CN204425009U - 基于mcu控制的电池监控装置 - Google Patents

Abstract

基于MCU控制的电池监控装置包括主电源模块(1)、可充电电池(2)和MCU控制模块(3)，主电源模块(1)分别经由电池充电回路(4)和电池放电回路(5)连接可充电电池(2)，MCU控制模块(3)经由电池测量模块(8)连接可充电电池(2)并测量可充电电池(2)的电池数据，MCU控制模块(3)分别经由充电电流检测电路(9)连接电池充电回路(4)和经由放电电流检测电路(10)连接电池放电回路(5)以确认可充电电池(2)处于充电或放电的电池状态，MCU控制模块(3)连接主电源模块(1)并可对充电电流进行调节，MCU控制模块(3)将测量的电池数据和电池状态经由S485通信端模块(6)和外部设备(7)进行数据交换。

Description

基于MCU控制的电池监控装置

技术领域

本实用新型涉及一种电池监控装置，特别涉及一种基于MCU控制的电池监控装置，主要适用于各种需要蓄电池提供不间断电源的工业现场。

背景技术

目前很多工业现场采用免维护可充电电池作为不间断电源，作为一种主要的可充电电池的铅酸电池(lead-acid battery)是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域，铅酸蓄电池都起到了提供不间断电源的重要作用。

由于铅酸电池的结构特殊性，以及充放电周期的延长，如果在日常的使用和维护过程中不能够及时准确的进行检测和有效的判断，那么随即会出现一系列问题，比如：电池失水，极板群的腐蚀，活性物质的脱落，硫化，以及深度放电引起的钝化和深度放电后的恢复等影响电池容量和使用寿命的问题；更严重的会造成铅酸电池的烧坏和爆炸。从电源系统运行的高可靠性要求上来看，保证要蓄电池提供不间断电源也是非常必要的。

迄今为止，已实行的可充电电池状况分析系统是一种对样品电池的剩余容量进行测量的系统以满载的容量或必要的放电处于运行中的蓄电池，根据时间的变化来观察电池端子之间的电压。如美国专利文献5281920公开了一种在线电池阻抗测量的技术，其针对蓄电池的寿命分析，由一个电压测量模块构成，模块被连接到一组由系统负载控制器、电流测量系统与MPU控制的传输装置中。阻抗数值是通过蓄电池放电的端子电压的减速数值来计算的。该专利文献可以测量蓄电池的剩余容量(寿命)，但并不适合于监测可充电电池的充电数据和充电状态。

专利文献CN104142479A公开了一种铅酸电池的测试模块，其包括用于接收手持APP发送的命令并传输该命令给单片机MCU，或者接收单片机MCU的数据信号并发送给对应的手持APP设备的蓝牙通信模块，用于与蓝牙通信模块之间进行信号传输的单片机MCU，其根据接收到的蓝牙通信模块的指令向信号发生电路发送输入信号，将数据处理电路得到的数据信号发送给蓝牙通信模块，根据单片机MCU的PWM信号来采集铅酸电池的数据信息，并将该信息传递给信号采集电路，采集信号发生电路产生的交流信号进行隔离直流、并整形限幅，然后传递给信号处理电路，将接收到的信号进行滤波处理形成稳定的波形信号传输给单片机进行A/D转换。该专利文献采用现有的电子元器件进行组合的产品，利用单片机的小型化特点，按照电路连接的要求，配置信号发生电路、信号采集电路、信号处理电路，单片机在接收到查询指令后，向信号产生电路发送脉冲信号，该脉冲信号会让信号产生电路在铅酸电池的回路中产生交流信号，该交流信号的产生作为信号输入值信号采集电路，对该信号进行采集后，可以获得稳定幅值的交流信号，然后将该信号通过电路进行滤波处理，分离其无用的干扰波，然后输送给单片机进行模数转换，将模拟信号转换成对应的数字信号，然后通过蓝牙通信模块发送给APP手持设备解决目前的手持式铅酸蓄电池测量存在的体积大、测试效率低的问题，达到改变测试方法、促进铅酸电池的回收的目的。但其无法提供不间断电源下检测可充电电池的电池数据和状态。我们无法准确获知当前的电路工作状态，比如电池充放电电流，电池电压，电池是否反接等相关数据。另外，只能通过开关量输入输出等方式获取部分当前的状态，比如交流电是否失电，电池是否处于活化状态等。

