CN210090644U - 一种车载蓄电池的监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种车载蓄电池的监测装置，它包括主控制器，以及分别与主控制器连接的电流传感器、氢气感应器、计算机单元和若干采样盒；主控制器包括内置的电源模块、无线通信模块、内阻监测模块、分析测试单元、时钟电路和存储单元；所述采样盒包括通信接口P1和通信接口P3分别与主控制器连接，还包括采集口P2与电池箱中的N个单体蓄电池分别连接；所述氢气感应器还与电池箱的顶部连接；它采用设置氢气感应器结合主控制器的结构从而克服现有技术存在运行安全的缺陷，有利于准确掌握蓄电池使用过程中的各项参数，诊断蓄电池的健康状况，并及时提供预警信息；它广泛适用于蓄电池作业配套使用。

Description

一种车载蓄电池的监测装置

技术领域

本实用新型涉及蓄电池管理设备，尤其涉及一种车载蓄电池的监测装置。

背景技术

地铁等轨道交通已被广泛使用，地铁列车上的蓄电池组主要用于无高压时紧急负载使用，包括应急通风、照明、开关门、通讯等；目前地铁列车的蓄电池使用和维护存在以下问题：①蓄电池是串联成组使用，随着使用年限的增加，蓄电池的一致性会越来越差，部分较差的电池会拉低整组电池的性能，出现供电故障；②电池组定期的容量测试工作最短也有1年的间隔，而蓄电池出现退化趋势至完全退化只需要1个月的时间，两者之间存在测试盲区，若在此期间个别蓄电池出现故障，检修人员无法得知，并且现有技术中对蓄电池的监测大都采用手工操作，检测数据误差大；③蓄电池组在列车正常运行过程中长期接受车载充电设备充电，当充电机输出出现故障时，会造成蓄电池组过充电或者欠充电，若不能及时发现，轻则造成蓄电池寿命缩减，重则蓄电池组直接报废；④碱性蓄电池的充放电过程是个化学过程，能分解电解液中的水而产生氢气和氧气，而蓄电池组一般安装在车辆底部相对密闭的空间内，当氢气在电池箱体内聚集，有可能突破氢气的爆炸极限值(最低4%)，从而影响轨道车辆交通的运营安全。

申请号2016109978108公开了一种轨道交通车载蓄电池在线监测系统，它利用控制模块结合多个相同监测模块可在线实时监测蓄电池的使用过程，有利于自动化管理蓄电池，但它存在结构比较复杂，制作和安装麻烦，同时没有对电池箱体内的氢气浓度进行监控，不利于设备的安全运行。

发明内容

针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种车载蓄电池的监测装置，它采用设置氢气感应器结合主控制器的结构从而克服现有技术存在运行安全的缺陷，有利于掌握蓄电池使用过程中的各项参数，诊断蓄电池的健康状况，并及时提供预警信息，整体结构科学合理、简单紧凑，安装和使用方便，市场前景广阔，便于推广使用。

为了实现上述目的，一种车载蓄电池的监测装置，它包括主控制器，以及分别与主控制器连接的电流传感器、氢气感应器、计算机单元和若干采样盒；所述主控制器包括内置的电源模块、无线通信模块、内阻监测模块、分析测试单元、时钟电路和存储单元；所述电流传感器还与电池箱的正负极连接用于采集电流信号；所述采样盒包括通信接口P1、采集口P2和通信接口P3，所述通信接口P1和通信接口P3分别与主控制器连接，所述采集口P2与电池箱中的N个单体蓄电池分别连接用于采集数据信号；所述氢气感应器还与电池箱的顶部连接。

为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是：所述电池箱由M个单体蓄电池串联而成，所述采样盒的设置数量≥M/N。

