CN1877345A

CN1877345A - 牵引电池电压监测及报警系统

Info

Publication number: CN1877345A
Application number: CN 200610083929
Authority: CN
Inventors: 王震坡; 林程; 孙逢春; 马军
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2006-12-13

Abstract

为了实时掌握电动车每节电池的电压、温度等参数，保障电动车安全使用，本发明提供了一种牵引电池电压监测及报警系统，主要由仪表平台、主控制器、集线器以及选通器构成，该系统采用单选、直测方式，在主控制器的控制下，通过选通器把每节电池的电压信号按顺序切入，由同一电压表头对每节电池两端电压进行测量、显示记录，完全消除系统的监测测量误差，且具有结构简单稳定、低成本的优点。

Description

牵引电池电压监测及报警系统

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种电动大客车上用于牵引电池电压监测及报警的专用系统。

背景技术

目前，电动车的蓄能设备主要是蓄电池，有铅酸电池和锂电池两种。铅酸电池一般用12V串联，220伏的动力系统一组电池需要24块电池串联，380伏的动力系统需要32块电池串联。单体锂电池电压3.6V，220V伏的动力系统需要80节电池串联，380伏的动力系统需要108节串联。由于单体电池间存在蓄能量的差异，在使用过程中容易出现过量充电、过量放电现象。

就铅酸电池而言，过量充电、过量放电都会降低电池使用寿命，甚至损坏报废；而锂电池在发生过量充电、过量放电现象时，不仅会出现铅酸电池结果，而且还会出现燃烧，爆炸后果。为保障人和车辆安全；保障牵引电池安全使用；延长电池使用寿命，必顺建立一套有效的电池管理系统，确保每节电池都工作在安全容限内。系统必须具有下述功能：能够时时对每节电池的电压、温度、电流等参数进行自动监测显示，根据不同需求，可结合打印记录功能、远距离传递数据功能等，极限状态应具有声、光同步报警提示功能。

只有掌握每节电池的电压、温度等参数，才能保障电池组中的每节电池都工作在安全状态下。利用统计数据可以找出电量不足的蓄电池单体作同步补偿或更换。电池的安全使用是保障电动车安全的主要因素之一，它直接影响电动车的行驶里程和运营成本，也是电动车产品能否推广应用的决定因素。

目前的监测系统都是以一个基准参照点为基点，按顺序检测串联电池组的各连接点对基准电的电压，利用后级参数减去前级参数得出本级电池电压值，如附图1所示：V1是第一节电池的电压，V2减V1是第二节电池的电压，其它电池电压类推得出。这类系统在静态测量时，由于各电池的端电压不变化，不同时间检测到的各点电压值是不变的，换算得出的数值可以真实反应出每节电池的实际电压值。但在充电时或车辆运动时，电池的端电压在不断变化，不同时间采集的电压值是电池组在不同状态下的电压值。以第N节电池的电压为例，该节电池的电压值是Un减去Un-1，假如巡检完成Un-1点的电压后，在巡检Un点的电压时，由于系统驱动电流突然增大很多，电池组的端电压会同步下降，在用此状态电压值减去前一状态电压值就会产生很大误差，这种误差有几伏之多，在对锂电池组作动态测量时就会出现零压现象。

因此，本发明的装置采用单个选择、直接测量方式，可以完全消除上述系统无法消除的系统误差。

发明内容

为适应电池蓄系统类电动车的安全需要，结合以下原则开发设计：

●安全、可靠、耐用；

●简单实用、容易安装、容易维护；

●便于推广。

本系统采用通用标准器件。通用标准器件性能稳定、市场普及、容易采购成本低，结构简单稳定，故障明显。采用这种结构。普通电工结合线路图就可进行维修，使其具有很强的可推广性。

