CN203365651U - 蓄电池数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种蓄电池数据采集装置，包括：恒流源发生器、数据采集电路、多选一复用器、内阻采集支路、直流电压采集支路、单片机；恒流源发生器与蓄电池组的两端相连，蓄电池组包括一个或多个蓄电池；数据采集电路配置在与首尾两个蓄电池连接的恒流源发生器的两端以及相邻两个蓄电池的连接处；多选一复用器与多路数据采集电路连接；内阻采集支路位于多选一复用器和单片机之间，包括带通滤波器和放大及偏置电路；直流电压采集支路位于多选一复用器和单片机之间，包括分压电路；单片机与恒流源发生器和多选一复用器连接。本蓄电池数据采集装置具有元器件数量少，各路数据采集电路一致性好，精度高且测量稳定性高以及占用单片机I/O少等优点。

Description

蓄电池数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种蓄电池监测技术，特别是涉及一种蓄电池数据采集装置。

背景技术

蓄电池是目前备用电源系统中广泛使用的后备电源，其可靠性关系到电力、核电、铁路、计算机系统、通信系统、石油化工、冶金、金融等众多关键领域的安全与稳定。

蓄电池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，因此电池检测与监控一直是国内外研究的热点问题。检测蓄电池的使用寿命是否终结的主要依据是蓄电池的剩余容量是否满足工作要求。容量的大小不仅与蓄电池的运行参数（例如工作环境温度、终端电压等）相关，也与蓄电池的构造参数（例如电解液密度、电池内阻等）相关。

现有技术中，蓄电池组中的各个蓄电池普遍采用的是串联连接的方式。在蓄电池组中某一个或某一些单体蓄电池的状态劣化直接影响蓄电池组整体的容量状态，也即蓄电池组的整体容量状态是由系统中某一个或几个劣化状态最严重的蓄电池容量所决定的。所以，准确测量各个单体电池的状态对防止蓄电池组故障时十分必要的。

请参阅图1，其显示了现有技术中用于监测蓄电池组的蓄电池多路数据采集装置的结构示意图。如图1所示，蓄电池组中的各个蓄电池相互串联，在蓄电池的两端或相邻两个蓄电池的连接处均配置有一路数据采集电路，在所述数据采集电路中包括有带通滤波器和分压电路（该分压电路中可包括一个或多个相互配合的电阻），每一路数据采集电路中的带通滤波器均与多选一复用器相连，而所述多选一复用器通过放大及偏置电路后再与所述单片机的I/O口（AD1接口）相连接，每一路数据采集电路中分压电路均与所述单片机的I/O口（AD2接口）相连接。在如图1所示的蓄电池多路数据采集装置中，通过分压电路和单片机，可测得蓄电池组中每一个蓄电池的两端的直流电压，通过数据采集电路中的带通滤波器、多选一复用器、放大及偏置电路、以及单片机，可测得蓄电池组中每一个蓄电池的内阻。

但如图1所示的蓄电池多路数据采集装置存在如下缺失：（1）、蓄电池组中每一个蓄电池均配置有一路数据采集电路，而每一路数据采集电路均配有相应的元器件（例如：带通滤波器、分压电路），易知，多路数据采集电路使用的元器件在实际性能精度上肯定会有所差别，这样，就会导致实际上的每一路数据采集电路的状况都不一样，且不便于统一校准，从而影响采集的数据精度；（2）、基于（1）中，每一路数据采集电路均配置相应的元器件，因此，整个蓄电池多路数据采集装置中元器件较多，增加了成本，同时，增加产生故障的风险以及各个元器件的设计和调试难度；3、另外，如图1所示，蓄电池中包含有4个蓄电池，因此，配置了共5路数据采集电路，因此，单片机中共需配置6个I/O接口，其中，5个I/O接口用于与5路数据采集电路中的分压电路连接，1个I/O接口用于与放大及偏置电路连接，这样，相对多地占用单片机的I/O接口，占用芯片资源。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种蓄电池数据采集装置，用于解决现有技术中采集数据的精度易受影响、增加产生故障的风险以及各个元器件的设计和调试难度以及占用芯片资源等问题。

为了解决现有技术中存在的上述问题及其他问题，本实用新型提供一种蓄电池数据采集装置，包括：恒流源发生器、数据采集电路、多选一复用器、内阻采集支路、直流电压采集支路、以及单片机；所述恒流源发生器与蓄电池组的相对两端相连，所述蓄电池组包括一个或多个蓄电池，多个蓄电池以正负极相连方式而串联；数据采集电路配置在与所述蓄电池组中首尾两个蓄电池连接的所述恒流源发生器的两端以及所述蓄电池组中相邻两个蓄电池的连接处；所述多选一复用器与多路所述数据采集电路连接；所述内阻采集支路位于所述多选一复用器和所述单片机的I/O接口之间，包括相互连接带通滤波器和放大及偏置电路；所述直流电压采集支路位于所述多选一复用器和所述单片机的I/O接口之间，包括分压电路；所述单片机与所述恒流源发生器和所述多选一复用器连接。

