CN105092954B - 用于蓄电池组的新型在线电压监测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置及其方法，包括：电压采样电路按照预设比例获得与直流蓄电池组中每个蓄电池单元的输出电压成比例的比例电压，稳压电路将每个蓄电池单元的输出电压稳压后供给电压频率转换电路；电压频率转换电路将比例电压转换成频率信号，并传输至隔离电路；隔离电路接收频率信号，并输出至上位机；上位机按同样比例将频率信号转换电压信号进行监测。本发明电路简单可靠，并且在蓄电池电压测量部分避免使用线性光隔离电路及其带来的误差，并且整个在线电压监测装置不需要耐几百伏共模高压的放大器，极大地简化了电路，降低了生产成本，提高了监测装置的可靠性，适用于对各种蓄电池组进行监控。

Description

用于蓄电池组的新型在线电压监测装置及其方法

技术领域

本发明涉及蓄电池组领域，尤其涉及一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置及其方法，本发明适用于对各种蓄电池组进行监控。

背景技术

蓄电池组在实际工作中有着广泛的应用，例如：电网供电***、叉车、井下运输车辆、风光发电的储能，等等。但蓄电池组中的任何一个单元蓄电池的失效都将影响蓄电池组的整体工作，甚至导致整个供电***的失效。因而，任何一个蓄电池组都配置有一套监控***，对蓄电池组中的每个单元电池的电压、内阻和温度等进行监测。

然而，相对监控***的“地”而言，每个单元蓄电池的电压均不相同，最高可达数百伏，因此，对每个单元蓄电池的电压进行监测存在困难甚至威胁。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

为了解决上述问题，现有技术中的监控装置采用了能够经受高达几百伏共模高压的放大器，但放大器在电路中某些元件失效时极可能会产生连锁反应，导致整个监控***的损毁。

为了避免灾难性的后果和提高监控***的可靠性，现有技术中又提出了在蓄电池电压测量部分采用线性光电隔离等方法，但其带来的相应后果是：线性光电隔离或其他种类的线性隔离将使得电压测量精度不高、前级电路需要供电，大幅度增加了电路的成本与复杂性。

发明内容

本发明提供了一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置及其方法，本发明在不受高共模电压的影响下，极大地简化了电路，降低了生产成本，提高了监测装置的可靠性，详见下文描述：

一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，包括：直流蓄电池组和上位机，所述在线电压监测装置还包括：所述在线电压监测装置还包括：分别与所述直流蓄电池组中的每个蓄电池单元电连接的电压采样电路、稳压电路；

所述电压采样电路依次电连接电压频率转换电路、隔离电路和上位机；

所述稳压电路将每个蓄电池单元的输出电压稳压后供给所述电压频率转换电路，作为所述电压频率转换电路的供电电压；

所述电压采样电路获得与每个蓄电池单元输出电压成比例的比例电压，所述比例电压经过所述电压频率转换电路得到成比例的频率信号，并传输至所述隔离电路；

所述隔离电路接收所述频率信号并输出至所述上位机；所述上位机将频率信号按同样比率转换成电压信号并对所有蓄电池单元的电压信号进行监测。

其中，所述电压频率转换电路包括：第一电阻，

所述第一电阻的一端分别连接第一电容的一端、第一运算放大器的负极性端；所述第一电容的另一端分别连接第三电阻的一端、所述第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的正极性输入端接所述比例电压；所述第三电阻的另一端分别接二极管的正极、函数发生器；所述函数发生器还连接第二运算放大器的正向输入端，所述第二运算放大器的输出端输出所述频率信号至所述隔离电路。

优选，所述函数发生器的型号为8038。

另一实施例，所述电压频率转换电路包括：压控振荡器，

所述压控振荡器接所述比例电压，所述压控振荡器输出所述频率信号至所述隔离电路。

进一步地，所述压控振荡器的型号为CD4046。

另一实施例，所述压控振荡器的型号为NE566V。

进一步地，所述隔离电路为光隔离器、磁耦隔离器或电容耦合数字隔离器。

优选，所述光隔离器为6N138或4N25型号的光隔离器；

所述磁耦隔离器为ADUM1200型号的磁耦隔离器；

所述电容耦合数字隔离器为ISO7220或ISO7221型号的电容耦合数字隔离器。

一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置的监测方法，所述监测方法包括以下步骤；

稳压电路将每个蓄电池单元的输出电压稳压后供给电压频率转换电路，作为电压频率转换电路的供电电压；

电压采样电路获得与每个蓄电池单元输出电压成比例的比例电压，所述比例电压经过电压频率转换电路得到成比例的频率信号，并传输至隔离电路；

所述隔离电路接收频率信号并输出至上位机；

所述上位机将频率信号按同样比率转换成电压信号并对所有蓄电池单元的电压信号进行监测，当所述电压信号超出预设范围时，所述上位机发出报警信号，实现了对蓄电池组在线电压的实时监控；

