CN112782592A - 一种蓄电池寿命检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蓄电池寿命检测系统,属于蓄电池技术领域,包括蓄电池、与所述蓄电池相连接的检测模块,与所述检测模块相连接的信号采集模块,与所述信号采集模块相连接的信号处理模块,与所述信号处理模块相连接的控制模块,与所述控制模块的相连接的远程终端。本发明运用先进的信息技术,对蓄电池进行检测,并对检测的数据进行处理,分类选择,传输到移动终端,方便技术人员监控蓄电池的性能,同时根据寿命和内阻、温度的关系,得到所需的寿命信息,并在移动终端上显示;检测模块测试精度高、稳定性好,系统通过软硬件结合,处理速度快,实时性好,能够很好的满足设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域,具体涉及一种蓄电池寿命检测系统。
背景技术
蓄电池是一种重要的储能装置,可以在许多生产和生活领域里面普遍使用,并扮演了重要角色和做出了重大贡献。近年来,我国蓄电池产量呈现快速增长的趋势,铅酸蓄电池以其运行安全可靠、性价比高等优点在储能领域占有重要地位,在电力、交通运输、通讯等国民经济重要领域也有广泛应用。
蓄电池由于反复充电和放电而劣化。从维护检修的方面考虑,检测蓄电池的寿命十分重要。对于蓄电池的寿命的劣化,一般来说腐蚀成为主要原因,然而受使用温度、放电次数、放电时的负荷电力的大小等要因影响的情况也很多。像这样,判定寿命的要素多种多样,不容易正确地判定使用中的蓄电池的寿命。
公开号为CN103543407A的专利文献公开了一种用于固定式蓄电池的剩余寿命确定系统以及确定固定式蓄电池的剩余寿命的方法。一种用于固定式蓄电池(2)的剩余寿命确定系统(1)具有:检测单元(10),其被配置为检测指示所述固定式蓄电池的劣化水平的评价值;第一存储单元(20),其被配置为存储所述固定式蓄电池的使用历史;第二存储单元(30),其被配置为存储与所述固定式蓄电池的使用信息相关联的剩余寿命信息;第三存储单元(40),其被配置为存储所述固定式蓄电池的剩余寿命基本信息;以及控制器(50),其被配置为根据所述使用历史、所述评价值以及所述剩余寿命信息,估计所述固定式蓄电池的剩余寿命,但是检测不够精确。
公开号为CN111766530A的专利文献公开了一种锂离子蓄电池单体寿命检测模型及其检测方法,包括以下步骤:获取锂离子蓄电池单体标准件在不同的特定温度下的直流内阻值;获取锂离子蓄电池单体标准件寿命曲线;获取锂离子蓄电池单体被测件在不同的特定温度下的直流内阻值;计算锂离子蓄电池单体标准件在不同特定温度下对基准温度的直流内阻变化率;计算运算锂离子蓄电池单体被测件与锂离子蓄电池单体标准件的等效系数;将等效系数与标准件寿命值相乘,等效绘制锂离子蓄电池单体待测件寿命曲线,预测锂离子蓄电池单体寿命,方法步骤复杂,速度慢。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种蓄电池寿命检测系统。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:
一种蓄电池寿命检测系统,包括蓄电池、与所述蓄电池相连接的检测模块,与所述检测模块相连接的信号采集模块,与所述信号采集模块相连接的信号处理模块,与所述信号处理模块相连接的控制模块,与所述控制模块的相连接的远程终端。
进一步的,所述检测模块包括电压检测模块、温度检测模块和内阻检测模块。
进一步的,所述信号采集模块包括一阶高通滤波器、与所述一阶高通滤波器相连接的运算放大器、AD转换器。
进一步的,所述信号处理模块包括仪表放大器、与所述仪表放大器相连接的二阶带通滤波器。
进一步的,所述信号控制模块包括分析模块和判定模块。
进一步的,所述电压检测模块包括控制单元、转换单元和继电器切换单元。
进一步的,所述内阻检测模块采用PSoC 系列芯片,包括有 PSoC 内核,数字系统,模拟系统和系统资源。
进一步的,所述温度检测模块采用温度传感器检测蓄电池的温度。
进一步的,所述分析模块采用小波分析模块。
进一步的,所述判定模块根据内阻、温度与寿命的关系,将测量得到的内阻值、温度值与初始值进行比较,得到所需的寿命信息。
蓄电池作为后备电源服役于直流电源系统,其运行状况的好坏对变电站的运行情况有着举足轻重的地位。铅酸蓄电池的电压、内阻、温度等可测量的表征参数以及它们之间的关系可以反映其内部的复杂变化。以往,为了判定镍氢蓄电池的容量或寿命,提出过将寿命末期的内部电阻增加、放电时的电压变化作为判定寿命的参数而使用的方案。 比如,授权公告号为CN100448100C的专利文献公开了一种镍氢蓄电池的寿命判定方法,是预先准备表示放电时施加在蓄电池上的负荷电力的值以及所述蓄电池被设置场所的环境温度与所述蓄电池的寿命之间的关系的数据,然后,测定蓄电池放电时的负荷电力及环境温度,从所述数据中选择出与这些测定值对应的寿命作为期望寿命值。根据以放电次数作为变数的自然对数函数算出第1寿命降低量,将所述期望寿命值与所述第1寿命降低量之差作为残存寿命值,对镍氢蓄电池的寿命进行判定。授权公告号为CN106926725B的专利公开一种车辆用蓄电池的使用寿命预测方法和装置,方法包括:获取具有起停系统的车辆的数据,所述数据至少包括:蓄电池放电深度分布、蓄电池充放电循环寿命分布和每年进入自动停机次数分布;根据所述蓄电池放电深度分布和所述蓄电池充放电循环寿命分布计算得到蓄电池循环寿命;根据所述蓄电池循环寿命与所述每年进入自动停机次数分布计算得到蓄电池使用寿命分布。这些方法,检测不够精确,不能够全面准确评估电池的寿命。无论对蓄电池进行大小电流的充放电,其内部都会发生复杂的物质变化。由于许多不稳定变量,包括:工作环境、充放电电流、生产工艺等,都会影响铅酸蓄电池的剩余容量,所以,精确测量蓄电池寿命并非易事。
