CN213181938U - 一种铅酸蓄电池参数监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铅酸蓄电池参数监测装置及系统，包括壳体、插拔座、主控板、液位传感器、温度传感器、密度传感器组件、液位指示板、酸雾滤除盒和出线组件；密度传感器组件由进液管、蠕动泵、密度传感器和出液管组成；进液管连接蠕动泵，蠕动泵的出口与密度传感器对接，密度传感器与出液管对接；酸雾滤除盒用于滤除铅酸蓄电池中的酸雾；出线组件包括插座、接线端子和电压采集线缆，接线端子连接现场总线，电压采集线缆连接铅酸蓄电池的正负极。该系统用于现场监测、显示蓄电池的电压、电解液密度值、温度值、液位值机蓄电池组的电压、充放电电流等参数，有助于及时掌握蓄电池的性能状态，有效地指导其对蓄电池进行维护和保养。

Description

一种铅酸蓄电池参数监测装置及系统

技术领域

本实用新型属于测量技术领域，具体地说，是涉及一种铅酸蓄电池参数检测装置及系统。

背景技术

在以铅酸蓄电池作为电源的设置或者装置中，为避免设备或装置供电不足影响正常使用的情况发生，需要对蓄电池的性能与状态实施监测，否则容易造成蓄电池的损害或降低其使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种铅酸蓄电池参数监测装置及系统，对铅酸蓄电池的性能和状态实施监测。

本实用新型采用以下技术方案予以实现：

提出一种铅酸蓄电池参数监测装置，包括：壳体；插拔座，连接于壳体下部，与铅酸蓄电池基于插拔结构连接；主控板，安装于所述壳体内部；液位传感器，连接主控板，安装于所述插拔座上；温度传感器，连接主控板，安装于所述插拔座底部；密度传感器组件，由进液管、蠕动泵、密度传感器和出液管组成；进液管连接蠕动泵，蠕动泵的出口与密度传感器对接，密度传感器与出液管对接；进液管和出液管设置于插拔座内部，蠕动泵和密度传感器设置于壳体内；蠕动泵和密度传感器连接主控板；液位指示板，安装于壳体上侧，与主控板连接；酸雾滤除盒，安装于所述壳体内，用于滤除铅酸蓄电池中的酸雾；出线组件，包括插座、接线端子和电压采集线缆；插座安装于壳体侧面，接线端子和电压采集线缆组装于插座上；接线端子用于连接现场总线，电压采集线缆用于连接铅酸蓄电池的正负极。

进一步的，所述装置还包括：液位测量板，安装于所述插拔座的侧面，所述液位传感器安装于所述液位测量板上；所述液位传感器为多个，从上至下排列于所述液位测量板上，用于分段监测铅酸蓄电池内液位。

进一步的，所述壳体底部固定有一个密封环，所述密封环与铅酸蓄电池螺纹连接，其上安装有密封垫。

进一步的，所述插拔座上装有O型圈，连接于壳体下部时，插入所述密封环并基于卡扣结构与所述密封环实现密封和限位。

进一步的，所述主控板包括：MCU；电池电压测量电路，电池温度测量电路、密度测量电路、液位采集电路和液位指示灯控制电路，均与MCU连接；总线隔离驱动电路，连接现场总线；供电电路，从铅酸蓄电池取电，其输入端接入可熔断保险丝，通过升压型电源电路实现内部电平转换，为所述主控板提供供电。

进一步的，所述酸雾滤除盒由进气腔、回流孔、支撑筛网、高分子填料和出气孔组成。

提出一种铅酸蓄电池参数监测系统，包括：信息处理机箱、现场总线和如上所述的铅酸蓄电池参数监测装置；其中，所述信息处理机箱通过现场总线与所述铅酸蓄电池参数监测装置通信。

进一步的，所述信息处理机箱包括：外壳；供电板，用于将输入的单相交流电转换为直流电输出为所述信息处理机箱供电；主电路板，包括总线驱动电路、隔离供电电路、以太网驱动电路、电流电压采样电路、显示电路和存储电路；触摸屏和摇杆鼠标。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提出的铅酸蓄电池参数监测装置及系统，可用于现场监测、显示蓄电池的电压、电解液密度值、温度值、液位值机蓄电池组的电压、充放电电流等参数，有助于及时掌握蓄电池的性能状态，有效地指导其对蓄电池进行维护和保养。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1 为本实用新型提出的铅酸蓄电池参数监测装置的正视结构图；