采用模块化、标准化设计使产品具有很强通用性。

●所有选通器结构完全相同，只需调整选通器的编码就可以互换；

●线束标准化使安装变得简单，可消除人为接线产生的错接线、虚接线等等故障隐患，参照说明书，普通电工就可安装。

为此，本发明提供一种牵引电池电压监测及报警系统，包括：仪表平台，由多个数字电压表、电流表、温度表集成而成，用于显示各电池工作状态；主控制器，包括：脉冲发生器，用于产生门控脉冲信号，计数器，由门控脉冲信号驱动进行循环计数，模数调整器，用于控制循环周期，总线驱动器，用于整形放大控制信号，总线输出端，用于输出控制信号，以及译码器，用于驱动数码管显示工作状态；集线器，用于对来自主控制器的控制信号进行放大；选通器，用于从集线器接收主控制器的控制信号，选通相应的电池组进行控制，其中包括：箱选信号接收放大器，箱选数据比较器，节选信号接收放大器，节选数据比较器，来自集线器经放大的控制信号开通箱选接收放大器，经箱选数据比较器比较，选定本电池箱内的电池组，节选数据比较器巡检电池组，完成控制命令。

本发明的牵引电池电压监测及报警系统的基本工作原理是，该系统采用单选、直测方式，在主控制器的控制下，通过选通器把每节电池的电压信号按顺序切入，由同一电压表头对每节电池两端电压进行测量、显示记录。测量精确度由所选配的电压表头精度决定。现选定的电压表头精确度是0.01V。选通器为安全切换装配，内有短路保险器和安全限流电阻，保障输出信号在发生混线或搭铁现象时，混线电流不大于1mA。

附图说明

附图1是现有技术的监测系统的电路原理图；

附图2是本发明的牵引电池电压监测及报警系统的结构方框图；

附图3是本发明的牵引电池电压监测及报警系统的核心组成部分方框图；

附图4是主控制器的结构方框图；

附图5是集线器的原理图；

附图6是选通控制器的结构方框图；

具体实施方式

现结合附图作进一步说明。

如图2所示，本发明实现的主要功能和技术指标如下：

1)仪表平台：内设牵引电池的总电压表、总电流表、总电量表、每节牵引电池的电压表、每节电池的序号表、低压电池的电压表、主电机温度表、各电池箱温度表等，并具有极限报警指示功能。

2)主控制器：对所有系统进行自动化管理。提供巡检、巡测控制信号。控制系统按一定顺序对牵引电池组内的每节蓄电池作周性检测、记录及报警提示。

3)集线器：总线信号放大，各系统汇接功能。

4)选通器：在主控制器发出的巡检信号统一控制下，由选通器对应完成电池单体选择接入、温度传感器接入。

5)亏电补偿器：对电能不足的单体电池进行能量补充，用于电池组一致性调整。(用于基础蓄能量偏小的单体补充调整)

6)打印记录仪：对检测信号记录，是辅肋设备。主要用于各种参数记录。

7)数据远传系统：结合GPRS系统，可实现信息远距离传递，管理人员可对运行中的所有车辆进行同步管理。

本系统采用的是单选、直测方式，每一个测量值都是同步测量信号，测量精确度不受电池工用状态影响。

8)核心技术部分组成如附图3所示，牵引电池电压监测及报警系统的核心技术部分是本发明装置的主体部分，主要由5个部分组成：

(1)仪表总成

由多个数字电压表、电流表、温度表集成而成。属通用、稳定产品。

(2)主控制器

系统构成框图如图4所示：

脉冲发生器产生门控脉冲，门控脉冲驱动计数器循环计数，模数调整器控制循环周期。总线驱动器用于整型放大控制信号，经总线输出端输出控制信号。译码器用于驱动数码管显示工作状态。

(3)集线器

如图5所示，由两片总线驱动器组成，用于对控制信号放大和各支路汇接与控制总线相接。

(4)选通控制器

系统功能框图如图6所示：

主控制发出的控制信号分箱选控制信号和节选控制信号两种。在箱选准入命令控制下，箱选信号接收放大器开通，经箱选数据比较器比较，与本电池组箱数字编码相同时，控制节选信号准入、控制译码器开始工作。节选数据比较器是节选数量控制器，当完成本电池箱内电池组的巡检过程后，由节选信号比较器发出完成控制命令，本箱信号输入端关闭，处于高阻状态。系统进入对下个电池组的巡检过程。