所述电池箱内M个单体蓄电池的数量为50～400。

所述采集口P2与电池箱中的2～10个单体蓄电池分别连接。

所述若干个采样盒中的通信接口P1和通信接口P3顺次串联后再与主控制器连接，且每个采样盒中的采集口P2与对应的N个单体蓄电池分别连接。

所述氢气感应器包括设有采用金属氧化物作气敏材料制成的感应头，且感应头安装于电池箱的内顶部。

本实用新型相比现有技术所产生的有益效果：

(Ⅰ)本实用新型采用氢气感应器分别与主控制器和单体电池连接，可实现对电池箱体中的氢气浓度进行实时检测，能避免发生气体爆炸事故，有利于保障设备的安全运行；

(Ⅱ)本实用新型利用采样盒中的采集口P2与对应单体蓄电池分别连接的结构，从而实现精准采集各单体电池的参数信号，有利于准确分析判断各单体电池的实际使用状况，只需对有故障的单体电池进行维修或更换，维护速度快且费用低；

(Ⅲ)本实用新型中主控制器包括内阻监测模块，利用内阻监测模块发出单电流脉冲放电，可实现在蓄电池浮充状态下测量其内阻值，从而得到精准稳定的内阻数据，便于精准分析判断蓄电池的实际使用状况，保障设备的安全运行；

(Ⅳ)本实用新型采用设置氢气感应器结合主控制器的结构从而克服现有技术存在运行安全的缺陷，有利于准确掌握蓄电池使用过程中的各项参数，诊断蓄电池的健康状况，并及时提供预警信息，整体结构科学合理、简单紧凑，安装和使用方便，具有显著的经济效益和社会效益。

本实用新型广泛适用于蓄电池作业配套使用。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

构成本申请一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的整体结构框图。

图2为本实用新型中采样盒的结构框图。

具体实施方式

参照图1～图2，本实用新型是这样实现的：一种车载蓄电池的监测装置，它包括主控制器，以及分别与主控制器连接的电流传感器、氢气感应器、计算机单元和若干采样盒；所述主控制器包括内置的电源模块、无线通信模块、内阻监测模块、分析测试单元、时钟电路和存储单元；所述电流传感器还与电池箱的正负极连接用于采集电流信号；所述采样盒包括通信接口P1、采集口P2和通信接口P3，所述通信接口P1和通信接口P3分别与主控制器连接，所述采集口P2与电池箱中的N个单体蓄电池分别连接用于采集数据信号；所述氢气感应器还与电池箱的顶部连接。

参考图1所示，本实用新型中电池箱由M个单体蓄电池串联而成，一般电池箱内设置50～400个单体蓄电池，所述采样盒的设置数量≥M/N，所述采集口P2一般与电池箱中的2～10个单体蓄电池分别连接；利用串联电路中电流相等的原理，设置一个电流传感器可对电池箱的干线电流信号进行采集并发送给主控制模块进行分析判定蓄电池所处状态，如浮充、均充或放电状态等，使得整个结构简单可靠；所述若干个采样盒中的通信接口P1和通信接口P3顺次串联后再与主控制器连接，且每个采样盒中的采集口P2与对应的N个单体蓄电池分别连接，采用该种结构便于采集电池箱中每个单体蓄电池的参数信号，从而精准判断各单体蓄电池的使用状况，同时采用串接采样盒的方式，可使整体结构简单，安装和使用方便，制作成本低。

本实用新型中主控制器为核心部件，包括内置的电源模块、无线通信模块、内阻监测模块、分析测试单元、时钟电路、存储单元和通信电路；电源模块用于提供工作电源，通讯电路用于完成主控制器与采样盒、计算机单元、电流传感器之间的数据通信，所述内阻监测模块和分析测试单元用于对蓄电池的电压、电流、液面、温度、内阻等参数进行计算、分析判断；主控制器还设有USB接口与计算机单元之间进行数据交互，计算机单元可对数据进行下载储存，以及生成相应的检测报告；所述主控制器可通过无线通信模块将数据传输至云端，便于通过手机APP端或网页端实时查看数据信号，同时主控制器还可设置以太网接口和MVB轨道车辆通信接口，实现与列车控制和管理系统进行通信。

结合图1所示，本实用新型中电池箱体内氢气浓度检测过程如下：氢气感应器包括设有采用金属氧化物作气敏材料制成的感应头，所述感应头安装于电池箱的内顶部；检测时，当感应头吸附氢气后，氢气可释放电子与化学吸附层中的氧离子结合，造成离子浓度发生变化，氢气感应器可将离子浓度变化信息传输给主控制器，由主控制器中的分析测试单元接收离子浓度变化信息并依据变化值与氢气体积之间的函数关系，分析计算得出氢气浓度值并与预设极限值(一般为最低4%)进行比较判断，当氢气浓度超过预设极限值就能触发报警信息，从而避免安全事故的发生。

