專利名稱：檢測(cè)蓄電池組電參數(shù)的電壓信號(hào)采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測(cè)蓄電池組電參數(shù)的電壓信號(hào)采集器。
在電力工業(yè)、軍事上等許多領(lǐng)域中經(jīng)常要使用由幾十節(jié)、乃至數(shù)百節(jié)大容量蓄電池串聯(lián)作為直流供電系統(tǒng)。這種直流供電系統(tǒng)在運(yùn)行中及維護(hù)中要經(jīng)常對(duì)其電壓、電流、容量等電參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。
目前國(guó)內(nèi)具有的檢測(cè)儀器是采用步進(jìn)電機(jī)或繼電器來實(shí)現(xiàn)對(duì)每一節(jié)電池進(jìn)行切換，使其與測(cè)量電路接通，檢測(cè)其電壓值。這種檢測(cè)儀器有其明顯不足1、采集信號(hào)速度慢，使測(cè)量每節(jié)電池電壓的時(shí)間在1秒量級(jí)上；2、若用繼電器切換采集，由于繼電器動(dòng)作時(shí)間一致性差，易于造成電池間相互短路、嚴(yán)重影響電池壽命；3、不能直接檢測(cè)得電池容量參數(shù)。最關(guān)鍵的問題是這種儀器只能測(cè)量電池在正常的負(fù)載工作過程中(靜態(tài))的電壓、電流值。而要真正有效地判斷每節(jié)電池的性能、品質(zhì)優(yōu)劣及整個(gè)供電池組工作狀態(tài)的優(yōu)劣，應(yīng)測(cè)得其動(dòng)態(tài)下的參數(shù)曲線，即應(yīng)在沖擊持續(xù)時(shí)間ΔT以內(nèi)，在沖擊負(fù)荷下巡回若干次測(cè)得整個(gè)電池組的各工作參數(shù)及每節(jié)電池的電壓值。要解決動(dòng)態(tài)檢測(cè)的核心技術(shù)在于快速采集每節(jié)電池電壓信號(hào)，而現(xiàn)有技術(shù)中的檢測(cè)儀器的采樣電路是無法解決這一問題的。
為了實(shí)現(xiàn)既能對(duì)工作的蓄電池靜態(tài)檢測(cè)又能對(duì)其動(dòng)態(tài)檢測(cè)，可采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、建立一個(gè)智能快速檢測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種為這種快速檢測(cè)系統(tǒng)配置的蓄電池電壓信號(hào)采集器。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括對(duì)串聯(lián)著的電池組中每一節(jié)電池電壓的采集電路，該電路由電阻衰減器、多路選擇模擬開關(guān)、差分放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路組成1、電阻衰減器是由每節(jié)電池正、負(fù)端對(duì)地引出的分壓器組成；2、將電池組分成若干節(jié)數(shù)相同的小組，每小組對(duì)應(yīng)兩個(gè)模擬開關(guān)、小組中的電池節(jié)數(shù)少于模擬開關(guān)的輸入端數(shù)，除第一節(jié)電池正端分壓器的分壓端與第一個(gè)模擬開關(guān)的第一輸入端單獨(dú)相接外，小組中各節(jié)電池之間點(diǎn)的分壓器及最末節(jié)電池負(fù)端的分壓器之分壓端皆依次同時(shí)與第一個(gè)模擬開關(guān)的對(duì)應(yīng)輸入端及第二個(gè)模擬開關(guān)的上一個(gè)輸入端相接；3、每小組電池對(duì)應(yīng)一個(gè)差分放大器，該組的兩個(gè)模擬開關(guān)的輸出端分別與差分放大器的兩個(gè)輸入端相接；4、各小組電池對(duì)應(yīng)的差分放大器輸出端都與A/D轉(zhuǎn)換電路相接。
在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型時(shí)，可將電池組分成多個(gè)節(jié)數(shù)相同的大組，每個(gè)大組對(duì)應(yīng)一個(gè)差分放大器，該組的第一節(jié)電池正端、最末節(jié)電池負(fù)端分別與一個(gè)差分放大器的兩個(gè)輸入端相接，差分放大器輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路相接。
