蓄電池端電壓檢測裝置的製作方法

2023-06-13 01:28:27

本發明涉及蓄電池巡檢技術領域，特別是涉及一種蓄電池端電壓檢測裝置。

背景技術：

蓄電池在長時間使用過程中往往會出現端電壓不均勻，影響通信安全。因此，對蓄電池實施端電壓檢測具有重要意義。目前採用的蓄電池端電壓檢測裝置有以下幾種：

(1)基於繼電器切換的蓄電池端電壓檢測裝置

參照圖1所示，通過輪流驅動繼電器C1到Cn，採用繼電器的觸點將被測的蓄電池單體接入一個共用的信號採樣迴路，其他的蓄電池兩端懸空，實現對蓄電池組中的每一個蓄電池單體的端電壓進行採樣，這種方法的缺點是繼電器的動作速度慢，並存在有限次數的機械壽命與較大的動作噪聲。

(2)基於串行模數轉換的蓄電池端電壓檢測裝置

參照圖2所示，採用串行模數轉換器ADC把蓄電池端電壓轉化為串行格式的數位訊號，通過數字光耦隔離傳輸到串行數據總線，由DSP讀回每一數據通道的電池電壓。這種方法的缺點是每一路串行ADC需要獨立的輔助電源，信號調理電路、數位訊號隔離結構比較複雜，並且串行模數轉換器ADC的成本偏高。

(3)基於線性光耦或者數字光耦補償的蓄電池端電壓檢測裝置

參照圖3所示，採用線性光耦可實現隔離的蓄電池端電壓檢測，但是成本過高。也可採用數字光耦外加補償電路替代，但對於模擬信號來說數字光耦的缺點是輸入輸出的線性較差，並且受溫度影響較大，需要對數字光耦的溫度漂移進行校正和非線性進行補償，電路結構比較複雜。

(4)基於電阻網絡的蓄電池端電壓檢測裝置

參照圖4所示，採用電阻構成分壓網絡，把整個蓄電池組的各個蓄電池連接點電壓衰減到電子模擬開關可以接受的程度。該電路結構簡單，但是該電路測量迴路與蓄電池迴路並不隔離，存在安全隱患，並且採用網絡電阻進行梯度衰減會造成採樣精度的遞減。

綜上所述，傳統技術中的蓄電池端電壓檢測裝置存在著成本高、電路結構複雜、隔離等級低、可靠性低等問題。

技術實現要素：

基於此，為解決現有技術中的問題，本發明提供一種蓄電池端電壓檢測裝置，通過變壓器實現蓄電池端電壓的隔離測量，成本低、電路結構簡單，且隔離等級和可靠性均較高。

為實現上述技術目的，本發明實施例採用以下技術方案：

一種蓄電池端電壓檢測裝置，包括：激勵電流源模塊、變壓器、二極體、電容、第一電阻以及第二電阻；

所述激勵電流源模塊輸出激勵電流到所述變壓器的初級繞組；

所述變壓器的次級繞組的一端與所述二極體的陽極連接，另一端與所述電容的第一端連接，所述電容的第二端與所述二極體的陰極連接；

所述電容的第一端通過所述第一電阻與被測蓄電池的負極連接，所述電容的第二端通過所述第二電阻與被測蓄電池的正極連接。

本發明的蓄電池端電壓檢測裝置通過向變壓器施加激勵電流實現蓄電池端電壓的檢測，而變壓器具有非常成熟的加工工藝，很容易實現高等級的隔離度。變壓器為靜態磁感應元件，不存在機械動作，因此具有持久的可靠性。另外，本實施例中的變壓器很容易實現批量的自動化加工，且材料為普通材料，具有很好地成本效應。因此，本發明的蓄電池端電壓檢測裝置能以較低的成本、較高的隔離度和可靠性實現對多路蓄電池的巡檢測量，並且可利用電阻電容網絡實現電壓保持，進一步降低測量電路對被測電路的影響，保障了檢測精度。

