CN205982577U - 蓄电池巡检装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种蓄电池巡检装置，包括：激励电流源模块、变压器、二极管、电容、第一电阻以及第二电阻；所述激励电流源模块输出激励电流到所述变压器的初级绕组；所述变压器的次级绕组的一端与所述二极管的阳极连接，另一端与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端与所述二极管的阴极连接；所述电容的第一端通过所述第一电阻与被测蓄电池的负极连接，所述电容的第二端通过所述第二电阻与被测蓄电池的正极连接。本实用新型通过变压器实现蓄电池端电压的隔离测量，成本低、电路结构简单，且隔离等级和可靠性均较高。

Description

蓄电池巡检装置
技术领域
本实用新型涉及蓄电池技术领域，特别是涉及一种蓄电池巡检装置。
背景技术
蓄电池在长时间使用过程中往往会出现端电压不均匀，影响通信安全。因此，对蓄电池实施巡检具有重要意义。目前采用的蓄电池巡检装置有以下几种：
(1)基于继电器切换的蓄电池巡检装置
参照图1所示，通过轮流驱动继电器C1到Cn，采用继电器的触点将被测的蓄电池单体接入一个共用的信号采样回路，其他的蓄电池两端悬空，实现对蓄电池组中的每一个蓄电池单体的端电压进行采样，这种方法的缺点是继电器的动作速度慢，并存在有限次数的机械寿命与较大的动作噪声。
(2)基于串行模数转换的蓄电池巡检装置
参照图2所示，采用串行模数转换器ADC把蓄电池端电压转化为串行格式的数字信号，通过数字光耦隔离传输到串行数据总线，由DSP读回每一数据通道的电池电压。这种方法的缺点是每一路串行ADC需要独立的辅助电源，信号调理电路、数字信号隔离结构比较复杂，并且串行模数转换器ADC的成本偏高。
(3)基于线性光耦或者数字光耦补偿的蓄电池巡检装置
参照图3所示，采用线性光耦可实现隔离的蓄电池端电压检测，但是成本过高。也可采用数字光耦外加补偿电路替代，但对于模拟信号来说数字光耦的缺点是输入输出的线性较差，并且受温度影响较大，需要对数字光耦的温度漂移进行校正和非线性进行补偿，电路结构比较复杂。
(4)基于电阻网络的蓄电池巡检装置
参照图4所示，采用电阻构成分压网络，把整个蓄电池组的各个蓄电池连接点电压衰减到电子模拟开关可以接受的程度。该电路结构简单，但是该电路测量回路与蓄电池回路并不隔离，存在安全隐患，并且采用网络电阻进行梯度衰减会造成采样精度的递减。
综上所述，传统技术中的蓄电池巡检装置存在着成本高、电路结构复杂、隔离等级低、可靠性低等问题。
实用新型内容
基于此，为解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种蓄电池巡检装置，通过变压器实现蓄电池端电压的隔离测量，成本低、电路结构简单，且隔离等级和可靠性均较高。
为实现上述技术目的，本实用新型实施例采用以下技术方案：
一种蓄电池巡检装置，包括：激励电流源模块、变压器、二极管、电容、第一电阻以及第二电阻；
所述激励电流源模块输出激励电流到所述变压器的初级绕组；
所述变压器的次级绕组的一端与所述二极管的阳极连接，另一端与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端与所述二极管的阴极连接；
所述电容的第一端通过所述第一电阻与被测蓄电池的负极连接，所述电容的第二端通过所述第二电阻与被测蓄电池的正极连接。
在一种可选的实施方式中，还包括第三电阻、滤波模块；
所述第三电阻和所述滤波模块串联连接后与所述变压器的初级绕组并联连接；所述变压器的初级绕组两端的电压经所述第三电阻分压后输入所述滤波模块。
可选的，所述滤波模块为RC滤波电路。
进一步的，还包括AD转换模块和处理模块；
所述AD转换模块的输入端与所述滤波模块的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与所述处理模块的输入端连接。
可选的，所述处理模块为MCU。
在一种可选的实施方式中，所述激励电流源模块包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、放大模块以及可控开关；
所述放大模块的输入端与所述第四电阻的第一端连接，输出端依次通过所述第五电阻、所述可控开关、所述第六电阻以及所述变压器的初级绕组后接地；所述第四电阻的第二端外接激励脉冲。
可选的，所述放大模块包括第一NPN型三极管；
所述第一NPN型三极管的基极与所述第四电阻的第一端连接，集电极通过所述第五电阻与所述可控开关连接，发射极接地。
在一种可选的实施方式中，所述可控开关为继电器。
在另一种可选的实施方式中，所述可控开关包括第七电阻和第二NPN型三极管；
所述第二NPN型三极管的基极通过所述第五电阻与所述第一NPN型三极管的集电极连接；所述第二NPN型三极管的集电极外接电压源，且通过所述第七电阻与所述第二NPN型三极管的基极连接；所述第二NPN型三极管的发射极通过所述第六电阻、所述变压器的初级绕组后接地。
