专利名称：检测蓄电池组电参数的电压信号采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测蓄电池组电参数的电压信号采集器。
在电力工业、军事上等许多领域中经常要使用由几十节、乃至数百节大容量蓄电池串联作为直流供电系统。这种直流供电系统在运行中及维护中要经常对其电压、电流、容量等电参数进行检测。
目前国内具有的检测仪器是采用步进电机或继电器来实现对每一节电池进行切换，使其与测量电路接通，检测其电压值。这种检测仪器有其明显不足1、采集信号速度慢，使测量每节电池电压的时间在1秒量级上；2、若用继电器切换采集，由于继电器动作时间一致性差，易于造成电池间相互短路、严重影响电池寿命；3、不能直接检测得电池容量参数。最关键的问题是这种仪器只能测量电池在正常的负载工作过程中(静态)的电压、电流值。而要真正有效地判断每节电池的性能、品质优劣及整个供电池组工作状态的优劣，应测得其动态下的参数曲线，即应在冲击持续时间ΔT以内，在冲击负荷下巡回若干次测得整个电池组的各工作参数及每节电池的电压值。要解决动态检测的核心技术在于快速采集每节电池电压信号，而现有技术中的检测仪器的采样电路是无法解决这一问题的。
为了实现既能对工作的蓄电池静态检测又能对其动态检测，可采用计算机技术、建立一个智能快速检测系统。本实用新型目的是克服现有技术之不足，提供一种为这种快速检测系统配置的蓄电池电压信号采集器。
本实用新型是这样实现的它包括对串联着的电池组中每一节电池电压的采集电路，该电路由电阻衰减器、多路选择模拟开关、差分放大器及A/D转换电路组成1、电阻衰减器是由每节电池正、负端对地引出的分压器组成；2、将电池组分成若干节数相同的小组，每小组对应两个模拟开关、小组中的电池节数少于模拟开关的输入端数，除第一节电池正端分压器的分压端与第一个模拟开关的第一输入端单独相接外，小组中各节电池之间点的分压器及最末节电池负端的分压器之分压端皆依次同时与第一个模拟开关的对应输入端及第二个模拟开关的上一个输入端相接；3、每小组电池对应一个差分放大器，该组的两个模拟开关的输出端分别与差分放大器的两个输入端相接；4、各小组电池对应的差分放大器输出端都与A/D转换电路相接。
在实现本实用新型时，可将电池组分成多个节数相同的大组，每个大组对应一个差分放大器，该组的第一节电池正端、最末节电池负端分别与一个差分放大器的两个输入端相接，差分放大器输出端与A/D转换电路相接。
在以上述基本方案实现本实用新型时，可设计每小组电池对应的两个模拟开关之输出信号分别经过各自的跟随器，再送至对应的差分放大器输入端。各差分放大器的输出信号也通过各自的同相放大器、再送至A/D转换电路。
本实用新型的优点在于1、采用了电子器件切换、采集信号，所以可快速、准确地巡回采集电池组中每节电池的电压值，以确保检测系统对电池组整个工作过程中的动态、静态下各电参数的检测需要。
2、电路设计合理，使对总电压值高达数百伏的电池组仍可采用只允许输入电压为十几伏的集成电路芯片、以完成快速切换、采集的功能。
图1为包括本实用新型的智能检测系统结构框图。
图2为本实用新型对应一大组被测电池的采集电路原理图。
图3为本实用新型在动态下采集的数据绘出的电池电压变化曲线。
图4为本实用新型采集电池组总电压的电路原理图。
以下结合附图及实施例对本实用新型做进一步叙述在本实施例中，被测电池组由180节1.8V的蓄电池串联而成。
图1所示的计算机智能检测系统包括两大部分，电信号采集及数字处理，它的主要功能是对电池组在整个充电或放电过程中，特别是在冲击负荷(动态)下测出每节电池的端电压及整组电池的总电压等电参数，并打印出整个工作过程中电池电压随时间变化的数据及曲线。在此对冲击负荷(动态)的定义是电池组在启动瞬间向负载提供大电流放电，其持续时间为ΔT＝100ms。而本例中述及的在冲击负荷(动态)下进行的检测指在冲击负荷持续时间ΔT内，对180节电池的总电压、每一节电池的端电压完成20次数据采集、测量，并绘制出如图3所示的曲线。图3中的V是电池组在进入正常运行时所提供的稳定直流电压值，也就是对电池组的静态采集、测量的数据曲线。在被加上启动负荷瞬间，电池将产生大电流放电，由于内阻的存在，电池在大电流放电的同时必然会产生图3所示的跌落电压差ΔV，动态检测就是要绘制出在冲击持续时间ΔT＝T2－T1内电池的电压值回升趋势、速率及ΔV的幅度，这一特性曲线将比静态检测曲线更真实、全面地反映出每节电池的品质、性能、寿命，这可让用户及时发现问题、及时更换相应的电池，可保证用户既不会影响供电系统的正常工作、又无需支付盲目更换整组电池的经济代价。
要实现动态检测，核心在于电信号的采集；而要完成动态采集任务，就需解决如下几个问题1、在ΔT＝100ms内对180节电池逐节采集20次数据，即要具备对每节电池的每次采集速度≤25μs；2、180节、1.8V的电池组总电压达320V，而现有的多路选择模拟开关芯片允许的输入电压只有十几伏，无法直接使用；3、要解决高速度对高电位信号采集与压低生产成本的问题。通过下述实施例可说明本实用新型对这些问题是如何予以综合、合理解决的。
