CN113066272A - 一种基于电池管理的模拟前端采集*** - Google Patents

一种基于电池管理的模拟前端采集*** Download PDF

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Abstract

本发明属于电池管理技术领域，尤其为一种基于电池管理的模拟前端采集***，包括多通道数据采集模块、模拟前端单元、FPGA芯片、储存模块、智能标签生成模块、智能标签读卡模块、上位机、数据异常监控单元、报警模块和无线通信模块，所述多通道数据采集模块的输出端与模拟前端单元相连，所述多通道数据采集模块用于电池数据采集。本发明利用模拟前端单元对接收的传感信号进行滤波、放大、模数转换处理，提高传输信号的载噪比，FPGA芯片与上位机之间采用无线射频识别技术实现数据的稳定、安全传输，无需识别***与特定目标之间建立机械或光学接触，可以做到穿透性和无屏障阅读，智能标签可以重复使用，方便信息数据的更新，识别准确、灵活。

Description

一种基于电池管理的模拟前端采集***
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，具体为一种基于电池管理的模拟前端采集***。
背景技术
近年来，随着各种混合动力汽车和电动车的发展，对车载蓄电池的性能要求越来越高。特别是插电式混合动力汽车(PHEV)和电动车(EV)更是这样；和汽油式混合动力汽车相比，对蓄电池容量的要求更高、而充放电损耗和自放电要求尽量小。因此，锂离子蓄电池的地位则越来越重要。
锂离子电池以能量密度高、功率密度高、循环寿命长、安全性好等优点成为电动汽车首选动力电源。为了达到一定的电压、功率和能量等级，需要将多个单体电池串联或并联成组使用。锂电池组单体一致性好坏是非常重要的，锂电池参数的不一致主要是指容量、内阻、工作温度、开路电压的不一致。因此需要对锂电池进行参数检测，以方便实现对电池的安全监控管理。
现有的对电池进行安全监控管理的方式一般通过传感组件对电池的容量、开路电压、电流及工作温度进行实时监测，数据传输时识别***与特定目标之间需要建立机械或者光学接触，如通过有线或WIIF、蓝牙等无线传输方式，使用灵活性较差，且存在安全性不高的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电池管理的模拟前端采集***，解决了现有的对电池进行安全监控管理的方式一般通过传感组件对电池的容量、开路电压、电流及工作温度进行实时监测，数据传输时识别***与特定目标之间需要建立机械或者光学接触，如通过有线或线WIIF、蓝牙等无线传输方式，使用灵活性较差，且存在安全性不高的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电池管理的模拟前端采集***，包括多通道数据采集模块、模拟前端单元、FPGA芯片、储存模块、智能标签生成模块、智能标签读卡模块、上位机、数据异常监控单元、报警模块和无线通信模块，所述多通道数据采集模块的输出端与模拟前端单元相连，所述多通道数据采集模块用于电池数据采集，所述模拟前端单元用于接收经多通道数据采集模块传输的电信号并对该电信号进行滤波、放大、模数转换处理，提高传输信号的载噪比，所述模拟前端单元的输出端与FPGA芯片相连，所述储存模块和智能标签生成模块分别与FPGA芯片电性连接，所述FPGA芯片用于对经模拟前端单元传输的信号进行预处理，所述储存模块用于储存经FPGA芯片预处理后的数据，所述智能标签生成模块用于生成包含经FPGA芯片预处理后数据的智能标签，所述智能标签读卡模块的输出端与上位机相连，所述智能标签读卡模块与智能标签生成模块相匹配，所述智能标签读卡模块用于读取智能标签生成模块生成的智能标签数据，并将读取的智能标签数据传输至上位机，所述数据异常监控单元与上位机电性连接，所述数据异常监控单元用于对上位机接收到的采集数据进行异常监控，所述报警模块和无线通信模块分别与上位机电性连接，所述报警模块用于当采集数据出现异常时进行报警，所述无线通信模块用于与远程终端进行无线通信，以实现远程数据传输与监控。
作为本发明的一种优选技术方案，所述多通道数据采集模块采用型号为DAM-6160的16通道模拟量采集模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述多通道数据采集模块采集的电池数据包括电池电压、电流、电池容量及温度参数。
作为本发明的一种优选技术方案，所述模拟前端采集***还包括电源管理模块，所述电源管理模块用于分别向多通道数据采集模块、模拟前端单元、FPGA芯片、储存模块、智能标签生成模块、智能标签读卡模块、上位机、数据异常监控单元、报警模块和无线通信模块提供工作电源。
