也监控电池的均衡性，目标是尽可能做到蓄电池组的精细管理，所以，目前电池监控管理的实际现况是：采用一对一进行单体监控电池电压，内阻，温度和整组电压和电流，通过数据集中器和无限路由进行远程监控和预警，这种情况下几个现存的问题：

1）这种监控原理本身的问题，其对电池的硫化及劣化无有效干预手段，一般无电池在线除硫化功能，都是通过监控的内阻和电压来判断电池劣化程度，但是电池硫化结晶后，电池的电化学特性变化较大，在不同的容量段、不同的硫化程度下，显现的电压有较大差异，因为硫化现象导致的虚电压导致测定的结果偏差较大，并大大降低了判断故障单体的精准性，所以单一的通过内阻和电压来判断故障单体是有缺陷的；

2）现有的内阻监测技术受到采集材料技术的限制，本身的精度都不高，国内3～10%误差左右，国际上优秀的精度是0.5%到1%，但是内阻都是毫欧单位，容量越大，内阻越小，精度在这块劣势就越明显，无法正确通过监测内阻定位故障电池；

3）目前电池监控管理没有自组网技术应用，在监控子模块之间智能化程度单一，仅仅将采集数据各自传递给采集器，也没有智能管理功能，在电池管理功能上缺失。

发明内容

本发明是针对以上缺点，提供一种基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统，该系统解决了这些问题并带来的很大的突破。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统，包括设置在后台的数据中心主机和一组设置在各铅酸蓄电池存放处的在线智能维护器；所述的在线智能维护器包括微处理器和由微处理器控制的对铅酸蓄电池进行在线修复的修复电路；所述的在线智能维护器中还包括RS485通信电路，每台在线智能维护器的RS485通信电路至少包括一个负责数据发送的RS485接口和一个负责接收数据的RS485接口；所述的主机上设置有至少一个负责数据发送的RS485接口和一个负责接收数据的RS485接口；主机的负责数据发送的RS485接口与第一台在线智能维护器的负责接收数据的RS485接口相连，所述的第一台在线智能维护器的负责数据发送的RS485接口与下一台在线智能维护器的负责接收数据的RS485接口相连，最后一台在线智能维护器的负责数据发送的RS485接口与主机的负责接收数据的RS485接口相连。

本发明的自组网功能采用了巧妙设计的RS485串行总线来实现，由隔离电源和光电隔离实现多个电池之间的抗干扰和隔离，这样微处理器连接到进行了完全隔离的RS485串行接口电路上，在正常工作中，微处理器通过接口监控来自RS485接口电路的通信信号，当接收到数据后则进行解析，按内部约定的协议进行工作，可以由通信指令控制微处理器的工作模式，进入巡检状态和修复维护状态，RS485通信电路还用于连接整个电池组的智能维护设备的联网数据传输，通过环形的双绞线连接到RS485通信总线的输入输出接口上，通过通信总线可以上传电池组各智能维护器的巡检数据和工作状态。

进一步的，上述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统中：所述的RS485通信电路包括由两枚RS485通信控制芯片分别与负责数据发送的RS485接口和负责接收数据的RS485接口组成的独立的数据发送控制电路和数据接收控制电路。

进一步的，上述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统中：所述的数据接收控制电路包括型号为SP485R的RS485收发芯片U2、光耦U1、光耦U3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、自恢复电阻F1、自恢复电阻F2；所述的负责接收数据的RS485接口中的一对平衡输入引脚分别通过自恢复电阻F1和自恢复电阻F2接RS485收发芯片U2的A、B引脚；电阻R4连接在RS485收发芯片U2的A、B引脚之间，电阻R3连接在RS485收发芯片U2的A与5V工作电源正极之间，电阻R7连接在RS485收发芯片U2的B引脚与公共地之间；微处理器产生的接收使能信号EN1接光耦U1的第2引脚，光耦U1的第1引脚通过上拉电阻R1接3.3V工作电源正极；光耦U1的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R1接5V工作电源正极；光耦U1第4引脚分别接RS485收发芯片U2使能端；RS485收发芯片U2的数据接收端与光耦U3的第2引脚相连，光耦U3的第一引脚通过上拉电阻R6接5V工作电源正极；光耦U3的第4引脚通过上拉电阻R5接3.3V工作电源正极，第3引脚接公共地；光耦U3的第4引脚接微处理器的数据输入端RX。

