CN202856402U

CN202856402U - 一种铅酸蓄电池状态的智能监控装置

Info

Publication number: CN202856402U
Application number: CN 201220496626
Authority: CN
Inventors: 康留旺; 肖广朋; 贺伊琳
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-09-26

Abstract

本实用新型公开了一种铅酸蓄电池状态的智能监控装置。包括微控制器，在微控制器上连接有电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、充电模块、参数存储模块、报警模块及显示模块，其中，电流采集模块上连接有铅酸蓄电池，铅酸蓄电池还与充电模块相连接。本实用新型的装置对铅酸蓄电池的剩余容量、端电压、充放电电流及温度进行实时监控，可以有效避免蓄电池过充电和放电现象，提高了铅酸蓄电池的性能和使用寿命，具有投资少、成本低的优点。

Description

一种铅酸蓄电池状态的智能监控装置

技术领域

本实用新型属于铅酸蓄电池领域，具体涉及一种铅酸蓄电池状态的智能监控装置。

背景技术

蓄电池行业与电力、交通、信息等产业的发展密切相关，其在汽车等运输工具和大型不间断供电电源系统中占有重要地位，是社会生产和人类活动中不可或缺的。我国铅酸蓄电池行业规模庞大，应用非常广泛，而铅酸蓄电池由于使用不当带来的实际放电容量小、使用寿命短等问题一直困扰着蓄电池行业的发展，故对铅酸蓄电池的状态进行智能监测显得非常必要，而目前国内实现该功能的产品或装置却很少。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种可以实时对蓄电池状态监测和控制的智能监控装置。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种蓄电池状态的智能监控装置，包括微控制器，其特征在于，在微控制器上连接有电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、充电模块、参数存储模块、报警模块及显示模块，其中，电流采集模块上连接有铅酸蓄电池，铅酸蓄电池还与充电模块相连接。

本实用新型的其它特点是：

所述的微控制器采用单片机AT89C51。

所述的温度采集模块采用DS18B20单总线数字式智能温度传感器。

所述的充电模块采用基于IGBT半导体器件的智能功率模块IPM。

所述的显示模块采用3个8位显示管。

所述的参数存储模块是EEPROM。

本实用新型的铅酸蓄电池状态的智能监控装置，具有如下优点：

1）实时监测铅酸蓄电池的温度，避免因蓄电池温度过高而影响蓄电池的使用寿命；

2）实时监测铅酸蓄电池的放电电压和放电电流，计算表征铅酸蓄电池状态的特征参数—蓄电池剩余容量，并将计算结果通过数码管进行显示；

3）当蓄电池的剩余容量小于预先设定的警戒阀值时，蜂鸣器起作用，提醒充电或切换备用电池；

4）控制铅酸蓄电池在充电过程中充电电流大小，实现智能充电。

附图说明

图1为本实用新型的铅酸蓄电池状态的智能监控装置的结构框图；

图2为电源电路原理图；

图3为电压采集模块和电流采集模块的电原理图；

图4为温度采集模块的电原理图；

图5为铅酸蓄电池充电原理图；

图6为装置软件设计流程图。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例给出一种蓄电池状态的智能监控装置的结构框图，包括微控制器，在微控制器上连接有电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、充电模块、参数存储模块、报警模块及显示模块，其中，电流采集模块上连接有铅酸蓄电池，铅酸蓄电池还与充电模块相连接。

本实施例中，微控制器采用单片机AT89C51，温度采集模块采用DS18B20单总线数字式智能温度传感器，充电模块采用基于IGBT半导体器件的智能功率模块IPM，显示模块采用3个8位显示管，参数存储模块是EEPROM。

以下是电池状态的智能监控装置的具体的设计过程：

1.硬件设计

1.1电源电路设计

为了扩大智能监控装置的应用范围，电源取自于被管理的铅酸蓄电池。故单片机AT89C51与铅酸蓄电池必须采用DC-DC模块进行隔离。为了增强装置的可靠性，可以设置一个3V的电池盒作为备用电池，当取自铅酸蓄电池的电源出现故障时，整个装置仍能正常运行。电源电路原理图如图2所示。

1.2电压、电流采集模块设计

电压、电流采集模块的数据采集对象分别是铅酸蓄电池的端电压和充放电电流。蓄电池的端电压由分压精密电阻取得，采集的端电压数值经过放大处理后送至单片机AT89C51的A／D端口。铅酸蓄电池的放电电流经过0．01Ω采样电阻后进行放大，然后送至单片机的A／D端口。由于单片机AT89C51内嵌的A／D转换器的基准工作电压为5V，故电压、电流采集模块采用图3所示的电路结构。

