分布式蓄电池组充电监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种分布式蓄电池组充电监测系统。现有的装置布线多且线路长，既浪费人力物力又容易引入干扰。本发明专利技术通过对正在充电的蓄电池组进行电压信号采集，将采集来的电压信号进行分压处理，并通过模拟开关来轮流选通其中一路电压信号，经主控芯片U1进行A/D转换，并作为从机通过CAN总线向上位机进行分压后的电压数字信号的传输，以供上位机实行数据处理，实现了对蓄电池组运行参数的实时监测，从而得知当前各个所在蓄电池组的充电状态和性能。本发明专利技术对任意多个蓄电池组进行实时电压检测并实时传送数据，而且电压信号的传输距离远，利于远程操作，极大地扩充了蓄电池检测技术的数量和范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大型电池组的电压状态监测系统，属于分布式测控
，可用于电动汽车充/换电站等应用场合的电池组实时监测。
技术介绍
蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用。蓄电池是以放电方式输出电能，以充电方式吸收、恢复电能的一种电源。由于蓄电池是一种化学反应装置，内部的化学反应一般不易及时察觉，日常使用中的缺陷不会立即反应出来，因此蓄电池组的保养维护工作是至关重要的。对蓄电池组维护管理不当将直接影响蓄电池组的使用效益和寿命，甚至严重损坏蓄电池组，极端情况下还会导致安全事故。蓄电池运行状态的监测主要是通过检测蓄电池的电压、电流、温度等同蓄电池性能密切相关的参数，得出当前蓄电池的运行状态信息，然后通过分析处理并和预先设定的蓄电池性能判断标准进行比较，从而诊断出蓄电池的当前健康状态是否良好。在和蓄电池的健康状态密切相关的参数当中，对温度和电流的测量相对来说比较容易实现，对单个电池的电压检测也比较简单，但是要实现对串联在一起的蓄电池组中单体电池电压的准确测量一直是一个难于解决的问题。而电压检测是最直接检测也是最常用的一个参数，也是目前许多电池监控系统普遍采用的检测方法。早期的蓄电池组在线监测仪采用的多为集中采集与监测的方法，这种方法的缺点是布线多且线路长，既浪费人力物力又容易引入干扰。此外在电力、电信及化工等不同的领域和不同的场合，需要监测的电池的数量不同，少则几十只，多则数百只，因此集中采集、集中监控的方式很难适应各种情况。鉴于上述问题，对于电池组的监测已开始采用分散采集、 集中监控的分布式测量系统。随着电子技术和计算机技术的发展，传统的日常维护及测量方法已经被计算机为核心的实时在线测量所取代，通过在线监测蓄电池组的参数，可以及时了解蓄电池组的工作状态、工作特性及蓄电池组的维护情况，而且具有功能多、速度快、 测量准确等特点。目前的测量系统大都采用RS232或RS485总线标准，采用这些标准的系统只能是主从式系统.在这些系统中，一般设上位机为主机，由主机发出采集数据命令，前置机依次向主机发送采集数据，而前置机无法主动向主机请求发送数据。CAN总线是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而推出的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，距离可达10Km。当信号传输距离达到IOKm时，CAN总线仍可提供高达5Kbps的数据传输速率。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点个数在理论上不受限制。CAN总线是一种多主机局部网络系统标准，它具有多主节点、高可靠性及扩充性能好等特点。本专利采用了 CAN总线接口方便组成CAN总线蓄电池组数据采集系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对多个蓄电池组的电压检测采用分散采集、集中监控的分布式测量系统，以满足对蓄电池运行状态的在线实时监测的需要。本专利技术包括电源电路，电压处理电路，主控电路和传输电路；电源电路包括一级电源转换芯片U2、二级电源转换芯片U3和U4、接插件J1、发光管 D1、二极管D2、电感Ll和L2、电阻R2和R3、钽电容C17、电容C4、C5、C6、C14、C15和C16。 接插件的1脚接电源电压输入，2脚接地。一级电源转换芯片U2的1脚为输入端，与接插件的1脚连接，一级电源转换芯片U2的2脚是5V电压输出端，与二极管D2的阴极和电感L2 的一端连接，一级电压转换芯片U2的4脚分别与电感L2的另一端、钽电容C17的阳极、二级电源转换芯片U3的电压3脚和二级电源转换芯片U4的2脚连接；一级电源转换芯片U2的 3脚、5脚、二极管D2的阳极、钽电容C17的阴极接地；二级电源转换芯片U3的2脚为3. 