CN218546962U - 一种蓄电池组参数采集电路及蓄电池监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄电池组参数采集电路及蓄电池监控系统，采集电路包括：组参数采集模块和若干个采集传感器。采集传感器分别与组参数采集模块以及蓄电池组电连接，采集传感器用于采集蓄电池组的组电流或组电压，并将采集的初始组参数发送至组参数采集模块。组参数采集模块与外部的上位机通信连接，组参数采集模块用于根据初始组参数以及采集传感器的配置类型发送对应的目标组参数至上位机。本申请通过设置可连接若干个采集传感器的组参数模块，以接收蓄电池组的组电流或组电压，相较现有的组参数采集方式，降低了组参数采集模块的数量，从而降低电池组的监测成本。

Description

一种蓄电池组参数采集电路及蓄电池监控系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池监控技术领域，尤其涉及一种蓄电池组参数采集电路及蓄电池监控系统。

背景技术

数据中心动力监控是数据中心基础设施监控里的必不可少的一部分，监控系统中通常采用在线式监控系统，对UPS、直流开关电源等动力设备下挂接的蓄电池进行独立监控，每个电池均需要采集它的电压、温度、内阻和整组电池的组电压，组电流数据，用于智能分析、判断电池的健康状态。

传统的蓄电池监控测量采集方案主要以集中式和分布式两种为主，集中式是在一台独立的设备上完成多节蓄电池的数据采集，分出多路采集测量线，接入到每节蓄电池上，这种方式只需要一个集中处理器管理，性比价高，但是缺点也很明显，就是连接线太复杂。而分布式则是采用每节蓄电池分配一个独立的监控模块，然后采用总线方式对所有模块进行数据汇聚，再通过集中式的智能网关设备进行管理，这样总线布线就简洁，但缺点是成本高。

目前比较主流的做法还是采用分布式的采集方案，将采集模块按照单节电池、单组电池进行划分，并按节分配独立的内阻采集模块，按组分配独立的组电压和组电流采集模块；这种方式在组网效果上是较为理想的，但是实际组网分配的模块数量多，在成本上较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种蓄电池组参数采集电路及蓄电池监控系统，以解决现有的蓄电池监控方案所需的采集模块多、成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种蓄电池组参数采集电路，包括：组参数采集模块和若干个采集传感器；

所述采集传感器分别与所述组参数采集模块以及蓄电池组电连接，所述采集传感器用于采集蓄电池组的组电流或组电压，并将采集的初始组参数发送至所述组参数采集模块；

所述组参数采集模块与外部的上位机通信连接，所述组参数采集模块用于根据所述初始组参数以及所述采集传感器的配置类型发送对应的目标组参数至上位机。

进一步的，所述组参数采集模块还用于接收上位机发送的配置指令，并根据所述配置指令，将若干个所述采集传感器各自配置为电流模拟量输出、电压模拟量输出中的其中一种采集传感器。

