CN212111723U - 一种基于can总线的分布式电池监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,包含数据处理中心，以及通过CAN总线与其连接的多个电池监测模块，所述电池监测模块包含数据管理模块、电池电压传感器、电池温度传感器、低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块，所述电池电压传感器、电池温度传感器分别通过依次连接的低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块连接数据管理模块；所述低压回路模块包含依次连接的信号转换电路、电源电路、通讯电路，所述隔离电路模块包含控制隔离电路、电源隔离电路和通讯隔离电路，所述高压回路电路包含信号处理电路、电源采样电路、信号传输电路。

Description

一种基于CAN总线的分布式电池监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种电池监测系统，尤其涉及一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，属于数据监控领域。

背景技术

蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用。蓄电池是以放电方式输出电能，以充电方式吸收、恢复电能的一种电源。由于蓄电池是一种化学反应装置，内部的化学反应一般不易及时察觉，日常使用中的缺陷不会立即反应出来，因此蓄电池组的保养维护工作是至关重要的。对蓄电池组维护管理不当将直接影响蓄电池组的使用效益和寿命，甚至严重损坏蓄电池组，极端情况下还会导致安全事故。

蓄电池运行状态的监测主要是通过检测蓄电池的电压、电流、温度等同蓄电池性能密切相关的参数，得出当前蓄电池的运行状态信息，然后通过分析处理并和预先设定的蓄电池性能判断标准进行比较，从而诊断出蓄电池的当前健康状态是否良好。在和蓄电池的健康状态密切相关的参数当中，对温度和电流的测量相对来说比较容易实现，对单个电池的电压检测也比较简单，但是要实现对串联在一起的蓄电池组中单体电池电压的准确测量一直是一个难于解决的问题。而电压检测是最直接检测也是最常用的一个参数，也是目前许多电池监控系统普遍采用的检测方法。

早期的蓄电池组在线监测仪采用的多为集中采集与监测的方法，这种方法的缺点是布线多且线路长，既浪费人力物力又容易引入干扰。此外在电力、电信及化工等不同的领域和不同的场合，需要监测的电池的数量不同，少则几十只，多则数百只，因此集中采集、集中监控的方式很难适应各种情况。鉴于上述问题，对于电池组的监测已开始采用分散采集、集中监控的分布式测量系统。随着电子技术和计算机技术的发展，传统的日常维护及测量方法已经被计算机为核心的实时在线测量所取代，通过在线监测蓄电池组的参数，可以及时了解蓄电池组的工作状态、工作特性及蓄电池组的维护情况，而且具有功能多、速度快、测量准确等特点。目前的测量系统大都采用RS232 或RS485 总线标准，采用这些标准的系统只能是主从式系统．在这些系统中，一般设上位机为主机，由主机发出采集数据命令，前置机依次向主机发送采集数据，而前置机无法主动向主机请求发送数据。

CAN 总线是德国Bosch 公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而推出的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，距离可达l0Km。当信号传输距离达到10Km 时，CAN总线仍可提供高达5Kbps 的数据传输速率。CAN 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点个数在理论上不受限制。CAN 总线是一种多主机局部网络系统标准，它具有多主节点、高可靠性及扩充性能好等特点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统，通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统,包含供电模块，所述供电模块包含市电供电模块、充电控制电路和蓄电池供电模块，所述市电供电模块通过充电控制电路连接蓄电池供电模块；还包含机床供电监测终端以及通过CAN总线与所述机床供电监测终端连接的多个用于蓄电池供电模块检测的电池检测终端，所述电池检测终端包含电池电压传感器、电池温度传感器、低压回路模块、隔离电路模块、高压回路模块、数据管理模块、USB接口电路、USB通信管理模块、DDR3 SDRAM、DDR3控制器、FlasH控制器、FlasH存储器、数据管理模块、MLVDS通信单元、MLVDS接口芯片；所述电池电压传感器、电池温度传感器分别通过依次连接的低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块连接数据管理模块，所述USB接口电路通过USB通信管理模块连接数据管理模块，所述DDR3 SDRAM通过DDR3控制器连接数据管理模块，FlasH存储器通过FlasH控制器连接数据管理模块，所述数据管理模块经过MLVDS通信单元连接MLVDS接口芯片；