进一步的，上述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统中：所述的数据接收控制电路包括型号为SP485R的RS485收发芯片U5、光耦U4、光耦U6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、自恢复电阻F3、自恢复电阻F4；微处理器产生的发送使能信号EN2接光耦U6的第2引脚，光耦U6的第1引脚通过上拉电阻R13接3.3V工作电源正极；光耦U6的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R11接5V工作电源正极；光耦U6第4引脚分别接RS485收发芯片U5使能端；微处理器的数据输出端TX接光耦U4的第2引脚、光耦U4的第1引脚通过上拉电阻R9接3.3V工作电源正极，光耦U4的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R8接5V工作电源正极；光耦U4第4引脚接RS485收发芯片U5的数据端；RS485收发芯片U2的A、B引脚分别通过自恢复电阻F1和自恢复电阻F2接所述的负责发送数据的RS485接口中的一对平衡输出引脚；电阻R12连接在RS485收发芯片U5的A、B引脚之间，电阻R10连接在RS485收发芯片U2的引脚A与5V工作电源正极之间，电阻R7连接在RS485收发芯片U2的B引脚与公共地之间。

进一步的，上述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统中： 所述的修复电路在微处理器控制下产生修复脉冲信号加到铅酸蓄电池两端对铅酸蓄电池进行修复，包括场效应管电子开关Q1、反接保护二极管D3、储能电感L1、储能电感L2、续流二极管D2、稳压滤波电容E1；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接场效应管电子开关Q1的G极，在场效应管电子开关Q1的S－D极之间依次接续流二极管D2、储能电感L1、稳压滤波电容E1；接续流二极管D2的P极接场效应管电子开关Q1的S极、稳压滤波电容E1的阴极接场效应管电子开关Q1的D极，场效应管电子开关Q1的D极接地，储能电感L2的两端分别接场效应管电子开关Q1的S极和储能电感L1和稳压滤波电容E1相连的公共端；接续流二极管D2的N极与储能电感L1相连的公共端接铅酸蓄电池的阳极，在铅酸蓄电池的阳极和阴极之间设置反接保护二极管D3，反接保护二极管D3的P极与铅酸蓄电池的阴极接地。

进一步的，上述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统中：在微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端与场效应管电子开关Q1的G极之间还设置有对微处理器产生控制修复电路的PWM信号进行整形的整形电路；所述的整形电路包括上拉电阻R16，下拉电阻R17和具有施密特输出的驱动电路U7A；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接施密特输出的驱动电路U7A的输入端，密特输出的驱动电路U7A的输出端接场效应管电子开关Q1的G极，上拉电阻R16设置在施密特输出的驱动电路U7A的输入端与工作电源之间，下拉电阻R17密特输出的驱动电路U7A的输出端与地之间。

进一步的，上述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统中：所述的在线智能维护器中还包括对铅酸蓄电池两极之间的电压进行实时采样的采样电路，所述的采样电路输出接微处理器；所述的采样电路包括放大器U8C、放大器U8B、放大器U8A、π型滤波电路；由放大器U8C和放大器U8B组成的两个射随电路的输入端分别接待维护的铅酸蓄电池的两极，两个射随电路的输出端分别通过电阻R19和电阻R21接放大器U8A的同相端和反相端，放大器U8A的反相端接并联的电阻R22、电容C10到地，放大器U8A同相端接并联的电容C6、电阻R18到放大器U8A输出端，放大器U8A输出端与电容C6、电阻R18相连的公共端串连电阻R20以后通过所述的π型滤波电路滤波后接所述的微处理器的检测信号输入端；所述的π型滤波电路包括电容C8、电容C9和电感L3；电容C8和电容C9分别在电感L3的两端接地。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