图2为本实用新型提出的铅酸蓄电池参数监测装置的侧视结构图；

图3为本实用新型提出的铅酸蓄电池参数监测装置的俯视结构图；

图4为本实用新型提出的铅酸蓄电池参数监测装置的俯剖视结构图；

图5为本实用新型提出的铅酸蓄电池参数监测装置中密度传感器组件连接示意图；

图6为本实用新型提出的铅酸蓄电池参数监测系统的架构图；

图7为本实用新型提出的铅酸蓄电池参数监测装置中控制板的电路架构图；

图8为本实用新型中铅酸蓄电池参数监测系统中信息处理机箱的架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

本申请提出的铅酸蓄电池参数监测装置应用于铅酸蓄电池参数检测系统中，如图6所示，该系统包括若干铅酸蓄电池参数监测装置、现场总线（图示为CAN总线，但不限定于CAN总线）以及信息处理机箱，信息处理机箱通过现场总线与铅酸蓄电池参数监测装置通信。

如图1至图5所示，铅酸蓄电池参数监测装置包括壳体1和插拔座2，插拔座2连接于壳体1下部，与铅酸蓄能电池基于插拔结构连接。壳体1的底部固定有一个密封环11，密封环11与铅酸蓄能电池螺纹连接，其上安装有密封垫。在插拔座2的上部安装有O型圈，该插拔座2连接于壳体1下部时，插入密封环11，旋转插拔座2卡扣在密封环11上，与密封环11实现密封和限位。

壳体1内部设置主控板3和酸雾滤除盒7；壳体1采用阻燃耐酸ABS材料。

本申请中，铅酸蓄电池参数监测装置还包括液位传感器4、温度传感器5和密度传感器组件均与主控板连接。

液位传感器4安装于插拔座2上，具体的，本申请中，在插拔座2外侧安装一液位测量板41，多个液位传感器4并列安装于液位测量板上，采用微型光电传感器，分别对应多个不同的液位高度，用以判断当前电解液所处的位置；液位传感器4将测量的液位状态数据发送给主控板，主控板对接收的数据进行解析，确定当前的液位状态，并将数据上传给信息处理机箱，信息处理机箱可以针对不同液位实施显示和告警。微型光电传感器的探头材质采用具有较强耐酸性环氧树脂材料制作，体积小。

本申请实施例中，在壳体1的上端安装一液位指示板42，与主控板连接，主控板从液位传感器4接收到液位检测数据后，在液位指示板42上对应液位传感器4的数量设置LED灯，对不同液位开启LED指示，或以不同状态的灯或不同数量的灯显示来指示液位情况，以便用户方便给蓄电池进行注液、维护和保养等。

温度传感器5安装于插拔座2的底部，距离蓄电池防护板上部的设定位置处，以保证液位在安全范围内时温度传感器完全浸没在液位以下，实现电解液温度测量，并将实时测量的温度数据传递给主控板。具体的，通过一个设置在插拔座2内的导管，温度传感器5安装于导管末端，检测的电信号沿导管传递给壳体1内的主控板3。

结合图1、图4和图5所示，密度传感器组件由进液管61、蠕动泵62、密度传感器63和出液管64组成；进液管61连接蠕动泵62，蠕动泵62的出口与密度传感器63对接，密度传感器63与出液管64对接；进液管61和出液管63设置于插拔座2内部，蠕动泵62和密度传感器设置于壳体1内；蠕动泵62和密度传感器连接主控板3。

进液管61伸入液面以下进行抽液，抽液位置紧靠电解液的搅拌区域，该区域的电解液经过搅拌，密度均匀，能够代表蓄电池当前电解液密度值，满足测量要求。

主控板3发起抽液指令，启动蠕动泵62进行电解液的抽液，随后启动密度传感器63进行密度测量，电解液从进液管61经蠕动泵62流入密度传感器63的导流块，从导流块进入密度传感器63的内部，密度传感器63将测量数据转化为USART信号上传至主控板3进行解读，主控板3将获取的密度数据转化为CAN总线报文，通过CAN总线上传至信息处理机箱，信息处理机箱将数据存储和显示；同时，电解液流向导流块的另一侧，最后通过出液管64流回蓄电池中。

