具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装置，它可以在蓄电池离线或在线状态下对蓄电池进行电压和负载放电终了电压、放电电流进行测试。这种装置的控制电源电路由蓄电池自身供电的电源电路和来自外部的具有优先供电功能的电源电路组成；这种装置的放电电路中串有过温保护器件，当放电电路中的开关器件失控而导致放电负载超过过温保护器件容忍的温度值时，过温保护器件将切断放电电路。
【专利说明】具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装所属【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有电压和负载放电测试功能的蓄电池监测和维护装置，尤其能在蓄电池离线或在线状态下对蓄电池进行电压和负载放电终了电压、放电电流进行测试。
【背景技术】
[0002]目前公知的各种离线(蓄电池与充电器断开)或在线(蓄电池与充电器闭合)的蓄电池监测和维护装置绝大部分是从测量蓄电池的电压和内阻来判别蓄电池的状态，但是当蓄电池在浮充状态下以及由于蓄电池内阻的非线性特性，只根据测量蓄电池的实时电压和内阻的结果，有时不能准确地判断蓄电池的状态，而且测量蓄电池内阻比测量电压技术要求高，因此有内阻测量功能的蓄电池监测装置，其成本较高；而目前已有的通过负载放电测试蓄电池放电终了电压来判断蓄电池状态的装置，其内部控制电路的工作电源是由蓄电池自身供电的，当装有这种装置的智能蓄电池安装在有先进电池管理(ABM)功能的电源系统,如有些不间断电源系统(UPS)中时，蓄电池大部分时间工作在长时间小电流放电的状态，这会影响到蓄电池的寿命；另外，目前已有的智能蓄电池中的放电电路中没有过温保护装置，当放电电路中的电子开关器件失控时，将会给蓄电池供电系统带来灾难性的后果。
【发明内容】
[0003]本发明涉及一种具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装置，其特征是控制电路的工作电源电路由蓄电池自身供电的电源电路和来自外部的具有优先供电功能的电源电路组成；当没有外部电源时，该装置控制电路的工作电源由蓄电池自身提供，当有外部电源时，该装置控制电路的工作电源由来自外部的电源提供；这种装置的放电电路中串有过温保护器件，当放电电路中的开关器件失控而导致放电负载超过过温保护器件容忍的温度值时，过温保护器件将切断放电电路。这种装置可以独立地安装在所有蓄电池上，并使其成为智能蓄电池；这种智能蓄电池在装置本身带定时器的处理器控制程序的控制下，可以对蓄电池在离线或在在线状态下进行电压和负载放电测试，当测量的电压和负载放电测试的终了电压与处理器程序中预先设定的值比较发现异常时，声、光报警指示电路将告警。这种装置上设有两个完全相同的由外部供电的且与该装置主电路隔离的RS485数据通讯接口，且任何一个装置中的一个接口可以连接另一个装置的任一个接口。如果在放电回路中增加测量放电电流的取样电阻或电流传感器，则可以测量蓄电池的负载放电电流。
[0004]本发明所采用的技术方案
[0005]这种具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装置由以处理器为控制核心的蓄电池放电控制电路、以电子开关器件控制蓄电池放电的放电电路、蓄电池电压检测电路、控制电路的工作电源电路、外部供电的与该装置控制电路隔离的RS485通讯接口电路、声、光报警指示电路组成。当需要测量放电电流时，则在放电电路中增加蓄电池电流检测电路。以处理器为控制核心的蓄电池放电控制电路、以电子开关器件控制蓄电池放电的电路、蓄电池电压检测电路、蓄电池电流检测电路和声、光报警指示电路构成本发明的主电路。本发明的特征是:第一，在以处理器为控制核心的蓄电池放电控制电路和放电电路中，一个或多个并联的功率电子开关管MOSFET或IGBT的漏极端与电阻负载的一端串联连接，负载电阻的另一端连接到过温保护器件的一端，过温保护器件的另一端连接到蓄电池的正极，MOSFET或IGBT的源极端连接到蓄电池的负极，MOSFET或IGBT的漏极和源极两端跨接一保护吸收电容。