在以上述基本方案實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型時(shí)，可設(shè)計(jì)每小組電池對(duì)應(yīng)的兩個(gè)模擬開關(guān)之輸出信號(hào)分別經(jīng)過各自的跟隨器，再送至對(duì)應(yīng)的差分放大器輸入端。各差分放大器的輸出信號(hào)也通過各自的同相放大器、再送至A/D轉(zhuǎn)換電路。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、采用了電子器件切換、采集信號(hào)，所以可快速、準(zhǔn)確地巡回采集電池組中每節(jié)電池的電壓值，以確保檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)電池組整個(gè)工作過程中的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)下各電參數(shù)的檢測(cè)需要。
2、電路設(shè)計(jì)合理，使對(duì)總電壓值高達(dá)數(shù)百伏的電池組仍可采用只允許輸入電壓為十幾伏的集成電路芯片、以完成快速切換、采集的功能。


圖1為包括本實(shí)用新型的智能檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本實(shí)用新型對(duì)應(yīng)一大組被測(cè)電池的采集電路原理圖。
圖3為本實(shí)用新型在動(dòng)態(tài)下采集的數(shù)據(jù)繪出的電池電壓變化曲線。
圖4為本實(shí)用新型采集電池組總電壓的電路原理圖。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步敘述在本實(shí)施例中，被測(cè)電池組由180節(jié)1.8V的蓄電池串聯(lián)而成。
圖1所示的計(jì)算機(jī)智能檢測(cè)系統(tǒng)包括兩大部分，電信號(hào)采集及數(shù)字處理，它的主要功能是對(duì)電池組在整個(gè)充電或放電過程中，特別是在沖擊負(fù)荷(動(dòng)態(tài))下測(cè)出每節(jié)電池的端電壓及整組電池的總電壓等電參數(shù)，并打印出整個(gè)工作過程中電池電壓隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)及曲線。在此對(duì)沖擊負(fù)荷(動(dòng)態(tài))的定義是電池組在啟動(dòng)瞬間向負(fù)載提供大電流放電，其持續(xù)時(shí)間為ΔT＝100ms。而本例中述及的在沖擊負(fù)荷(動(dòng)態(tài))下進(jìn)行的檢測(cè)指在沖擊負(fù)荷持續(xù)時(shí)間ΔT內(nèi)，對(duì)180節(jié)電池的總電壓、每一節(jié)電池的端電壓完成20次數(shù)據(jù)采集、測(cè)量，并繪制出如圖3所示的曲線。圖3中的V是電池組在進(jìn)入正常運(yùn)行時(shí)所提供的穩(wěn)定直流電壓值，也就是對(duì)電池組的靜態(tài)采集、測(cè)量的數(shù)據(jù)曲線。在被加上啟動(dòng)負(fù)荷瞬間，電池將產(chǎn)生大電流放電，由于內(nèi)阻的存在，電池在大電流放電的同時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生圖3所示的跌落電壓差ΔV，動(dòng)態(tài)檢測(cè)就是要繪制出在沖擊持續(xù)時(shí)間ΔT＝T2－T1內(nèi)電池的電壓值回升趨勢(shì)、速率及ΔV的幅度，這一特性曲線將比靜態(tài)檢測(cè)曲線更真實(shí)、全面地反映出每節(jié)電池的品質(zhì)、性能、壽命，這可讓用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、及時(shí)更換相應(yīng)的電池，可保證用戶既不會(huì)影響供電系統(tǒng)的正常工作、又無需支付盲目更換整組電池的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。