进一步的，所述组参数采集模块包括：若干个第一接口单元，以及主控芯片、第二接口单元；

所述第二接口单元与外部的上位机通信连接，以及与所述主控芯片电连接，所述第二接口单元用于所述主控芯片与上位机之间的数据传输；

所述主控芯片与所述第一接口单元电连接，所述主控芯片根据所述配置指令，将若干个所述采集传感器各自配置为电流模拟量输出、电压模拟量输出中的其中一种；

所述第一接口单元与所述采集传感器一一对应电连接，所述第一接口单元用于接收所述初始组参数，并将所述初始组参数发送至所述主控芯片；

所述主控芯片还用于根据所述初始组参数获得所述目标组参数，并通过所述第二接口单元发送所述目标组参数至上位机。

进一步的，所述第一接口单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容以及传感器接口；

所述第一电阻的一端连接所述采集传感器，所述第一电阻的另一端连接所述传感器接口；

所述第二电阻的一端连接所述传感器接口的第二引脚，所述第二电阻的另一端接地；

所述第三电阻的一端连接所述传感器接口的第二引脚，所述第三电阻的另一端接地；

所述第一电容的一端连接所述传感器接口的第二引脚，所述第一电容的另一端接地；

所述第二电容的一端连接所述传感器接口的第二引脚，所述第二电容的另一端接地；

所述传感器接口连接所述主控芯片。

进一步的，所述采集传感器为霍尔传感器或电压变送器。

进一步的，所述第二接口单元包括第一光耦隔离器、第二光耦隔离器、通信输入接口以及通信输出接口；

所述第一光耦隔离器分别与所述主控芯片以及所述通信输入接口连接，所述通信输入接口与所述上位机连接；

所述第二光耦隔离器分别与所述主控芯片以及所述通信输出接口连接，所述通信输出接口与所述上位机连接。

进一步的，所述通信输入接口和所述通信输出接口均为XBUS通信接口。

进一步的，所述蓄电池组参数采集电路还包括电源模块，所述电源模块与所述组参数采集模块电连接，所述电源模块用于向所述组参数采集模块供电。

进一步的，所述传感器接口为包括：供电引脚、数据引脚以及接地引脚；

所述供电引脚连接所述采集传感器，所述供电引脚用于向所述采集传感器供电；

所述数据引脚连接所述采集传感器，所述数据引脚用于获取所述采集传感器的所述初始组参数；

所述接地引脚接地。

一种蓄电池监控系统，包括：上位机、蓄电池监控网关以及上述任一项所述的蓄电池组参数采集电路；

所述蓄电池组参数采集电路与所述蓄电池监控网关通信连接，所述蓄电池监控网关与所述上位机通信连接。

本实用新型的有益效果在于：通过设置可连接若干个采集传感器的组参数模块，以接收蓄电池组的组电流或组电压，由现有分立的单组蓄电池分配单个组电流采集模块、单个组电压采集模块的方式，改进为可采集多路组参数的单个采集模块，可通过单个模块监测若干个组参数，以降低蓄电池组的组参数采集模块的数量，从而降低电池组的监测成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的蓄电池组参数采集电路的第一原理框图；

图2为本实用新型实施例的蓄电池组参数采集电路的第二原理框图；

图3为本实用新型实施例的组参数采集模块的原理框图；

图4为本实用新型实施例的第一接口单元的原理图；

图5为本实用新型实施例的蓄电池组参数采集电路的工作流程框图；

图6为本实用新型实施例的配置指令与采集传感器类型的对应关系表；

图7为本实用新型实施例二的蓄电池监控系统的原理框图。

标号说明：

10、蓄电池组参数采集电路；100、组参数采集模块；110、第一接口单元；111、传感器接口；120、第二接口单元；121、第一光耦隔离器；122、第二光耦隔离器；123、通信输入接口；124、通信输出接口；130、主控芯片；400、采集传感器；20、蓄电池监控网关；30、上位机；50、蓄电池采集模块。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

实施例一

请参照图1至图6，本实用新型的实施例一为：

一种蓄电池组参数采集电路10，应用于对蓄电池组的组参数采集。

请参照图1，所述蓄电池组参数采集电路10包括：组参数采集模块100和若干个采集传感器400。所述采集传感器400分别与所述组参数采集模块100以及蓄电池组电连接，所述采集传感器400用于采集蓄电池组的组电流或组电压，并将采集的初始组参数发送至所述组参数采集模块100。所述组参数采集模块100与外部的上位机30通信连接，所述组参数采集模块100用于根据所述初始组参数以及所述采集传感器400的配置类型发送对应的目标组参数至上位机30。所述供电模块与所述组参数采集模块100电连接，所述供电模块用于向所述组参数采集模块100供电。