MOSFET或IGBT和负载电阻、过温保护器件构成蓄电池的放电电路。如果增加蓄电池负载放电电流检测电路，本发明的特征“第一”重新描述为:在以处理器为控制核心的蓄电池放电控制电路和放电电路中，一个或多个并联的功率电子开关管MOSFET或IGBT的漏极端与电阻负载的一端串联连接，负载电阻的另一端连接到过温保护器件的一端，过温保护器件的另一端连接到蓄电池的正极，MOSFET或IGBT的源极端与一电流取样电阻的一端连接，电流取样电阻的另一端连接到蓄电池的负极。MOSFET或IGBT的漏极和源极两端跨接一保护吸收电容，电流取样电阻两端跨接一滤波电容。MOSFET或IGBT及其吸收电容、负载电阻、过温保护器件、电流取样电阻及其滤波电容构成蓄电池的放电电路。第二，蓄电池电压检测电路中，有两个串联电阻组成分压电路，分压电阻的两端再并联在蓄电池两极，然后将连接蓄电池负极的分压电阻上的电压信号滤波，再经过一限流电阻送入A/D模数转换器，A/D转换器将分压电阻上的模拟信号转换成数字信号，可编程处理器读取二进制数字，再乘以两分压电阻的比值，就可以计算出被测蓄电池的电压值。第三，这种装置的控制电源电路由蓄电池自身供电的电源电路和来自外部的具有优先供电功能的电源电路组成。由蓄电池供电的电源电路，是由一个DC/DC变换器和防倒流二极管组成，DC/DC变换器的正极输出端与放倒流二极管的阳极相连；来自外部的具有优先供电功能的电源电路，是由一个AC/DC或DC/DC变换器和另一防倒流二极管组成，或者是一块小型电池和另一个防倒流二极管组成，他们的正极输出端同样与防倒流二极管的阳极相连；最后将两个防倒流二极管的阴极共同连接到该装置处理器控制电源的正极。为了当有外部电源时，来自外部电源的AC/DC或DC/DC变换器或小型电池优先于蓄电池的DC/DC变换器给该装置的处理器控制电源电路供电，来自外部的与AC/DC或DC/DC变换器串联的防倒流二极管的阴极端电压或与小型电池串联的防倒流二极管的阴极端电压要高于来自蓄电池供电的与DC/DC变换器串联的防倒流二极管阳极端的电压。第四，蓄电池电压和负载放电测试时的终了电压的两个报警指示灯与处理器的两个数字输入输出口相联，一个蜂鸣器与处理器的一个数字输入输出口相联，两个报警指示灯和蜂鸣器构成声、光报警指示电路。第五，每个装置上都设置两个完全相同的由外部供电的且与该装置主电路隔离的RS485数据通讯接口。第六，这种装置可以独立的安装在所有蓄电池上，在装有这种装置的蓄电池中，无论与上位机通讯与否，这种装置本身带定时器的处理器的控制程序都可以定期对离线或在线状态下的蓄电池进行负载放电测试。
[0006]本方案中，装有这种装置的蓄电池在离线或在在线状态时，在处理器程序的控制下，一方面通过电压测量电路可以实时测量蓄电池两端的电压，另一方面，程序可以定期地控制电子开关管MOSFET或IGBT使蓄电池通过电阻负载放电，电压测量电路可以测量出放电结束瞬间的电压，即放电终了电压。
[0007]本方案中，过温保护器件是在不过流和不过温的情况下，导通电阻为毫欧级的一种温度保护器件，当过流时，导通电阻增大，甚至无穷大，当过温时，器件内部自动断开。
[0008]本发明通过安装具有电压和负载放电测试功能的监测和维护装置使蓄电池智能化来实现对蓄电池的电压和负载放电测试，达到准确判断蓄电池好坏的目的，从而提高蓄电池系统的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是实施例一的主电路。
[0010]图2是处理器控制电路的工作电源电路。
[0011]图3是由外部供电的、有两路完全相同的且与主电路隔离的RS485通讯接口电路。
[0012]图4是实施例二的主电路
[0013]下面结合附图和实施例进一步说明。
[0014]实施例一
[0015]本实施例是只测量蓄电池电压和负载放电终了电压，而不测量负载放电电流的方
案
[0016]图1是本实施例的主电路。
