CN203398236U - 电池监控在线检测维护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型电池监控在线检测维护装置，包括装置外壳和电路板，所述的电路板中还包括MUC、电源模块、放电模块、放电保护电路、通讯整形电路、温度采样电路、电池正极线束和电池负极线束，该装置设计成了一种电池的附着结构，可将单个电池监控检测维护装置安置在单节电池外壳的表面上，组合成可进行实时监测并可均衡充电的电池组，本实用新型电池监控在线检测维护装置中的电路板的电源电路及放电电路的设计采用了固定模块设计方式，可以对电池组中的所有单节电池进行动态检测及充电均衡维护，检测内容包括动态电池内阻、电池动态电压和电池表面温度，由于所采用固定模块设计可以形成标准化，从而降低了现有通用结构的生产过程的复杂程度，减少了资源的占用同时提高了产品的质量。

Description

电池监控在线检测维护装置

技术领域

本实用新型涉及电池监控在线检测维护技术领域，特别是应用于蓄电池监控在线检测维护的装置。

背景技术

目前，市场上对固定式蓄电池组的需求为多种多样，而且应用的环境也各不相同，因此在线维护过程中的监测装置多为定制产品，每一定制产品的生产过程相对复杂，电池的内阻检测是衡量电池组内每节电池的好坏的最佳标准，如果对电池组内的各节电池能够实时进行检测，则会提高电池组的使用寿命起到维护过程中的指导作用，由于含有内阻检测功能的在线检测装置结构多为通用结构，造成装置生产工艺复杂产品生产成本过高，而且该类装置与充电过程中带有均衡的装置各为独立，容易给维护系统造成了管理上的混乱，增加了整个维护系统的成本，如何解决含有内阻的在线检测装置与充电均衡装置一体化，同时便于定制生产的结构是该类产品的主要问题。

发明内容

本实用新型根据上述原因所要解决的技术问题，提供了一种电池监控在线检测维护装置，该装置设计成了一种电池的附着结构，可将单个电池监控检测维护装置安置在单节电池外壳的表面上，组合成可进行实时监测并可均衡充电的电池组，本实用新型电池监控在线检测维护装置中的电路板的电源电路及放电电路的设计采用了固定模块设计方式，模块由电路板上的MUC发出控制指令完成对单节电池的动态检测及充电均衡维护，检测内容包括动态电池内阻、电池动态电压和电池表面温度，由于所采用固定模块设计可以形成标准化，从而降低了现有通用结构的生产过程的复杂程度，实现了不同类型的电池或不同规格的电池监控在线检测维护装置的规格进行组合匹配生产，减少了资源的占用同时提高了产品的质量。

本实用新型提供的技术方案是：电池监控在线检测维护装置，包括装置外壳和电路板，所述装置外壳的一端开有电池连接口槽，在其另一端开有通信接口槽，所述的电路板安置于装置外壳之内，装置外壳的底部需全部紧贴放置在单节电池表面且有利于电池组组合检测网的任意位置，所述的电路板中还包括MUC、电源模块、放电模块、放电保护电路、通讯整形电路、温度采样电路、电池正极线束和电池负极线束，所述的MUC含有AD采样接口ADC0、ADC1、ADC2、ADC3和ADC4，ADC0、ADC1、ADC2、ADC3和ADC4的位数在12位以上确保了采样精度，还含有控制输出接口P2.0和P2.1，以及通讯接口TXD和RXD，所述的电源模块的输入端连接电池正极线束，同时与放电模块的供电端连接，电源模块的供电输出端与MUC的电源管脚VCC连接，通过VCC管脚单节电池为电池监控在线检测维护装置提供工作电源，同时与放电保护电路的供电端连接，所述的放电模块的放电控制端与放电保护电路的放电开关连接，放电模块的电流检测端与MUC的AD采样端口ADC2连接，MUC可以从ADC2端口中实时读入放电电流的大小状态，用于确定检测电池的内阻值的计算，放电模块的地端与MUC的GND端连接到电池的负极线束，放电保护电路的放电控制端与MUC的输出控制端口P2.0连接，MUC通过对端口P2.0的电位的高低控制实现对放电保护电路的通断控制，所述的通讯整形电路的数据输出端与MUC的通讯数据读入端口RXD连接，确保从端口RXD读入的数据信息的可靠，所述的温度采样电路的采样点与MUC的AD采样端口ADC4连接，可以实时分析电池充电时的温度变化，所述电路板中的电池正极线束经分压电阻与MUC的AD采样端口ADC3连接，对电池的动态电压进行实时监测，电池正极线束经电阻、电容与MUC的ADC0采样接口连接，电池负极线束经电阻、电容与MUC的ADC1采样接口连接，从ADC0与ADC1得到电池的差分电压，通过放电模块对蓄电池进行短时间的脉冲放电，在放电时侦测电池端的差分电压的微小变化，并通过MUC计算得到电池的内阻，电池正极线束和电池负极线束的连接点设置在电池连接口槽上，所述MUC的通讯接口TXD和RXD的连接点设置在通信电流环接口槽上，通过通讯接口MUC可以将监测到的电池的实时数据传递给上位管理系统，同时接受并执行上位管理系统的控制命令。