本实施例中的蓄电池组参数采集电路10的工作原理为：组参数采集模块100连接若干个采集传感器400，以通过若干个采集传感器400各自获得蓄电池组的组电流或组电压，并根据采集的初始组参数获得目标组参数并发送至上位机30，其中，初始组参数包括采集传感器400采集的组电流和/或组电压，目标组参数包括组参数采集模块100进行计算处理后得到的目标组电流和/或目标组电压。示例性地，蓄电池组参数采集电路10包括两个采集传感器400，其中一个采集传感器400用于采集蓄电池组的组电压并输出第一模拟量，另一个采集传感器400用于采集蓄电池组的组电流并输出第二模拟量，组参数采集模块100接收第一模拟量并进行计算处理获得目标组电流，以及接收第二模拟量并进行计算处理获得目标组电压，组参数采集模块100将目标组电压和目标组电流发送至上位机30，以实现对蓄电池组的组参数监控。

可以理解的，本实施例通过设置可连接若干个采集传感器400的组参数模块，以接收蓄电池组的组电流或组电压，由现有分立的单组蓄电池分配单个组电流采集模块、单个组电压采集模块的方式，改进为单个多路采集组参数的采集模块，可通过单个模块监测若干个组参数，即单个采集模块可以监测单组或多组蓄电池，以降低蓄电池组的组参数采集模块100的数量，从而降低电池组的监测成本。

可选的，所述组参数采集模块100还用于接收上位机30发送的配置指令，并根据所述配置指令，将若干个所述采集传感器400各自配置为电流模拟量输出、电压模拟量输出中的其中一种。示例性地，蓄电池组参数采集电路10包括两个采集传感器400，组参数采集模块100将其中一个采集传感器400配置为电流模拟量输出，另一个配置为电压模拟量输出。

可以理解的，本实施例通过组参数采集模块100定义采集传感器400的类型，例如组参数采集模块100可以同时接入电压模拟量和电流模拟量，也可以单独接入两组电压模拟量或电流模拟量，以提高组参数采集模块100的功能扩展性和灵活度，从而便于组参数采集模块100的配置调整，优化组参数采集模块100的数量，在降低成本的同时便于接线布置。

可选的，所述采集传感器400为霍尔传感器或电压变送器等。本实施例中，采用霍尔传感器采集蓄电池组的组电流，采用电压变送器采集蓄电池组的组电压。霍尔传感器和电压变送器均可以支持电压模拟量输出和电流模拟量输出。其中，霍尔传感器和电压变送器的具体布置和数量可以根据实际需要进行调整，示例性地，采用单个蓄电池组分别配置单个霍尔传感器和单个组电压变送器，以分别获取该蓄电池组的组电压和组电流。又示例性地，当蓄电池组的组电压通过其它方式进行采集监控时，可以采用两个霍尔传感器分别获取两个蓄电池组的组电流。

请参照图2，可选的，所述组参数采集模块100包括：若干个第一接口单元110，以及主控芯片130、第二接口单元120。所述第二接口单元120与外部的上位机30通信连接，以及与所述主控芯片130电连接，所述第二接口单元120用于所述主控芯片130与上位机30之间的数据传输。所述主控芯片130与所述第一接口单元110电连接，所述主控芯片130根据所述配置指令，将若干个所述采集传感器400各自配置为电流模拟量输出、电压模拟量输出中的其中一种。所述第一接口单元110与所述采集传感器400一一对应电连接，所述第一接口单元110用于接收所述初始组参数，并将所述初始组参数发送至所述主控芯片130。所述主控芯片130还用于根据所述初始组参数获得所述目标组参数，并通过所述第二接口单元120发送所述目标组参数至上位机30。

可以理解的，若干个第一接口单元110用于获取对应连接的采集传感器400的初始组参数，并将初始组参数发送至主控芯片130，主控芯片130根据初始组参数进行计算处理，获得目标组参数，并将目标组参数通过第二接口单元120发送至上位机30。第二接口单元120获取上位机30的配置指令并发送至主控芯片130，主控芯片130根据配置指令对若干个采集传感器400进行配置，以配置为电流模拟量输出、电压模拟量输出中的其中一种，主控芯片130对应采集传感器400的输出信号类型适应改变目标组参数的算法。

