CN201104271Y - 密封式铅酸蓄电池在线监测仪 - Google Patents

Abstract

密封式铅酸蓄电池在线监测仪，其特征是设置由内阻、电压、电流和温度四种参量检测电路组成的单片机系统，设置液晶显示、按键开关和与计算机实现通讯的通讯接口。本实用新型用于实时监测蓄电池的内阻、电压、电流和温度值的变化情况，异常情况报警，并能将监测数据传送给计算机进行数据库管理。本实用新型的实施可以及时发现单体蓄电池性能的变化趋势，并单独对单体蓄电池进行充电维护，从而延长密封式铅酸蓄电池的使用寿命，提高电源系统运行可靠性。

Description

密封式铅酸蓄电池在线监测仪

技术领域

本实用新型涉及蓄电池检测设备，更具体地说特别是一种用于对密封式铅酸蓄电池的内阻、电压、电流、温度性能参数进行在线监测维护的仪器。

背景技术

蓄电池具有电压稳定、供电可靠、移动方便等优点，是重要的电源保障系统，为不间断运行设备提供了可靠的支持。

一般蓄电池设计寿命普遍为5年，然而有的蓄电池可以使用6-7年，而有的使用1年左右就开始出现问题，其使用状况的不同主要是产品质量和日常使用维护造成的，因此蓄电池的选择和维护对其使用寿命尤为重要。

密封式铅酸蓄电池的维护与一般低压系统蓄电池的维护相类似，当引进新蓄电池时，要求在验收时，进行深度放电；由于蓄电池系统通常是由四个蓄电池串联起来为一组，多组并联进行使用，当新蓄电池投入使用后，要求保持适宜的蓄电池工作环境温度，要求定期测量各个蓄电池端电压，当各蓄电池压差过大时，要进行均充，要求定期对蓄电池进行试探性容量试验或深度放电，以便检查蓄电池组的性能优劣以及保持蓄电池的活性。

但是实际运用中，由于各种条件的限制，蓄电池的维护很少能完全按照以上所述进行，首先新蓄电池验收，由于验收时间长，又无方便的工具可供利用，有相当多的人根本没有做这一工作即将蓄电池投入使用。据统计，在中国大陆约有95％以上的蓄电池缺乏必要的维护，这为日后供电故障埋下隐患；其次，新蓄电池投入使用后，由于一般蓄电池是装在柜子里，测量、脱离都不方便，很少测量端电压，定期深度放电更是无从进行；依现有条件，广大维护人员所能进行的只有每隔一段时间，让蓄电池对实际系统放电一段时间，充其量只是让蓄电池组活化一下，以保持蓄电池的活性，而对于蓄电池的性能优劣及各节蓄电池的剩余容量等重要数据还是无从知晓。

目前国内外蓄电池生产厂家所采用的技术标准也不统一，给蓄电池的维护工作带来了一定的困难。提前发现劣质蓄电池，实时地蓄电池后备时间预测和容量、故障、寿命终结报警，确保蓄电池具有良好的健康状态，延长蓄电池及交直流电源的使用寿命，保证其能正常工作，提高电源系统运行的可靠性，对密封式铅酸蓄电池建立起一套行之有效的监测维护管理等技术问题，一直未能得到很好的解决。

发明内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种密封式铅酸蓄电池在线监测仪，以期实时监测蓄电池的内阻、电压、电流和温度值的变化情况，异常情况报警，并能将监测数据传送给计算机进行数据库管理，以利于查询和打印，以本实用新型的实施来延长密封式铅酸蓄电池的使用寿命，提高电源系统运行可靠性。

本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型的结构特点是设置由内阻、电压、电流和温度四种参量检测电路组成的单片机系统，设置液晶显示、按键开关和与计算机实现通讯的通讯接口；

所述内阻检测电路是以低频信号发生器通过外接的串联电阻RS给蓄电池BT外加交流信号，在被测蓄电池BT和串联电阻RS两端分别设置电压采样放大电路，采集蓄电池和串联电阻RS两端交流电压值，经多路选择开关和A/D转换电路接入单片机系统；

所述温度检测电路采用温度传感器，其温度检测信号通过放大电路调理和A/D转换电路接入单片机系统；

所述电压检测电路是在蓄电池的两端通过隔离放大及多路复用将其信号取出，再通过A/D转换电路接入单片机系统；

所述电流检测电路采用霍尔电流传感器，并将所述霍尔电流传感器输出的模拟信号通过A/D转换电路接入单片机系统。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设置内阻、电压、电流和温度四种参量检测电路组成的单片机系统，实时在线监测蓄电池或蓄电池组的内阻、电压、电流、温度值的变化情况，结合蓄电池本身的特性、技术参数，确定非正常情况阀值，出现异常情况报警，以最大限度保障蓄电池系统的优化运行，从而保证整个电源系统的高可靠性。

