CN206057236U - 一种城轨列车蓄电池溶液测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种城轨列车蓄电池溶液测试装置，涉及电池检测技术领域，包括处理器模块、触摸显示屏、基准电压源电路、电流采样电路、可调电压源输出电路、USB通讯模块，本实用新型通过放置在蓄电池溶液内部的四电极类型的电导极板A、B、C与电导极板D之间施加0‑2V可调的恒定电压，再通过高精度ADC采集放大电路对电导极板D上产生的电压进行采集，再由处理器进行数据处理计算出电导电极在特定溶液下的电导，从而反映出溶液传导电流的能力即溶液电导率，本实用新型测量精度高，而且避免了电极极化的影响，能够准确的测量出电解液浓度的微小变化，从而降低因蓄电池性能下降而引起的列车故障。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池检测技术领域，具体涉及一种城轨列车蓄电池溶液测试装置。
背景技术
目前城轨车辆电气系统设计中，蓄电池组参数的确定及电池箱的设计是电气系统中一个比较重要的子系统。在地铁车辆特殊的运营模式下，作为紧急负载供电电源，主要完成以下功能：地铁车辆在运行过程中在列车启动前激活各控制系统，同时为辅助逆变器提供控制电源。在线路电网无网压或带充电机的辅助逆变器全故障不工作情况下，蓄电池为车上应急照明、与安全有关的网络控制系统、车辆的全部通信设备以及紧急通风设备、门控设备等提供紧急供电电源，维持规定的紧急供电时间，满足乘客安全逃生与供电需求。
现地铁车辆中多采用镉镍碱性蓄电池，虽然镉镍碱性蓄电池有着众多的优点，但是在日常维护中经常会遇到在充电过程电解液外溢，造成整组蓄电池电能相差悬殊，电气绝缘性能下降，使整组蓄电池电量不仅释放不出来而且充不进去，而且由于长期处于浮充状态，其温度难以保证在适当的范围内，会出现电解液干涸、活性物质脱落、极板变形、栅板腐蚀及硫化等，这些都将影响到电池内部的硫酸饱和度，导致蓄电池容量降低甚至失效，影响列车运行的稳定性，存在较大的安全隐患。
在对蓄电池进行运行维护时，往往忽视了一些问题，致使运行维护力度不够，即便在日常使用中，定期对蓄电池组进行维护，但随着蓄电池组的长期使用，各方面的性能在逐步下降，尤其是在当车辆外部电源消失后，蓄电池组立即投入带载使用的瞬间蓄电池组电压迅速下降再上升后维持恒定的电压输出，此时蓄电池组电压的突变，也会对车载DC110V控制系统带来很大的隐患。故如何对蓄电池组进行科学的性能评估，以及及时进行维护这个问题显得愈来愈突出。
发明内容
本实用新型解决的技术问题在于提供一种城轨列车蓄电池溶液测试装置，该装置可以对蓄电池组单体溶液浓度进行测试，从而对蓄电池组进行科学的性能评估，以及维护决策。使蓄电池的快充能力、放电深度保持在一个稳定的时间段，延长使用寿命、低温性能等。
一种城轨列车蓄电池溶液测试装置，包括处理器模块、触摸显示屏、基准电压源电路、电流采样电路、可调电压源输出电路、USB通讯模块；处理器模块分别与触摸显示屏、基准电压源电路、电流采样电路、可调电压源输出电路和USB通讯模块连接；
所述基准电压源电路从上到下包括电阻R27、电容C21、精密参考电压输出源U5、电容25、电阻R32，为本实用新型中所使用的ADC及DAC模块提供稳定的参考电压；
所述电流采样电路具体为一种ADC采集放大电路，其从左到右包括电容C11、开关二极管D7、电阻R19、电阻R13、电容C13、电容C9、双放大器U2A、电阻R18、电阻R15、双放大器U2B、开关二极管D6、电阻R17、电极4公共端，通过对微弱的电流信号进行100倍的放大，再通过对采样电阻R19上电压的采集，计算出通过溶液而产生的电流；
所述可调电压源输出电路从左到右包括电阻R3、双放大器U1A、电容C2、电容C5、电容C4、电阻R1、电阻R6、三极管Q3、三极管Q1、电容C1、电阻R5、电阻R8、电容C6、J1B-J2B-J3B的公共端D、电极A切换电路、电极B切换电路、电极C切换电路，先设定好程序控制来改变输出电压源的大小已达到适应不同型号的电池组，再通过程序切换开关连接电导电极A、B、C、D极板上施加稳定的电压源，从而实现对溶液的精确测量；
所述的USB通讯模块电路从左到右包括USB接口、电阻R37、电阻R39、开关二极管D11、开关二极管D13、晶振XTAL2、电容C44、电容C43，然后通过D+D-交叉线连接到USB转串口模块U12上，以完成USB接口与处理器之间的数据通信，实现该装置与外部其它设备之间的数据交互。
优选的，所述处理器模块采用主流的高性能、低功耗的STM32系列处理器，STM32具有丰富的外设资源，用来实现信号的采集及数据处理运算。