3V 电压输出端，分别与电容C4的一端、电阻R2的一端和电感Ll的一端连接；电阻R2的另一端与发光管Dl的阳极连接，电感Ll的另一端为参考电压输出端，分别与电阻R3的一端、电容C5的一端连接，电阻R3的另一端与电容C6的一端连接，二级电源转换芯片U3的1脚、 电容C4的另一端、发光管Dl的阴极、电容C5、C6的另一端接地；二级电源转换芯片U4的1 脚为-5V电压输出端，与电容C14的一端连接，二级电源转换芯片U4的3脚与电容C16的一端连接、5脚与电容C16的另一端连接；电容C15的一端与二级电源转换芯片U4的2脚连接，二级电源转换芯片U4的4脚、电容C15的另一端、电容C14的另一端接地；电压处理电路包括16路的电压分压电路VI、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、VlO、VII、 V12、V13、V14、V15、V16，模拟开关芯片U5、运算放大器芯片U6，二极管D3、钽电容C18、电容 C190 16路的电压分压电路完全相同，以Vl为例，包括接插件J2、电阻R13、电阻R17，接插件J2的1脚是检测电压输入端，与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与分别与电阻 R17的一端、模拟开关芯片U5的9脚连接，接插件J2的2脚、电阻R17的另一端接地；模拟开关芯片U5的M脚与5V电源输出端连接，模拟开关芯片TO的8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、 3 脚、2 脚、23 脚、22 脚、21 脚、20 脚、19 脚、18 脚、17 脚、16 脚分别与 V2、V3、V4、V5、V6、V7、 V8、V9、V10、V11、V12、V13、V14、V15、V16的分压电压输出端连接，模拟开关U5的12脚、15 脚接地，模拟开关TO的1脚分别接电容C19的一端、钽电容C18的阳极、二极管D3的阴极和运算放大器芯片U6的3脚连接，电容C19的另一端、钽电容C18的阴极、二极管D3的阳极接地，运算放大器芯片U6的7脚接5V电压输出端、4脚接-5V电压输出端、2脚接6脚；主控电路包括主控芯片Ul、双列压线座Pl、晶振Yl、按键Sl、电阻Rl、电容Cl、C2、C3、 C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13。主控芯片Ul的23脚与运算放大器芯片U6的6脚连接，主控芯片Ul的15脚、16脚、17脚、18脚与模拟开关芯片的10脚、11脚、14脚、13脚连接，主控芯片Ul的82脚、81脚分别与CAN转换芯片U7的1脚和电阻R45的另一端连接，主控芯片Ul的92脚、91脚分别与CAN转换芯片U8的1脚和电阻R47的另一端连接；主控芯片Ul 的50脚、75脚、100脚、28脚、11脚相连接，并与电容C7、C8、C9、C10、C11的一端和3. 3V电压输出端连接，C7、C8、C9、C10、C11的另一端接地，主控芯片Ul的22脚与电容C12的一端、 3. 3V电压输出端连接，电容C12的另一端接地，主控芯片Ul的19脚与20脚连接并接地， 主控芯片Ul的21脚与参考电压输出端、电容C13的一端连接，电容C13的另一端接地；主控芯片的12脚与晶振电路中晶振Yl的2脚、电容Cl的一端连接，主控芯片的13脚与晶振电路中晶振Yl的1脚、电容C3的一端连接，电容C1、C3的另一端接地，主控芯片的14脚开关Reset与复位电路中按键的一端、电阻Rl的一端、电容C2的一端连接，按键的另一端与电容C2本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．分布式蓄电池组充电监测系统，包括电源电路，电压处理电路，主控电路和传输电路，其特征在于：所述的电源电路包括一级电源转换芯片Ｕ２、二级电源转换芯片Ｕ３和二级电源转换芯片Ｕ４、接插件Ｊ１、发光管Ｄ１、二极管Ｄ２、电感Ｌ１和Ｌ２、电阻Ｒ２和Ｒ３、钽电容Ｃ１７、电容Ｃ４、电容Ｃ５、电容Ｃ６、电容Ｃ１４、电容Ｃ１５和电容Ｃ１６；接插件的１脚接电源电压输入，２脚接地；一级电源转换芯片Ｕ２的１脚为输入端，与接插件的１脚连接，一级电源转换芯片Ｕ２的２脚是５Ｖ电压输出端，与二极管Ｄ２的阴极和电感Ｌ２的一端连接，一级电压转换芯片Ｕ２的４脚分别与电感Ｌ２的另一端、钽电容Ｃ１７的阳极、二级电源转换芯片Ｕ３的电压３脚和二级电源转换芯片Ｕ４的２脚连接；一级电源转换芯片Ｕ２的３脚、５脚、二极管Ｄ２的阳极、钽电容Ｃ１７的阴极接地；二级电源转换芯片Ｕ３的２脚为３．