所述隔离电路为光隔离器、磁耦隔离器或电容耦合数字隔离器。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明通过电压采样电路获取到比例电压，电压频率转换电路接收比例电压转换为频率信号输出至隔离电路，通过隔离电路传输至上位机，上位机将频率信号按同样比率转换成电压信号，实现了对蓄电池组的在线电压进行监测；本发明电路简单可靠，并且在蓄电池电压测量部分，避免使用线性光隔离电路，并且整个在线电压监测装置不需要耐几百伏共模高压的放大器，极大地简化了电路，降低了生产成本，提高了监测装置的可靠性，适用于对各种蓄电池组进行监控。

附图说明

图1为实施例1提供的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置的结构示意图；

图2为实施例2提供的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置的结构示意图；

图3为实施例3提供的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置的结构示意图

图4为实施例4提供的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置的结构示意图；

图5为一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置的监测方法的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：直流蓄电池组； 2：电压采样电路；

3：稳压电路； 4：电压频率转换电路；

5：隔离电路； 6：上位机；

R1：第一电阻； R2：第二电阻；

R3：第三电阻； R4：第四电阻；

R5：第五电阻； R6：第六电阻；

R7：第七电阻； R8：第八电阻；

R9：第九电阻； C1：第一电容；

C2：第二电容； C3：第三电容；

D：二极管； T1：三极管；

A1：第一运算放大器； A2：第二运算放大器；

V1：直流蓄电池组的比例电压； F1：频率信号。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，参见图1，该在线电压监测装置包括：直流蓄电池组1、电压采样电路2、稳压电路3、电压频率转换电路4、隔离电路5和上位机6，直流蓄电池组1中的每个蓄电池单元(作为被测单元，被测单元的个数根据实际情况进行设定)分别电连接电压采样电路2和稳压电路3，电压采样电路2依次电连接电压频率转换电路4、隔离电路5和上位机6；

稳压电路3将每个蓄电池单元的输出电压稳压后供给电压频率转换电路2(作为电压频率转换电路2的供电电压)；电压采样电路2按照预设比例获得与每个蓄电池单元输出电压成比例的比例电压V1；电压频率转换电路4将比例电压V1转换成频率信号F1，并传输至隔离电路5；隔离电路5接收频率信号F1并传输至上位机6；上位机6将频率信号按同样比率转换成电压信号，并对所有蓄电池单元的电压信号进行监测。

即，频率信号F1与直流蓄电池组1中每个蓄电池单元的比例电压V1成正比。上位机6接收到频率信号后，将频率信号按同样比率转换成电压信号，上位机6在同比例下对直流蓄电池组1中每个蓄电池单元的电压进行监测、控制。

实际应用时，直流蓄电池组1中的每个蓄电池单元均配备由电压采样电路2、稳压电路3、电压频率转换电路4、隔离电路5组成的电路，上位机6为共用模块，例如：参见图1，直流蓄电池组1中包括3个蓄电池单元，每个蓄电池单元均配备由电压采样电路2、稳压电路3、电压频率转换电路4、隔离电路5组成的电路(整个直流蓄电池组1需要3个电压采样电路2、3个稳压电路3、3个电压频率转换电路4、3个隔离电路5)，3个蓄电池单元共用一个上位机6(整个直流蓄电池组1仅需要1个上位机6)。本发明实施例以一个蓄电池单元配备的相关电路为例进行说明，整个直流蓄电池组1的配备电路不再赘述。

本发明实施例在蓄电池电压测量部分，避免使用线性光隔离电路，并且整个在线电压监测装置不需要耐几百伏共模高压的放大器，通过电压采样电路、稳压电路获取到稳定的比例电压，电压频率转换电路输出频率信号至隔离电路，该在线电压监测装置提高了电路的可靠性，降低了生产成本。

本发明实施例对各器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

实施例2

一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，参见图1和图2，该实施例2与实施例1不同的是电压频率转换电路2采用了图2所示的电路，电压频率转换电路4用于将输出频率信号F1与输入的比例电压V1成正比，该电压频率转换电路4包括：第一电阻R1，