(5)标准线束：有两种类型：由控制信号线束和电源、检测信号合并线束。

控制信号线束采用RVV15×0.3屏蔽电缆和两个RS232-15P接线端子组成，信号输入端为针，信号输出端是孔。

电源检测信号合并线束采用RVV9×0.5屏蔽电缆和两个RS232-9P接线端子组成，信号输入端为针，信号输出端是孔。

9)辅助部分

系统的辅助部分主要用于对大型车队中所有车辆管理用，由高压漏电报警器、亏电补偿器、打印记录仪、和GPRS数据运传系统四个部分。

10)可靠性分析

本系统采用的是最基本的数字电路常用器件，74LS系列产品和CD4000系列产品，是经几十年验证的最稳定可靠的产品，主控系统内无单片机结构，不会因其它电磁干扰造成死机现象。

11)推广应用条件

本系统的仪表均采用高亮度发光管制成，醒目、直观便于伺机观察。极限报警功能可作到声光同步，提醒操作人员注意。本系统适合所有蓄电池贮能系统的电动车辆，结构简单，容易安装、容易维护，成本低是量产车辆的最佳选择。

12)运行和维护

(1)被动使用方式：

本系统采用模块化设计，具有很强的通用性和互换性，按使用说明，可通过互换方式找出有故障的模块和器件，所用器件在任何电子配套市都可以买到。材料成本一般都在2元以下，无需专业人员维护。

(2)主动使用方式：

本系统可以结合打印记录仪和GPRS数据无线传递系统，由专业管理人员利用计算机结合GPRS数据无线传递系统对车队中所有车辆进行同步管理。可以随时察看每台运行中车辆的各种技术参数。

Claims

1.本发明涉及一种牵引电池电压监测及报警系统，包括：

1)仪表平台，由多个数字电压表、电流表、温度表集成，用于显示各电池工作状态；

2)主控制器，包括：脉冲发生器，用于产生门控脉冲信号，计数器，由门控脉冲信号驱动进行循环计数，模数调整器，用于控制循环周期，总线驱动器，用于整形放大控制信号，总线输出端，用于输出控制信号，以及译码器，用于驱动数码管显示工作状态；

3)集线器，用于对来自主控制器的控制信号进行放大；

4)选通器，用于从集线器接收主控制器的控制信号，选通相应的电池组进行控制，其中包括：箱选信号接收放大器，箱选数据比较器，节选信号接收放大器，节选数据比较器，来自集线器经放大的控制信号开通箱选接收放大器，经箱选数据比较器比较，选定本电池箱内的电池组，节选数据比较器巡检电池组，完成控制命令。

2.本发明涉及一种牵引电池电压监测及报警系统，其特征在于：连接主控制器、集线器和选通器的标准线束分为控制信号线束以及电源、检测信号合并线束。

3.根据权利要求2的所述的线束，其特征在于：控制信号线束采用RVV15×0.5屏蔽电缆和两个RS232-15P接线端子组成，信号输入端为针，信号输出端为孔；电源、检测信号合并线束采用RVV9×0.5屏蔽电缆和两个RS232-9P接线端子组成，信号输入端为针，信号输出端为孔。

4.本发明涉及一种牵引电池电压监测及报警系统，其特征在于：所述主控制器中的计数器是十进制计数器。

5.本发明涉及一种牵引电池电压监测及报警系统，其特征在于：系统还包括高压漏电报警器，亏电补偿器，打印记录仪，以及GPRS数据远传系统。

6.本发明涉及一种牵引电池电压监测及报警系统，其特征在于：所述集线器由两片总线驱动器组成。