因此，本领域需要一种电池监控装置，其可以保证工业现场中不间断提供电源，且实时获得可充电电池的充电数据和充电状态，通过对充电数据等进行调节，不仅可以延长可充电电池的使用周期，使用日常维护变得更简单、准确、快捷、轻松；同时还能提高了对可充电电池使用的安全性和可靠性，极大地简化电路设计，方便使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现。

根据本实用新型的第一方面，一种基于MCU控制的电池监控装置，其包括主电源模块、可充电电池和MCU控制模块。所述主电源模块分别经由电池充电回路和电池放电回路连接可充电电池，当直流电输入到主电源模块时，主电源模块输出直流电且同时通过电池充电回路对所述可充电电池充电，当直流电没有输入到主电源模块时，所述可充电电池通过所述电池放电回路将直流电输入主电源模块来保持输出直流电。本实用新型的主电源模块可以保证直流电的无间断输出，可以作为工业现场采用的不间断电源。

所述MCU控制模块连接可充电电池、主电源模块和经由RS485通信接口连接外部设备。MCU控制模块经由电池测量模块连接可充电电池并测量可充电电池的电池数据，MCU控制模块分别经由充电电流检测电路连接电池充电回路和经由放电电流检测电路连接电池放点回路以确认可充电电池处于充电或放电的电池状态。MCU控制模块可以完成可充电电池在充放电过程中的数据测量和状态检测。

MCU控制模块连接主电源模块并可对充电电流进行调节，MCU控制模块将测量的电池数据和电池状态经由S485通信接口和外部设备进行数据交换。本实用新型极大地简化了电路设计，方便使用。同时可以通过通信获取可充电电池的电池数据，并且可以通过通信设置相关的电池数据预定范围。

优选地，MCU控制模块可根据外部设备输入的指令调节所述电池数据。

更优选地，所述RS485通信接口可通过无线网路通信模块无线连接外部设备。

根据本实用新型的第二方面，一种基于MCU控制的电池监控装置，其包括主电源模块、可充电电池、MCU控制模块和交流电源模块。所述主电源模块分别经由电池充电回路和电池放电回路连接可充电电池，当直流电输入到主电源模块时，主电源模块输出直流电且同时通过电池充电回路对所述可充电电池充电，当直流电没有输入到主电源模块时，所述可充电电池通过所述电池放电回路将直流电输入主电源模块来保持输出直流电；所述MCU控制模块连接可充电电池、主电源模块和经由RS485通信接口连接外部设备。交流电源模块包括交流电源和连接所述交流电源的交流输入回路，具有整流变压器的所述交流输入回路将交流电源发出的交流电转换成直流电输入到相连的主电源模块。

MCU控制模块经由电池测量模块连接可充电电池并测量可充电电池的电池数据，MCU控制模块分别经由充电电流检测电路连接电池充电回路和经由放电电流检测电路连接电池放点回路以确认可充电电池处于充电或放电的电池状态，MCU控制模块连接主电源模块并可对充电电流进行调节，MCU控制模块将测量的电池数据和电池状态经由S485通信接口和外部设备进行数据交换。

优选地，交流输入回路设有过流保护部件。

更优选地，过流保护部件为可恢复保险丝。

根据本实用新型的第三方面，一种基于MCU控制的电池监控装置，其包括主电源模块、可充电电池和MCU控制模块。所述主电源模块分别经由电池充电回路和电池放电回路连接可充电电池，当直流电输入到主电源模块时，主电源模块输出直流电且同时通过电池充电回路对所述可充电电池充电，当直流电没有输入到主电源模块时，所述可充电电池通过所述电池放电回路将直流电输入主电源模块来保持输出直流电。本实用新型的主电源模块可以保证直流电的无间断输出，可以作为工业现场采用的不间断电源。