优选的，所述触摸显示屏采用的是可编程智能TFT LCD模组，具有强大的图形界面功能，通过RS232接口与处理器进行通讯，接收处理器的定义的数据信息，从而实现蓄电池单体电离度数据的显示，以及设置来判断阈值来蓄电池单体是否处于合格状态。
本实用新型的优点在于：其采用高性能处理器模块、触摸显示屏、基准电压源电路、高精度电流采样电路、可调电压源输出电路、USB通讯模块，通过测量四电极类型的电导极板在特定溶液下的电导，从而根据电导电极常数计算出溶液的电导率，即可得出蓄电池单体的温升和电导率的斜率、电解液化学成分的变化与电导率的斜率，从而能合理控制蓄电池的温升，以及科学对蓄电组补充液体等维护工作。
本实用新型本着提高列车运行的稳定性，深入分析蓄电池组在使用维护中存在的弊端，结合对蓄电池组在维护中遇到的问题及总结的经验，针对应用需求合理利用技术，开发出一套城轨列车蓄电池溶液测试装置，通过放置在蓄电池溶液内部的四电极类型的电导极板A、B、C与电导极板D之间施加0-2V可调的恒定电压，再通过高精度ADC采集放大电路对电导极板D上产生的电压进行采集，再由处理器进行数据处理计算出电导电极在特定溶液下的电导，从而反映出溶液传导电流的能力即溶液电导率。这种测试方法测量精度高、范围广，通过测量能够准确的计算出蓄电池溶液的浓度，评估出蓄电池的性能，从而及时维护降低故障率，提高列车运行的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型的四电极类型的电导电极的结构框图。
图3是本实用新型的处理器模块的电路原理图。
图4是本实用新型的2.5V基准电压源的电路原理图。
图5是本实用新型的16BIT DAC输出电路原理图。
图6是本实用新型的18BIT ADC采集电路原理图。
图7是本实用新型的正负5V电源输出电路原理图。
图8是本实用新型的单片机3.3V电源电路原理图。
图9是本实用新型的模拟地GND，数字地SGND，驱动地DGND，单点接电源地PGND的电路原理图。
图10是本实用新型中USB通讯模块的USB接口电路原理图。
图11是本实用新型USB通讯模块的USB转TTL串口的电路原理图。
图12是本实用新型的可调电压源输出电路原理图。
图13是本实用新型的电流采样电路原理图。
其中，1-处理器模块，2-触摸显示屏，3 -基准电压源电路，4-电流采样电路，5-可调电压源输出电路，6- USB通讯模块。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
如图1至图13所示，一种城轨列车蓄电池溶液测试装置，包括处理器模块1、触摸显示屏2、基准电压源电路3、电流采样电路4、可调电压源输出电路5、USB通讯模块6；处理器模块1分别与触摸显示屏2、基准电压源电路3、电流采样电路4、可调电压源输出电路5和USB通讯模块6连接；
所述基准电压源电路3从上到下包括电阻R27、电容C21、精密参考电压输出源U5、电容25、电阻R32，为本实用新型中所使用的ADC及DAC模块提供稳定的参考电压；
所述电流采样电路4具体为一种ADC采集放大电路，其从左到右包括电容C11、开关二极管D7、电阻R19、电阻R13、电容C13、电容C9、双放大器U2A、电阻R18、电阻R15、双放大器U2B、开关二极管D6、电阻R17、电极4公共端，通过对微弱的电流信号进行100倍的放大，再通过对采样电阻R19上电压的采集，计算出通过溶液而产生的电流；
所述可调电压源输出电路5从左到右包括电阻R3、双放大器U1A、电容C2、电容C5、电容C4、电阻R1、电阻R6、三极管Q3、三极管Q1、电容C1、电阻R5、电阻R8、电容C6、J1B-J2B-J3B的公共端D、电极A切换电路、电极B切换电路、电极C切换电路，先设定好程序控制来改变输出电压源的大小已达到适应不同型号的电池组，再通过程序切换开关连接电导电极A、B、C、D极板上施加稳定的电压源，从而实现对溶液的精确测量；
所述的USB通讯模块6电路从左到右包括USB接口、电阻R37、电阻R39、开关二极管D11、开关二极管D13、晶振XTAL2、电容C44、电容C43，然后通过D+D-交叉线连接到USB转串口模块U12上，以完成USB接口与处理器之间的数据通信，实现该装置与外部其它设备之间的数据交互。
在本实施例中，所述处理器模块1采用主流的高性能、低功耗的STM32系列处理器，STM32具有丰富的外设资源，用来实现信号的采集及数据处理运算。