2、本实用新型可以及时发现单体蓄电池性能的变化趋势，然后单独对单体蓄电池进行充电维护，这一方式是将蓄电池的监控与单体蓄电池的充电维护相结合，有利于提高蓄电池的利用效率、减少蓄电池更换数量和频率，从而节约成本，同时又减少了环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。

3、本实用新型由于设置单片机系统，因而可以通过在系统中设置通讯接口将监测数据通过传送给计算机并进行数据库管理，以利于查询和打印，同时可利于计算机强大的运算能力，对数据做进一步的分析和处理，从而进一步保障蓄电池系统的可靠运行。

附图说明

图1为本实用新型电路方框图。

图2为本实用新型电路原理示意图。

图中标号：1低频信号发生器，2耦合驱动，3电压采样放大，4隔离放大及多路复用，5电压采样放大，6低通滤波，7多路选择开关，8有效值变换器，9液晶显示器，10为A/D转换电路，11按键开关，12温度检测电路，13电流检测，14相位检测，15单片机系统，16通讯接口。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图1、图2，本实施例设置由内阻、电压、电流和温度四种参量检测电路组成的单片机系统，设置液晶显示器9、按键开关11和通讯接口16，通过485通讯接口与计算机实现通讯。

如图1所示，内阻检测电路是以低频信号发生器1通过外接的串联电阻RS给蓄电池BT外加交流信号，在被测蓄电池BT和串联电阻RS两端分别设置电压采样放大电路3，采集蓄电池和串联电阻RS两端交流电压值，经多路选择开关7和A/D转换电路10接入单片机系统15。

由于免维护铅酸蓄电池的内阻都很小，从零点几个毫欧至几十毫欧，因此为保证测量精度，经过蓄电池的电流须达到1A以上，这样被测蓄电池两端的低频交流电压最大可达几十毫伏；本实施例中，低频信号发生器1产生的是一个频率为5-10Hz、有效值为1V左右的低频交流信号，因此为保证经过蓄电池的电流达到1A，串联电阻RS应选择小阻值、大功率的电阻，本实施例中设置RS为1Ω/2W。此外，由于免维护铅酸蓄电池的小内阻，所以电池内阻测量导线的阻抗不可忽略，本实施例中采用四线法进行测量，即将注入电流回路与信号测量回路分开，这样可以获得较高的测量精度。

温度检测电路12采用温度传感器pt100，其温度检测信号通过放大电路调理和A/D转换电路接入单片机系统15。

电压检测电路是在蓄电池BT的两端通过隔离放大及多路复用4将其信号取出，再通过A/D转换电路10接入单片机系统15。

电流检测电路13采用霍尔电流传感器，并将霍尔电流传感器输出的模拟信号通过A/D转换电路接入单片机系统。

电流检测电路采用霍尔电流传感器，并将霍尔电流传感器输出的模拟信号通过A/D转换电路10接入单片机系统15。

参见图2，本实施例中各单元电路的设置包括：

低频信号发生器1包括函数发生器U1、电容C1、C2、C3、C4，电阻R1，电位器P1，其中函数发生器U1的8脚分别与1脚、5脚之间串接电容C1、C2，电阻R1和电位器P1串接在函数发生器U1的1脚、10脚之间，函数发生器U1的17脚连到+5v，20脚连接到-5v，且分别与13脚之间串接电容C1、C2，函数发生器U1的3、6、7、8、9、10、11、12、13、18脚接地，函数发生器U1信号由19脚输出到耦合驱动2。

耦合驱动2包括功率放大器U2、电阻R2、R3、R5，电位器P2、电容C5，放大器U2的5脚接+12v、3脚接-12v，电阻R5接在功率放大器U2的2脚、4脚之间，功率放大器U2的1脚通过电阻R3接地，电位器P2通过电阻R2接地，函数发生器U1输出的信号通过电位器P2、电容C5接入功率放大器U2的1脚，再由4脚输出。

电压采样放大3包括放大器U5、电阻R6、R7、R8、R9，其中放大器U5的8脚接+5v、4脚接-5v、5脚通过电阻R6接地、6、7脚通过电阻R9连接、5脚经过电阻R7与放大器U2的4脚连接，电阻R8接在放大器U5的6脚与电容C6的正极之间，信号由放大器U5的7脚分别输出到多路开关U8的14脚和电压比较器U12的6脚。

隔离放大及多路复用4包括4路隔离放大器U3和多路复用器U4，隔离放大器U3的1到8脚分别与四组电池(BT1～BT4)的正、负两极相连，隔离放大器U3的16脚、14脚、12脚、10脚分别与多路复用器U4的A1脚、A2脚、A3脚、A4脚连接，隔离放大器U3的15脚、13脚、11脚、9脚分别与多路复用器U4的B1脚、B2脚、B3脚、B4脚连接，多路复用器U4的A、B脚分别与电容C8的正极、电容C9的负极连接。