作为本发明的一种优选技术方案，所述模拟前端单元包括多个差分信号采集电路，各路差分信号采集电路均包括低通滤波器、增益放大器和模数转换器ADC，多通道数据采集模块的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与增益放大器的输入端连接，增益放大器的输出端与模数转换器ADC的输入端连接，模数转换器ADC的输出端与FPGA芯片的输入端连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述报警模块采用型号为TGSG-03的声光报警器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述无线通信模块为WIFI模块、蓝牙模块和GPRS通信模块中的一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述远程终端包括PC机和智能手机。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种基于电池管理的模拟前端采集***，具备以下有益效果：
该基于电池管理的模拟前端采集***，利用模拟前端单元对接收的传感信号进行滤波、放大、模数转换处理，提高传输信号的载噪比，FPGA芯片与上位机之间采用无线射频识别技术实现数据的稳定、安全传输，无需识别***与特定目标之间建立机械或光学接触，可以做到穿透性和无屏障阅读，智能标签可以重复使用，方便信息数据的更新，识别准确、灵活，通过数据异常监控单元实时进行数据异常监测，并能够在数据发生异常时及时进行异常报警。
附图说明
图1为本发明的***原理框图。
图中：1、多通道数据采集模块；2、模拟前端单元；3、FPGA芯片；4、储存模块；5、智能标签生成模块；6、智能标签读卡模块；7、上位机；8、数据异常监控单元；9、报警模块；10、无线通信模块；11、电源管理模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，本发明提供以下技术方案：一种基于电池管理的模拟前端采集***，包括多通道数据采集模块1、模拟前端单元2、FPGA芯片3、储存模块4、智能标签生成模块5、智能标签读卡模块6、上位机7、数据异常监控单元8、报警模块9和无线通信模块10，多通道数据采集模块1的输出端与模拟前端单元2相连，多通道数据采集模块1用于电池数据采集，模拟前端单元2用于接收经多通道数据采集模块1传输的电信号并对该电信号进行滤波、放大、模数转换处理，提高传输信号的载噪比，模拟前端单元2的输出端与FPGA芯片3相连，储存模块4和智能标签生成模块5分别与FPGA芯片3电性连接，FPGA芯片3用于对经模拟前端单元2传输的信号进行预处理，储存模块4用于储存经FPGA芯片3预处理后的数据，智能标签生成模块5用于生成包含经FPGA芯片3预处理后数据的智能标签，智能标签读卡模块6的输出端与上位机7相连，智能标签读卡模块6与智能标签生成模块5相匹配，智能标签读卡模块6用于读取智能标签生成模块5生成的智能标签数据，并将读取的智能标签数据传输至上位机7，数据异常监控单元8与上位机7电性连接，数据异常监控单元8用于对上位机7接收到的采集数据进行异常监控，报警模块9和无线通信模块10分别与上位机7电性连接，报警模块9用于当采集数据出现异常时进行报警，无线通信模块10用于与远程终端进行无线通信，以实现远程数据传输与监控。
具体的，多通道数据采集模块1采用型号为DAM-6160的16通道模拟量采集模块。
本实施例中，DAM-6160是全新一代基于嵌入式***的模拟量采集模块，采用标准DIN35导轨安装方式，现场安装简单，使用灵活；应对各种现场应用；模块配置有RS232接口，方便与PC或PLC通信，模块配置有RS485接口，可单独与PC或PLC通信，也可以与多个485模块组网使用；DAM-6160模拟量采集模块可采集16路单端模拟信号；模块采用高性能12位AD芯片，通过电路处理及软件特殊算法，采集测量精度优于±0.2％；适用于采集工业现场的各种电压和电流信号；DAM-6160采用先进的磁隔离技术，有效保障数据采集的速度、可靠及安全。
具体的，多通道数据采集模块1采集的电池数据包括电池电压、电流、电池容量及温度参数。
本实施例中，现有的锂电池连接电路稳定性检测设备主要是对锂电池的电压、电流、电池容量及温度进行检测，在实际应用中，通常通过电压检测模块、电流检测模块、电池容量检测模块和温度检测模块对电池进行电压、电流、电池容量及温度检测，将多通道数据采集模块1分别与电压检测模块、电流检测模块、电池容量检测模块和温度检测模块电性连接，进行多路模拟信号集中采集。
具体的，模拟前端采集***还包括电源管理模块11，电源管理模块11用于分别向多通道数据采集模块1、模拟前端单元2、FPGA芯片3、储存模块4、智能标签生成模块5、智能标签读卡模块6、上位机7、数据异常监控单元8、报警模块9和无线通信模块10提供工作电源。
具体的，模拟前端单元2包括多个差分信号采集电路，各路差分信号采集电路均包括低通滤波器、增益放大器和模数转换器ADC，多通道数据采集模块1的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与增益放大器的输入端连接，增益放大器的输出端与模数转换器ADC的输入端连接，模数转换器ADC的输出端与FPGA芯片3的输入端连接。
本实施例中，各路差分信号采集电路均包括低通滤波器、增益放大器和模数转换器ADC，模拟前端单元2的功能主要通过低通滤波器、增益放大器和模数转换器ADC对采集到的信号进行滤波、放大、模数转换处理，提高传输信号的载噪比。
具体的，报警模块9采用型号为TGSG-03的声光报警器。