３Ｖ电压输出端，分别与电容Ｃ４的一端、电阻Ｒ２的一端和电感Ｌ１的一端连接；电阻Ｒ２的另一端与发光管Ｄ１的阳极连接，电感Ｌ１的另一端为参考电压输出端，分别与电阻Ｒ３的一端、电容Ｃ５的一端连接，电阻Ｒ３的另一端与电容Ｃ６的一端连接，二级电源转换芯片Ｕ３的１脚、电容Ｃ４的另一端、发光管Ｄ１的阴极、电容Ｃ５、Ｃ６的另一端接地；二级电源转换芯片Ｕ４的１脚为－５Ｖ电压输出端，与电容Ｃ１４的一端连接，二级电源转换芯片Ｕ４的３脚与电容Ｃ１６的一端连接、５脚与电容Ｃ１６的另一端连接；电容Ｃ１５的一端与二级电源转换芯片Ｕ４的２脚连接，二级电源转换芯片Ｕ４的４脚、电容Ｃ１５的另一端、电容Ｃ１４的另一端接地；所述的电压处理电路包括１６路的电压分压电路Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ９、Ｖ１０、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４、Ｖ１５、Ｖ１６，模拟开关芯片Ｕ５、运算放大器芯片Ｕ６，二极管Ｄ３、钽电容Ｃ１８、电容Ｃ１９；１６路的电压分压电路完全相同，每路电压分压电路均包括接插件Ｊ２、电阻Ｒ１３和电阻Ｒ１７，接插件Ｊ２的１脚是检测电压输入端，与电阻Ｒ１３的一端连接，电阻Ｒ１３的另一端与分别与电阻Ｒ１７的一端、模拟开关芯片Ｕ５的９脚连接，接插件Ｊ２的２脚、电阻Ｒ１７的另一端接地；模拟开关芯片Ｕ５的２４　脚与５Ｖ电源输出端连接，模拟开关芯片Ｕ５的８脚、７脚、６脚、５脚、４脚、３脚、２脚、２３脚、２２脚、２１脚、２０脚、１９脚、１８脚、１７脚、１６脚分别与Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ９、Ｖ１０、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４、Ｖ１５、Ｖ１６的分压电压输出端连接，模拟开关Ｕ５的１２脚、１５脚接地，模拟开关Ｕ５的１脚分别接电容Ｃ１９的一端、钽电容Ｃ１８的阳极、二极管Ｄ３的阴极和运算放大器芯片Ｕ６的３脚连接，电容Ｃ１９的另一端、钽电容Ｃ１８的阴极、二极管Ｄ３的阳极接地，运算放大器芯片Ｕ６的７脚接５Ｖ电压输出端、４脚接－５Ｖ电压输出端、２脚接６脚；所述的主控电路包括主控芯片Ｕ１、双列压线座Ｐ１、晶振Ｙ１、按键Ｓ１、电阻Ｒ１、电容Ｃ１、电容Ｃ２、电容Ｃ３、电容Ｃ７、电容Ｃ８、电容Ｃ９、电容Ｃ１０、电容Ｃ１１、电容Ｃ１２和电容Ｃ１３；主控芯片Ｕ１的２３脚与运算放大器芯片Ｕ６的６脚连接，主控芯片Ｕ１的１５脚、１６脚、１７脚、１８脚与模拟开关芯片的１０脚、１１脚、１４脚、１３脚连接，主控芯片Ｕ１的８２脚、８１脚分别与ＣＡＮ转换芯片Ｕ７的１脚和电阻Ｒ４５的另一端连接，主控芯片Ｕ１的９２脚、９１脚分别与ＣＡＮ转换芯片Ｕ８的１脚和电阻Ｒ４７的另一端连接；主控芯片Ｕ１的５０脚、７５脚、１００脚、２８脚、１１脚相连接，并与电容Ｃ７、电容Ｃ８、电容Ｃ９、电容Ｃ１０、电容Ｃ１１的一端和３．３Ｖ电压输出端连接，电容Ｃ７、电容Ｃ８、电容Ｃ９、电容Ｃ１０、电容Ｃ１１的另一端接地，主控芯片Ｕ１的２２脚与电容Ｃ１２的一端、３．３Ｖ电压输出端连接，电容Ｃ１２的另一端接地，主控芯片Ｕ１的１９脚与２０脚连接并接地，主控芯片Ｕ１的２１脚与参考电压输出端、电容Ｃ１３的一端连接，电容Ｃ１３的另一端接地；主控芯片的１２脚与晶振电路中晶振Ｙ１的２脚、电容Ｃ１的一端连接，主控芯片的１３脚与晶振电路中晶振Ｙ１的１脚、电容Ｃ３的一端连接，电容Ｃ１、电容Ｃ３的另一端接地，主控芯片的１４脚开关Ｒｅｓｅｔ与复位电路中按键的一端、　电阻Ｒ１的一端、电容Ｃ２的一端连接，按键的另一端与电容Ｃ２的另一端连接并接地，主控芯片Ｕ１的９０脚、７７脚、７２脚、７６脚、８９脚、１４脚分别与ＪＴＡＧ接口电路中双列压线座Ｐ１的１脚、３脚、５脚、７脚、９脚、１３脚、１５脚连接，双列压线座Ｐ１的１脚与２脚相连接，并与３．３Ｖ电压输出端连接，双列压线座Ｐ１的４脚、６脚、８脚、１０脚、１２脚、１４脚、１６脚、１８脚、２０脚相连接并接地；传输电路有两路相同的ＣＡＮ总线电路，包括ＣＡＮ收发器芯片Ｕ７、...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡文郁，叶益阳，徐勤利，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86