要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，核心在于電信號(hào)的采集；而要完成動(dòng)態(tài)采集任務(wù)，就需解決如下幾個(gè)問題1、在ΔT＝100ms內(nèi)對(duì)180節(jié)電池逐節(jié)采集20次數(shù)據(jù)，即要具備對(duì)每節(jié)電池的每次采集速度≤25μs；2、180節(jié)、1.8V的電池組總電壓達(dá)320V，而現(xiàn)有的多路選擇模擬開關(guān)芯片允許的輸入電壓只有十幾伏，無法直接使用；3、要解決高速度對(duì)高電位信號(hào)采集與壓低生產(chǎn)成本的問題。通過下述實(shí)施例可說明本實(shí)用新型對(duì)這些問題是如何予以綜合、合理解決的。
在本例中，對(duì)180節(jié)電池分成四個(gè)大組，每大組內(nèi)分成三個(gè)小組，每小組包括15節(jié)電池，選用16選1的模擬開關(guān)4067，采用四塊0809芯片作同步A/D轉(zhuǎn)換電路。
圖2展示了對(duì)一大組電池的采集電路。為適應(yīng)模擬開關(guān)CD4067允許輸入電壓在18V以下的要求，將每節(jié)電池端電壓先行電阻衰減后再輸入；每小組15節(jié)電池對(duì)應(yīng)兩個(gè)CD4067；當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)的CPU送出選通信號(hào)ABCD的狀態(tài)為000H時(shí)，全部CD4067的INO通道導(dǎo)通，此時(shí)第15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180節(jié)電池的正、負(fù)端電位信號(hào)即被同時(shí)送至對(duì)應(yīng)的差分放大器Fi兩個(gè)輸入端；當(dāng)ABCD狀態(tài)為001H時(shí)，則IN1通道導(dǎo)通，此時(shí)第14、29、44、59、74、89、104、119、134、149、164、179節(jié)電池的電壓信號(hào)被同時(shí)送入對(duì)應(yīng)的差分放大器Fi中；如此選通工作下去，直至ABCD狀態(tài)為1110H，則180節(jié)電池電壓信號(hào)將全部傳送完。由此可知，本例中的動(dòng)態(tài)采集信號(hào)，是在ΔT＝100ms內(nèi)，共進(jìn)行15次，每次同時(shí)采集12節(jié)電池而完成的。在被測(cè)電池與差分放大器之間采用模擬開關(guān)及跟隨器電路，從邏輯上仍相當(dāng)于將每節(jié)電池直接接至采集電路中，但其實(shí)際工作性能卻大大優(yōu)化了它們可將因電阻衰減器阻值偏差而帶來的采樣信號(hào)偏差濾除掉，可使得差分放大器輸入端共模電壓很小、消除電池間相互影響，有利于提高測(cè)量精度，使調(diào)試、生產(chǎn)變得簡(jiǎn)單。
在例中選用了造價(jià)較低的0809芯片作A/D轉(zhuǎn)換電路，其轉(zhuǎn)換速度為80μS，采用四塊0809分別作為各大組的A/D轉(zhuǎn)換電路，這樣便可四組同步轉(zhuǎn)換，使A/D轉(zhuǎn)換速度實(shí)際成為20μs。
圖1中的差分放大器F1是完成對(duì)一個(gè)大組總電壓的采集任務(wù)的，而整個(gè)電池總電壓的采集原理如圖4所示，從圖4可分析得對(duì)稱點(diǎn)C的對(duì)輸出端地的電位V3＝0，于是320V的電池組的首、末端電位即為±160V，這樣即可不加任何保護(hù)電路直接送至差分放大器的輸入端而正常工作。圖4中這一電路原理，亦可用于檢測(cè)電池組總電流、控制母線電壓。也可將它與圖2所示電路相結(jié)合、共同構(gòu)成對(duì)較多節(jié)數(shù)的電池組的電壓采集電路，即對(duì)于電池組中高電位的電池電壓采集采用圖4電路，對(duì)于電池組中較低電位的電池電壓采集采用圖2中電路。