本实用新型的蓄电池巡检装置通过向变压器施加激励电流实现蓄电池端电压的检测，而变压器具有非常成熟的加工工艺，很容易实现高等级的隔离度。变压器为静态磁感应元件，不存在机械动作，因此具有持久的可靠性。另外，本实施例中的变压器很容易实现批量的自动化加工，且材料为普通材料，具有很好地成本效应。因此，本实用新型的蓄电池巡检装置能以较低的成本、较高的隔离度和可靠性实现对多路蓄电池的巡检测量，并且利用电阻电容网络实现电压保持，进一步降低测量电路对被测电路的影响，保障了检测精度。
附图说明
图1为基于继电器切换的蓄电池巡检装置的电路结构示意图；
图2为基于串行模数转换的蓄电池巡检装置的电路结构示意图；
图3为基于线性光耦或者数字光耦补偿的蓄电池巡检装置的电路结构示意图；
图4为基于电阻网络的蓄电池巡检装置的电路结构示意图；
图5是本实用新型的蓄电池巡检装置一种可选的电路结构示意图；
图6是本实用新型的蓄电池巡检装置另一种可选的电路结构示意图；
图7是本实用新型实施例中激励电流源模块的结构示意图；
图8是本实用新型的蓄电池巡检装置又一种可选的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合较佳实施例及附图对本实用新型的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。应当理解的是，尽管在下文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。
图5是本实用新型的蓄电池巡检装置在一个实施例中的原理示意图，如图5所示，本实施例中的蓄电池巡检装置包括：激励电流源模块10、变压器T、二极管D1、电容C1、第一电阻R1以及第二电阻R2。其中，激励电流源模块10输出激励电流到变压器T的初级绕组。变压器T的次级绕组的一端与二极管D1的阳极连接，另一端与电容C1的第一端a连接，电容C2的第二端b与二极管D1的阴极连接。
如图5所示，电容C1的第一端a通过第一电阻R1与被测蓄电池100的负极连接，电容C1的第二端b通过第二电阻R2与被测蓄电池100的正极连接。
将本实施例中的蓄电池巡检装置与被测蓄电池100后，被测蓄电池100通过第一电阻R1、第二电阻R2向电容C1充电，充电达到平衡后，电容C1两端的电压与被测蓄电池100的端电压Ux相等。
由于变压器T只能传递交流信号，为了实现直流信号的测量，可通过激励电流源模块10向变压器T的初级绕组输出激励电流，变压器T将激励电流耦合到次级绕组，通过二极管D1对电容C1进行充电。
当变压器T2次级绕组产生的感应电压低于电容C1两端的电压Ux时，二极管D1中是没有电流通过的，激励电流源模块10向变压器T的初级绕组输出激励电流后，变压器T2次级绕组的电压快速上升，将通过二极管D2对电容C1充电，电容C1两端的电压从Ux上升至Ux0，当激励结束后，电容C1对被测蓄电池100放电，电容C1两端电压恢复至Ux。基于变压器的电磁感应耦合原理，在整个过程中，变压器T的初级绕组也将会产生一个和电容C1两端电压呈线性比例关系的变化电压，即：随着电容C1两端的电压由Ux上升至Ux0，变压器T的初级绕组电压也将同步的从UN上升至UN0，且UN/Ux＝UN0/Ux0，因此只要找出线性比例系数，就能通过检测变压器T初级绕组的变化电压来实现被测蓄电池100端电压的检测。
因此，在使用本实施例中的蓄电池巡检装置来检测蓄电池的端电压时，先对蓄电池巡检装置进行校准，即将图5中被测蓄电池100替换为一个已知的电压源U0，然后通过激励电流源模块10输出激励电流到变压器T的初级绕组，此时检测变压器T初级绕组产生的变化电压，通过该变化电压与U0计算出线性比例系数k。在对被测蓄电池100的端电压进行检测时，通过激励电流源模块10输出激励电流到变压器T的初级绕组，并检测检测变压器T初级绕组产生的变化电压，然后结合线性比例系数k就能计算出被测蓄电池100的端电压。
本实施例中的蓄电池巡检装置通过变压器实现蓄电池端电压的检测，而变压器具有非常成熟的加工工艺，很容易实现高等级的隔离度。变压器为静态磁感应元件，不存在机械动作，因此具有持久的可靠性。另外，本实施例中的变压器很容易实现批量的自动化加工，且材料为普通材料，具有很好地成本效应。
进一步的，为了提高检测精度，仍参照图5所示，本实施例中的蓄电池巡检装置还包括第三电阻R3、滤波模块20。第三电阻R3和滤波模块20串联连接后与变压器T的初级绕组并联连接。这样变压器T的初级绕组两端的电压经第三电阻R3分压后输入到滤波模块20，然后只要检测滤波模块20输出的电压就可以计算出被测蓄电池100的端电压。