所述的电源模块是由升压控制芯片与降压控制芯片根据不同的在线检测维护装置的规格不同而设定组成的，由于电池组所配置的容量需求是多种多样的，所以构成电池组的单体电池的电压也不同，采用不同电源模块对应不同的电池可以降低一套电路适应多种电压需求的设计复杂程度，分别可以设定为2V、3V、6V、12V和24的在线检测维护装置电源模块的规格，电源模块在所述的电路板上为可更换模块。

所述的放电模块是由放电负载、放电开关管和电流采样电阻组成，用于测试连接的电池的内阻时的短时间脉冲放电及均衡旁路放电，在放电时通过差分电路侦测电池端电压的微小变化同时检测放电电流，通过MUC对侦测到的电压变化进行算法处理可以得到电池的内阻值，当电池在充电过程中MUC通过端口ADC3检测到电池电压高于实际允许电压时，MUC通过控制放电开关管由放电负载对电池进行旁路放电，使其达到均衡充电效果，与所述的电源模块的规格配合，放电模块也分别相对应电源模块的设定分别为2V、3V、6V、12V和24的放电模块规格。

所述的放电保护电路中设置有一场效应管作为无触点电子开关，受控于所述的MUC的P2.0端口的开关控制信号，针对放电模块建立短时间脉冲开关间隔，使用无触点电子开关对供电电路进行切换可以避免因通断而引起的有触电开关器件的安全隐患，达到当意外放电时可对连接的电池进行保护的目的。

所述的通讯整形电路设置有一路反向器和二极管，配合光耦将通讯电流信号转换成电压信号送入MUC的数据读入端RXD，配合光耦从MUC的TDX数据数据输出端的电压信号经所述的通讯整形电路转换成电流信号输出，通讯电路可以将电池组中的各节电池的实时信息传递给上位控制系统，并执行上位控制系统下达的调整指令。

所述的温度采样电路设有NTC热敏电阻作为温度传感器并置于所述装置外壳的底部，对连接电池的体表温度进行检测，可以实时反映充电过程中的温度变化，MUC将该变化值参与算法处理电池内阻值中，同时温度的非正常变化可以反映电池系统是否存在故障。

本实用新型所实现的功能如下：

本实用新型电池监控在线检测维护装置，是针对大容量蓄电池设计的。该装置安装在每节蓄电池的桩头附近的外壳表面上，它通过MUC控制，采用短时脉冲放电的测试方法，用模拟信号处理器芯片侦测电池电压在放电时发生的微小变化，并配合适当的算法计算得出电池的内阻值，模块化电路设计，具有电路稳定、可靠，检测精度高，体积小巧，安装方便以及测试时能耗微小的特点。同时还实时检测每节电池的电压、温度等信息，可以根据定时检测每节电池内阻的变化趋势预报出电池失效程度。