可选地，所述内阻采集支路和所述直流电压采集支路分别占用所述单片机的一个I/O接口或者共用所述单片机的一个I/O接口。

可选地，所述单片机还包括与所述I/O接口连接的模数转换AD模块。

可选地，所述恒流源发生器受所述单片机控制而产生幅值为i的低频脉冲电流信号。

可选地，所述多选一复用器受所述单片机控制而从多路数据采集电路中选择一路数据采集电路。

可选地，所述分压电路中包括一个或多个相互配合的电阻。

本实用新型提供的蓄电池数据采集装置，用于采集蓄电池组中的各个蓄电池的电池数据的数据采集电路共用同一套硬件（内阻采集支路和直流电压采集支路），因此，整个蓄电池数据采集装置中的各路数据采集电路的一致性非常好，精度高，且测量稳定性高。

另外，由于本实用新型提供的蓄电池数据采集装置的各路数据采集电路采用共用同一套硬件，相较于现有技术中每一路数据采集电路均配置有相应的硬件，实实在在地减少了元器件，相对可以节约元器件成本，且相应降低了各数据采集电路产生故障的风险以及各个元器件的设计和调试难度。

再有，在本实用新型的蓄电池数据采集装置中，内阻采集支路和直流电压采集支路分别占用单片机的一个I/O接口或者共用所述单片机的一个I/O接口，相比于现有技术，减少了I/O接口的数量。

附图说明

图1为现有技术中蓄电池数据采集装置的结构框图。

图2为本实用新型蓄电池数据采集装置的结构框图。

具体实施方式

鉴于现有技术中由于各路数据采集电路配置有不同的元器件而导致采集数据的精度易受影响等问题，本实用新型的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种蓄电池数据采集装置，通过元器件硬件的共享，确保各路数据采集电路的一致性非常好，精度高，且测量稳定性高。

以下将通过具体实施例来对本实用新型所提出的蓄电池数据采集装置进行详细说明。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图2为本实用新型蓄电池数据采集装置的结构框图。在本实用新型中，所提供的蓄电池数据采集装置用于采集蓄电池组中各个蓄电池的蓄电池数据。在本实施例中，所述蓄电池数据可包括例如直流电压和内阻，但并不以此为限，也可包括其他的数据（例如电池容量、电流值、开口电压、充放电系数等），在此不再赘述。如图2所示，所述蓄电池数据采集装置包括：恒流源发生器21、数据采集电路、多选一复用器22、内阻采集支路、直流电压采集支路、以及单片机23。

以下对蓄电池数据采集装置及其各个器件进行详细说明。

恒流源发生器21用于为蓄电池组提供恒流源。在实际应用中，恒流源发生器21与蓄电池组的相对两端相连。需说明的是，在本实施例中，所述蓄电池组中包括一个或多个蓄电池，当蓄电池为多个时，这多个蓄电池以正负极相连方式而串联（即，例如：当前蓄电池的正极与前一个蓄电池的负极相连，当前蓄电池的负极与后一个蓄电池的正极相连，以此类推）。为后续便于描述，在本实施例中，如图2所示，在本实用新型蓄电池数据采集装置中，所述蓄电池组中包括了相互串联的四个蓄电池，我们分别将它们标示为蓄电池1、蓄电池2、蓄电池3、以及蓄电池4。

数据采集电路即用于采集所述蓄电池组中各个蓄电池的蓄电池数据，在本实施例中，数据采集电路是配置在与所述蓄电池组中首尾两个蓄电池连接的所述恒流源发生器的两端以及所述蓄电池组中相邻两个蓄电池的连接处。由于在图2中的蓄电池的数量为四个，因此，数据采集电路的数量为五路，其中，两路数据采集电路是配置在蓄电池1与恒流源发生器21的连接处和蓄电池4与恒流源发生器21的连接处，另三路数据采集电路则是配置在蓄电池1与蓄电池2的连接处、蓄电池2与蓄电池3的连接处、以及蓄电池3与蓄电池4的连接处。在这里，我们将这五路数据采集电路依序分别标示为CH0、CH1、CH2、CH3、以及CH4。

多选一复用器22与多路数据采集电路CH0、CH1、CH2、CH3、CH4连接，受单片机23而从多路数据采集电路中选择一路数据采集电路。

内阻采集支路位于多选一复用器22和单片机23的I/O接口之间，在本实施例中，所述内阻采集支路包括相互连接带通滤波器24和放大及偏置电路25，带通滤波器24用于对采集的信号进行滤波，而放大及偏置电路25则用于对滤波后采集信号再进行放大及偏置处理。

直流电压采集支路位于多选一复用器22和单片机23的I/O接口之间，在本实施例中，在直流电压采集支路中，至少包括分压电路26，而分压电路26中至少包括一个或多个相互配合的电阻，从而实现分压。