附图说明

附图1是本发明原理图。

附图2是本发明实施例1基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统结构图。

附图3是本发明实施例1在线智能维护器结构图。

附图4是本发明实施例1AD采样电路原理图。

附图5是本发明实施例1修复电路原理图。

附图6是本发明实施例1RS485通信电路的原理图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，本实施例中具有一个设置在后台的数据中心主机和数量根据实践需要分布在各铅酸蓄电池存放处的在线智能维护器，它们采用RS485自适应网络实现主机与各线智能维护器之间的通信。如图2所示，在线智能维护器中还包括RS485通信电路，每台在线智能维护器的RS485通信电路至少包括一个负责数据发送的RS485接口和一个负责接收数据的RS485接口；主机上设置有至少一个负责数据发送的RS485接口和一个负责接收数据的RS485接口；主机的负责数据发送的RS485接口与第一台在线智能维护器的负责接收数据的RS485接口相连，所述的第一台在线智能维护器的负责数据发送的RS485接口与下一台在线智能维护器的负责接收数据的RS485接口相连，最后一台在线智能维护器的负责数据发送的RS485接口与主机的负责接收数据的RS485接口相连。

如图2所示：在线智能维护器是使用了本管理控制方法的故障电池精准定位装置，在下文中简称为在线维护器，在线维护器在组网使用时，挂接在UPS保护下的直流母线上，使用专用连接线加载到被维护检测的电池两端，本方案的在线维护器每一个可以监控3块电池，每个在线维护器有独立的输入和输出通信总线的连接器通过总线连接，每个在线维护设备可以独立的交换或传输设备信息。

当在自组网模式时，多个在线维护器可以组成独立的数据传输网络，通过自组网模式可以实现多个在线维护装置的数据共享、电池维护的循环间歇控制等功能；

当使用上层管理装置时，可以通过通信总线把各个在线维护器的数据上传到数据管理和传输设备，数据管理和传输设备可以把数据分析计算后上传到网络或物联网无线数据端，物联网或云数据端可以对电池数据做进一步处理，并作为新型AI大数据管理的数据输入。

使用本发明故障电池精准定位装置的在线智能维护器的技术方案框图见图3所示，在线智能维护器电路由AD采样电路0~2、微处理器、电池维护电路、电源转换电路、电压基准电路、状态显示电路、RS485通信电路和温度采样电路组成。

本实施例中，在线智能维护器一个设备可以维护3个2V系列大容量铅酸蓄电池，设备中有3路精密AD转换电路，图中为AD采样电路0~2，这3路精密AD转换电路把电池端电压通过滤波放大采样后发送到微处理器进行处理。

用户使用时，把智能维护器的输出线和温度检测线连接到3块电池对应极柱上，连接完毕，串联的三块电池给电源转换电路提供6V标称电压，实际输入为约5.4V~7.2V，电源转换电路把6V电压通过DC/DC转换电路转换为内部电路供电所需的DC12V电压，再通过降压电路转换为5V和3.3V提供给有关IC。

内部电路供电后，微处理器开始复位工作，通过AD采样电路0~2把电池极柱两端的电压通过滤波和放电电路转换为微处理器可识别的电压信号，微处理器通过电压基准提供的比较电位和AD采样输入口的电位比较得出采样电压，通过内部进一步滤波计算得到电池电压。

同时，连接在电池极柱上的温度采样电路的探头部分检测到极柱的温度，通过温度采样电路输入到微处理器进行计算，得出电池极柱的温度值。

当满足电压和温度条件后，微处理器输出占空比可调，频率固定的PWM高频电子脉冲到脉冲整形电路，脉冲整形电路把脉冲调理后进一步驱动到修复电路的开关性器件，通过开关型器件控制修复电路的输出。

在此过程中，状态显示电路用于显示当前工作状态，如果有电压过低或过高、连接失败、温度过低或过高、温度探头连接失败则输出故障指示到状态显示电路。

微处理器还连接到进行了完全隔离的RS485串行接口电路上，在正常工作中，微处理器通过接口监控来自RS485接口电路的通信信号，当接收到数据后则进行解析，按内部约定的协议进行工作，可以由通信指令控制微处理器的工作模式4，进入巡检状态和修复维护状态，RS485通信电路还用于连接整个电池组的智能维护设备的联网数据传输，通过环形的双绞线连接到RS485通信总线的输入输出接口上，通过通信总线可以上传电池组各智能维护器的巡检数据和工作状态。