此外电池监控在线检测维护装置还支持旁路放电功能，当在浮充电时，控制电压较高单体电池上连接的电池监控在线检测维护装置进行旁路放电，以减小该单体电池的充电电流，达到均衡充电的维护目的。

附图说明

图1为本实用新型电池监控在线检测维护装置电路示意简图；

图2为本实用新型电池监控在线检测维护装置的电池连线接口示意图；

图3为本实用新型电池监控在线检测维护装置的通讯接口示意图；

图4为本实用新型电池监控在线检测维护装置对电池组的连接示意图。

具体实施方式

下面结合优选的实施方案更详细地解释本实用新型。

请参见图1、图2、图3，本实用新型提供的技术方案是：电池监控在线检测维护装置，包括装置外壳(8)和电路板(7)，所述装置外壳(8)的一端开有电池连接口槽，在其另一端开有通信接口槽，所述的电路板(7)安置于装置外壳(8)之内，装置外壳(8)的底部需全部紧贴放置在电池表面有利于电池组合的任意位置，请参见图4，图中的维护装置为说述的电池监控在线检测维护装置，通过每个维护装置的通讯接口经通信线将电池组连接成该电池组的通信网，并经通信转换器可以与电脑或其它设备进行数据交换，如图4中所示，电池组中每一单节电池上都附有一维护装置，通过维护装置的电池连接口槽电路板(7)的正极线束与所对应的单节电池的正排连接，电路板(7)的负极线束与对应的单节电池的负排连接，由此构成可监测的电池组，请参见图1，所述的电路板(7)中还包括MUC(1)、电源模块(2)、放电模块(3)、放电保护电路(4)、通讯整形电路(5)、温度采样电路(6)、电池正极线束和电池负极线束，所述的MUC(1)可以采用Aduc7061，该MUC是16位/32位RISC架构ARMTDMI内核，内部带有32K的片上FLASH，4K SRAM，具有内置多路24位，含有AD采样接口ADC0、ADC1、ADC2、ADC3和ADC4，24位的ADC确保了动态采样精度，还含有控制输出接口P2.0和P2.1，以及通讯接口TXD和RXD，所述的电源模块(2)的输入端连接电池正极线束，通过正极线束连接的单节电池可以向电池监控在线检测维护装置的电源模块(2)提供工作电压，同时与放电模块(3)的供电端连接，电源模块(2)的供电输出端与MUC(1)的电源管脚VCC连接，单节电池的电池电压经过电源模块(2)的稳压后提供给MUC(1)的VCC管脚+3.5v工作电压，通过VCC单节电池为电池监控在线检测维护装置提供工作电源，同时与放电保护电路(4)的供电端连接，所述的放电模块(3)的放电控制端与放电保护电路(4)的放电开关连接，放电模块(3)的电流检测端与MUC(1)的AD采样端口ADC2连接，MUC(1)可以从ADC2端口中实时读入24位精度的放电电流的大小状态，用于确定检测电池的内阻值的计算，根据物理公式ΔR＝ΔV/ΔI，MUC(1)通过读入的实时电压和放电电流就可以计算出电池监控在线检测维护装置当前连接的单节电池的瞬时内阻，放电模块(3)的地端与MUC(1)的GND端连接到电池的负极线束，放电保护电路(4)的放电控制端与MUC(1)的输出控制端口P2.0连接，MUC(1)通过对端口P2.0的电位的高低控制实现对放电保护电路(4)的通断控制，所述的通讯整形电路(5)的数据输出端与MUC(1)的通讯数据读入端口RXD连接，确保从端口RXD读入的数据信息的可靠，所述的温度采样电路(6)的采样点与MUC(1)的AD采样端口ADC4连接，可以实时分析电池充电时的温度变化，所述电路板(7)中的电池正极线束经分压电阻与MUC(1)的AD采样端口ADC3连接，对电池的动态电压进行实时监测，电池正极线束经电阻、电容与MUC(1)的ADC0采样接口连接，电池负极线束经电阻、电容与MUC(1)的ADC1采样接口连接，从ADC0与ADC1得到说述维护装置连接的单节电池的差分电压，通过放电模块(3)对蓄电池进行短时间的脉冲放电，在放电时侦测电池端的差分电压的微小变化，并通过MUC(1)累计∑ΔR计算得到该单节电池的内阻R，电池正极线束和电池负极线束的连接点设置在电池连接口槽上，所述MUC(1)的通讯接口TXD和RXD的连接点设置在通信电流环接口槽上，通过通讯接口MUC(1)可以将监测到的电池的实时数据传递给上位管理系统，同时接受并执行上位管理系统的控制命令。