附圖說明

圖1為基於繼電器切換的蓄電池端電壓檢測裝置的電路結構示意圖；

圖2為基於串行模數轉換的蓄電池端電壓檢測裝置的電路結構示意圖；

圖3為基於線性光耦或者數字光耦補償的蓄電池端電壓檢測裝置的電路結構示意圖；

圖4為基於電阻網絡的蓄電池端電壓檢測裝置的電路結構示意圖；

圖5是本發明的蓄電池端電壓檢測裝置一種可選的電路結構示意圖；

圖6是本發明的蓄電池端電壓檢測裝置另一種可選的電路結構示意圖；

圖7是本發明實施例中激勵電流源模塊的結構示意圖；

圖8是本發明的蓄電池端電壓檢測裝置又一種可選的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合較佳實施例及附圖對本發明的內容作進一步詳細描述。顯然，下文所描述的實施例僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。應當理解的是，儘管在下文中採用術語「第一」、「第二」等來描述各種信息，但這些信息不應限於這些術語，這些術語僅用來將同一類型的信息彼此區分開。例如，在不脫離本發明範圍的情況下，「第一」信息也可以被稱為「第二」信息，類似的，「第二」信息也可以被稱為「第一」信息。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部內容。

圖5是本發明的蓄電池端電壓檢測裝置在一個實施例中的原理示意圖，如圖5所示，本實施例中的蓄電池端電壓檢測裝置包括：激勵電流源模塊10、變壓器T、二極體D1、電容C1、第一電阻R1以及第二電阻R2。其中，激勵電流源模塊10輸出激勵電流到變壓器T的初級繞組。變壓器T的次級繞組的一端與二極體D1的陽極連接，另一端與電容C1的第一端a連接，電容C2的第二端b與二極體D1的陰極連接。

如圖5所示，電容C1的第一端a通過第一電阻R1與被測蓄電池100的負極連接，電容C1的第二端b通過第二電阻R2與被測蓄電池100的正極連接。

將本實施例中的蓄電池端電壓檢測裝置與被測蓄電池100後，被測蓄電池100通過第一電阻R1、第二電阻R2向電容C1充電，充電達到平衡後，電容C1兩端的電壓與被測蓄電池100的端電壓Ux相等。

由於變壓器T只能傳遞交流信號，為了實現直流信號的測量，可通過激勵電流源模塊10向變壓器T的初級繞組輸出激勵電流，變壓器T將激勵電流耦合到次級繞組，通過二極體D1對電容C1進行充電。

當變壓器T2次級繞組產生的感應電壓低於電容C1兩端的電壓Ux時，二極體D1中是沒有電流通過的，激勵電流源模塊10向變壓器T的初級繞組輸出激勵電流後，變壓器T2次級繞組的電壓快速上升，將通過二極體D2對電容C1充電，電容C1兩端的電壓從Ux上升至Ux0，當激勵結束後，電容C1對被測蓄電池100放電，電容C1兩端電壓恢復至Ux。基於變壓器的電磁感應耦合原理，在整個過程中，變壓器T的初級繞組也將會產生一個和電容C1兩端電壓呈線性比例關係的變化電壓，即：隨著電容C1兩端的電壓由Ux上升至Ux0，變壓器T的初級繞組電壓也將同步的從UN上升至UN0，且UN/Ux＝UN0/Ux0，因此只要找出線性比例係數，就能通過檢測變壓器T初級繞組的變化電壓來實現被測蓄電池100端電壓的檢測。

因此，在使用本實施例中的蓄電池端電壓檢測裝置來檢測蓄電池的端電壓時，先對蓄電池端電壓檢測裝置進行校準，即將圖5中被測蓄電池100替換為一個已知的電壓源U0，然後通過激勵電流源模塊10輸出激勵電流到變壓器T的初級繞組，此時檢測變壓器T初級繞組產生的變化電壓，通過該變化電壓與U0計算出線性比例係數k。在對被測蓄電池100的端電壓進行檢測時，通過激勵電流源模塊10輸出激勵電流到變壓器T的初級繞組，並檢測檢測變壓器T初級繞組產生的變化電壓，然後結合線性比例係數k就能計算出被測蓄電池100的端電壓。