较佳的，为了自动输出检测结果，参照图6所示，且一并参照图5，本实施例中的蓄电池巡检装置还可包括AD转换模块30以及处理模块40，其中处理模块40可采用MCU、CPU、FPGA等装置。AD转换模块30的输入端与滤波模块20的输出端连接，AD转换模块30的输出端与处理模块40的输入端连接。AD转换模块30对滤波模块20输出的电压信号进行模数转换，生成数字信号，并将数字信号送入处理模块40。参照上文对于校准过程的描述，在校准时，处理模块40依据AD转换模块30输入的数字信号以及已知的电压源U0进行处理计算，就能确定线性比例系数k，然后在对被测蓄电池100的端电压进行检测时，处理模块40依据AD转换模块输入的数字信号以及线性比例系数k就能自动计算出被测蓄电池100的端电压，并输出计算结果。
在一种可选的实施方式中，参照图7所示，激励电流源模块10包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、放大模块101以及可控开关102。其中，放大模块101的输入端与第四电阻R4的第一端c连接，输出端依次通过第五电阻R5、可控开关102、第六电阻R6以及变压器T的初级绕组后接地；第四电阻R4的第二端d外接激励脉冲。如图7所示，可控开关102导通后，在第四电阻R4处施加激励脉冲，经放大模块101放大后再通过第五电阻R5和第六电阻R6的限流作用，可向变压器T的初级绕组施加激励电流。其中，放大模块101可选用各种放大电路或放大器件，可选的，参照图8所示，放大模块101包括第一NPN型三极管Q1，第一NPN型三极管Q1的基极与第四电阻R4的第一端c连接，集电极通过第五电阻R5与可控开关102连接，发射极接地。
可控开关102可采用各类可控制的开关器件，例如继电器、MOSFET、IGBT等等。可选的，参照图8所示，可控开关102包括第七电阻R7和第二NPN型三极管Q2。第二NPN型三极管Q2的基极通过第五电阻R5与第一NPN型三极管Q1的集电极连接；第二NPN型三极管Q2的集电极外接电压源VDD，且通过第七电阻R7与第二NPN型三极管Q2的基极连接；第二NPN型三极管Q2的发射极通过第六电阻R6、变压器的初级绕组后接地。
可选的，参照图8所示，滤波模块采用RC滤波电路，包括并联连接的电容C2和电阻R8，RC滤波电路输出电压信号至AD转换模块30。
综上所述，本实用新型的蓄电池巡检装置采用变压器进行直流电压的隔离测量，能以较低的成本、较高的隔离度和可靠性实现对多路蓄电池的巡检测量，并且利用电阻电容网络实现电压保持，进一步降低了测量电路对被测电路的影响，保障了检测精度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种蓄电池巡检装置，其特征在于，包括：激励电流源模块、变压器、二极管、电容、第一电阻以及第二电阻；
所述激励电流源模块输出激励电流到所述变压器的初级绕组；
所述变压器的次级绕组的一端与所述二极管的阳极连接，另一端与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端与所述二极管的阴极连接；
所述电容的第一端通过所述第一电阻与被测蓄电池的负极连接，所述电容的第二端通过所述第二电阻与被测蓄电池的正极连接。
2.根据权利要求1所述的蓄电池巡检装置，其特征在于，还包括第三电阻、滤波模块；
所述第三电阻和所述滤波模块串联连接后与所述变压器的初级绕组并联连接；所述变压器的初级绕组两端的电压经所述第三电阻分压后输入所述滤波模块。
3.根据权利要求2所述的蓄电池巡检装置，其特征在于，还包括AD转换模块和处理模块；
所述AD转换模块的输入端与所述滤波模块的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与所述处理模块的输入端连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电池巡检装置，其特征在于，所述激励电流源模块包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、放大模块以及可控开关；
所述放大模块的输入端与所述第四电阻的第一端连接，输出端依次通过所述第五电阻、所述可控开关、所述第六电阻以及所述变压器的初级绕组后接地；所述第四电阻的第二端外接激励脉冲。
5.根据权利要求4所述的蓄电池巡检装置，其特征在于，所述放大模块包括第一NPN型三极管；
所述第一NPN型三极管的基极与所述第四电阻的第一端连接，集电极通过所述第五电阻与所述可控开关连接，发射极接地。
6.根据权利要求5所述的蓄电池巡检装置，其特征在于，所述可控开关包括第七电阻和第二NPN型三极管；
所述第二NPN型三极管的基极通过所述第五电阻与所述第一NPN型三极管的集电极连接；所述第二NPN型三极管的集电极外接电压源，且通过所述第七电阻与所述第二NPN型三极管的基极连接；所述第二NPN型三极管的发射极通过所述第六电阻、所述变压器的初级绕组后接地。
7.根据权利要求2或3所述的蓄电池巡检装置，其特征在于，所述滤波模块为RC滤波电路。
8.根据权利要求4所述的蓄电池巡检装置，其特征在于，所述可控开关为继电器。
9.根据权利要求3所述的蓄电池巡检装置，其特征在于，所述处理模块为MCU。
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