所述市电供电模块包含市电输出端、EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器、环路补偿模块，所述市电输出端接入EMI滤波模块，用于滤除市电电网中的共模与差模干扰；所述EMI滤波模块通过AC/DC转换装置连接高频变压器，用于将输入的交流电转换成直流电，进而经过高频变压器完成变压；所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和AC/DC转换装置的输入端连接，用于高频变压器的输出电压进行环路补偿；

所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统的进一步优选方案,所述低压回路模块包含依次连接的信号转换电路、通讯电路。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统的进一步优选方案,所述隔离电路模块包含依次连接的控制隔离电路、电源隔离电路和通讯隔离电路。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统的进一步优选方案,所述高压回路电路包含依次连接的信号处理电路、电源采样电路、信号传输电路。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统的进一步优选方案,所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统的进一步优选方案,所述数据管理模块选用Xilinx公司的Spartan-6系列可编程逻辑器件6slx16csg324芯片为核心控制器。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统的进一步优选方案,所述电池电压传感器的芯片型号为C200。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统的进一步优选方案,所述电池温度传感器的芯片型号为DS18B2。

作为本实用新型一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统的进一步优选方案,所述USB接口电路采用赛普拉斯公司推出的FX3系列CYUSB3014芯片。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型的供电模块电路结构简单，器件数量较少，元器件具备高温作业环境要求，体积紧凑，整体散热量较小，适合安装在井下设备细长、封闭的内部空间，实现对高温环境下宽电压、宽频率信号进行调节、限制及保护；

2、本实用新型通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命；

3、采用了MOS管作为功率器件，电源效率高；在设备电池充电时，能够切断电池供电， 改为电源为设备供电，以保护电池，延长电池寿命 ；可以通过硬件和软件控制设备的开关机， 还可以通过硬件复位口进行复位，从而使设备关机。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构系统原理图；

图2为本实用新型电池检测终端的结构示意图；

图3为本实用市电供电模块的结构原理图；

图4是本实用新型充电控制电路电路图。

具体实施方式

下面对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

一种基于CAN总线的分布式数控机床供电监测系统,包含供电模块，如图1所示，所述供电模块包含市电供电模块、充电控制电路和蓄电池供电模块，所述市电供电模块通过充电控制电路连接蓄电池供电模块；还包含机床供电监测终端以及通过CAN总线与所述机床供电监测终端连接的多个用于蓄电池供电模块检测的电池检测终端；

如图2所示，所述电池检测终端包含电池电压传感器、电池温度传感器、低压回路模块、隔离电路模块、高压回路模块、数据管理模块、USB接口电路、USB通信管理模块、DDR3SDRAM、DDR3控制器、FlasH控制器、FlasH存储器、数据管理模块、MLVDS通信单元、MLVDS接口芯片；所述电池电压传感器、电池温度传感器分别通过依次连接的低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块连接数据管理模块，所述USB接口电路通过USB通信管理模块连接数据管理模块，所述DDR3 SDRAM通过DDR3控制器连接数据管理模块，FlasH存储器通过FlasH控制器连接数据管理模块，所述数据管理模块经过MLVDS通信单元连接MLVDS接口芯片；

如图3所示，所述市电供电模块包含市电输出端、EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器、环路补偿模块，所述市电输出端接入EMI滤波模块，用于滤除市电电网中的共模与差模干扰；所述EMI滤波模块通过AC/DC转换装置连接高频变压器，用于将输入的交流电转换成直流电，进而经过高频变压器完成变压；所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和AC/DC转换装置的输入端连接，用于高频变压器的输出电压进行环路补偿；

如图4所示，所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

优选的，所述低压回路模块包含依次连接的信号转换电路、通讯电路。

优选的，所述隔离电路模块包含依次连接的控制隔离电路、电源隔离电路和通讯隔离电路。

优选的，所述高压回路电路包含依次连接的信号处理电路、电源采样电路、信号传输电路。

优选的，所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

优选的，所述数据管理模块选用Xilinx公司的Spartan-6系列可编程逻辑器件6slx16csg324芯片为核心控制器。

优选的，所述电池电压传感器的芯片型号为C200。

优选的，所述电池温度传感器的芯片型号为DS18B2

优选的，所述USB接口电路采用赛普拉斯公司推出的FX3系列CYUSB3014芯片。

功能实现的前提是在不影响或对电池性能影响小到可以忽略的基础上实现，离开这个前提则监测模块的设计会失去意义，因为在实际应用中往往是多个电池串连在一起应用，一个电池的失效必然导致整个电池包出问题。