本发明的有益效果是:
本发明运用先进的信息技术,对蓄电池进行检测,并对检测的数据进行处理,分类选择,传输到移动终端,方便技术人员监控蓄电池的性能,同时根据寿命和内阻、温度的关系,得到所需的寿命信息,并在移动终端上显示。
基于 PSoC 系列芯片采集蓄电池内阻,避免了传统复杂的电路设计,将微弱信号处理技术集成在一个芯片,利用软件编程进行处理,增大了抗干扰能力,减小了开发难度,提高了测量稳定性与数据精度。
可靠性更高,不仅可以在蓄电池失效的早期就检测出故障,而且可以在线测量,快速检测出电池的寿命。检测模块测试精度高、稳定性好,系统通过软硬件结合,增加了系统的精度,对蓄电池的各种因素进行综合分析,处理速度快,实时性好,能够很好的满足设计要求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明蓄电池寿命检测系统的方框图。
图2是本发明电压检测模块的方框图。
图3是本发明内阻检测模块的方框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图1-3,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
一种蓄电池寿命检测系统,包括蓄电池、与所述蓄电池相连接的检测模块,与所述检测模块相连接的信号采集模块,与所述信号采集模块相连接的信号处理模块,与所述信号处理模块相连接的控制模块,与所述控制模块的相连接的远程终端。
所述检测模块包括电压检测模块、温度检测模块和内阻检测模块。
所述信号采集模块包括一阶高通滤波器、与所述一阶高通滤波器相连接的运算放大器、AD转换器。
所述信号处理模块包括仪表放大器、与所述仪表放大器相连接的二阶带通滤波器。
所述信号控制模块包括分析模块和判定模块。
所述电压检测模块包括控制单元、转换单元和继电器切换单元。
所述内阻检测模块采用PSoC 系列芯片,包括有 PSoC 内核,数字系统,模拟系统和系统资源。
所述温度检测模块采用温度传感器检测蓄电池的温度。
所述分析模块采用小波分析模块。
所述判定模块根据内阻、温度与寿命的关系,将测量得到的内阻值、温度值与初始值进行比较,得到所需的寿命信息。
电压检测模块的控制单元选择 AT 系列中型号为AT89C51 的微处理器,该处理器可靠性高、实时性好、速度快、性价比高。三极管选用型号为 S8550 的 PNP 型管,该三极管工作电压低,可以利用小信号产生大的电流,易于控制。转换单元采用MAX232 转换模块。继电器切换单元选用产业机器用功率继电器,型号为DSP2a-DC5V,其灵敏度高、耐压高、机械特性良好。AT89C51 芯片通过 MAX232 芯片与上位机软件进行通信,同时提供向主控单元传送数据的接口,AT89C51 芯片的其他 I/O 口控制继电器的切换以保证在同一时刻只有一块蓄电池在测量回路中。
内阻检测模块采用PSoC 系列芯片,包括有 PSoC 内核,数字系统,模拟系统和系统资源。内核采用强大的哈佛架构处理器,具有高速低功耗特性。PSoC 器件包含许多能够进行独立配置的模拟和数字逻辑模块,它们之间可经由编程控制内部高速开关的闭合以进行连接。PSoC 集成的公共资源有:时钟管理单元,电源管理单元和复位单元, I/O 系统等。
温度检测模块采用温度传感器检测蓄电池的温度。使用 DS18B20 温度传感器时刻检测蓄电池的温度。DS18B20 测量温度范围宽,其特有的单总线连接模式,使得 DS18B20与微处理器进行通信时,除了供电线与接地线外,仅需要一条接口线就能够在微控制器与DS18B20
之间进行双向通信。为了直接测量蓄电池的本身温度,该单元将 DS18B20 固定在连接线上以直接测量蓄电池的极柱温度。同时,温度监测单元采用了无线数据传输,将监测单元采集到的温度数据,无线传送给集中主控单元。
所述信号采集模块包括一阶高通滤波器、与所述一阶高通滤波器相连接的运算放大器、AD转换器。一阶高通滤波器,将直流信号隔除,选择合理的外围电阻电容值,用运算放大器搭建电路对电压进行的放大。
所述信号处理模块包括仪表放大器、与所述仪表放大器相连接的二阶带通滤波器。通过仪表放大电路提取蓄电池上的数据信号,通过带通滤波电路滤除高频的冲击。仪表放大器采用三运放的结构,前两个运放作为前级输入,具有减少共模干扰、提高输入阻抗的作用,后级运放作为差分放大的功能。