本实施例通过设置第一接口和第二接口，使主控芯片130分别与上位机30以及采集传感器400连接，从而实现对蓄电池组的监控。

请参照图4，具体的，所述第一接口单元110包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2以及传感器接口111。所述第一电阻R1的一端连接所述采集传感器400，所述第一电阻R1的另一端连接所述传感器接口111。所述第二电阻R2的一端连接所述传感器接口111的第二引脚，所述第二电阻R2的另一端接地。所述第三电阻R3的一端连接所述传感器接口111的第二引脚，所述第三电阻R3的另一端接地。所述第一电容C1的一端连接所述传感器接口111的第二引脚，所述第一电容C1的另一端接地。所述第二电容C2的一端连接所述传感器接口111的第二引脚，所述第二电容C2的另一端接地。所述传感器接口111连接所述主控芯片130。

请参照图3，具体的，传感器接口111采用凤凰接线端子，所述传感器接口111为包括：供电引脚、数据引脚和接地引脚。所述供电引脚连接所述采集传感器400，所述供电引脚用于向所述采集传感器400供电。所述数据引脚连接所述采集传感器400，所述数据引脚用于获取所述采集传感器400的所述初始组参数。所述接地引脚接地。

本实施例中，第一电阻R1的一端接入采集传感器400的电压模拟量信号或电流模拟量信号，由于主控芯片130通过数模转换端口采集电压信号，因此，当采集传感器400采用电压模拟量输出时则主控芯片130可以直接获得组参数，当采集传感器400采用电流模拟量输出时则通过固定负载转换为电压信号，以便主控芯片130进行采集，实现对采集传感器400的电流模拟量输出和电压模拟量输出的兼容。另外，本实施例的传感器接口111的第一引脚为12V供电引脚，以向霍尔传感器或电压变送器供电。

请参照图2和图3，可选的，所述第二接口单元120包括第一光耦隔离器121、第二光耦隔离器122、通信输入接口123以及通信输出接口124。所述第一光耦隔离器121分别与所述主控芯片130以及所述通信输入接口123连接，所述通信输入接口123与所述上位机30连接。所述第二光耦隔离器122分别与所述主控芯片130以及所述通信输出接口124连接，所述通信输出接口124与所述上位机30连接。具体的，通信输入接口123和所述通信输出接口124均为XBUS通信接口。

本实施例的第二接口单元120采用光耦隔离器，实现信号传输过程的电气隔离，从而提高抗干扰能力。本实施例还采用XBUS总线传输至蓄电池监控网关20，再由蓄电池监控网关20传输至上位机30。在其它实施例中，还可以采用其它类型的信号总线与上位机30进行通信连接。

具体的，所述蓄电池组参数采集电路10还包括电源模块(附图未示出)，所述电源模块与所述组参数采集模块100电连接，所述电源模块用于向所述组参数采集模块100等用电元器件供电。本实施例中，电源模块采用DC-DC隔离电源。所述蓄电池组参数采集电路10还包括用于指示供电状态以及电路工作状态的若干个指示灯，进一步的，还包括用于复位组参数采集模块100的复位电路。

示例性地，本实施例的蓄电池组参数采集电路10包括两个采集传感器400，针对不同类型的采集传感器400，目标组参数在计算算法里是会区分其测量的量程的，因此量程的设置也是采用XBUS总线的配置指令进行灵活设置，主控芯片130提供2个独立的量程寄存器，掉电保存在闪存里，设置好采集传感器400的量程后，主控芯片130将按照对应的算法进行数据转换，示例性地，主控芯片130选型12位的模数转换芯片，本实施例采用型号为ARMCotex M0的主控芯片，在其它实施例中，主控芯片的选择具有相同或相类似功能的芯片。