在本例中，对180节电池分成四个大组，每大组内分成三个小组，每小组包括15节电池，选用16选1的模拟开关4067，采用四块0809芯片作同步A/D转换电路。
图2展示了对一大组电池的采集电路。为适应模拟开关CD4067允许输入电压在18V以下的要求，将每节电池端电压先行电阻衰减后再输入；每小组15节电池对应两个CD4067；当检测系统的CPU送出选通信号ABCD的状态为000H时，全部CD4067的INO通道导通，此时第15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180节电池的正、负端电位信号即被同时送至对应的差分放大器Fi两个输入端；当ABCD状态为001H时，则IN1通道导通，此时第14、29、44、59、74、89、104、119、134、149、164、179节电池的电压信号被同时送入对应的差分放大器Fi中；如此选通工作下去，直至ABCD状态为1110H，则180节电池电压信号将全部传送完。由此可知，本例中的动态采集信号，是在ΔT＝100ms内，共进行15次，每次同时采集12节电池而完成的。在被测电池与差分放大器之间采用模拟开关及跟随器电路，从逻辑上仍相当于将每节电池直接接至采集电路中，但其实际工作性能却大大优化了它们可将因电阻衰减器阻值偏差而带来的采样信号偏差滤除掉，可使得差分放大器输入端共模电压很小、消除电池间相互影响，有利于提高测量精度，使调试、生产变得简单。
在例中选用了造价较低的0809芯片作A/D转换电路，其转换速度为80μS，采用四块0809分别作为各大组的A/D转换电路，这样便可四组同步转换，使A/D转换速度实际成为20μs。
图1中的差分放大器F1是完成对一个大组总电压的采集任务的，而整个电池总电压的采集原理如图4所示，从图4可分析得对称点C的对输出端地的电位V3＝0，于是320V的电池组的首、末端电位即为±160V，这样即可不加任何保护电路直接送至差分放大器的输入端而正常工作。图4中这一电路原理，亦可用于检测电池组总电流、控制母线电压。也可将它与图2所示电路相结合、共同构成对较多节数的电池组的电压采集电路，即对于电池组中高电位的电池电压采集采用图4电路，对于电池组中较低电位的电池电压采集采用图2中电路。
权利要求1.检测蓄电池组电参数的电压信号采集器，其特征是包括对串接着的电池组中每一节电池电压的采集电路，该电路由电阻衰减器、多路选择模拟开关、差分放大器及A/D转换电路组成，(1)电阻衰减器是由每节电池正、负端对地引出的分压器组成，(2)将电池组分成若干节数相同的小组，每小组对应两个多路选择模拟开关、小组中的电池节数少于模拟开关的输入端数，除第一节电池正端分压器的分压端与第一个模拟开关的第一输入端单独相接外，小组中各节电池之间点的分压器及最末节电池负端的分压器之分压端皆依次同时与第一个模拟开关的对应输入端及第二个模拟开关的上一个输入端相接，(3)每小组电池对应一个差分放大器，该级的两个模拟开关的输出端分别与差分放大器的两个输入端相接，(4)各小组电池对应的差分放大器输出端都与A/D转换电路相接。
2.根据权利要求1所述的电压信号采集器，其特征是将电池组分成多个节数相同的大组，每个大组对应一个差分放大器，该组的第一节电池正端、最末节电池负端分别与一个差分放大器的两个输入端相接，差分放大器输出端与A/D转换电路相接。
3.根据权利要求1所述的电压信号采集器，其特征是每小组电池对应的两个模拟开关之输出信号分别经过各自的跟随器、送至对应的差分放大器输入端。
4.根据权利要求1或2所述的电压信号采集器，其特征是各差分放大器输出信号通过各自的同相放大器、送至A/D转换电路。
5.根据权利要求2所述的电压信号采集器，其特征是对180节的蓄电池组分成四个大组，每大组内分成三个小组，每小组包括15节电池，选用16选1的模拟开关4067，采用四块0809芯片分别作各大组的同步A/D转换电路。
6.根据权利要求1所述的电压信号采集器，其特征是对被测电池组中的高电位电池电压采集电路，是将每节电池两端电位信号直接送至对应的差分放大器两个输入端。
专利摘要本实用新型系一种检测蓄电池组电参数的电压信号采集器，包括对串接着的电池组中每一节电池电压的采集电路，该电路由电阻衰减器、多路选择模拟开关、差分放大器及A/D转换电路组成，电阻衰减器将每节被测电池正、负端电位信号分别输至对应模拟开关，再转输至差分放大器输入端，差分放大器与A/D转换器相接。本实用新型优点是可快速准确地巡回采集每节电池电压值、以确保在动、静态下对电池组各电参数的检测需要。
文档编号G01R31/36GK2226310SQ94232070
公开日1996年5月1日 申请日期1994年12月26日 优先权日1994年12月26日
发明者孙永兴, 梁青海, 阎吉杰, 周恩惠 申请人:大连市旅顺电力电子设备有限公司, 旅顺长江电子技术服务站