所述的电源模块(2)是由升压控制芯片与降压控制芯片根据不同的在线检测维护装置的规格不同而设定组成的，由于电池组所配置的容量需求是多种多样的，所以构成电池组的单体电池的电压也不同，采用不同电源模块(2)对应不同的电池可以降低一套电路适应多种电压需求的设计复杂程度，分别可以设定为2V、3V、6V、12V和24的在线检测维护装置电源模块(2)的规格，如设定的规格需求是2V的则电源模块(2)选定的模块配置为升压控制芯片，如设定的规格需求是12V的则电源模块(2)选定的模块配置为降压控制芯片，用于满足MUC(1)及其它芯片的工作电压的需求，于此类推，其它的规格需求的电池电压所采用的电源模块(2)所需配置的电压可控制电压芯片的确定，电源模块(2)在所述的电路板(7)上为可更换模块。

所述的放电模块(3)是由放电负载、放电开关管和电流采样电阻组成，用于测试连接的电池的内阻时的短时间脉冲放电及均衡旁路放电，当电池组处在安全状态下放电只是为测量单节电池内阻的计算提供脉冲电流，其放电电流的大小是根据放电模块(3)的规格而设定的，在放电时通过差分电路侦测电池端电压的微小变化同时检测放电电流，根据物理公式ΔR＝ΔV/ΔI，通过MUC(1)对侦测到的电压变化进行算法处理可以得到电池的内阻值，，当电池在充电过程中MUC(1)通过端口ADC3检测到电池电压高于实际允许电压时，MUC(1)通过控制放电开关管由放电负载对电池进行旁路放电，从而减少同一时刻充电器对该放电模块(3)所对应的单节电池的充电电量，使其达到均衡充电效果，与所述的电源模块(2)的规格配合，放电模块(3)也分别相对应电源模块(2)的设定分别为2V、3V、6V、12V和24的放电模块规格。

所述的放电保护电路(4)中设置有一场效应管作为无触点电子开关，受控于所述的MUC(1)的P2.0端口输出的高低点位实施开关控制信号，针对放电模块(3)建立短时间脉冲开关间隔，使用无触点电子开关对供电电路进行切换可以避免因通断而引起的有触电开关器件的安全隐患，当电池监控在线检测维护装置中的线路发生故障时，如MUC(1)发生运行实效时，放电保护电路(4)通过关闭所述的电子开关，达到当产生意外放电时可对连接的电池进行保护的目的。

参见图1、图4，所述的通讯整形电路(5)内设置有一路反向器，如采用SN74LVCLG04和二极管结合，配合光耦，如采用PC817C将通讯电流信号转换成电压信号送入MUC(1)的数据读入端RXD，配合光耦从MUC(1)的TDX数据数据输出端的电压信号经所述的通讯整形电路转换成电流信号输出，通讯电路可以将电池组中的各节电池的实时信息传递给上位控制系统，并执行上位控制系统下达的调整指令，其中所述的上位机可以是电脑或其它设备，由此构成由电池监控在线检测维护装置组成的电池组在线检测维护装置的可控网。

