蓄電池的在線測量系統及其測量方法
2023-05-09 03:02:11
專利名稱：蓄電池的在線測量系統及其測量方法
技術領域：
本發明涉及一種蓄電池的測量技術，特別是涉及一種蓄電池的在線測量系統及其測量方法。
背景技術：
電動汽車、UPS(不間斷電源系統)、EPS(應急電源系統)都是以蓄電池為動力源 的系統。單體的蓄電池的電壓通常為12V，而在應用中，通常蓄電池組都採用串聯的工作方 式，從而提供高達90-400V的直流電壓，而工作電流通常高達安培級甚至百安培級。蓄電池 是這些系統中的重要部件，也是系統中壽命最短的部分。雖然出廠時，每個蓄電池的性能參 數幾乎一致，但經過一點時間的運行，蓄電池個體的差異就會逐漸顯現出來，導致串聯工作 的各節蓄電池的電壓不一致，容量也不一致，在充電過程中，如果單從測量蓄電池組的整體 電壓來判斷整個蓄電組是否已經充滿，往往會出現有幾個電池過充，而幾個蓄電池還未充 滿的現象；而在放電過程中，如果僅根據蓄電池組的整體電壓判斷是否放電結束，則可能會 出現部分蓄電池未能完全放電，而部分蓄電池因過放而導致蓄電池損壞的現象。因此，蓄電 池的充放電系統都要求對單節蓄電池的電壓在線檢測。除了蓄電池電壓以外，溫度、內阻等 參數也是蓄電池檢測系統關心的指標。蓄電池組的參數檢測分為集中檢測法和分布檢測法，其中集中檢測法引線多，幹 擾大，不宜擴展，因此採用較少。而分布檢測法有連線簡單，性能可靠，精度較高、易於模塊 化等特點，但必須符合低功耗的要求，避免導致蓄電池的放電。長安大學學報(自然科學版)2007年9月第五期103頁的《電動汽車蓄電池參數 集中/分布式檢測法》給出了一種介於集中檢測法和分布檢測法之間的測量方法，採用每兩 節蓄電池公用一個測量模塊的方法，雖然模塊數量減少，但該方法仍然具有一些缺點一、 測量模塊成本較高，系統採用CAN (Controller Area Network，控制器區域網路)通信方式， 而且每個模塊還採用兩個光耦繼電器；二、光耦繼電器的引入則導致引線過多，喪失了分布 檢測法的優點；三、沒有實現完全的分布式測量，沒法檢測單個蓄電池的故障；四、該方法 不適合蓄電池數量為奇數的系統；五、蓄電池電壓的測量是通過雙刀雙擲開關的橋電容，會 引入測量誤差並且實現成本較高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種蓄電池的在線測量系統及其測量方法，其 測量模塊採用級聯方式，依次控制下一測量模塊的電源控制開關，在完成測量後輸出測量 數據。本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種蓄電池的在線測量系 統，其包括一個測試主機和兩個以上的測量模塊，蓄電池的參數測量由測量模塊完成，每個 測量模塊連接一個蓄電池，測試主機連接第一測量模塊，第一測量模塊與其它的測量模塊 順序連接，每個測量模塊都包括電源隔離開關、電源控制開關、穩壓電路、信號隔離開關、蓄電池參數測量電路、第一微控制單元，電源隔離開關、穩壓電路、信號隔離開關與第一微控 制單元連接，電源控制開關和穩壓電路連接，蓄電池參數測量電路和第一微控制單元連接。優選地，所述測量模塊採用級聯方式。優選地，所述每個測量模塊至少有第一引腳至第六引腳，測試主機具有第一引腳 至第四引腳。優選地，所述測試主機通過其第一引腳連接到第一蓄電池的負極，測試主機的第 二引腳連接到第一測量模塊的第三腳，通過測試主機的第二引腳導通第一測量模塊的電源 控制開關。優選地，所述電源控制開關包括第一電阻、第二電阻、三極體，蓄電池參數測量電 路包括第三電阻和第四電阻，穩壓電路包括第五電阻、第六電阻、第七電阻、電壓基準晶片， 電源隔離開關電路包括第八電阻和第二光耦繼電器，信號隔離開關包括第九電阻和第一光 耦繼電器。
