蓄电池监测装置的制作方法

文档序号:14744591发布日期:2018-06-19 23:42阅读:183来源:国知局
蓄电池监测装置的制作方法

本实用新型涉及用于测量充电电流、放电电流、电压或估算剩余电量的装置,特别涉及一种实时监测蓄电池信息的装置。



背景技术:

蓄电池监测内容涉及测量电池电压,实时监测充电电流、放电电流,并根据蓄电池特点估算出电池的剩余电量。一般的装置只能实现其中的一个功能,不能全方面衡量蓄电池的整体性能指标,特别是不能准确的估算电池的剩余电量。估算电池的剩余电量(SOC)一般采用安时积分法,想要尽可能准确估算电池SOC,需要精准的测量充电电流及放电电流,并且监测时间周期越短越好,最困难的问题是判定电池的初始电量。一般情况下,仅测量电池电压或充放电电流,不能同时体现两者对电池的影响,难以准确计算出电池实际的剩余电量。另外,一般监测充电电流及放电电流都要使用两个电流传感器,有的使用分流器,这样即不能降低成本,也为设备的后期安装和维护造成不便。同时,电流、电压的采集,由于选用的了分辨率较低的ADC或选用了分离器件,达不到测量精度,而且稳定性、可靠性不高。从而,影响维护人员对电池信息的了解情况,也难以针对电池合理的充放电维护,导致电池寿命降低。因此,选择合适的、完整的蓄电池监测装置,进而全面、精确掌握电池信息尤为重要。



技术实现要素:

针对以上问题,本实用新型提供一种可以全面、准确监测电池信息的方案。一方面,将测量电池电压、充电电流、放电电流集成在一起,便于维护人员观察和掌握;另一方面,集成化的监测装置,可以根据采集来的信息,对应不同蓄电池的特性,采取针对性的方案,更准确的估算电池的剩余电量,从而更科学的对蓄电池充放电维护,延长电池使用寿命,减少维护人员工作难度。

为实现上述目的,本实用新型提供了如下技术方案:该蓄电池监测装置包括传感器电路、比较电路、转换电路、保护电路以及模拟数字混合信号控制单元,其技术要点是:所述传感器电路包括电流传感器电路和电压采集电路;转换电路包括与电流传感器输出端相连的电流电压转换电路、与电流电压转换电路输出端相连的绝对值转换电路I、与电压采集电路输出端相连的绝对值转换电路II;比较电路包括与电流电压转换电路输出端相连的与绝对值转换电路I并联的相位比较电路I、电压采集电路输出端相连的与绝对值转换电路II并联的相位比较电路II;保护电路包括与绝对值转换电路I输出端相连的钳位保护电路I、与绝对值转换电路II输出端相连的钳位保护电路II;模拟数字混合信号控制单元的输入端分别与相位比较电路I、钳位保护电路I、相位比较电路II、钳位保护电路II的输出端相连。

本实用新型的有益效果是:采用双向非接触式电流传感器,不但检测精度高、安装方便,可靠性、可维护性都极大增加,而且可以实现单个传感器检测双向电流的功能,这样也很大程度上降低了成本。

采用双向电流传感器,使测量范围增加,但会降低电流测量的精度。为消除这一影射,本装置采用了类似取绝对值的电路,将传感器反向输入信号区分,从而扩大了ADC的采样范围,保证了电压及电流的测量精度。

采用了钳位保护电路,以防止输入信号超出范围,对ADC采样芯片或MCU处理器造成永久性损坏,来提高装置的稳定性和可靠性。

采用具有内置24位ADC的模数混合信号MCU,以提高测量的准确度和电路稳定性、可靠性,此处理器采用ARMCortex-M3核心,外设资源丰富,专用于计量仪器等。

采用了过零比较器与电压转换电路结合的方式,以区分双极性电压、电流信号的极性,并且可以兼容大多数类似应用。

将电压测量、充电电流测量、放电电流测量、SOC估算紧密结合在一起,可以精确、全面的将电池运行信息监测出来,给电池的维护和管理带来极大的便捷。该蓄电池监测装置可在不降低的精度的情况下,检测双极性电压和电流,即节省了成本,也更适应现场的实际工况。钳位保护电路的应用,可以避免因人为误操作或突发状况对整个系统的损坏,提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型其中一种蓄电池监测装置的细节电路图;

图2是本实用新型其中一种蓄电池监测装置的电路连接方式框图。

附图标记说明:1电流传感器、2电流电压转换电路、3电压采集电路、4绝对值转换电路、5钳位保护电路、6相位比较电路。

具体实施方式

以下结合图1~2,通过具体实施例详细说明本实用新型的内容。该蓄电池监测装置包括传感器电路、比较电路、转换电路、保护电路以及模拟数字混合信号控制单元等部分。其中,传感器电路包括电流传感器电路和电压采集电路。转换电路包括与电流传感器输出端相连的电流电压转换电路、与电流电压转换电路输出端相连的绝对值转换电路I、与电压采集电路输出端相连的绝对值转换电路II。比较电路包括与电流电压转换电路输出端相连的与绝对值转换电路I并联的相位比较电路I、电压采集电路输出端相连的与绝对值转换电路II并联的相位比较电路II。保护电路包括与绝对值转换电路I输出端相连的钳位保护电路I、与绝对值转换电路II输出端相连的钳位保护电路II。模拟数字混合信号控制单元的输入端分别与相位比较电路I、钳位保护电路I、相位比较电路II、钳位保护电路II的输出端相连。