结合图1～图2所示，本实用新型中测量蓄电池内阻检测的过程如下：在蓄电池充饱电的情况下，其处于开路状态的内阻值是最准确的，而在线式测量时，蓄电池浮充状态的内阻值是最准确的；测试内阻时，首先通过电压传感器和电流传感器采集蓄电池的电压、电流信号并传输给主控制器中的内阻监测模块对其进行分析判断蓄电池的使用状态，当判断蓄电池在放电或均充时，则对蓄电池的内阻延后测量，当判断蓄电池处于浮充状态时，则由主控制器中的内阻监测模块对蓄电池的内阻进行测试计算，包括由内阻监测模块进行一个持续时间≤2秒钟的单电流脉冲放电，且脉冲放电电流的大小在25～70A之间，同时利用电压传感器采集单体蓄电池的电压变化信号，包括采集脉冲放电测试电流刚刚停止后的初始恢复电压差，根据欧姆定律R=U/I，将电压差除以脉冲电流的大小就得到稳定的内阻数据。

参考图2所示，本实用新型中采样盒的采集口分别经电压传感器、温度传感器和液面感应器与电池箱中的N个单体蓄电池分别连接，一般电压传感器和温度传感器分别与每个单体蓄电池的正负极连接采集数据信号，而液面传感器粘贴于每个单体蓄电池外壁的最低液位处采集数据信号；其液面检测过程如下：一般地铁轨道交通车辆蓄电池串联安装在列车下部比较狭小的空间内，且电解液为腐蚀性液体，不适合采用接触式测量；本实用新型中的液面感应器采用薄片式结构并内置高速信号处理芯片，适合在狭小的空间内安装，并突破了容器壁厚的影响，可实现对蓄电池内液面高度进行非接触式检测；检测时利用水的感应电容来检测液面是否存在，当液体远离液面感应器时，因液面感应器上自身的电容可对地存在一定的静态电容，当液体慢慢接近液面感应器时，液体中的寄生电容将耦合到上述静态电容上，使液面感应器的最终电容值变大，并经采样盒将电容变化信号传输给主控制器，由主控制器中的分析测试单元对接收的信号进行转化计算并与预设值进行比较判断液面的高度，能有力保障蓄电池的安全运行。

以上所述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和变化；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)

1.一种车载蓄电池的监测装置，其特征在于包括主控制器，以及分别与主控制器连接的电流传感器、氢气感应器、计算机单元和若干采样盒；所述主控制器包括内置的电源模块、无线通信模块、内阻监测模块、分析测试单元、时钟电路和存储单元；所述电流传感器还与电池箱的正负极连接用于采集电流信号；所述采样盒包括通信接口P1、采集口P2和通信接口P3，所述通信接口P1和通信接口P3分别与主控制器连接，所述采集口P2与电池箱中的N个单体蓄电池分别连接用于采集数据信号；所述氢气感应器还与电池箱的顶部连接。

2.根据权利要求1所述的车载蓄电池的监测装置，其特征在于所述电池箱由M个单体蓄电池串联而成，所述采样盒的设置数量≥M/N。

3.根据权利要求2所述的车载蓄电池的监测装置，其特征在于所述电池箱内M个单体蓄电池的数量为50～400。

4.根据权利要求2所述的车载蓄电池的监测装置，其特征在于所述采集口P2与电池箱中的2～10个单体蓄电池分别连接。

5.根据权利要求1所述的车载蓄电池的监测装置，其特征在于所述若干个采样盒中的通信接口P1和通信接口P3顺次串联后再与主控制器连接，且每个采样盒中的采集口P2与对应的N个单体蓄电池分别连接。

6.根据权利要求1所述的车载蓄电池的监测装置，其特征在于所述氢气感应器包括设有采用金属氧化物作气敏材料制成的感应头，且感应头安装于电池箱的内顶部。

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