采样电路是为微处理器进行智能处理采集电池电压信号的电路，原理图如图4所示，具有三个AD采样电路分别对电池BT1、BT2、BT3的两端进行采样。三个采样电路是一样的。如图3所示，采样电路包括放大器U8C、放大器U8B、放大器U8A、π型滤波电路；由放大器U8C和放大器U8B组成的两个射随电路的输入端分别接铅酸蓄电池的两极，两个射随电路的输出端分别通过电阻R19和电阻R21接放大器U8A的同相端和反相端，放大器U8A的反相端接并联的电阻R22、电容C10到地，放大器U8A同相端接并联的电容C6、电阻R18到放大器U8A输出端，放大器U8A输出端与电容C6、电阻R18相连的公共端串连电阻R20以后通过所述的π型滤波电路滤波后接所述的微处理器的检测信号输入端；π型滤波电路包括电容C8、电容C9和电感L3；电容C8和电容C9分别在电感L3的两端接地。

以第二个电池BT2采样电路为例，电池BT2的两端各通过一个射随电路由U8中的两个放大单元U8C和U8B构成，射随电路输入阻抗较高，输出阻抗较低，用于电池极柱的缓冲隔离采样，两个射随电路通过电阻R19、R21接入放大器U8A，R19接同相端，R21为反相端，U8A的反相端接并联的电容C6、电阻R18到输出端，U8A的同相端接并联的电阻R22、电容C10到地，构成了差分放大电路，差分放大电路共模抑制较好，有效滤除电池回路的共模干扰，U8A的输出端串联电阻R20后接 π型滤波电路，π型滤波电路由电容C8、C9和电感L3构成，用于滤除采样回路的高频干扰。

脉冲修复电路是本实施例的关键，它在微处理器控制下，对铅酸蓄电池进行有效的修复。如图5所示，修复电路在微处理器控制下产生修复脉冲信号加到铅酸蓄电池两端对铅酸蓄电池进行修复，包括场效应管电子开关Q1、反接保护二极管D3、储能电感L1、储能电感L2、续流二极管D2、稳压滤波电容E1；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端经过脉冲整形电路整形以后接场效应管电子开关Q1的G极，在场效应管电子开关Q1的S－D极之间依次接续流二极管D2、储能电感L1、稳压滤波电容E1；接续流二极管D2的P极接场效应管电子开关Q1的S极、稳压滤波电容E1的阴极接场效应管电子开关Q1的D极，场效应管电子开关Q1的D极接地，储能电感L2的两端分别接场效应管电子开关Q1的S极和储能电感L1和稳压滤波电容E1相连的公共端；接续流二极管D2的N极与储能电感L1相连的公共端接铅酸蓄电池的阳极，在铅酸蓄电池的阳极和阴极之间设置反接保护二极管D3，反接保护二极管D3的P极与铅酸蓄电池的阴极接地。脉冲整形电路包括上拉电阻R16，下拉电阻R17和具有施密特输出的驱动电路U7A；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接施密特输出的驱动电路U7A的输入端，密特输出的驱动电路U7A的输出端接场效应管电子开关Q1的G极，上拉电阻R16设置在施密特输出的驱动电路U7A的输入端与工作电源之间，下拉电阻R17密特输出的驱动电路U7A的输出端与地之间。

如图5所示，图中，BT1~3为正负极相接串联的3个2V蓄电池，串联后标称电压6V，F5为自恢复电阻，D3为反接保护二极管、R15为水泥电阻、L1和L2为储能电感，D2为续流二极管，E1为稳压滤波电容，Q1为场效应管电子开关，R16为上拉电阻，R17为下拉电阻，U7A为具有施密特输出的驱动电路IC，本应用中，R15、L1和E1组成串联充电储能结构，上电后通过R15、L1，E1的电压逐步充电到接近BTV+的电压，在整个产品的工作过程中，E1的电压基本保持稳定，用于给脉冲开关电路提供开关修复脉冲电流。