本申请实施例中，密度传感器优选采用U型管谐振密度传感器，其利用高频振荡原理，测量不受上浮、下潜、摇摆、振动等低频振动状态的影响，在短暂的液体流动过程中进行密度测量，可以消除电解液中悬浮杂质以及气泡影响，结合温度补偿算法，可以保证电解液在0℃-60℃范围内的密度测量精度，使该装置长时间使用后仍能保持0.003克/立方厘米精度以内。

酸雾滤除盒7内装酸雾滤除剂，用于滤除蓄电池中的酸雾，由进气腔、回流孔、支撑筛网、高分子填料和出气孔等结构组成；蓄电池内部的酸雾从进气腔流入酸雾滤除盒，由高分子填料滤除酸雾，滤除后的气体通过出气孔排出。

如图7所示，主控板3主要包括MCU、电池电压测量电路、电池温度测量电路、密度测量电路、液位采集电路、液位指示灯控制电路、总线隔离驱动电路和供电电路；电池电压测量电路，电池温度测量电路、密度测量电路、液位采集电路和液位指示灯控制电路均与MCU连接。

供电电路从铅酸蓄电池取电，其输入端接入可熔断保险丝，通过升压型电源电路实现内部的电平转换，为整个主控板3供电。

电池电压测量电路直接采样蓄电池的两个电极间电压，MCU将电压模拟量进行AD转换得到电压值，采用二极管进行ESD防护。

电池温度测量电路通过IO口接收温度传感器采集到的温度数字信号，利用中断程序将采集到的数字信号换算呈温度值。

密度测量电路基于MCU的指令，控制蠕动泵和密度传感器的开启或关闭，密度传感器采集到密度值，通过串口与MCU进行数据交换，实现密度数据的采集。

液位采集电路接收液位传感器的采集信号，MCU通过采集信号判断液位高低，该液位采集电路还为液位传感器供电。

液位指示灯控制电路通过IO口控制液位指示灯指示蓄电池液位高低情况。

本申请提出的铅酸蓄电池参数监测装置通过总线隔离驱动电路连接现场总线，例如CAN总线，从信息处理机箱接收器下发的补偿校正数据进行测量精度补偿校正等，并通过现场总线向信息处理机箱发送检测数据。总线隔离驱动电路具备2500VDC的隔离电压等级，保证装置既要从蓄电池取电，又要通过现场总线进行数据传输的物理隔离，保证使用安全，即使电路失效，仍能保证现场总线和蓄电池之间的电气绝缘，并设计有ESD防护。

需要说明的是，上述电池电压测量电路、电池温度测量电路、密度测量电路、液位采集电路、液位指示灯控制电路、总线隔离驱动电路和供电电路，本领域技术人员均可采用现有技术手段实现，本申请不予具体限定。

现场总线采用屏蔽双绞线放置干扰，单个节点引线不超过0.4m。

本申请提出的铅酸蓄电池参数监测装置通过出线组件与现场总线连接，以及从蓄电池取电，具体的，出线组件包括插座81、接线端子82和电压采集线缆83；接线端子82采用3芯结构连接现场总线，电压采集线缆83用于从蓄电池直接取电。

信息处理机箱，如图8所示，主要由外壳91、供电板92、主电路板93、触摸屏94和遥感鼠标95组成；外壳91对供电板92、主电路板93、触摸屏94和摇杆鼠标95起支撑和保护作用。供电板92通过滤波、隔离将220单相交流电转换为12V直流电为主电路板93供电，主电路板93完成蓄电池电压及电流的采集，以太网接口及柴电接口的通讯，总线接口的通讯，SD卡数据存储，以及数据处理和导出等。触摸屏94和摇杆鼠标95用于实现人机交互。该信息处理机箱具有一个减震器，用于实现机箱的壁挂式安装。

主电路板93包括总线驱动电路、隔离供电电路、以太网驱动电路、电流电压采样电路、显示电路和存储电路；采用ARM Cortex-A9架构的CPU作为核心。总线驱动电路具有6路现场总线通信单元，其中4路与铅酸蓄电池参数监测装置通信，2路与柴电集控装置通信，每路都设计有独立的信号隔离芯片；隔离供电电路通过PWM信号控制输出12路时钟信号，驱动12路变压器，为系统提供12路隔离电源，其中6路电源用于给3路电流电压采集电路供电，其中每一路的电流采样和电压采样互相独立，供电前级与后级之间采用变压器进行物理隔离，6路电源用于给6路总线驱动电路供电，各路供电互相独立，供电前级与后级之间采用变压器进行物理隔离。以太网驱动电路使用USB-HUB扩展，采用芯片驱动和自适应网卡。