电压采样放大5包括放大器U6、电容C12、C13、电位器P3，其中放大器U6的1脚、8脚之间通过电位器P3连接，放大器U6的2脚通过连接电容C9接到多路复用器U4的B脚，放大器U6的3脚通过电容C8连到多路复用器U4的A脚，放大器U6的4脚和7脚分别与电容C12、C13连接接地。

低通滤波6包括低通滤波器U7、电容C14、C15，其中低通滤波器U7的8脚输入端信号来自放大器U6的6脚输出，低通滤波器U7的2、7脚分别接-5v和+5v，并分别通过电容C14、C15接地，信号由5脚分别输出到多路开关U8的13脚和电压比较器U12的8脚。

多路选择开关7包括多路开关U8，电阻R10、电容C16、C17，其中多路开关U8的16脚接+5v、7脚接-5v、两脚分别通过电容C17、C16接地，多路开关U8的6、8、9、10脚接地，信号由多路开关U8的3脚输出经过电阻R10到有效值变换器8。

有效值变换8包括A/D转换器U9、D1、D2、电容C19、C20、C21、C22、C23；A/D转换器U9的7、4脚分别接+5v和-5v，8脚接地，1脚经过C18接地，4脚经过C20接地，6脚经电容C22接地，7脚经C21接地，电容C19连接4、5脚，电容C23连接3、6脚；二极管D1、D2分别接在信号输入与4、7脚之间；信号由A/D转换器U9的6脚输出到A/D转换器U10的1脚上。

液晶显示器9采用LCD显示器，有四个接头分别接+5v、单片机的23、22脚以及接地。

A/D转换电路10包括A/D转换器U10电容C24、C25、C26，电阻R11；A/D转换器U10的20脚接+5v，9、13、14脚直接接地；A/D转换器U10的8脚经过R11接地，11脚经过C25与C26的并联接地，12脚经过C24接地；A/D转换器U10的17、19脚分别与单片机U11的6、8脚连接。

按键开关11包括按键S1、S2、S3、S4、电阻R14、R15、R16、R17；4个按键与四电阻串联，分别接在单片机U11的40、39、38、37脚与+5v电源之间。

温度检测12包括放大器U14、温度传感器pt100、电阻R18、电位器P4；放大器U14的7脚接+5v，2、4、5脚直接接地，电位器P4接在放大器U14的1、8脚之间，电阻R18接在+5v与放大器U14的3脚之间，放大器U14的3脚经过pt100接地，信号由放大器U14的6脚输出到A/D转换器U10的3脚。

电流检测13包括电流传感器U15，四个端子分别接-I、+I、A/D转换器U10的3脚以及接地。

相位检测14电压比较器包括电压比较器U12、与门电路U13、电阻R12、R13、C27、C28；电压比较器U12的3脚接+5v，12脚接-5v后经过电容C27接地，9脚接地；电阻R12接于+5和U12的1脚之间，电阻R13接于+5和电压比较器U12的14脚之间，电压比较器U12的1脚与U13的1脚连接，电压比较器U12的14脚与与门电路U13的2脚连接，与门电路U13的14脚接+5v，经过电容C28接地，7脚直接接地，3、6脚分别接入单片机U11的16、17脚。

单片机系统15包括微处理器U11、晶振Y1、电容C10、电容C11；微处理器U11的PA、PB、PC口分别与其他电路相连。

通讯接口16包括收发器U16、电阻R19；收发器U16的8脚接+5v，5脚接地，2、3脚直接连接，电阻R19连接在6、7脚之间，收发器U16的1、4脚分别与单片机U11的14、15脚连接。

Claims (2)

1. 密封式铅酸蓄电池在线监测仪，其特征是设置由内阻、电压、电流和温度四种参量检测电路组成的单片机系统，设置液晶显示、按键开关和与计算机实现通讯的通讯接口；

所述内阻检测电路是以低频信号发生器通过外接的串联电阻RS给蓄电池BT外加交流信号，在被测蓄电池BT和串联电阻RS两端分别设置电压采样放大电路，采集蓄电池和串联电阻RS两端交流电压值，经多路选择开关和A/D转换电路接入单片机系统；

所述温度检测电路采用温度传感器，其温度检测信号通过放大电路调理和A/D转换电路接入单片机系统；

所述电压检测电路是在蓄电池的两端通过隔离放大及多路复用将其信号取出，再通过A/D转换电路接入单片机系统；

所述电流检测电路采用霍尔电流传感器，并将所述霍尔电流传感器输出的模拟信号通过A/D转换电路接入单片机系统。

2. 根据权利要求书1所述的密封式铅酸蓄电池在线监测仪，其特征是所述通讯接口为485接口。

Images