優選地，所述測試主機包括穩壓電源、第十一電阻、第十二電阻、第二微控制單元、 第三光耦繼電器，穩壓電源和第二微控制單元、第三光耦繼電器連接，第十一電阻、第十二 電阻連接在第二微控制單元和第三光耦繼電器之間，第三光耦繼電器與第一測量模塊的電 源控制開關連接。本發明還提供一種蓄電池的在線測量系統的測量方法，其包括以下步驟測試主 機連接第一測量模塊，第一測量模塊接通第一蓄電池，第一測量模塊的穩壓電路工作給第 一微控制單元和蓄電池參數測量電路供電，第一測量模塊的蓄電池參數測量電路開始測量 第一蓄電池的參數並得出測量數據，蓄電池參數測量電路測量結束後，第一測量模塊的第 一微控制單元將測量數據轉換成數位訊號，再經過串行編碼，編碼後的測量數據通過第一 測量模塊的信號隔離開關以開關方式發送到信號總線上，被測試主機接收，測試主機內的 第十一電阻把編碼後的測量數據還原成高低電平的變化，經過測試主機內的第二微控制單 元解碼，還原第一蓄電池的參數，從而完成對第一蓄電池的測量；然後第一測量模塊打開電 源隔離開關，電源隔離開關導通，打開第二測量模塊的電源控制開關，使第二測量模塊接通 第二蓄電池，第二測量模塊開始測量第二蓄電池的參數，如此依次循環，重複上述第一測量 模塊的過程直至全部的測量模塊輸出測量數據。優選地，所述測試主機在獲得了全部的蓄電池參數後，關閉第一測量模塊的電源 控制開關，第一測量模塊斷電，第一測量模塊的電源隔離開關斷開，第二測量模塊斷電，如 此依次直至全部的測量模塊全部斷電，測量結束，從而完成一次全部蓄電池測量任務。本發明的積極進步效果在於一、本發明蓄電池的在線測量系統的結構簡單，每 個測量模塊至少有六個引腳；二、測試主機與測量模塊連接僅需四根引線，連接方便；三、 每個測量模塊在不測量時不消耗電能，滿足蓄電池的洩放電流要求；四、每個測量模塊監視 一個蓄電池，測量模塊採用級聯方式，增加或減少蓄電池數量時不需改動測試主機的接線； 五、由於測試數據是依次發送的，因此每個測量模塊無需地址編碼。
圖1為本發明蓄電池的在線測量系統的原理框圖。圖2為本發明中測量模塊的原理框圖。
圖3為本發明中測量模塊的電路圖。圖4為本發明中測試主機的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。如圖1和圖2所示，本發明的測量系統包括一個測試主機和兩個以上的測量模塊，測試主機具有第一引腳11至第四引腳14，蓄電池的參數測量由測量模塊完成，每個測量模 塊至少有六個引腳，即第一引腳1至第六引腳6，測試主機通過其第一引腳11連接到第一蓄電池的負極，測試主機的第二引腳12連接到第一測量模塊的第三腳3，測試主機與測量 模塊的連接僅需四根引線，每個測量模塊連接一個蓄電池，測試主機連接第一測量模塊，第 一測量模塊與其它的測量模塊順序連接，每個測量模塊都包括電源隔離開關、電源控制開 關、穩壓電路、信號隔離開關、蓄電池參數測量電路、第一微控制單元(MCU，Micro Control Unit)等，電源隔離開關、穩壓電路、信號隔離開關與第一微控制單元連接，電源控制開關和 穩壓電路連接，蓄電池參數測量電路和第一微控制單元連接。如圖3所示，第一電阻Rl為上拉電阻，電源控制開關包括第一電阻R1、第二電阻R2、三極體Q1，蓄電池參數測量電路包括第三電阻R3和第四電阻R4，穩壓電路包括第五電 阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、電壓基準晶片D1，第一微控制單元為具有AD (模擬數字) 採樣功能的單片機，電源隔離開關電路包括第八電阻R8和第二光耦繼電器0P2，信號隔離 開關包括第九電阻R9和第一光耦繼電器0P1。測量模塊的第一引腳1連接到蓄電池的正 極，第二引腳2連接到蓄電池的負極，測量模塊的第三引腳3被拉低後，三極體Ql導通，接 通蓄電池參數測量電路和穩壓電路，第一微控制單元得電，開始工作，第一微控制單元採樣 第三電阻R3和第四電阻R4的分壓點，獲得蓄電池電壓的測量數據，測量數據經過串行編碼 後，通過第一光耦繼電器OPl發送到信號總線上。然後第一微控制單元驅動第二光耦繼電 器0P2導通，啟動下一個測量模塊。當測量模塊的第三引腳3被拉高或懸空，三極體Ql關 斷，測量模塊失電，第二光耦繼電器0P2輸出也斷開。