R16、U7A、R17、Q1组成电子开关，由图上PWM1脚接入微处理器输入PWM修复或维护脉冲信号，脉冲信号关闭时，U7A的2脚上拉到高，输出脚7脚反相输出负电平，Q1栅极电荷泄放到地，使电子开关处于安全关闭状态，当PWM1输出负脉冲时，U7A输出反相为高电平并输出大电流，使Q1的栅极到源极的电容快速充电到高电平，使得Q1快速进入饱和导通状态，这时候电感L2通过Q1连接到地，E1的电荷通过L2快速泄放并储能，当PWM1输出正脉冲时，U7A反相使得Q1快速关闭，L2的电流不能突变，这时候通过续流二极管D2、自恢复保险F5反充回BTV+，反充过程形成快速尖脉冲输入到3节电池回路里面，对电池极板上的硫化结晶提供振荡电流，使硫化物快速分解后融入电化学反应，此过程是解除硫化的主要过程。

在修复电路除硫化的过程中，除了上述尖脉冲电流提供了快速上升的尖脉冲外，脉冲电流也激发了瞬时高电压对电池进行微充电，PWM1是具有特定脉冲频率和占空比的方波，此方波通过修复电路后形成高频脉冲谐振电流，这个高频脉冲谐振电流是修复作用的核心内容，本例中的高频谐振脉冲频率为8~9KHz，占空比约为10%~40%，当工作在修复模式时，占空比约为20~40%，当维护模式时，占空比约为10~20%。

RS485通信电路的原理图如图6所示，它由两个独立的数据接收和数据发送电路组成。

数据接收控制电路包括型号为SP485R的RS485收发芯片U2、光耦U1、光耦U3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、自恢复电阻F1、自恢复电阻F2；负责接收数据的RS485接口中的一对平衡输入引脚分别通过自恢复电阻F1和自恢复电阻F2接RS485收发芯片U2的A、B引脚；电阻R4连接在RS485收发芯片U2的A、B引脚之间，电阻R3连接在RS485收发芯片U2的A与5V工作电源正极之间，电阻R7连接在RS485收发芯片U2的B引脚与公共地之间；微处理器产生的接收使能信号EN1接光耦U1的第2引脚，光耦U1的第1引脚通过上拉电阻R1接3.3V工作电源正极；光耦U1的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R1接5V工作电源正极；光耦U1第4引脚分别接RS485收发芯片U2使能端；RS485收发芯片U2的数据接收端与光耦U3的第2引脚相连，光耦U3的第一引脚通过上拉电阻R6接5V工作电源正极；光耦U3的第4引脚通过上拉电阻R5接3.3V工作电源正极，第3引脚接公共地；光耦U3的第4引脚接微处理器的数据输入端RX。

数据接收控制电路包括型号为SP485R的RS485收发芯片U5、光耦U4、光耦U6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、自恢复电阻F3、自恢复电阻F4；微处理器产生的发送使能信号EN2接光耦U6的第2引脚，光耦U6的第1引脚通过上拉电阻R13接3.3V工作电源正极；光耦U6的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R11接5V工作电源正极；光耦U6第4引脚分别接RS485收发芯片U5使能端；微处理器的数据输出端TX接光耦U4的第2引脚、光耦U4的第1引脚通过上拉电阻R9接3.3V工作电源正极，光耦U4的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R8接5V工作电源正极；光耦U4第4引脚接RS485收发芯片U5的数据端；RS485收发芯片U2的A、B引脚分别通过自恢复电阻F1和自恢复电阻F2接所述的负责发送数据的RS485接口中的一对平衡输出引脚；电阻R12连接在RS485收发芯片U5的A、B引脚之间，电阻R10连接在RS485收发芯片U2的引脚A与5V工作电源正极之间，电阻R7连接在RS485收发芯片U2的B引脚与公共地之间。

如图6所示：图中电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6、光耦U1、光耦U3组成RS485接收控制电路，电阻R9、电阻R8、电阻R13、电阻R11、光耦U4、光耦U6组成发送控制电路，U2、U5是RS485收发控制芯片，本实施例中采用两枚相同的RS485收发控制芯片，都可以采用型号为SP485R的RS485收发控制芯片，电阻R3、电阻R4、电阻R7和电阻R10、电阻R12、电阻R14是总线用电阻，F1~F4是自恢复保险电阻，P1是输入输出接口连接器。

