專利名稱：檢測蓄電池組電參數的電壓信號采集器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種檢測蓄電池組電參數的電壓信號采集器。
在電力工業、軍事上等許多領域中經常要使用由幾十節、乃至數百節大容量蓄電池串聯作為直流供電系統。這種直流供電系統在運行中及維護中要經常對其電壓、電流、容量等電參數進行檢測。
目前國內具有的檢測儀器是采用步進電機或繼電器來實現對每一節電池進行切換，使其與測量電路接通，檢測其電壓值。這種檢測儀器有其明顯不足1、采集信號速度慢，使測量每節電池電壓的時間在1秒量級上；2、若用繼電器切換采集，由于繼電器動作時間一致性差，易于造成電池間相互短路、嚴重影響電池壽命；3、不能直接檢測得電池容量參數。最關鍵的問題是這種儀器只能測量電池在正常的負載工作過程中(靜態)的電壓、電流值。而要真正有效地判斷每節電池的性能、品質優劣及整個供電池組工作狀態的優劣，應測得其動態下的參數曲線，即應在沖擊持續時間ΔT以內，在沖擊負荷下巡回若干次測得整個電池組的各工作參數及每節電池的電壓值。要解決動態檢測的核心技術在于快速采集每節電池電壓信號，而現有技術中的檢測儀器的采樣電路是無法解決這一問題的。
為了實現既能對工作的蓄電池靜態檢測又能對其動態檢測，可采用計算機技術、建立一個智能快速檢測系統。本實用新型目的是克服現有技術之不足，提供一種為這種快速檢測系統配置的蓄電池電壓信號采集器。
本實用新型是這樣實現的它包括對串聯著的電池組中每一節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、差分放大器及A/D轉換電路組成1、電阻衰減器是由每節電池正、負端對地引出的分壓器組成；2、將電池組分成若干節數相同的小組，每小組對應兩個模擬開關、小組中的電池節數少于模擬開關的輸入端數，除第一節電池正端分壓器的分壓端與第一個模擬開關的第一輸入端單獨相接外，小組中各節電池之間點的分壓器及最末節電池負端的分壓器之分壓端皆依次同時與第一個模擬開關的對應輸入端及第二個模擬開關的上一個輸入端相接；3、每小組電池對應一個差分放大器，該組的兩個模擬開關的輸出端分別與差分放大器的兩個輸入端相接；4、各小組電池對應的差分放大器輸出端都與A/D轉換電路相接。
在實現本實用新型時，可將電池組分成多個節數相同的大組，每個大組對應一個差分放大器，該組的第一節電池正端、最末節電池負端分別與一個差分放大器的兩個輸入端相接，差分放大器輸出端與A/D轉換電路相接。
在以上述基本方案實現本實用新型時，可設計每小組電池對應的兩個模擬開關之輸出信號分別經過各自的跟隨器，再送至對應的差分放大器輸入端。各差分放大器的輸出信號也通過各自的同相放大器、再送至A/D轉換電路。
本實用新型的優點在于1、采用了電子器件切換、采集信號，所以可快速、準確地巡回采集電池組中每節電池的電壓值，以確保檢測系統對電池組整個工作過程中的動態、靜態下各電參數的檢測需要。
2、電路設計合理，使對總電壓值高達數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為包括本實用新型的智能檢測系統結構框圖。
圖2為本實用新型對應一大組被測電池的采集電路原理圖。
圖3為本實用新型在動態下采集的數據繪出的電池電壓變化曲線。
圖4為本實用新型采集電池組總電壓的電路原理圖。
以下結合附圖及實施例對本實用新型做進一步敘述在本實施例中，被測電池組由180節1.8V的蓄電池串聯而成。
圖1所示的計算機智能檢測系統包括兩大部分，電信號采集及數字處理，它的主要功能是對電池組在整個充電或放電過程中，特別是在沖擊負荷(動態)下測出每節電池的端電壓及整組電池的總電壓等電參數，并打印出整個工作過程中電池電壓隨時間變化的數據及曲線。在此對沖擊負荷(動態)的定義是電池組在啟動瞬間向負載提供大電流放電，其持續時間為ΔT＝100ms。而本例中述及的在沖擊負荷(動態)下進行的檢測指在沖擊負荷持續時間ΔT內，對180節電池的總電壓、每一節電池的端電壓完成20次數據采集、測量，并繪制出如圖3所示的曲線。圖3中的V是電池組在進入正常運行時所提供的穩定直流電壓值，也就是對電池組的靜態采集、測量的數據曲線。在被加上啟動負荷瞬間，電池將產生大電流放電，由于內阻的存在，電池在大電流放電的同時必然會產生圖3所示的跌落電壓差ΔV，動態檢測就是要繪制出在沖擊持續時間ΔT＝T2－T1內電池的電壓值回升趨勢、速率及ΔV的幅度，這一特性曲線將比靜態檢測曲線更真實、全面地反映出每節電池的品質、性能、壽命，這可讓用戶及時發現問題、及時更換相應的電池，可保證用戶既不會影響供電系統的正常工作、又無需支付盲目更換整組電池的經濟代價。
要實現動態檢測，核心在于電信號的采集；而要完成動態采集任務，就需解決如下幾個問題1、在ΔT＝100ms內對180節電池逐節采集20次數據，即要具備對每節電池的每次采集速度≤25μs；2、180節、1.8V的電池組總電壓達320V，而現有的多路選擇模擬開關芯片允許的輸入電壓只有十幾伏，無法直接使用；3、要解決高速度對高電位信號采集與壓低生產成本的問題。通過下述實施例可說明本實用新型對這些問題是如何予以綜合、合理解決的。