權(quán)利要求1.檢測(cè)蓄電池組電參數(shù)的電壓信號(hào)采集器，其特征是包括對(duì)串接著的電池組中每一節(jié)電池電壓的采集電路，該電路由電阻衰減器、多路選擇模擬開關(guān)、差分放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路組成，(1)電阻衰減器是由每節(jié)電池正、負(fù)端對(duì)地引出的分壓器組成，(2)將電池組分成若干節(jié)數(shù)相同的小組，每小組對(duì)應(yīng)兩個(gè)多路選擇模擬開關(guān)、小組中的電池節(jié)數(shù)少于模擬開關(guān)的輸入端數(shù)，除第一節(jié)電池正端分壓器的分壓端與第一個(gè)模擬開關(guān)的第一輸入端單獨(dú)相接外，小組中各節(jié)電池之間點(diǎn)的分壓器及最末節(jié)電池負(fù)端的分壓器之分壓端皆依次同時(shí)與第一個(gè)模擬開關(guān)的對(duì)應(yīng)輸入端及第二個(gè)模擬開關(guān)的上一個(gè)輸入端相接，(3)每小組電池對(duì)應(yīng)一個(gè)差分放大器，該級(jí)的兩個(gè)模擬開關(guān)的輸出端分別與差分放大器的兩個(gè)輸入端相接，(4)各小組電池對(duì)應(yīng)的差分放大器輸出端都與A/D轉(zhuǎn)換電路相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓信號(hào)采集器，其特征是將電池組分成多個(gè)節(jié)數(shù)相同的大組，每個(gè)大組對(duì)應(yīng)一個(gè)差分放大器，該組的第一節(jié)電池正端、最末節(jié)電池負(fù)端分別與一個(gè)差分放大器的兩個(gè)輸入端相接，差分放大器輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓信號(hào)采集器，其特征是每小組電池對(duì)應(yīng)的兩個(gè)模擬開關(guān)之輸出信號(hào)分別經(jīng)過各自的跟隨器、送至對(duì)應(yīng)的差分放大器輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電壓信號(hào)采集器，其特征是各差分放大器輸出信號(hào)通過各自的同相放大器、送至A/D轉(zhuǎn)換電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓信號(hào)采集器，其特征是對(duì)180節(jié)的蓄電池組分成四個(gè)大組，每大組內(nèi)分成三個(gè)小組，每小組包括15節(jié)電池，選用16選1的模擬開關(guān)4067，采用四塊0809芯片分別作各大組的同步A/D轉(zhuǎn)換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓信號(hào)采集器，其特征是對(duì)被測(cè)電池組中的高電位電池電壓采集電路，是將每節(jié)電池兩端電位信號(hào)直接送至對(duì)應(yīng)的差分放大器兩個(gè)輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型系一種檢測(cè)蓄電池組電參數(shù)的電壓信號(hào)采集器，包括對(duì)串接著的電池組中每一節(jié)電池電壓的采集電路，該電路由電阻衰減器、多路選擇模擬開關(guān)、差分放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路組成，電阻衰減器將每節(jié)被測(cè)電池正、負(fù)端電位信號(hào)分別輸至對(duì)應(yīng)模擬開關(guān)，再轉(zhuǎn)輸至差分放大器輸入端，差分放大器與A/D轉(zhuǎn)換器相接。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是可快速準(zhǔn)確地巡回采集每節(jié)電池電壓值、以確保在動(dòng)、靜態(tài)下對(duì)電池組各電參數(shù)的檢測(cè)需要。
文檔編號(hào)G01R31/36GK2226310SQ94232070
公開日1996年5月1日 申請(qǐng)日期1994年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月26日
發(fā)明者孫永興, 梁青海, 閻吉杰, 周恩惠 申請(qǐng)人:大連市旅順電力電子設(shè)備有限公司, 旅順長(zhǎng)江電子技術(shù)服務(wù)站