在接收控制电路中，来自微处理器的使能信号低电平接入光耦U1的2脚，U1导通，U1的4脚常规由R1上拉到高电平，导通后4脚拉到低电平，U2的RE接收使能端有效，R3和R7挂接在接收总线上上拉和下拉，总线的信号接入485接口芯片U2的A、B信号端，由R脚输出接收信号，接收信号低电平有效，低电平时U3导通，U3的输出脚4脚保护导通到低电平，使数据输出到微处理器进行分析。

在发送控制电路中，来自微处理器的使能信号高电平接入光耦U6的2脚，U6截止，U6的4脚由R11上拉到高电平，U5的DE发送使能脚有效，使U5处于发送状态，来自微处理器的串行信号通过U4的2脚接入，当串行信号为低电平时U4导通，U4的4脚导通到低电平，使信号接入U5的发送脚D，通过U5转换后通过A、B脚把信号传输到发送总线上。

本实施例中，发送和接收使用独立的控制芯片，独立的供电和光电隔离，使得收发可以独立进行，同时避免了总线上的共模干扰和其他不安全因素，使总线的稳定性和安全性得到了极大的提高。

本实施例中的RS485的特殊设计采用了环形的组网模式，每一个智能维护器具有一个串行接收接口和一个发送接口，分别接到上一个和下一个智能维护设备，最终可以通过连接上位机进行数据通信，把每个智能维护器的采样运算和工作状态传输到管理系统当中进行更进一步的数据处理分析。

本实施例的工作模式有四种：

第一种工作模式是自组网自动工作模式，此模式下，产品安装上电以后自动检测接入是否符合要求，符合要求后则自动启动进行快速修复模式，大约修复1个月后，自动转入维护模式，维护模式可以长期挂载在电池两端工作，快速修复用于初步连接电池的一段时间快速消除电池硫化，恢复电池最佳性能，维护模式用于防止电池的继续硫化，两者结合，使电池得到最佳的修复和维护，延长电池寿命 。

产品实例中高频电子脉冲是通过微处理器输出PWM信号的开关、时间和占空比来的大小来控制的，本方案PWM信号在自组网模式控制输出的方法如下：

采用频率8~9KHz的脉冲波形，占空比5%~40%可调；

当蓄电池的电压大于2.35V*3~2.45V*3时，占空比从40%递减到5%；

当蓄电池的电压满足2.0V*3~2.35V*3时，维持占空比40%；

当蓄电池的电压满足小于2.0V*3~1.75V时，占空比从40%递减到0%；

当温度大于30℃~50℃时，占空比从40%递减到0%；

第一次安装输出修复至少工作一个月，后期按维护脉冲递减占空比为1/2；

当检测到电池电压大于2.45V至少3次则启动组网轮换工作模式，发送组网工作命令，依次传输到下一个设备。

第二种工作模式受控修复模式，此模式是在连接RS485通信总线以后，由上位机或管理设备发出通信控制指令，按指令进入电池修复模式，修复时间和修复效果受管理设备控制。

第三种工作模式是受控维护模式，此模式是在连接到上位管理设备的RS485通信总线以后，由上位机或管理设备发出通信控制指令，按指令进入维护模式，维护时间受管理设备控制。

第四种工作模式是受控巡检模式，此模式是在连接RS485通信总线以后，由上位机或管理设备发出通信控制指令，按指令进入巡检模式，上报实时采集到的电池数据，替代电池巡检仪的功能，有利于管理设备对电池数据进行更进一步的分析和处理。

本实施例的工作原理简述：

用户使用时，把智能维护器的输出线和温度检测线连接到3块电池对应极柱上，连接完毕，串联的三块电池给电源转换电路提供6V标称电压，实际输入为约5.4V~7.2V，电源转换电路把6V电压通过DC/DC转换电路转换为内部电路供电所需的DC12V电压，再通过降压电路转换为5V和3.3V提供给有关IC。

内部电路供电后，微处理器开始复位工作，通过AD采样电路0~2把电池极柱两端的电压通过滤波和放电电路转换为微处理器可识别的电压信号，微处理器通过电压基准提供的比较电位和AD采样输入口的电位比较得出采样电压，通过内部进一步滤波计算得到电池电压，电池电压作为微处理器控制电池维护状态直接的算法输入指标。