电流电压采样电路包括充放电电流值采样电路和蓄电池组电压值采样电路。充放电电流值采样电路首先将电流分压信号放大3，然后采用16位高精度A/D芯片实现模数转换，之后通过隔离通信模块将数据上传到CPU。蓄电池组电压值采样电路首先通过分压电路，将0V-640V电压值转化为小电压信号，然后采用16位高精度A/D芯片实现模数转换，之后通过隔离通信模块将数据上传到CPU。

需要说明的是，上述总线驱动电路、隔离供电电路、以太网驱动电路、电流电压采样电路、显示电路和存储电路，本领域技术人员均可采用现有技术手段实现，本申请不予具体限定。

上述本申请提出的铅酸蓄电池参数监测装置及系统，铅酸蓄电池参数监测装置对全部蓄电池的液位、温度、电压和密度数据进行测量，通过现场总线把采集到的蓄电池液位、温度、电压、密度等数据上传到信息处理机箱，信息处理机箱对采集到的数据进行处理和显示，方便用户实时掌握蓄电池的性能状态。

应该指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种铅酸蓄电池参数监测装置，其特征在于，包括：

壳体；

插拔座，连接于壳体下部，与铅酸蓄电池基于插拔结构连接；

主控板，安装于所述壳体内部；

液位传感器，连接主控板，安装于所述插拔座上；

温度传感器，连接主控板，安装于所述插拔座底部；

密度传感器组件，由进液管、蠕动泵、密度传感器和出液管组成；进液管连接蠕动泵，蠕动泵的出口与密度传感器对接，密度传感器与出液管对接；进液管和出液管设置于插拔座内部，蠕动泵和密度传感器设置于壳体内；蠕动泵和密度传感器连接主控板；

液位指示板，安装于壳体上侧，与主控板连接；

酸雾滤除盒，安装于所述壳体内，用于滤除铅酸蓄电池中的酸雾；

出线组件，包括插座、接线端子和电压采集线缆；插座安装于壳体侧面，接线端子和电压采集线缆组装于插座上；接线端子用于连接现场总线，电压采集线缆用于连接铅酸蓄电池的正负极。

2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池参数监测装置，其特征在于，所述装置还包括：

液位测量板，安装于所述插拔座的侧面，所述液位传感器安装于所述液位测量板上；所述液位传感器为多个，从上至下排列于所述液位测量板上，用于分段监测铅酸蓄电池内液位。

3.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池参数监测装置，其特征在于，所述壳体底部固定有一个密封环，所述密封环与铅酸蓄电池螺纹连接，其上安装有密封垫。

4.根据权利要求3所述的铅酸蓄电池参数监测装置，其特征在于，所述插拔座上装有O型圈，连接于壳体下部时，插入所述密封环并基于卡扣结构与所述密封环实现密封和限位。

5.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池参数监测装置，其特征在于，所述主控板包括：

MCU；

电池电压测量电路，电池温度测量电路、密度测量电路、液位采集电路和液位指示灯控制电路，均与MCU连接；

总线隔离驱动电路，连接现场总线；

供电电路，从铅酸蓄电池取电，其输入端接入可熔断保险丝，通过升压型电源电路实现内部电平转换，为所述主控板提供供电。

6.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池参数监测装置，其特征在于，所述酸雾滤除盒由进气腔、回流孔、支撑筛网、高分子填料和出气孔组成。

7.一种铅酸蓄电池参数监测系统，其特征在于，包括：

信息处理机箱、现场总线和如权利要求1-6任一项所述的铅酸蓄电池参数监测装置；

其中，所述信息处理机箱通过现场总线与所述铅酸蓄电池参数监测装置通信。

8.根据权利要求7所述的铅酸蓄电池参数监测系统，其特征在于，所述信息处理机箱包括：

外壳；

供电板，用于将输入的单相交流电转换为直流电输出为所述信息处理机箱供电；

主电路板，包括总线驱动电路、隔离供电电路、以太网驱动电路、电流电压采样电路、显示电路和存储电路；

触摸屏和摇杆鼠标。

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