[0017]图2是处理器控制电路的工作电源电路。
[0018]图3是由外部供电的、有两路完全相同的且与主电路隔离的RS485通讯接口电路。【具体实施方式】
[0019]图1中，方框内是该装置中以某处理器为核心、有A/D转换器的控制电路；BATTERY是被测蓄电池，功率电子开关管M的栅极G与控制电路相连，其漏极端D与负载电阻Rl的一端串联连接，负载电阻Rl的另一端连接到过温保护器件TP的一端，另一端再连接到蓄电池的正极P，功率电子开关管M的源极端E连接到蓄电池的负极N，电容Cl是连接在M漏极和源极两端的吸收保护电容。蓄电池BATTERY、负载放电电阻R1、M0SFET管M、电容C1以及温度保护器件TP构成放电电路。电阻R1、R2组成分压电路，Rl和R2串联后再分别连接到蓄电池BATTERY的正⑵负(N)极两端，然后将电阳R3上的电压，经电容C2滤波后，再送入方框内部的A/D转换器。电阻R2、R3电容C2组成电压检测电路。蜂鸣器Buzzer、发光二极管V和LTV构成报警指示电路。RS485_TX/RX、CPU_TXD和CPU_RXD是处理器控制电路与图3中RS485通讯接口电路相连接的3个连接端口。
[0020]图2中，BATTERY P INPUT端口是蓄电池的正极端，经过DC/DC变换器和防倒流二极管Dl后将蓄电池提供给处理器控制电路所需的电源VCC。AC or DC INPUT输入端口是指从外部提供来的交流或直流电源，经过带变压器Tr隔离的AC/DC变换器或(or) DC/DC变换器和防倒流二极管D2后提供给处理器控制电路所需的电源VCC。为了让外部提供来的电源具有优先于蓄电池给处理器控制电路供电，D2阴极端输出的电压要高于Dl阳极端输出的电压，这样在有外部电源供电的情况下，装置内部的处理器控制电路将几乎不消耗蓄电池的电能，从而不会影响到蓄电池的寿命。Gl、G2是与图3中隔离的RS485通讯接口电路同一个地。图3中，ADM2483BRW是带隔离的RS485专用接口芯片。RS485_TX/RX、CPU_TXD和CPU_RXD是与处理器控制电路相连的接口，其内部电路电源与处理器控制电路电源共用VCC ;RS485_A1、RS485_B1 和 RS485_A2、RS485_B2 是与上位机相连的端口，VDDUGl 和 VDD2、G2 是由外部供电的直流电源；RS485_A1、RS485_B1、VDDUGl 和 RS485_A2、RS485_B2、VDD2、G2在装置上被称为两个完全相同的由外部供电的RS485通讯接口。在装置上设置这两个完全相同的接口的目的是便于与其它蓄电池上同类装置串接成总线结构。
[0021]本实施例中，无论蓄电池BATTERY处于离线状态还是在线状态，在处理器程序控制电路的控制下，一方面通过R2、R3、C2和A/D转换器电路可以实时测量蓄电池两端的电压，另一方面，程序可以定期地控制电子开关管M，使蓄电池通过电阻负载Rl放电，通过测量R3上的电压、再送入A/D转换器，CPU控制电路就可以测量出放电结束瞬间的电压值，即放电终了电压。
[0022]本实施例中，当发现蓄电池的实时电压或负载放电测试的终了电压超出处理器程序中预先设定的范围时，装置上相应的报警指示灯V、LTV将会闪烁，同时蜂鸣器BUZZER有声音报警。
[0023]实施例二
[0024]本实施例是测量蓄电池电压、负载放电终了电压和负载放电电流的方案
[0025]图4是本实施例的主电路。
[0026]图2是处理器控制电路的工作电源电路。
[0027]图3是由外部供电的、有两路完全相同的且与主电路隔离的RS485通讯接口电路。
[0028]本实施例的“处理器控制电路的工作电源电路”和“由外部供电的、有两路完全相同的RS485通讯接口电路”与实施例一相同。
[0029]【具体实施方式】