同时，连接在电池极柱上的温度采样电路的探头部分检测到极柱的温度，通过温度采样电路输入到微处理器进行计算，得出电池极柱的温度值，电池温度也作为微处理器控制电池维护状态的算法输入指标。

当满足电压和温度条件后，微处理器输出占空比可调，频率固定的PWM信号到电池维护电路，电池维护电路采用成熟的电子脉冲高频谐振电路，将微处理器的PWM转换成具有极好去硫化效果的高频谐振脉冲电流，长期应用修复维护电路可使得电池内部的硫酸铅晶体得到充分的溶解，还原为离线的电化学状态，恢复并保持蓄电池的容量。

在此过程中，状态显示电路用于显示当前工作状态，如果有电压过低或过高、连接失败、温度过低或过高、温度探头连接失败则输出故障指示到状态显示电路，同时也作为微处理器控制电池维护状态的算法输入。

本方案的自组网功能采用了巧妙设计的RS485串行总线来实现，由隔离电源和光电隔离实现多个电池之间的抗干扰和隔离，这样微处理器连接到进行了完全隔离的RS485串行接口电路上，在正常工作中，微处理器通过接口监控来自RS485接口电路的通信信号，当接收到数据后则进行解析，按内部约定的协议进行工作，可以由通信指令控制微处理器的工作模式，进入巡检状态和修复维护状态，RS485通信电路还用于连接整个电池组的智能维护设备的联网数据传输，通过环形的双绞线连接到RS485通信总线的输入输出接口上，通过通信总线可以上传电池组各智能维护器的巡检数据和工作状态。

Claims (5)

1.一种基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统，包括设置在后台的数据中心主机和一组设置在各铅酸蓄电池存放处的在线智能维护器；所述的在线智能维护器包括微处理器和由微处理器控制的对铅酸蓄电池进行在线修复的修复电路；其特征在于：

所述的在线智能维护器中还包括AD采样电路、电源转换电路和温度采样电路；

AD采样电路对铅酸蓄电池两端电压进行采样后输入到微处理器中；

连接在电池极柱上的温度采样电路的探头部分检测到极柱的温度，通过温度采样电路输入到微处理器；

电源转换电路把铅酸蓄电池两端电压进行DC/DC转换为微处理器和在线智能维护器内的IC供电；

所述的在线智能维护器中还包括RS485通信电路，每台在线智能维护器的RS485通信电路至少包括一个负责数据发送的RS485接口和一个负责接收数据的RS485接口；

所述的主机上设置有至少一个负责数据发送的RS485接口和一个负责接收数据的RS485接口；

主机的负责数据发送的RS485接口与第一台在线智能维护器的负责接收数据的RS485接口相连，所述的第一台在线智能维护器的负责数据发送的RS485接口与下一台在线智能维护器的负责接收数据的RS485接口相连，最后一台在线智能维护器的负责数据发送的RS485接口与主机的负责接收数据的RS485接口相连；

所述的修复电路在微处理器控制下产生修复脉冲信号加到铅酸蓄电池两端对铅酸蓄电池进行修复，包括场效应管电子开关Q1、反接保护二极管D3、储能电感L1、储能电感L2、续流二极管D2、稳压滤波电容E1；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端经过脉冲整形电路整形以后接场效应管电子开关Q1的G极，在场效应管电子开关Q1的S－D极之间依次接续流二极管D2、储能电感L1、稳压滤波电容E1；接续流二极管D2的P极接场效应管电子开关Q1的S极、稳压滤波电容E1的阴极接场效应管电子开关Q1的D极，场效应管电子开关Q1的D极接地，储能电感L2的两端分别接场效应管电子开关Q1的S极和储能电感L1和稳压滤波电容E1相连的公共端；接续流二极管D2的N极与储能电感L1相连的公共端接铅酸蓄电池的阳极，在铅酸蓄电池的阳极和阴极之间设置反接保护二极管D3，反接保护二极管D3的P极与铅酸蓄电池的阴极接地；脉冲整形电路包括上拉电阻R16，下拉电阻R17和具有施密特输出的驱动电路U7A；微处理器产生控制修复电路的PWM信号输出端接施密特输出的驱动电路U7A的输入端，密特输出的驱动电路U7A的输出端接场效应管电子开关Q1的G极，上拉电阻R16设置在施密特输出的驱动电路U7A的输入端与工作电源之间，下拉电阻R17密特输出的驱动电路U7A的输出端与地之间。