在本例中，對180節電池分成四個大組，每大組內分成三個小組，每小組包括15節電池，選用16選1的模擬開關4067，采用四塊0809芯片作同步A/D轉換電路。
圖2展示了對一大組電池的采集電路。為適應模擬開關CD4067允許輸入電壓在18V以下的要求，將每節電池端電壓先行電阻衰減后再輸入；每小組15節電池對應兩個CD4067；當檢測系統的CPU送出選通信號ABCD的狀態為000H時，全部CD4067的INO通道導通，此時第15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180節電池的正、負端電位信號即被同時送至對應的差分放大器Fi兩個輸入端；當ABCD狀態為001H時，則IN1通道導通，此時第14、29、44、59、74、89、104、119、134、149、164、179節電池的電壓信號被同時送入對應的差分放大器Fi中；如此選通工作下去，直至ABCD狀態為1110H，則180節電池電壓信號將全部傳送完。由此可知，本例中的動態采集信號，是在ΔT＝100ms內，共進行15次，每次同時采集12節電池而完成的。在被測電池與差分放大器之間采用模擬開關及跟隨器電路，從邏輯上仍相當于將每節電池直接接至采集電路中，但其實際工作性能卻大大優化了它們可將因電阻衰減器阻值偏差而帶來的采樣信號偏差濾除掉，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，有利于提高測量精度，使調試、生產變得簡單。
在例中選用了造價較低的0809芯片作A/D轉換電路，其轉換速度為80μS，采用四塊0809分別作為各大組的A/D轉換電路，這樣便可四組同步轉換，使A/D轉換速度實際成為20μs。
圖1中的差分放大器F1是完成對一個大組總電壓的采集任務的，而整個電池總電壓的采集原理如圖4所示，從圖4可分析得對稱點C的對輸出端地的電位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所示電路相結合、共同構成對較多節數的電池組的電壓采集電路，即對于電池組中高電位的電池電壓采集采用圖4電路，對于電池組中較低電位的電池電壓采集采用圖2中電路。
權利要求1.檢測蓄電池組電參數的電壓信號采集器，其特征是包括對串接著的電池組中每一節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、差分放大器及A/D轉換電路組成，(1)電阻衰減器是由每節電池正、負端對地引出的分壓器組成，(2)將電池組分成若干節數相同的小組，每小組對應兩個多路選擇模擬開關、小組中的電池節數少于模擬開關的輸入端數，除第一節電池正端分壓器的分壓端與第一個模擬開關的第一輸入端單獨相接外，小組中各節電池之間點的分壓器及最末節電池負端的分壓器之分壓端皆依次同時與第一個模擬開關的對應輸入端及第二個模擬開關的上一個輸入端相接，(3)每小組電池對應一個差分放大器，該級的兩個模擬開關的輸出端分別與差分放大器的兩個輸入端相接，(4)各小組電池對應的差分放大器輸出端都與A/D轉換電路相接。
2.根據權利要求1所述的電壓信號采集器，其特征是將電池組分成多個節數相同的大組，每個大組對應一個差分放大器，該組的第一節電池正端、最末節電池負端分別與一個差分放大器的兩個輸入端相接，差分放大器輸出端與A/D轉換電路相接。
3.根據權利要求1所述的電壓信號采集器，其特征是每小組電池對應的兩個模擬開關之輸出信號分別經過各自的跟隨器、送至對應的差分放大器輸入端。
4.根據權利要求1或2所述的電壓信號采集器，其特征是各差分放大器輸出信號通過各自的同相放大器、送至A/D轉換電路。
5.根據權利要求2所述的電壓信號采集器，其特征是對180節的蓄電池組分成四個大組，每大組內分成三個小組，每小組包括15節電池，選用16選1的模擬開關4067，采用四塊0809芯片分別作各大組的同步A/D轉換電路。
6.根據權利要求1所述的電壓信號采集器，其特征是對被測電池組中的高電位電池電壓采集電路，是將每節電池兩端電位信號直接送至對應的差分放大器兩個輸入端。
專利摘要本實用新型系一種檢測蓄電池組電參數的電壓信號采集器，包括對串接著的電池組中每一節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、差分放大器及A/D轉換電路組成，電阻衰減器將每節被測電池正、負端電位信號分別輸至對應模擬開關，再轉輸至差分放大器輸入端，差分放大器與A/D轉換器相接。本實用新型優點是可快速準確地巡回采集每節電池電壓值、以確保在動、靜態下對電池組各電參數的檢測需要。
文檔編號G01R31/36GK2226310SQ94232070
公開日1996年5月1日 申請日期1994年12月26日 優先權日1994年12月26日
發明者孫永興, 梁青海, 閻吉杰, 周恩惠 申請人:大連市旅順電力電子設備有限公司, 旅順長江電子技術服務站
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