单片机23与内阻采集支路、直流电压采集支路、恒流源发生器21、以及多选一复用器22连接，用于起到数据收集、分析以及控制的作用。具体地，在本实施例中，单片机23具有I/O接口，用于与内阻采集支路、直流电压采集支路连接。在实际应用中，所述内阻采集支路和所述直流电压采集支路可分别占用单片机23的一个I/O接口，但并不以此为限，在另一实施例中，所述内阻采集支路和所述直流电压采集支路也可共用单片机23的一个I/O接口。另外，单片机23还配置有与所述I/O接口对应的模数转换AD模块，用于对通过I./O接口接收的蓄电池数据进行模数转换，经模数转换后的蓄电池数据由单片机23进行分析以确定各个受监测的各个蓄电池的状况。再有，单片机23还配置有信号输出接口，分别与恒流源发生器21和多选一复用器22连接，用于分别向恒流源发生器21和多选一复用器22输出控制信号，即，恒流源发生器21受单片机23控制而产生幅值为i的低频脉冲电流信号，以及多选一复用器22受单片机23控制而从多路数据采集电路中选择一路数据采集电路。

以下针对本实用新型蓄电池数据采集装置的工作原理进行描述。

内阻采集原理：

1）、单片机23控制恒流源发生器21产生幅值为i的低频脉冲电流信号，该低频脉冲电流信号可在蓄电池组中蓄电池1-4上产生相应的压降变化；

2）、多选一复用器22在单片机23控制下选择多路数据采集电路CH0、CH1、CH2、CH3、CH4中的一路数据采集电路，并通过带通滤波器24和放大及偏置电路25处理后通过单片机23的I/O接口传输至A/D转换模块予以采集；

3）、重复执行步骤2），直至采集所有路数据采集电路CH0、CH1、CH2、CH3、CH4中的电池数据D0、D1、D2、D3、D4；

4）分别计算蓄电池1-4的内阻：例如：R1=（D1-D0）/i；R2=（D2-D1）/i；R3=（D3-D2）/i；R4=（D4-D3）/i。

电压采集原理

a）、多选一复用器22在单片机23控制下选择多路数据采集电路CH0、CH1、CH2、CH3、CH4中的一路数据采集电路，并通过分压电路26处理后通过单片机23的I/O接口传输至A/D转换模块予以采集；

b）、重复执行步骤a），直至采集所有路数据采集电路CH0、CH1、CH2、CH3、CH4中的电池数据D10、D11、D12、D13、D14；

c）、分别计算蓄电池1-4的电压：例如：V1=（D11-D10）；V2=（D12-D11）；V3=（D13-D12）；V4=（D14-D13）。

综上所述，本实用新型提供的蓄电池数据采集装置，用于采集蓄电池组中的各个蓄电池的电池数据的数据采集电路共用同一套硬件（内阻采集支路和直流电压采集支路），因此，整个蓄电池数据采集装置中的各路数据采集电路的一致性非常好，精度高，且测量稳定性高。

另外，由于本实用新型提供的蓄电池数据采集装置的各路数据采集电路采用共用同一套硬件，相较于现有技术中每一路数据采集电路均配置有相应的硬件，实实在在地减少了元器件，相对可以节约元器件成本，且相应降低了各数据采集电路产生故障的风险以及各个元器件的设计和调试难度。

再有，在本实用新型的蓄电池数据采集装置中，内阻采集支路和直流电压采集支路分别占用单片机的一个I/O接口或者共用所述单片机的一个I/O接口，相比于现有技术，减少了I/O接口的数量。

应当指出，本实施例仅列示性说明本实用新型的原理及功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本实用新型的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种蓄电池数据采集装置，其特征在于，包括：恒流源发生器、数据采集电路、多选一复用器、内阻采集支路、直流电压采集支路、以及单片机；所述恒流源发生器与蓄电池组的相对两端相连，所述蓄电池组包括一个或多个蓄电池，多个蓄电池以正负极相连方式而串联；数据采集电路配置在与所述蓄电池组中首尾两个蓄电池连接的所述恒流源发生器的两端以及所述蓄电池组中相邻两个蓄电池的连接处；所述多选一复用器与多路所述数据采集电路连接；所述内阻采集支路位于所述多选一复用器和所述单片机的I/O接口之间，包括相互连接带通滤波器和放大及偏置电路；所述直流电压采集支路位于所述多选一复用器和所述单片机的I/O接口之间，包括分压电路；所述单片机与所述恒流源发生器和所述多选一复用器连接。

2.根据权利要求1所述的蓄电池数据采集装置，其特征在于，所述内阻采集支路和所述直流电压采集支路分别占用所述单片机的一个I/O接口或者共用所述单片机的一个I/O接口。

3.根据权利要求1所述的蓄电池数据采集装置，其特征在于，所述单片机还包括与所述I/O接口连接的模数转换AD模块。

4.根据权利要求1所述的蓄电池数据采集装置，其特征在于，所述恒流源发生器受所述单片机控制而产生幅值为i的低频脉冲电流信号。

5.根据权利要求1或4所述的蓄电池数据采集装置，其特征在于，所述多选一复用器受所述单片机控制而从多路数据采集电路中选择一路数据采集电路。

6.根据权利要求1所述的蓄电池数据采集装置，其特征在于，所述分压电路中包括一个或多个相互配合的电阻。

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