第一电阻R1的一端分别连接第一电容C1的一端、第一运算放大器A1的负极性端；第一电容C1的另一端分别连接第三电阻R3的一端、第一运算放大器A1的输出端；第一运算放大器A1的正极性输入端接比例电压V1；第一运算放大器A1的正极性输入端同时还连接第二电阻R2；第三电阻R3的另一端分别接二极管D的正极、函数发生器；函数发生器还连接第二运算放大器A2的正向输入端，第二运算放大器A2的负向输入端接输出端，第二运算放大器A2的输出端输出频率信号F1至隔离电路5。

其中，函数发生器的型号具体为8038，第四电阻R4的另一端依次连接第五电阻R5和第六电阻R6，第六电阻R6依次连接第七电阻R7和第八电阻R8(各个电阻的首尾依次连接，本发明实施例对此不做赘述)第八电阻R8并联连接第九电阻R9；第九电阻R9的一端连接函数发生器的供电电源，另一端连接第二运算放大器A2的正向输入端；函数发生器8038的各个引脚的作用以及配套的电路连接为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。

本实施例通过采用自行设计的电压频率转换电路4，使得频率信号F1与输入的比例电压V1成正比。通过该电压频率转换电路4可以进一步地提高电压转换成频率信号的精度，满足实际应用中的多种需要。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

实施例3

一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，参见图1和图3，该实施例3与实施例1、实施例2不同的是电压频率转换电路4采用了图3所示的电路，电压频率转换电路4用于将输出频率信号F1与输入的比例电压V1成正比，该电压频率转换电路4包括：压控振荡器，

压控振荡器接比例电压V1，压控振荡器输出频率信号F1至隔离电路5；

其中，压控振荡器的型号为CD4046，第九引脚压控振荡器的控制端接比例电压V1，第四引脚压控振荡器的输出端输出频率信号F1。第一电阻R1和第二电阻R2分别与CD4046的第十二引脚、第十一引脚相连；第一电容C1连接在CD4046的第六引脚和第七引脚之间，CD4046的各个引脚的作用以及配套的电路连接为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。

本实施例通过采用自行设计的电压频率转换电路4，使得频率信号F1与输入的比例电压V1成正比。通过该电压频率转换电路4可以进一步地提高电压转换成频率信号的精度，该电压频率转换电路4仅由CD4046即可实现，降低了生产成本，满足实际应用中的多种需要。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

实施例4

一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，参见图1和图4，该实施例4与实施例1、实施例2、实施例3不同的是电压频率转换电路4采用了图4所示的电路，电压频率转换电路4用于将输出频率信号F1与输入的比例电压V1成正比，该电压频率转换电路4包括：压控振荡器，

压控振荡器接比例电压V1，压控振荡器输出频率信号F1至隔离电路5。

其中，压控振荡器的型号为NE566V，即引脚5压控振荡器的控制端接比例电压V1，引脚4压控振荡器的输出端输出频率信号F1。第一电阻R1一端连接第三电阻R3，第一电阻R1的另一端分别连接第一电容C1的一端、第二电阻R2的一端，第一电容C1的另一端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第三电阻R3的另一端；第二电阻R2的另一端、NE566V的第一引脚接地；NE566V的第三引脚接二极管D的负极，二极管D的正极接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端接三极管T1的发射极，三极管T1的集电极接NE566V的第七引脚，三极管T1的基极接第六电阻R6的一端；NE566V的第七引脚还连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地。NE566V的各个引脚的作用以及配套的电路连接为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做赘述。

本发明实施例通过采用自行设计的电压频率转换电路4，使得频率信号F1与输入的比例电压V1成正比。通过该电压频率转换电路4可以进一步地提高电压转换成频率信号的精度，该电压频率转换电路4仅由NE566V即可实现，降低了生产成本，满足实际应用中的多种需要。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

实施例5

一种用于蓄电池组的在线电压监测装置，参见图1，该实施例5与实施例2-4不同的是，该实施例中的隔离电路5采用具体的电路元器件，

其中，该隔离电路5可以为：光隔离器、磁耦隔离器或电容耦合数字隔离器。

当隔离电路5为光隔离器时，可以采用6N138或4N25型号的光隔离器。

当隔离电路5为磁耦隔离器时，可以采用ADUM1200型号的磁耦隔离器。

当隔离电路5采用电容耦合数字隔离器时，可以采用ISO7220或ISO7221型号的电容耦合数字隔离器。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