所述MCU控制模块连接可充电电池、主电源模块和经由RS485通信接口连接外部设备。MCU控制模块经由电池测量模块连接可充电电池并测量可充电电池的电池数据，电池测量模块包括电压测量模块和电流测量模块，MCU控制模块分别经由充电电流检测电路连接电池充电回路和经由放电电流检测电路连接电池放点回路以确认可充电电池处于充电或放电的电池状态。MCU控制模块可测量可充电电池的包括电压数据和电流数据的电池数据。MCU控制模块可以完成可充电电池在充放电过程中的数据测量和状态检测。

MCU控制模块连接主电源模块并可对充电电流进行调节，MCU控制模块将测量的电池数据和电池状态经由S485通信接口和外部设备进行数据交换。

根据本实用新型的第四方面，一种基于MCU控制的电池监控装置，其包括主电源模块、可充电电池和MCU控制模块。所述主电源模块分别经由电池充电回路和电池放电回路连接可充电电池，当直流电输入到主电源模块时，主电源模块输出直流电且同时通过电池充电回路对所述可充电电池充电，当直流电没有输入到主电源模块时，所述可充电电池通过所述电池放电回路将直流电输入主电源模块来保持输出直流电。

所述MCU控制模块连接可充电电池、主电源模块和经由RS485通信接口连接外部设备。MCU控制模块经由电池测量模块连接可充电电池并测量可充电电池的电池数据，电池测量模块电压测量模块、电流测量模块、内阻测量模块和温度测量模块，MCU控制模块分别经由充电电流检测电路连接电池充电回路和经由放电电流检测电路连接电池放点回路以确认可充电电池处于充电或放电的电池状态。MCU控制模块可测量可充电电池的包括电压数据和电流数据的电池数据。MCU控制模块可测量可充电电池的包括电压数据、电流数据、内阻数据和温度数据的电池数据。MCU控制模块连接主电源模块并可对充电电流进行调节，MCU控制模块将测量的电池数据和电池状态经由S485通信接口和外部设备进行数据交换。

优选地，MCU控制模块设有警报模块，当充电电流检测电路检测到充电异常时，所述警报模块发出连接异常的警报。当温度测量模块测量的温度数据超出预定范围，所述警报模块可发出温度异常的警报。

更优选地，所述RS485通信端模块可通过无线网络通信模块无线连接外部设备。无线网络通信模块可以是GPRS网络通信模块，也可以是4G网络通信模块。无线网络通信模块可以是蓝牙通信模块或是无线射频通信模块。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述：

图1是本实用新型的第一实施例的基于MCU控制的电池监控装置的结构示意图。

图2是本实用新型的第二实施例的基于MCU控制的电池监控装置的结构示意图。

图3是本实用新型的第三实施例的基于MCU控制的电池监控装置的结构示意图。

图4是本实用新型的第四实施例的基于MCU控制的电池监控装置的结构示意图。

其中，1为主电源模块、2为可充电电池、3为MCU控制模块、4为电池充电回路、5为电池放电回路、6为RS485通信端模块、7为外部设备、8为电池测量模块、9为充电电流检测电路、10为放电电流检测电路、11为交流电源模块、12为交流电源、13为交流输入回路、14为整流变压器、15为电压测量模块、16为电流测量模块、17为内阻测量模块、18为温度测量模块、19为警报模块、20为过流保护部件。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的解释。

具体实施方式

图1是根据本实用新型的第一实施例的基于MCU控制的电池监控装置的结构示意图。参见图1，基于MCU控制的电池监控装置包括主电源模块1、可充电电池2和MCU控制模块3。主电源模块1是本装置的直流电输出模块，其是通过接收输入的直流电再将所述直流电输出的模块。主电源模块1分别经由电池充电回路4和电池放电回路5连接可充电电池2。当直流电输入到主电源模块1时，主电源模块1输出直流电且同时通过电池充电回路4对所述可充电电池2充电，当直流电没有输入到主电源模块1时，所述可充电电池2通过所述电池放电回路5将直流电输入主电源模块1来保持输出直流电。因此，本实用新型的主电源模块1可以保证直流电的无间断输出，可以作为工业现场采用的不间断电源。