本實施例中的蓄電池端電壓檢測裝置通過變壓器實現蓄電池端電壓的檢測，而變壓器具有非常成熟的加工工藝，很容易實現高等級的隔離度。變壓器為靜態磁感應元件，不存在機械動作，因此具有持久的可靠性。另外，本實施例中的變壓器很容易實現批量的自動化加工，且材料為普通材料，具有很好地成本效應。

進一步的，為了提高檢測精度，仍參照圖5所示，本實施例中的蓄電池端電壓檢測裝置還包括第三電阻R3、濾波模塊20。第三電阻R3和濾波模塊20串聯連接後與變壓器T的初級繞組並聯連接。這樣變壓器T的初級繞組兩端的電壓經第三電阻R3分壓後輸入到濾波模塊20，然後只要檢測濾波模塊20輸出的電壓就可以計算出被測蓄電池100的端電壓。

較佳的，為了自動輸出檢測結果，參照圖6所示，且一併參照圖5，本實施例中的蓄電池端電壓檢測裝置還可包括AD轉換模塊30以及處理模塊40，其中處理模塊40可採用MCU、CPU、FPGA等裝置。AD轉換模塊30的輸入端與濾波模塊20的輸出端連接，AD轉換模塊30的輸出端與處理模塊40的輸入端連接。AD轉換模塊30對濾波模塊20輸出的電壓信號進行模數轉換，生成數位訊號，並將數位訊號送入處理模塊40。參照上文對於校準過程的描述，在校準時，處理模塊40依據AD轉換模塊30輸入的數位訊號以及已知的電壓源U0進行處理計算，就能確定線性比例係數k，然後在對被測蓄電池100的端電壓進行檢測時，處理模塊40依據AD轉換模塊輸入的數位訊號以及線性比例係數k就能自動計算出被測蓄電池100的端電壓，並輸出計算結果。

在一種可選的實施方式中，參照圖7所示，激勵電流源模塊10包括第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、放大模塊101以及可控開關102。其中，放大模塊101的輸入端與第四電阻R4的第一端c連接，輸出端依次通過第五電阻R5、可控開關102、第六電阻R6以及變壓器T的初級繞組後接地；第四電阻R4的第二端d外接激勵脈衝。如圖7所示，可控開關102導通後，在第四電阻R4處施加激勵脈衝，經放大模塊101放大後再通過第五電阻R5和第六電阻R6的限流作用，可向變壓器T的初級繞組施加激勵電流。其中，放大模塊101可選用各种放大電路或放大器件，可選的，參照圖8所示，放大模塊101包括第一NPN型三極體Q1，第一NPN型三極體Q1的基極與第四電阻R4的第一端c連接，集電極通過第五電阻R5與可控開關102連接，發射極接地。

可控開關102可採用各類可控制的開關器件，例如繼電器、MOSFET、IGBT等等。可選的，參照圖8所示，可控開關102包括第七電阻R7和第二NPN型三極體Q2。第二NPN型三極體Q2的基極通過第五電阻R5與第一NPN型三極體Q1的集電極連接；第二NPN型三極體Q2的集電極外接電壓源VDD，且通過第七電阻R7與第二NPN型三極體Q2的基極連接；第二NPN型三極體Q2的發射極通過第六電阻R6、變壓器的初級繞組後接地。

可選的，參照圖8所示，濾波模塊採用RC濾波電路，包括並聯連接的電容C2和電阻R8，RC濾波電路輸出電壓信號至AD轉換模塊30。

綜上所述，本發明的蓄電池端電壓檢測裝置採用變壓器進行直流電壓的隔離測量，能以較低的成本、較高的隔離度和可靠性實現對多路蓄電池的巡檢測量，並且利用電阻電容網絡實現電壓保持，進一步降低了測量電路對被測電路的影響，保障了檢測精度。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。