实施例6

一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置的监测方法，该监测方法适用于实施例1-4中所描述的在线电压监测装置，参见图5，该方法包括以下步骤：

101：电压采样电路2按照预设比例获得与每个蓄电池单元输出电压成比例的比例电压V1；

102：稳压电路3将每个蓄电池单元的输出电压稳压后供给电压频率转换电路4(作为电压频率转换电路2的供电电压)；电压频率转换电路4将比例电压V1转换成成比例的频率信号F1，并传输至隔离电路5；

即，频率信号F1的频率与直流蓄电池组1中的每个蓄电池单元的比例电压V1成正比。

103：隔离电路5接收频率信号F1并输出至上位机6；

104：上位机6接收所有蓄电池单元的频率信号按同比例转换成电压信号，当电压信号超出预设范围(按照比例电压进行同比例设定)时，上位机6发出报警信号，提醒操作人员，实现了对蓄电池组1中的每个蓄电池单元在线电压的实时监控。

其中，上位机6判断电压信号，输出报警信号的操作为本领域技术人员所公知，本发明实施例对此不做限制。

该隔离电路5可以为实施例5中的光隔离器、磁耦隔离器或电容耦合数字隔离器。

通过上述的监测方法，实现了对蓄电池组在线电压的实时监控，避免了安全隐患，满足了实际应用中的需要。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，包括：直流蓄电池组和上位机，其特征在于，

所述在线电压监测装置还包括：分别与所述直流蓄电池组中的每个蓄电池单元电连接的电压采样电路、稳压电路；

所述电压采样电路依次电连接电压频率转换电路、隔离电路和上位机；

所述稳压电路将每个蓄电池单元的输出电压稳压后供给所述电压频率转换电路，作为所述电压频率转换电路的供电电压；

所述电压采样电路获得与每个蓄电池单元输出电压成比例的比例电压，所述比例电压经过所述电压频率转换电路得到成比例的频率信号，并传输至所述隔离电路；

所述隔离电路接收所述频率信号输出至所述上位机；所述上位机将频率信号按同样比率转换成电压信号并对所有蓄电池单元的电压信号进行监测；

所述电压频率转换电路包括：第一电阻，

所述第一电阻的一端分别连接第一电容的一端、第一运算放大器的负极性端；所述第一电容的另一端分别连接第三电阻的一端、所述第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的正极性输入端接所述比例电压；所述第三电阻的另一端分别接二极管的正极、函数发生器；所述函数发生器还连接第二运算放大器的正向输入端，所述第二运算放大器的输出端输出所述频率信号至所述隔离电路。

2.根据权利要求1所述的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，其特征在于，所述函数发生器的型号为8038。

3.根据权利要求1所述的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，其特征在于，所述电压频率转换电路包括：压控振荡器，

所述压控振荡器接所述比例电压，所述压控振荡器输出所述频率信号至所述隔离电路。

4.根据权利要求3所述的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，其特征在于，所述压控振荡器的型号为CD4046。

5.根据权利要求3所述的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，其特征在于，所述压控振荡器的型号为NE566V。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，其特征在于，所述隔离电路为光隔离器、磁耦隔离器或电容耦合数字隔离器。

7.根据权利要求6所述的一种用于蓄电池组的新型在线电压监测装置，其特征在于，

所述光隔离器为6N138或4N25型号的光隔离器；

所述磁耦隔离器为ADUM1200型号的磁耦隔离器；

所述电容耦合数字隔离器为ISO7220或ISO7221型号的电容耦合数字隔离器。

8.一种用于权利要求1所述的蓄电池组的新型在线电压监测装置的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括以下步骤；

稳压电路将每个蓄电池单元的输出电压稳压后供给电压频率转换电路，作为电压频率转换电路的供电电压；

电压采样电路获得与每个蓄电池单元输出电压成比例的比例电压，所述比例电压经过电压频率转换电路得到成比例的频率信号，并传输至隔离电路；

所述隔离电路接收频率信号输出至上位机；

所述上位机接收所有蓄电池单元的频率信号并按同样比率转换成电压信号，当所述电压信号超出预设范围时，所述上位机发出报警信号，实现了对蓄电池组在线电压的实时监控；

所述隔离电路为光隔离器、磁耦隔离器或电容耦合数字隔离器。