所述的温度采样电路(6)设有NTC热敏电阻作为温度传感器并置于所述装置外壳(8)的底部，对连接电池的体表温度进行检测，可以实时反映充电过程中的温度变化，通过充电过程中单节电池表面温度的变化可以间接地反映出电池容量的变化，可测量的温度范围为-20℃～+70℃，MUC(1)将该变化值参与算法处理电池内阻值中，提高了单节内阻的计算准确程度，同时温度的非正常变化可以反映电池系统是否存在故障，从另一方面保护了电池的安全使用。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、变化和省略。例如，改变MUC的形式也可为实现本实用新型所阐述的目的，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.电池监控在线检测维护装置，其特征在于：包括装置外壳(8)和电路板(7)，所述装置外壳(8)的一端开有电池连接口槽，在其另一端开有通信接口槽，所述的电路板(7)安置于装置外壳(8)之内，所述的电路板(7)中还包括MUC(1)、电源模块(2)、放电模块(3)、放电保护电路(4)、通讯整形电路(5)、温度采样电路(6)、电池正极线束和电池负极线束，所述的MUC(1)含有AD采样接口ADC0、ADC1、ADC2、ADC3和ADC4，还含有控制输出接口P2.0和P2.1，以及通讯接口TXD和RXD，所述的电源模块(2)的输入端连接电池正极线束，同时与放电模块(3)的供电端连接，电源模块(2)的供电输出端与MUC(1)的电源管脚VCC连接，同时与放电保护电路(4)的供电端连接，所述的放电模块(3)的放电控制端与放电保护电路(4)的放电开关连接，放电模块(3)的电流检测端与MUC(1)的AD采样端口ADC2连接，放电模块(3)的地端与MUC(1)的GND端连接到电池的负极线束，放电保护电路(4)的放电控制端与MUC(1)的输出控制端口P2.0连接，所述的通讯整形电路(5)的数据输出端与MUC(1)的通讯数据读入端口RXD连接，所述的温度采样电路(6)的采样点与MUC(1)的AD采样端口ADC4连接，所述电路板(7)中的电池正极线束经分压电阻与MUC(1)的AD采样端口ADC3连接，电池正极线束经电阻、电容与MUC(1)的ADC0采样接口连接，电池负极线束经电阻、电容与MUC(1)的ADC1采样接口连接，电池正极线束和电池负极线束的连接点设置在电池连接口槽上，所述MUC(1)的通讯接口TXD和RXD的连接点设置在通信电流环接口槽上。

2.根据权利要求1所述的电池监控在线检测维护装置，其特征在于：所述的电源模块(2)是由升压控制芯片与降压控制芯片根据不同的在线检测维护装置的规格不同而设定组成的，分别可以设定为2V、3V、6V、12V和24的在线检测维护装置电源模块(2)的规格，电源模块(2)在所述的电路板(7)上为可更换模块。

3.根据权利要求1所述的电池监控在线检测维护装置，其特征在于：所述的放电模块(3)是由放电负载、放电开关管和电流采样电阻组成，用于测试连接的电池的内阻时的短时间脉冲放电及均衡旁路放电，与所述的电源模块(2)的规格配合，放电模块(3)也分别相对应电源模块(2)的设定分别为2V、3V、6V、12V和24的放电模块规格。

4.根据权利要求1所述的电池监控在线检测维护装置，其特征在于：所述的放电保护电路(4)中设置有一场效应管作为无触点电子开关，受控于所述的MUC(1)的P2.0端口的开关控制信号，针对放电模块(3)建立短时间脉冲开关间隔，当意外放电时可对连接的电池进行保护。

5.根据权利要求1所述的电池监控在线检测维护装置，其特征在于：所述的通讯整形电路(5)设置有一路反向器和二极管，配合光耦将通讯电流信号转换成电压信号送入MUC(1)的数据读入端RXD，配合光耦从MUC(1)的TDX数据数据输出端的电压信号经所述的通讯整形电路转换成电流信号输出。

6.根据权利要求1所述的电池监控在线检测维护装置，其特征在于：所述的温度采样电路(6)设有NTC热敏电阻作为温度传感器并置于所述装置外壳(8)的底部，对连接电池的体表温度进行检测。

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