[0030]图4中，方框内是该装置中以某处理器为核心、有A/D转换器的控制电路；BATTERY是被测蓄电池，功率电子开关管M的栅极G与控制电路相连，其漏极端D与负载电阻Rl的一端串联连接，负载电阻Rl的另一端连接到过温保护器件TP的一端，另一端再连接到蓄电池的正极P，功率电子开关管M的源极端E连接到电流取样电阻R4的一端，电流取样电阻R4的另一端连接到蓄电池的负极N，R4上的电压经C3滤波后送入A/D转换器的一个端口，电流取样电阻R4、滤波电容C3和A/D转换器组成放电电流检测电路；电容Cl是连接在M漏极和源极两端的吸收保护电容。蓄电池BATTERY、负载放电电阻R1、M0SFET管M、电容C1以及温度保护器件TP构成放电电路。电阻R1、R2组成分压电路，Rl和R2串联后再分别连接至IJ蓄电池BATTERY的正⑵负(N)极两端，然后将电阻R3上的电压，经电容C2滤波后，再送入方框内部的A/D转换器。电阻R2、R3、电容C2和A/D转换器组成电压检测电路。蜂鸣器Buzzer、发光二极管V和LTV构成报警指示电路。RS485_TX/RX、CPU_TXD和CPU_RXD是处理器控制电路与图3中RS485通讯接口电路相连接的3个连接端口。
[0031]本实施例的“处理器控制电路的工作电源电路”和“由外部供电的、有两路完全相同的RS485通讯接口电路”与实施例一相同，即图2和图3在本实施例中的作用与在实施例一中相同。
[0032]本实施例中，无论蓄电池BATTERY处于离线状态还是在线状态，在处理器程序控制电路的控制下，一方面通过R2、R3、C2和A/D转换器电路可以实时测量蓄电池两端的电压，另一方面，程序可以定期地控制电子开关管M，使蓄电池通过电阻负载Rl放电，通过电压测量电路、A/D转换器和处理器就可以测量出放电结束瞬间的电压值，即放电终了电压。通过测量取样电阻R4上的电压，再送入A/D转换器，CPU控制电路就可以计算出蓄电池负载放电电流。
[0033]本实施例中，当发现蓄电池的实时电压或负载放电测试的终了电压超出处理器程序中预先设定的范围时，装置上相应的报警指示灯V、LTV将会闪烁，同时蜂鸣器BUZZER有声音报警。如果再测量在放电结束后蓄电池两端电压的变化，利用欧姆定律，就可以计算出蓄电池的内阻。
【权利要求】
1.具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装置，它可以在蓄电池离线或在线状态下对蓄电池进行电压和负载放电终了电压、放电电流进行测试，其特征是这种装置控制电路的工作电源电路由蓄电池自身供电的电源电路和来自外部的具有优先供电功能的电源电路组成；当没有外部电源时，该装置控制电路的工作电源由蓄电池自身提供，当有外部电源时，该装置控制电路的工作电源由来自外部的电源提供；这种装置的放电电路中串有过温保护器件，当放电电路中的开关器件失控而导致放电负载超过过温保护器件容忍的温度值时，过温保护器件将切断放电电路。
2.根据权利要求1所述的具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装置，这种装置可以独立地安装在所有蓄电池上，并使其成为智能蓄电池；这种智能蓄电池在装置本身带定时器的处理器控制程序的控制下，可以对蓄电池在离线或在在线状态下进行电压和负载放电测试，当测量的电压和负载放电测试的终了电压与处理器程序中预先设定的值比较发现异常时，声、光报警指示电路将告警。
3.根据权利要求1所述的具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装置，这种装置上设有两个完全相同的由外部供电的且与该装置主电路隔离的RS485数据通讯接口，且任何一个装置中的一个接口可以连接另一个装置的任一个接口。
4.根据权利要求1所述的具有电压和负载放电测试功能的蓄电池智能监测和维护装置，这种装置在放电回路中增加测量放电电流的取样电阻或电流传感器，则可以测量蓄电池的负载放电电流。
【文档编号】G01R31/36GK103777145SQ201310061005
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年2月27日 优先权日:2013年2月27日
【发明者】王晓秋 申请人:王晓秋