请参照图5，本实施例还提供蓄电池组参数采集电路10的工作流程，包括步骤：

S1、上位机30通过XBUS通信接口下发配置指令，设置主控芯片130的类型寄存器的数值；

S2、上位机30通过XBUS通信接口下发配置指令，通过主控芯片130设置采集传感器400的量程；

S3、主控芯片130采集两个采集传感器400发送的初始组参数；

S4、主控芯片130按照采集传感器400的类型采用对应的算法进行计算，获得目标组参数；

S5、主控芯片130通过XBUS通信接口将目标组参数的数据返回至上位机30。

示例性地，类型寄存器采用2个字节表达，2个字节分为高四位和低四位，第1字节的高四位代表设备的模拟量类型，其中，0为空置，1为电流型(电流模拟量输出)，2为电压型(电压模拟量输出)；第1字节的低四位代表设备类型，其中，0为空置，1为直流霍尔传感器，2为直流电压变送器。

通过配置设备类型，可实现测试1组电池的组电流、组电压功能，测试2组电池的组电流、组电压功能，以及测试1组电池的组电流、1组电压的功能等。具体对照表参照图6，表中为14种为最常用的组合，通过设置主控芯片130的软件寄存器，将主控芯片130的采集端口A1、A2的采集传感器400属性定义下来，然后内部的主控芯片130则将把此端口采集到的模拟量数值与相应的设备软件算法进行关联计算，得到目标组参数的数值，并通过通信输出接口124的XBUS总线传输到上层的蓄电池智能网关。

示例性地，本实施例的电流型采集传感器400的输入信号范围为4～20mA，电压型采集传感器400的输入信号范围为0～5V。本实施例采用第二电阻R2作为固定负载电阻，第一电阻R1的阻值设置为0Ω，第二电阻R2的阻值设置为120Ω。

其中，对应电流型采集传感器400的算法为：

I₁：传感器的电流模拟输入(4～20mA之间的数值)；

Vadc₁：主控芯片130采集的输入电压值；

L₁：传感器量程(可以是组电流量程，也可以是组电压的量程)；

It₁：转换后的组电流的测量值；

Vt₁：转换后的组电压的测量值；

电流型直流霍尔传感器的检测算法公式1：

It₁＝(Vadc₁/120-12)*[L₁/(20-4)/2]；

电流型直流电压变送器的检测算法公式2：

Vt₁＝(Vadc₁/120-12)*[L₁/(20-4)/2]。

对应电压型采集传感器400的算法为：

V₂：传感器的电压模拟输入(0～5V之间的数值)；

Vadc₂：主控芯片130采集的输入电压值；

L₂：传感器量程(可以是组电流量程，也可以是组电压的量程)；

It₂：转换后的组电流的测量值；

Vt₂：转换后的组电压的测量值；

电压型直流霍尔传感器的检测算法公式3：

It₂＝(Vadc₂-2.5)*(L₂/5/2)；

电压型直流电压变送器的检测算法公式4：

Vt₂＝Vadc₂*L₂/5。

主控芯片130的单片机程序将实现以上4种算法的检测计算，并将计算出来的双通道的目标组参数的数值以XBUS总线的方式传输到上层的智能网关，完成一个周期的数据采集。

实施例二

请参照图7，本实施例提供一种蓄电池监控系统，包括：上位机30、蓄电池监控网关20以及如实施例一任一项所述的蓄电池组参数采集电路10。所述蓄电池组参数采集电路10与所述蓄电池监控网关20通信连接，所述蓄电池监控网关20与所述上位机30通信连接。

另外，蓄电池监控系统还包括与蓄电池一一对应连接的蓄电池采集模块50，用于采集每节蓄电池的电压、温度以及内阻，所述蓄电池采集模块50与所述蓄电池监控网关20采用XBUS总线通信连接。

综上所述，本实用新型提供的蓄电池组参数采集电路及蓄电池监控系统，通过设置可连接若干个采集传感器的组参数模块，以接收蓄电池组的组电流或组电压，由现有分立的单组蓄电池分配单个组电流采集模块、单个组电压采集模块的方式，改进为可采集多路组参数的单个采集模块，可通过单个模块监测若干个组参数，以降低蓄电池组的组参数采集模块的数量，从而降低电池组的监测成本。