如圖4所示，測試主機包括穩壓電源、第i^一電阻R11、第十二電阻R12、第二微控制單元、第三光耦繼電器0P3，穩壓電源和第二微控制單元、第三光耦繼電器0P3連接，第 十一電阻R11、第十二電阻R12連接在第二微控制單元和第三光耦繼電器0P3之間，第三光 耦繼電器0P3與第一測量模塊的電源控制開關連接。穩壓電源提供整個測試主機的能源， 第十一電阻Rll用來連接外部的信號總線，並將測量數據傳給第二微控制單元，第二微控 制單元可通過第十二電阻R12、第三光耦繼電器0P3控制連接的第一測量模塊的電源控制 開關。測試主機負責開啟第一測量模塊的電源控制開關，每個測量模塊完成測量並發送測量數據後，依次開啟下一測量模塊，測量數據通過信號總線發送到測試主機；全部測試完 成後，測試主機可以一次性關閉所有的測量模塊。測量模塊採用級聯方式，每個測量模塊可 以控制下一測量模塊的電源控制開關，而所有測量模塊的測量數據通過輸出信號並聯在信 號總線上；在信號總線上，依次出現每個測量模塊的測量數據，測試主機根據數據出現的順 序可以獲得全部蓄電池的參數信息；所有的蓄電池測量完成後，測試主機可以切斷第一測 量模塊的電源控制開關，並連鎖關閉所有的測量模塊。
本發明蓄電池的在線測量系統的測量方法具體包括以下步驟測試主機連接第一 測量模塊，通過測試主機的第二引腳12輸出信號以導通第一測量模塊的電源控制開關，第 一測量模塊接通第一蓄電池，第一測量模塊的穩壓電路工作給第一微控制單元和蓄電池參 數測量電路供電，第一測量模塊的蓄電池參數測量電路開始測量第一蓄電池的參數(比如 電壓)並得出測量數據，蓄電池參數測量電路測量結束後，第一測量模塊的第一微控制單 元將測量數據轉換成數位訊號，再經過串行編碼，編碼後的測量數據通過第一測量模塊的 信號隔離開關以開關方式發送到信號總線上，被測試主機接收，測試主機內的第十一電阻 Rll把編碼後的測量數據還原成高低電平的變化，經過測試主機內的第二微控制單元解碼， 即可還原第一蓄電池的參數，從而完成對第一蓄電池的測量；然後第一測量模塊打開電源 隔離開關，電源隔離開關導通，打開第二測量模塊的電源控制開關，使第二測量模塊接通第 二蓄電池，第二測量模塊開始測量第二蓄電池的參數，如此依次循環，重複上述第一測量模 塊的過程直至全部的測量模塊輸出測量數據。測試主機在獲得了全部的蓄電池參數後，關 閉第一測量模塊的電源控制開關，第一測量模塊斷電，第一測量模塊的電源隔離開關斷開， 第二測量 模塊斷電，如此依次直至全部的測量模塊全部斷電，測量結束，從而完成一次全部 蓄電池測量任務。以下以舉個例子進一步說明系統原理如圖3所示，測量模塊的第一引腳連接蓄 電池的正極，測量模塊的第二引腳連接蓄電池的負極，測量模塊的第三引腳被前一測量模 塊(或者測試主機)拉低後，三極體Ql導通，三極體Ql的集電極電壓約等於三極體Ql發 射極電壓，即等於蓄電池電壓，設蓄電池的電壓為12V，經過第三電阻R3、第四電阻R4分壓 後送入第一微控制單元的P2引腳，取第三電阻R3為3K歐姆和第四電阻R4為IK歐姆，則 第一微控制單元的P2引腳上面的電壓為12V*1K/(1K+3K) = 3V，若第一微控制單元內部AD 轉換電路的參考電壓為5V，轉換精度為10位，則AD轉換結果約為614 (通過3/5*21(1算出)， 其二進位表示為1001100110，第一微控制單元的Pl引腳這一序列的二進位數據經過測量 模塊的第四引腳4和第五引腳5發送到測試主機，測試主機接收，並還原這一數據為614，再 按照ΘΗΛ^δνΦαΚ+β Ο/ΙΚ即可得到蓄電池的電壓約為12V。雖然以上描述了本發明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些 僅是舉例說明，在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變 更或修改。因此，本發明的保護範圍由所附權利要求書限定。
權利要求