所述信号控制模块包括分析模块和判定模块。分析模块为小波分析模块,LabVIEW 使用图形化编辑语言 G 编写程序,简易直观,广泛运用于测控领域的软件开发,但是其在大量数据的运算与处理方面稍显不足;MATLAB 是美国 Math Works 公司开发的一种运算快,效率高的数学软件,它在算法开发、数据采集、数学建模、数学计算和数据分析等方面有着独特的优势。通过使用Lab VIEW 和 MATLAB 两种开发环境进行混合编程,可以扬长避短,使开发的虚拟仪器不仅灵活直观,而且具有强大数据处理能力。混合编程时,计算机需要同时安装 MATLAB 和 Lab VIEW,设定二者建立联系,之后便可以在 Lab VIEW 中使用Mathscript 编程。Mathscript 具有和 MATLAB 相似的语法和函数,在Lab VIEW 中的表现形式为一个文本编辑器,可以直接使用 MATLAB 中编辑好的代码进行小波分析。
MATLAB 的小波工具箱中含有大量的小波变换以及频谱分析的函数,功能强大并且操作简单,使用wavedec函数可以轻松的对指定信号进行小波分解,在指令中可以任意的选择小波基函数与分解层数。appcoef函数可以对信号进行一维小波分解并提取其中的低频成分;而 detcoef函数可以提取其中的高频成分;wrcoef函数可以对以上的分解成分重构,这三组函数通常用于一维小波分析。ddencmp函数用于生成信号的去噪的默认阈值;而wdencmp函数常常用于信号去噪,去噪时可以根据需求选择合适的去噪阈值、小波基、是否量化处理等。
判定模块根据温度、内阻与寿命的关系,将测量得到的温度值、内阻值与初始值进行比较,得到所需的寿命信息。将数据传输到移动终端中,并编写软件代码,使用户能查看蓄电池的寿命信息,并在寿命不足时发出警报。软件用的是Lab VIEW。根据铅酸蓄电池的内阻、温度增长与剩余寿命的关系,将测量得到的内阻值、温度值与初始值进行比较,得到所需的寿命信息,并用弹框的形式告知用户蓄电池能否继续使用。寿命判定,用字符串输入的当前内阻数值与设定值相除,计算结果转化为整数作为条件结构的选择判据,判定结果用单按钮对话框显示。
检测模块将检测到的蓄电池的电压、内阻和温度等数据传输给采集信号采集模块,将相关数据进行选择分类,采集,并通过信号处理模块处理,将信号提取放大,通过信号采集和处理,提高了测量的准确性,处理后的数据传输到控制模块。控制模块经分析模块分析,去噪,将数据传递到移动终端和判定模块,判定模块根据内阻、温度与寿命的关系,将测量得到的内阻值、温度值与初始值进行比较,得到所需的寿命信息,并在移动终端上显示。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:包括蓄电池、与所述蓄电池相连接的检测模块,与所述检测模块相连接的信号采集模块,与所述信号采集模块相连接的信号处理模块,与所述信号处理模块相连接的控制模块,与所述控制模块的相连接的远程终端。
2.如权利要求1所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:所述检测模块包括电压检测模块、温度检测模块和内阻检测模块。
3.如权利要求2所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:所述信号采集模块包括一阶高通滤波器、与所述一阶高通滤波器相连接的运算放大器、AD转换器。
4.如权利要求3所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:所述信号处理模块包括仪表放大器、与所述仪表放大器相连接的二阶带通滤波器。
5.如权利要求4所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:所述信号控制模块包括分析模块和判定模块。
6.如权利要求5所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:所述电压检测模块包括控制单元、转换单元和继电器切换单元。
7.如权利要求6所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:
所述内阻检测模块采用PSoC 系列芯片,包括有 PSoC 内核,数字系统,模拟系统和系统资源。
8.如权利要求7所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:所述温度检测模块采用温度传感器检测蓄电池的温度。
9.如权利要求8所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:所述分析模块采用小波分析模块。
10.如权利要求9所述的一种蓄电池寿命检测系统,其特征在于:所述判定模块根据内阻、温度与寿命的关系,将测量得到的内阻值、温度值与初始值进行比较,得到所需的寿命信息。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210511 |