本申请还可以通过组参数采集模块定义采集传感器的类型，从而便于组参数采集模块的配置调整，优化组参数采集模块的数量，在降低成本的同时便于接线布置。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄电池组参数采集电路，其特征在于，包括：组参数采集模块和若干个采集传感器；

所述采集传感器分别与所述组参数采集模块以及蓄电池组电连接，所述采集传感器用于采集蓄电池组的组电流或组电压，并将采集的初始组参数发送至所述组参数采集模块；

所述组参数采集模块与外部的上位机通信连接，所述组参数采集模块用于根据所述初始组参数以及所述采集传感器的配置类型发送对应的目标组参数至上位机。

2.根据权利要求1所述的蓄电池组参数采集电路，其特征在于，所述组参数采集模块还用于接收上位机发送的配置指令，并根据所述配置指令，将若干个所述采集传感器各自配置为电流模拟量输出、电压模拟量输出中的其中一种采集传感器。

3.根据权利要求2所述的蓄电池组参数采集电路，其特征在于，所述组参数采集模块包括：若干个第一接口单元，以及主控芯片、第二接口单元；

所述第二接口单元与外部的上位机通信连接，以及与所述主控芯片电连接，所述第二接口单元用于所述主控芯片与上位机之间的数据传输；

所述主控芯片与所述第一接口单元电连接，所述主控芯片根据所述配置指令，将若干个所述采集传感器各自配置为电流模拟量输出、电压模拟量输出中的其中一种；

所述第一接口单元与所述采集传感器一一对应电连接，所述第一接口单元用于接收所述初始组参数，并将所述初始组参数发送至所述主控芯片；

所述主控芯片还用于根据所述初始组参数获得所述目标组参数，并通过所述第二接口单元发送所述目标组参数至上位机。

4.根据权利要求3所述的蓄电池组参数采集电路，其特征在于，所述第一接口单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容以及传感器接口；

所述第一电阻的一端连接所述采集传感器，所述第一电阻的另一端连接所述传感器接口；

所述第二电阻的一端连接所述传感器接口的第二引脚，所述第二电阻的另一端接地；

所述第三电阻的一端连接所述传感器接口的第二引脚，所述第三电阻的另一端接地；

所述第一电容的一端连接所述传感器接口的第二引脚，所述第一电容的另一端接地；

所述第二电容的一端连接所述传感器接口的第二引脚，所述第二电容的另一端接地；

所述传感器接口连接所述主控芯片。

5.根据权利要求1所述的蓄电池组参数采集电路，其特征在于，所述采集传感器为霍尔传感器或电压变送器。

6.根据权利要求3所述的蓄电池组参数采集电路，其特征在于，所述第二接口单元包括第一光耦隔离器、第二光耦隔离器、通信输入接口以及通信输出接口；

所述第一光耦隔离器分别与所述主控芯片以及所述通信输入接口连接，所述通信输入接口与所述上位机连接；

所述第二光耦隔离器分别与所述主控芯片以及所述通信输出接口连接，所述通信输出接口与所述上位机连接。

7.根据权利要求6所述的蓄电池组参数采集电路，其特征在于，所述通信输入接口和所述通信输出接口均为XBUS通信接口。

8.根据权利要求1所述的蓄电池组参数采集电路，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块与所述组参数采集模块电连接，所述电源模块用于向所述组参数采集模块供电。

9.根据权利要求4所述的蓄电池组参数采集电路，其特征在于，所述传感器接口为包括：供电引脚、数据引脚以及接地引脚；

所述供电引脚连接所述采集传感器，所述供电引脚用于向所述采集传感器供电；

所述数据引脚连接所述采集传感器，所述数据引脚用于获取所述采集传感器的所述初始组参数；

所述接地引脚接地。

10.一种蓄电池监控系统，其特征在于，包括：上位机、蓄电池监控网关以及如权利要求1-9任一项所述的蓄电池组参数采集电路；

所述蓄电池组参数采集电路与所述蓄电池监控网关通信连接，所述蓄电池监控网关与所述上位机通信连接。

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