2.根据权利要求1所述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统，其特征在于：所述的RS485通信电路包括由两枚RS485通信控制芯片分别与负责数据发送的RS485接口和负责接收数据的RS485接口组成的独立的数据发送控制电路和数据接收控制电路。

3.根据权利要求2所述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统，其特征在于：所述的数据接收控制电路包括型号为SP485R的RS485收发芯片U2、光耦U1、光耦U3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、自恢复电阻F1、自恢复电阻F2；

所述的负责接收数据的RS485接口中的一对平衡输入引脚分别通过自恢复电阻F1和自恢复电阻F2接RS485收发芯片U2的A、B引脚；电阻R4连接在RS485收发芯片U2的A、B引脚之间，电阻R3连接在RS485收发芯片U2的A与5V工作电源正极之间，电阻R7连接在RS485收发芯片U2的B引脚与公共地之间；

微处理器产生的接收使能信号EN1接光耦U1的第2引脚，光耦U1的第1引脚通过上拉电阻R1接3 .3V工作电源正极；光耦U1的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R1接5V工作电源正极；光耦U1第4引脚分别接RS485收发芯片U2使能端；

RS485收发芯片U2的数据接收端与光耦U3的第2引脚相连，光耦U3的第一引脚通过上拉电阻R6接5V工作电源正极；光耦U3的第4引脚通过上拉电阻R5接3 .3V工作电源正极，第3引脚接公共地；光耦U3的第4引脚接微处理器的数据输入端RX。

4.根据权利要求2所述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统，其特征在于：所述的数据发送控制电路包括型号为SP485R的RS485收发芯片U5、光耦U4、光耦U6、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、自恢复电阻F3、自恢复电阻F4；

微处理器产生的发送使能信号EN2接光耦U6的第2引脚，光耦U6的第1引脚通过上拉电阻R13接3 .3V工作电源正极；光耦U6的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R11接5V工作电源正极；光耦U6第4引脚分别接RS485收发芯片U5使能端；

微处理器的数据输出端TX接光耦U4的第2引脚、光耦U4的第1引脚通过上拉电阻R9接3.3V工作电源正极，光耦U4的第3引脚接公共地，第4引脚经上拉电阻R8接5V工作电源正极；光耦U4第4引脚接RS485收发芯片U5的数据端；

RS485收发芯片U2的A、B引脚分别通过自恢复电阻F1和自恢复电阻F2接所述的负责发送数据的RS485接口中的一对平衡输出引脚；电阻R12连接在RS485收发芯片U5的A、B引脚之间，电阻R10连接在RS485收发芯片U2的引脚A与5V工作电源正极之间，电阻R7连接在RS485收发芯片U2的B引脚与公共地之间。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于自适应组网的RS485通信的铅酸蓄电池在线智能维护系统，其特征在于：所述的在线智能维护器中还包括对铅酸蓄电池两极之间的电压进行实时采样的采样电路，所述的采样电路输出接微处理器；

所述的采样电路包括放大器U8C、放大器U8B、放大器U8A、π型滤波电路；由放大器U8C和放大器U8B组成的两个射随电路的输入端分别接待维护的铅酸蓄电池的两极，两个射随电路的输出端分别通过电阻R19和电阻R21接放大器U8A的同相端和反相端，放大器U8A的反相端接并联的电阻R22、电容C10到地，放大器U8A同相端接并联的电容C6、电阻R18到放大器U8A输出端，放大器U8A输出端与电容C6、电阻R18相连的公共端串连电阻R20以后通过所述的π型滤波电路滤波后接所述的微处理器的检测信号输入端；

所述的π型滤波电路包括电容C8、电容C9和电感L3；电容C8和电容C9分别在电感L3的两端接地。

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