1.3温度采集模块设计

温度采集模块采用DS18B20单总线数字式智能温度传感器，直接将铅酸蓄电池温度物理量转化为数字信号，并以总线方式传送到单片机进行处理。DS18B20具有微型化、功耗低、性能高、抗干扰能力强、易配微处理器等优点。对于测量的温度提供了9～12位的数据寄存器，测温范围为-55～+125℃，其中在-10～+85℃的范围内测量精度可达到±0.5℃。

在智能监控装置中，温度传感器通过热传导的粘合剂粘附在蓄电池表面上，当铅酸蓄电池所处环境温度与被测量的蓄电池温度不同时，应将温度传感器与空气进行隔离。测温采集模块设计如图4所示。

1.4充电模块设计

在充电模块设计中，铅酸蓄电池的两接线柱与外电网相连，充电模块能根据控制电路发出的指令或标志位，对蓄电池进行分阶段充电，实现智能充电的功能。智能监控装置主要是针对电动汽车用铅酸蓄电池进行监控，由于铅酸蓄电池的充放电电流数值较大，故选择基于IGBT半导体器件的智能功率模块IPM进行铅酸蓄电池的充电过程监控。IPM是先进的混合集成功率器件，由高速低功耗的IGBT、驱动电路及保护电路构成；内有过电压、过电流、短路和过热等故障检测电路，且具有自动保护功能。铅酸蓄电池的充电模块设计如图5所示。

在图5中，Q1半导体器件和Q2半导体器件集成在一个IPM中。Q2打开时铅酸蓄电池进行充电，Q1打开时铅酸蓄电池通过电阻R1进行放电；当铅酸蓄电池给负载供电时，Q1、Q2均闭合。智能监控装置通过控制指令对充电模块的Q1和Q2进行控制，实现对铅酸蓄电池的分阶段充电功能。为避免采用大电流横流充电对铅酸蓄电池性能和寿命的影响，智能监控装置采用负脉冲方法对铅酸蓄电池充电：即采用“充-停-放-充-停-放”循环充电的充电策略。

1.5报警模块和显示模块设计

为降低整个装置的复杂度和制造成本，显示模块采用3个8段数码管进行铅酸蓄电池状态的动态显示，使用74HC595锁存动态显示数据。本设计采用在软件上对输入进行消抖处理的方案，并对按键状态进行连续的判断处理，直到按键松开为止，然后才执行相应的处理程序。故显示模块可以较好的实时显示蓄电池剩余容量、温度等数据以实现较好的人机交互，同时可供工作人员进行简单的参数设定。本设计巧妙地将按键输入与动态显示数位选择端口共用，从而减少了单片机端口的应用，达到了装置优化及降低产品成本的目的。报警模块采用的是蜂鸣器，将蜂鸣器的触发端与控制电路相连，实现单片机对蜂鸣器作用的控制。

2.软件设计

智能监控装置启动后，首先执行初始化程序，从EEPROM中读取上次运行保留的参数；其次，单片机开始读取温度传感器传输的数据以获取铅酸蓄电池的当前温度，然后调用A／D采样子程序以获取10位精度的电压、电流信号数据。将采集的信号经过处理便可得到铅酸蓄电池的状态；最后智能监控装置针对铅酸蓄电池的不同状态进行对应的处理程序，将铅酸蓄电池的状态数据输出到数码管进行显示。智能监控装置在运行过程中对参数进行实时更新，以准确地反映蓄电池的内部参数，实现装置管理的智能化。智能监控装置的软件设计流程如图7所示。

Claims

1.一种蓄电池状态的智能监控装置，包括微控制器，其特征在于，在微控制器上连接有电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、充电模块、参数存储模块、报警模块及显示模块，其中，电流采集模块上连接有铅酸蓄电池，铅酸蓄电池还与充电模块相连接。

2.如权利要求1所述的蓄电池状态的智能监控装置，其特征在于，所述的微控制器采用单片机AT89C51。

3.如权利要求1所述的蓄电池状态的智能监控装置，其特征在于，所述的温度采集模块采用DS18B20单总线数字式智能温度传感器。

4.如权利要求1所述的蓄电池状态的智能监控装置，其特征在于，所述的充电模块采用基于IGBT半导体器件的智能功率模块IPM。

5.如权利要求1所述的蓄电池状态的智能监控装置，其特征在于，所述的显示模块采用3个8位显示管。

6.如权利要求1所述的蓄电池状态的智能监控装置，其特征在于，所述的参数存储模块是EEPROM。