所述MCU(Micro Control Unit，微控制器单元)控制模块3连接可充电电池2、主电源模块1和经由RS485通信端模块6连接外部设备7。MCU控制模块3可以包括16位的带有OTP(一次性可编程)ROM的单片机。MCU控制模块3也可以包括16位的带有FLASHROM的单片机。

MCU控制模块3经由电池测量模块8连接可充电电池2并测量可充电电池2的电池数据，MCU控制模块3分别经由充电电流检测电路9连接电池充电回路4和经由放电电流检测电路10连接电池放电回路5以确认可充电电池2处于充电或放电的电池状态。MCU控制模块3可以通过完成可充电电池2在充放电过程中的数据测量和状态检测。

MCU控制模块3通过实时采集可充电电池2的数据信息，同时通过RS485通信端模块6与外部设备7进行数据交换，从而控制主电源模块1进行可充电电池2的充电控制、放电控制等处理。当MCU控制模块3检测主电源模块1输出直流电，但电池充电回路4处于断开状态时，则发送连接异常信息到外部设备7，提示修正电池充电回路。MCU控制模块3连接主电源模块1并可对充电电流进行调节。当MCU控制模块3测量的可充电电池2的电池数据超出预定范围，则控制主电源模块1对充电电流进行调节，以达到合适的充电电流。

MCU控制模块3将测量的电池数据和电池状态经由S485通信端模块6和外部设备7进行数据交换。本实用新型极大地简化了电路设计，方便使用。同时，可以通过通信获取可充电电池2的电池数据，并且可以通过通信设置相关的电池数据预定范围。

图2是根据本实用新型的第二实施例的基于MCU控制的电池监控装置的结构示意图。参见图2，基于MCU控制的电池监控装置包括主电源模块1、可充电电池2、MCU控制模块3和交流电源模块11。主电源模块1是本装置的直流电输出模块，其是通过接收交流电源模块11输入的直流电再将所述直流电输出的模块。主电源模块1分别经由电池充电回路4和电池放电回路5连接可充电电池2。当直流电输入到主电源模块1时，主电源模块1输出直流电且同时通过电池充电回路4对所述可充电电池2充电，当直流电没有输入到主电源模块1时，所述可充电电池2通过所述电池放电回路5将直流电输入主电源模块1来保持输出直流电。

所述MCU控制模块3连接可充电电池2、主电源模块1和经由RS485通信端模块6连接外部设备7。MCU控制模块3经由电池测量模块8连接可充电电池2并测量可充电电池2的电池数据，MCU控制模块3分别经由充电电流检测电路9连接电池充电回路4和经由放电电流检测电路10连接电池放电回路5以确认可充电电池2处于充电或放电的电池状态。MCU控制模块3可以通过完成可充电电池2在充放电过程中的数据测量和状态检测。

MCU控制模块3通过实时采集可充电电池2的数据信息，同时通过RS485通信端模块6与外部设备7进行数据交换，从而控制主电源模块1进行可充电电池2的充电控制、放电控制等处理。当MCU控制模块3检测主电源模块1输出直流电，但电池充电回路4处于断开状态时，则发送连接异常信息到外部设备7，提示修正电池充电回路。MCU控制模块3连接主电源模块1并可对充电电流进行调节。当MCU控制模块3测量的可充电电池2的电池数据超出预定范围，则控制主电源模块1对充电电流进行调节，以达到合适的充电电流。MCU控制模块3将测量的电池数据和电池状态经由S485通信端模块6和外部设备7进行数据交换。