在本实施例中，所述触摸显示屏2采用的是可编程智能TFT LCD模组，具有强大的图形界面功能，通过RS232接口与处理器进行通讯，接收处理器的定义的数据信息，从而实现蓄电池单体电离度数据的显示，以及设置来判断阈值来蓄电池单体是否处于合格状态。
本实用新型的蓄电池溶液的测试方法具体为：操作该装置向放置在蓄电池溶液内部的四电极类型的电导极板A、B、C与电导极板D之间施加0-2V可调的恒定电压，再通过电流采样电路4对电导极板D上产生的电压进行采集，再由处理器模块1进行数据处理计算出电导电极在特定溶液下的电导，从而反映出溶液传导电流的能力即溶液电导率。
本实用新型的工作原理：根据镉镍蓄电池的工作原理是：蓄电池极板的活性物质在充电后，正极板为氢氧化镍，负极板为金属镉；而放电终止时，正极板转变为氢氧化亚镍，负极板转变为氢氧化镉，电解液多选用氢氧化钾溶液，电解液中补充蒸馏水，使充电后的电解液比重在20℃时小于1.300。
蓄电池的额定容量是一个电量的概念，它是指单个蓄电池，在+20℃时以5个小时的放电速率达到最后电压为1.0V时所放出的电量，以安时（Ah）表示。蓄电池的额定容量在蓄电池的选型中尤其突出，主要因为它是蓄电池相关性能的集中体现，包括单体数量、充电性能、放电性能、老化因素等。综上所述蓄电池的容量均需要建立在蓄电池性能的基础上，故可以考虑通过对蓄电池组内的电解液电离度进行测量，从而对蓄电池的容量进行可靠的评估。
溶液电离度测试，通过DA电路控制恒压输出电路的电压变化范围在0.1~2V之间(满足单体电压范围)，并且通过反馈电路给AD采集电路，用来检测电压源是否在输出范围内。恒压输出电路通过3个低阻值快速继电器分别切换到电极A、B、C上，同时电流采集电路连接到电极D上，由于液体的电流值非常小，为了实现准确的测量需要对采集电流放大100倍再进行采集计算，由此实现可以对蓄电池单体内电解液进行电导率测量。这样在日常监测工作中，我们可以通过此类数据，科学的比较分析电池性能状况，并记录相关数据，及时的进行电池带载放电、再充电操作，即一次“治疗性”放、充电过程，以保证整体维护检查电池组，有效保护负载安全。实现合理使用与科学维护蓄电池，这样才能保障用电设备正常工作，使地铁供电系统经常处于良好的状态，延长蓄电池的使用年限，提高运行质量，降低投资成本，大大降低由于蓄电池组性能下降而衍生的其他故障。
由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。
Claims (3)
1.一种城轨列车蓄电池溶液测试装置，其特征在于，包括处理器模块、触摸显示屏、基准电压源电路、电流采样电路、可调电压源输出电路、USB通讯模块；处理器模块分别与触摸显示屏、基准电压源电路、电流采样电路、可调电压源输出电路和USB通讯模块连接；
所述基准电压源电路从上到下包括电阻R27、电容C21、精密参考电压输出源U5、电容25、电阻R32；
所述电流采样电路具体为一种ADC采集放大电路，其从左到右包括电容C11、开关二极管D7、电阻R19、电阻R13、电容C13、电容C9、双放大器U2A、电阻R18、电阻R15、双放大器U2B、开关二极管D6、电阻R17、电极4公共端；
所述可调电压源输出电路从左到右包括电阻R3、双放大器U1A、电容C2、电容C5、电容C4、电阻R1、电阻R6、三极管Q3、三极管Q1、电容C1、电阻R5、电阻R8、电容C6、J1B-J2B-J3B的公共端D、电极A切换电路、电极B切换电路、电极C切换电路；
所述的USB通讯模块电路从左到右包括USB接口、电阻R37、电阻R39、开关二极管D11、开关二极管D13、晶振XTAL2、电容C44、电容C43。
2.根据权利要求1所述的一种城轨列车蓄电池溶液测试装置，其特征在于：所述处理器模块采用STM32处理器。
3.根据权利要求2所述的一种城轨列车蓄电池溶液测试装置，其特征在于：所述触摸显示屏采用可编程智能TFT LCD模组，触摸显示屏通过RS232接口与处理器模块通讯连接。
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| CN106153682A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-23 | 陈戈 | 一种城轨列车蓄电池溶液测试装置及其测试方法 |
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- 2016-08-31 CN CN201620991943.XU patent/CN206057236U/zh active Active
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