一種蓄電池的在線測量系統，其特徵在於，其包括一個測試主機和兩個以上的測量模塊，蓄電池的參數測量由測量模塊完成，每個測量模塊連接一個蓄電池，測試主機連接第一測量模塊，第一測量模塊與其它的測量模塊順序連接，每個測量模塊都包括電源隔離開關、電源控制開關、穩壓電路、信號隔離開關、蓄電池參數測量電路、第一微控制單元，電源隔離開關、穩壓電路、信號隔離開關與第一微控制單元連接，電源控制開關和穩壓電路連接，蓄電池參數測量電路和第一微控制單元連接。
2.如權利要求1所述的蓄電池的在線測量系統，其特徵在於，所述測量模塊採用級聯 方式。
3.如權利要求1所述的蓄電池的在線測量系統，其特徵在於，所述每個測量模塊至少 有第一引腳至第六引腳，測試主機具有第一引腳至第四引腳。
4.如權利要求3所述的蓄電池的在線測量系統，其特徵在於，所述測試主機通過其第 一引腳連接到第一蓄電池的負極，測試主機的第二引腳連接到第一測量模塊的第三腳，通 過測試主機的第二引腳導通第一測量模塊的電源控制開關。
5.如權利要求4所述的蓄電池的在線測量系統，其特徵在於，所述電源控制開關包括 第一電阻、第二電阻、三極體，蓄電池參數測量電路包括第三電阻和第四電阻，穩壓電路包 括第五電阻、第六電阻、第七電阻、電壓基準晶片，電源隔離開關電路包括第八電阻和第二 光耦繼電器，信號隔離開關包括第九電阻和第一光耦繼電器。
6.如權利要求5所述的蓄電池的在線測量系統，其特徵在於，所述測試主機包括穩壓 電源、第十一電阻、第十二電阻、第二微控制單元、第三光耦繼電器，穩壓電源和第二微控制 單元、第三光耦繼電器連接，第十一電阻、第十二電阻連接在第二微控制單元和第三光耦繼 電器之間，第三光耦繼電器與第一測量模塊的電源控制開關連接。
7.—種如權利要求6所述的蓄電池的在線測量系統的測量方法，其特徵在於，其包括 以下步驟測試主機連接第一測量模塊，第一測量模塊接通第一蓄電池，第一測量模塊的 穩壓電路工作給第一微控制單元和蓄電池參數測量電路供電，第一測量模塊的蓄電池參數 測量電路開始測量第一蓄電池的參數並得出測量數據，蓄電池參數測量電路測量結束後， 第一測量模塊的第一微控制單元將測量數據轉換成數位訊號，再經過串行編碼，編碼後的 測量數據通過第一測量模塊的信號隔離開關以開關方式發送到信號總線上，被測試主機接 收，測試主機內的第十一電阻把編碼後的測量數據還原成高低電平的變化，經過測試主機 內的第二微控制單元解碼，還原第一蓄電池的參數，從而完成對第一蓄電池的測量；然後第 一測量模塊打開電源隔離開關，電源隔離開關導通，打開第二測量模塊的電源控制開關，使 第二測量模塊接通第二蓄電池，第二測量模塊開始測量第二蓄電池的參數，如此依次循環， 重複上述第一測量模塊的過程直至全部的測量模塊輸出測量數據。
8.如權利要求7所述的蓄電池的在線測量系統的測量方法，其特徵在於，所述測試主 機在獲得了全部的蓄電池參數後，關閉第一測量模塊的電源控制開關，第一測量模塊斷電， 第一測量模塊的電源隔離開關斷開，第二測量模塊斷電，如此依次直至全部的測量模塊全 部斷電，測量結束，從而完成一次全部蓄電池測量任務。
全文摘要
本發明公開了一種蓄電池的在線測量系統及其測量方法，該蓄電池的在線測量系統包括一個測試主機和兩個以上的測量模塊，蓄電池的參數測量由測量模塊完成，每個測量模塊連接一個蓄電池，測試主機連接第一測量模塊，第一測量模塊與其它的測量模塊順序連接，每個測量模塊都包括電源隔離開關、電源控制開關、穩壓電路、信號隔離開關、蓄電池參數測量電路、第一微控制單元，電源隔離開關、穩壓電路、信號隔離開關與第一微控制單元連接，電源控制開關和穩壓電路連接，蓄電池參數測量電路和第一微控制單元連接。本發明的測量模塊採用級聯方式，依次控制下一測量模塊的電源控制開關，在完成測量後輸出測量數據。
文檔編號G01R31/36GK101799519SQ201010104888
公開日2010年8月11日 申請日期2010年1月20日 優先權日2010年1月20日
發明者李強, 潘悅, 趙春宇 申請人:上海佰訊通智能科技有限公司