交流电源模块11包括交流电源12和连接所述交流电源12的交流输入回路13，具有整流变压器14的所述交流输入回路13将交流电源发出的交流电转换成直流电输入到相连的主电源模块1。

在一个实施例中，交流输入回路13设有过流保护部件20。在另一个实施例中，过流保护部件20为可恢复保险丝。

图3是根据本实用新型的第三实施例的基于MCU控制的电池监控装置的结构示意图。参见图3，基于MCU控制的电池监控装置包括主电源模块1、可充电电池2和MCU控制模块3。主电源模块1是本装置的直流电输出模块，其是通过接收直流电再将所述直流电输出的模块。主电源模块1分别经由电池充电回路4和电池放电回路5连接可充电电池2。当直流电输入到主电源模块1时，主电源模块1输出直流电且同时通过电池充电回路4对所述可充电电池2充电，当直流电没有输入到主电源模块1时，所述可充电电池2通过所述电池放电回路5将直流电输入主电源模块1来保持输出直流电。

所述MCU控制模块3连接可充电电池2、主电源模块1和经由RS485通信端模块6连接外部设备7。MCU控制模块3经由电池测量模块8连接可充电电池2，电池测量模块8包括电压测量模块15和电流测量模块16，MCU控制模块3可测量可充电电池2的包括电压数据和电流数据的电池数据。

MCU控制模块3分别经由充电电流检测电路9连接电池充电回路4和经由放电电流检测电路10连接电池放电回路5以确认可充电电池2处于充电或放电的电池状态。MCU控制模块3可以通过完成可充电电池2在充放电过程中的包括电压数据和电流数据的电池数据的测量和状态检测。可充电电池2在充电或放电状态下的电压数据和电流数据可以反映可充电电池2的相关信息。MCU控制模块3通过实时采集可充电电池2的上述相关信息，同时通过RS485通信端模块6与外部设备7进行数据交换，从而控制主电源模块1进行可充电电池2的充电控制、放电控制等处理。当MCU控制模块3检测主电源模块1输出直流电，但电池充电回路4处于断开状态时，则发送连接异常信息到外部设备7，提示修正电池充电回路。MCU控制模块3连接主电源模块1并可对充电电流进行调节。当MCU控制模块3测量的可充电电池2的电流数据超出预定范围，则控制主电源模块1对充电电流进行调节，以达到合适的充电电流。MCU控制模块3将测量的电池数据和电池状态经由S485通信端模块6和外部设备7进行数据交换。

图4是根据本实用新型的第四实施例的基于MCU控制的电池监控装置的结构示意图。参见图4，基于MCU控制的电池监控装置包括主电源模块1、可充电电池2和MCU控制模块3。主电源模块1是本装置的直流电输出模块，其是通过接收直流电再将所述直流电输出的模块。主电源模块1分别经由电池充电回路4和电池放电回路5连接可充电电池2。当直流电输入到主电源模块1时，主电源模块1输出直流电且同时通过电池充电回路4对所述可充电电池2充电，当直流电没有输入到主电源模块1时，所述可充电电池2通过所述电池放电回路5将直流电输入主电源模块1来保持输出直流电。

所述MCU控制模块3连接可充电电池2、主电源模块1和经由RS485通信端模块6连接外部设备7。MCU控制模块3经由电池测量模块8连接可充电电池2，电池测量模块8包括电压测量模块15、电流测量模块16、内阻测量模块17和温度测量模块18，MCU控制模块3可测量可充电电池2的包括电压数据、电流数据、内阻数据和温度数据的电池数据。