监测模块将在上述前提下实现下列功能：接受上层控制器的控制；实现电池数据的采集，准确反应电池的物理参数，如电压，温度；将采集到的数据传送给上层控制器，实现数据共享。监测模块要达到的物理性能在采样速率>10khz 的情况下，电压采样：电压采集精度25℃优于0.5%, -40℃～85℃优于1%。温度采样：温度采集精度±2℃，-40℃~85℃。

低压回路包括：信号处理与转换电路，作用是处理来自整车的控制信号，典型如点火信号等，可以根据不同的应用要求设计；电源电路和主芯片电路，作用是给低压回路供电，同时实现监测模块的控制逻辑与数据处理；通讯电路，作用是与上层控制器以及下层的数据采集部分进行通讯，典型上层通讯电路采用CAN协议通讯，下层电路采用SCISPI，I2C等。

隔离电路包括：控制隔离电路，作用是实现低压对高压控制电路的隔离；电源隔离电路，作用是实现低压电源到高压电源的隔离控制；通讯隔离电路，作用是实现高、低压通讯电路电平的隔离并保证正常通讯。

高压回路包括：信号处理，作用是将电池包的电池模块信号、温度传感器以及其他信号转化为可以直接采样的电信号；电源和采样电路，作用是为高压系统工作提供电源，同时对处理后的信号进行采样处理，将模拟信号转化为电压信号；通讯电路，作用为将处理好的数字信号发送出去，同时接受低压回路的控制指令。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。上面对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，包含供电模块，所述供电模块包含市电供电模块、充电控制电路和蓄电池供电模块，所述市电供电模块通过充电控制电路连接蓄电池供电模块；其特征在于：还包含机床供电监测终端以及通过CAN总线与所述机床供电监测终端连接的多个用于蓄电池供电模块检测的电池检测终端，所述电池检测终端包含电池电压传感器、电池温度传感器、低压回路模块、隔离电路模块、高压回路模块、数据管理模块、USB接口电路、USB通信管理模块、DDR3 SDRAM、DDR3控制器、FlasH控制器、FlasH存储器、数据管理模块、MLVDS通信单元、MLVDS接口芯片；所述电池电压传感器、电池温度传感器分别通过依次连接的低压回路模块、隔离电路模块和高压回路模块连接数据管理模块，所述USB接口电路通过USB通信管理模块连接数据管理模块，所述DDR3 SDRAM通过DDR3控制器连接数据管理模块，FlasH存储器通过FlasH控制器连接数据管理模块，所述数据管理模块经过MLVDS通信单元连接MLVDS接口芯片；

所述市电供电模块包含市电输出端、EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器、环路补偿模块，所述市电输出端接入EMI滤波模块，用于滤除市电电网中的共模与差模干扰；所述EMI滤波模块通过AC/DC转换装置连接高频变压器，用于将输入的交流电转换成直流电，进而经过高频变压器完成变压；所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和AC/DC转换装置的输入端连接，用于高频变压器的输出电压进行环路补偿；

所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,其特征在于：所述低压回路模块包含依次连接的信号转换电路、通讯电路。

3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,其特征在于：所述隔离电路模块包含依次连接的控制隔离电路、电源隔离电路和通讯隔离电路。

4.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,其特征在于：所述高压回路电路包含依次连接的信号处理电路、电源采样电路、信号传输电路。

5.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统,其特征在于：所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

6.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述数据管理模块选用Xilinx公司的Spartan-6系列可编程逻辑器件6slx16csg324芯片为核心控制器。

7.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述电池电压传感器的芯片型号为C200。

8.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述电池温度传感器的芯片型号为DS18B2。

9.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的分布式电池监测系统，其特征在于：所述USB接口电路采用赛普拉斯公司推出的FX3系列CYUSB3014芯片。

Images