电流传感器由+15V与-15V双极性电源供电,此电流传感器可将大电流转换为微弱电流信号,然后经由电流电压转换电路,将微弱电流信号转换为尽可能大,但要在ADC可接收范围内的电压信号。正极性电压信号经过相位比较电路可以转换为TTL高电平,负极性电压信号经过相位比较电路可以转换为TTL低电平。电压信号经过绝对值转换电路,可以转换为幅值相同,但全为正极性的电压信号,这样可供数字模拟混合信号MCU直接采样。为保证电压信号在MCU的输入范围之内损坏MCU,在电压信号与MCU的ADC输入端插入钳位保护电路。

电池电压由电压采集电路输入端引入,经电阻分压后,将转换后的电压信号输入至绝对值转换电路,转换为幅值相同,但全为正极性的电压信号,再经钳位保护电路后,便可供数字模拟混合信号MCU直接采样。为区分电池电压的正负极性,从压采集电路的输出端接入相位比较电路,将电压信号转换为高、低电平的TTL信号,供MCU后期处理。

电压采集电路用于采集电池的当前电压;电流传感器用于采集电池的充电电流及放电电流;电流电压转换电路用于将电流传感器的微弱电流信号转换为ADC可用的电压信号;绝对值转换电路用于将负极性电压转换为对应幅值相同的正极性电压;相位比较电路用于判断电压的相位方向(正极性电压或是负极性电压)或是电流的流动方向(充电电流或是放电电流);钳位保护电路用于防止当电压超出限定值时对ADC及MCU造成永久性损坏;数字模拟混合信号MCU用于对电压及电流信号采样,对所有采集信息的综合整理,及根据特定算法SOC的估算。

电压采集电路为一电阻网络,用于将电池电压转换为ADC可测的电压值。电流传感器为闭环、双向(可检测充电和放电两个方向电流)、非接触、应用霍尔效应原理的电流传感器,用于检测充电和放电两个方向电流。电流电压转换电路,包括电阻、电容并联电路,用于将电流信号转换为电压信号并将干扰杂波信号滤除。绝对值转换电路,包括一级电压跟随器,用于将前端电压无损的切换过来,并增加其带载能力;第二级为反向比例放大电路,用于实现对正、负极性电压的比例放大,第三级为加法运算电路,将第一级输出与第二级输出累加,得到最终的电压信号。相位比较电路,包括过零比较器,用于检测电压信号的极性;开关信号转换电路,用于把比较器输出的电压信号转换为MCU可接收的TTL信号。钳位保护电路,由两支二极管组成,用于保护ADC及MCU不受损坏。数字模拟混合信号MCU,属Cotex-M3核、32位处理器,内部集成24位高精度ADC转换器,用于电压信号的转换及数据信息的处理。

电压采集电路为由两枚高精密测量电阻串联,其中R3电阻一端连接电池,R2电阻一端连接公共参考地,中间相连接的部分作为电压转换输出给绝对值转换电路或ADC的输入端。

电流传感器为可检测交流(有效值)或双向直流电流;其外形结构为闭环,被测电流无需断开,直接从其中间通孔通过即可,即为非接触式;其工作原理为霍尔效应,其供电电源为双极性±12V到±15V。

电流电压转换电路为一枚高精密测量电阻R1与一枚滤波电容C1并联,并联电路的一端连接电流传感器的输出端,一端连接参考地。

绝对值转换电路为第一级由双极性放大器U1与电阻R4组成电压跟随器,电阻R4两端分别连接到双极性放大器U1的输出端和负极输入端,U1正极输入端接入电压信号;第二级由电阻R5~R7与双极性放大器U2及二极管D1、D2组成负反馈比例放大电路,并且电阻值R7/R6=2,信号由R6的一端输入,经过R6进入双极性放大器U2负极输入端,U2正极输入端接R5然后连接到参考地,U2输出端连接二极管D1正极及D2负极,D1的负极直接反馈到U2的负极输入端,R7连接D2正极,另一端也反馈到U2的负极输入端,转换电路的输出端由D2正极引出;第三级由电阻R8~R11与双极性放大器U3组成加法电路,第一级和第二级输出端分别经由R10和R8输入至U3负极输入端,U3正极输入端经R9连接到参考地,R11连接到U3负极输入端和U3输出端之间作为反馈电阻,并且阻值R8=R10=R11。

相位比较电路为信号由双极性放大器U4负极输入端输入,正极连接至参考地,输出端连到N沟道MOSFET(T1)的栅极,其源极经限流电阻R13连到电源端,漏极直接连到参考地,比较电路的输出端由T1的源极引出。

钳位保护电路为二极管D3、D4同向串联,D4负极连接至电源端,D3正极连接至参考地,电压信号经限流电阻R12输入到D3、D4之间,钳位保护电路的输出端由D3的负极引出。

模拟数字混合信号控制单元(MCU)为采用Cortex-M3核、32位MCU,最高运行频率为16MHz,内部集成24位高精度ADC转换器,可对电压信号精准测量。

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