MCU控制模块3分别经由充电电流检测电路9连接电池充电回路4和经由放电电流检测电路10连接电池放电回路5以确认可充电电池2处于充电或放电的电池状态。MCU控制模块3可以通过完成可充电电池2在充放电过程中的包括电压数据、电流数据、内阻数据和温度数据的电池数据的测量和状态检测。MCU控制模块3通过实时采集可充电电池2的上述相关信息，同时通过RS485通信端模块6与外部设备7进行数据交换，从而控制主电源模块1进行可充电电池2的充电控制、放电控制等处理。当MCU控制模块3检测主电源模块1输出直流电，但电池充电回路4处于断开状态时，则发送连接异常信息到外部设备7，提示修正电池充电回路。MCU控制模块3连接主电源模块1并可对充电电流进行调节。当MCU控制模块3测量的可充电电池2的电流数据超出预定范围，则控制主电源模块1对充电电流进行调节，以达到合适的充电电流。当MCU控制模块3测量的可充电电池2的内阻数据超出预定范围，则启动活化指令使得可充电电池2的内阻值回复预定范围。当MCU控制模块3测量的可充电电池2的温度数据超出预定范围，则发送温度异常信号到主电源模块1和外部设备7。

在一个实施例中，MCU控制模块3设有警报模块19，当充电电流检测电路9检测到充电异常时，所述警报模块19发出连接异常的警报。当温度测量模块18测量的温度数据超出预定范围，所述警报模块19可发出温度异常的警报。

在一个实施例中，所述RS485通信端模块6可通过无线网络通信模块无线连接外部设备7。无线网络通信模块可以是GPRS网络通信模块，也可以是4G网络通信模块。无线网络通信模块可以是蓝牙无线通信模块或是无线射频通信模块。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (10)

1.一种基于MCU控制的电池监控装置，其包括主电源模块(1)、可充电电池(2)和MCU控制模块(3)，其中，所述主电源模块(1)分别经由电池充电回路(4)和电池放电回路(5)连接可充电电池(2)，当直流电输入到主电源模块(1)时，主电源模块(1)输出直流电且同时通过电池充电回路(4)对所述可充电电池(2)充电，当直流电没有输入到主电源模块(1)时，所述可充电电池(2)通过所述电池放电回路(5)将直流电输入主电源模块(1)来保持输出直流电；所述MCU控制模块(3)连接可充电电池(2)、主电源模块(1)和经由RS485通信端模块(6)连接外部设备(7)，其特征在于：

MCU控制模块(3)经由电池测量模块(8)连接可充电电池(2)并测量可充电电池(2)的电池数据，MCU控制模块(3)分别经由充电电流检测电路(9)连接电池充电回路(4)和经由放电电流检测电路(10)连接电池放电回路(5)以确认可充电电池(2)处于充电或放电的电池状态，MCU控制模块(3)连接主电源模块(1)并可对充电电流进行调节，MCU控制模块(3)将测量的电池数据和电池状态经由S485通信端模块(6)和外部设备(7)进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：交流电源模块(11)包括交流电源(12)和连接所述交流电源(12)的交流输入回路(13)，具有整流变压器(14)的所述交流输入回路(13)将交流电源发出的交流电转换成直流电输入到相连的主电源模块(1)。

3.根据权利要求1或2所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：电池测量模块(8)包括电压测量模块(15)和电流测量模块(16)，MCU控制模块(3)可测量可充电电池(2)的包括电压数据和电流数据的电池数据。

4.根据权利要求3所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：电池测量模块(8)进一步包括内阻测量模块(17)和温度测量模块(18)，MCU控制模块(3)可进一步测量可充电电池(2)的包括内阻数据和温度数据的电池数据。

5.根据权利要求4所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：MCU控制模块(3)设有警报模块(19)，当充电电流检测电路(9)检测到充电异常时，所述警报模块(19)发出连接异常的警报。

6.根据权利要求5所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：当内阻测量模块(17)测量的内阻数据超出预定范围，所述警报模块(19)发出警报。

7.根据权利要求1所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：MCU控制模块(3)可根据外部设备(7)输入的指令调节所述电池数据。

8.根据权利要求2所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：所述交流输入回路(13)设有过流保护部件(20)。

9.根据权利要求8所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：所述过流保护部件(20)为可恢复保险丝。

10.根据权利要求1所述的基于MCU控制的电池监控装置，其特征在于：所述RS485通信端模块(6)可通过无线网路通信模块无线连接外部设备(7)。