本实施例中，采用一体式声光报警的方式进行数据异常报警，TGSG-03的声光报警器具有安装简便、功能强大、防水、防尘的特点，且响应速度快，使用寿命长。
具体的，无线通信模块10为WIFI模块、蓝牙模块和GPRS通信模块中的一种。
具体的，远程终端包括PC机和智能手机。
本发明的工作原理及使用流程：工作时，由多通道数据采集模块1接收前端传感信号，该传感信号包括电池电压、电流、电池容量及温度采集数据，并将采集到的信号传输给模拟前端单元2，由模拟前端单元2对该电信号进行滤波、放大、模数转换处理，提高传输信号的载噪比，后传输至FPGA芯片3进行预处理，FPGA芯片3处理后的数据通过储存模块4完成数据储存，智能标签生成模块5接收经FPGA芯片3处理后的数据，并生成相应的智能标签，通过智能标签读卡模块6对智能标签进行射频识别，并将识别后的信息传输给上位机7，无需识别***与特定目标之间建立机械或者光学接触，识别更准确、灵活，可以做到穿透性和无屏障阅读，上位机7将接收到的信息传输给数据异常监控单元8，由数据异常监控单元8对该信息数据进行异常检测，当检测到采集到的电池电压、电流、电池容量及温度数据中某一项或多项数据发生异常时，将异常报警信息回传给上位机7，上位机7发出报警信号给报警模块9，通过报警模块9进行声光报警，以提醒工作人员数据出现异常应及时进行处理，本地数据可通过无线通信模块10进行数据的远程无线传输，即采用WIFI、蓝牙或GPRS通信方式实现远程数据传输与监控。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种基于电池管理的模拟前端采集***，包括多通道数据采集模块(1)、模拟前端单元(2)、FPGA芯片(3)、储存模块(4)、智能标签生成模块(5)、智能标签读卡模块(6)、上位机(7)、数据异常监控单元(8)、报警模块(9)和无线通信模块(10)，其特征在于：所述多通道数据采集模块(1)的输出端与模拟前端单元(2)相连，所述多通道数据采集模块(1)用于电池数据采集，所述模拟前端单元(2)用于接收经多通道数据采集模块(1)传输的电信号并对该电信号进行滤波、放大、模数转换处理，提高传输信号的载噪比，所述模拟前端单元(2)的输出端与FPGA芯片(3)相连，所述储存模块(4)和智能标签生成模块(5)分别与FPGA芯片(3)电性连接，所述FPGA芯片(3)用于对经模拟前端单元(2)传输的信号进行预处理，所述储存模块(4)用于储存经FPGA芯片(3)预处理后的数据，所述智能标签生成模块(5)用于生成包含经FPGA芯片(3)预处理后数据的智能标签，所述智能标签读卡模块(6)的输出端与上位机(7)相连，所述智能标签读卡模块(6)与智能标签生成模块(5)相匹配，所述智能标签读卡模块(6)用于读取智能标签生成模块(5)生成的智能标签数据，并将读取的智能标签数据传输至上位机(7)，所述数据异常监控单元(8)与上位机(7)电性连接，所述数据异常监控单元(8)用于对上位机(7)接收到的采集数据进行异常监控，所述报警模块(9)和无线通信模块(10)分别与上位机(7)电性连接，所述报警模块(9)用于当采集数据出现异常时进行报警，所述无线通信模块(10)用于与远程终端进行无线通信，以实现远程数据传输与监控。
2.根据权利要求1所述的一种基于电池管理的模拟前端采集***，其特征在于：所述多通道数据采集模块(1)采用型号为DAM-6160的16通道模拟量采集模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于电池管理的模拟前端采集***，其特征在于：所述多通道数据采集模块(1)采集的电池数据包括电池电压、电流、电池容量及温度参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于电池管理的模拟前端采集***，其特征在于：所述模拟前端采集***还包括电源管理模块(11)，所述电源管理模块(11)用于分别向多通道数据采集模块(1)、模拟前端单元(2)、FPGA芯片(3)、储存模块(4)、智能标签生成模块(5)、智能标签读卡模块(6)、上位机(7)、数据异常监控单元(8)、报警模块(9)和无线通信模块(10)提供工作电源。
5.根据权利要求1所述的一种基于电池管理的模拟前端采集***，其特征在于：所述模拟前端单元(2)包括多个差分信号采集电路，各路差分信号采集电路均包括低通滤波器、增益放大器和模数转换器ADC，多通道数据采集模块(1)的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与增益放大器的输入端连接，增益放大器的输出端与模数转换器ADC的输入端连接，模数转换器ADC的输出端与FPGA芯片(3)的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于电池管理的模拟前端采集***，其特征在于：所述报警模块(9)采用型号为TGSG-03的声光报警器。
7.根据权利要求1所述的一种基于电池管理的模拟前端采集***，其特征在于：所述无线通信模块(10)为WIFI模块、蓝牙模块和GPRS通信模块中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于电池管理的模拟前端采集***，其特征在于：所述远程终端包括PC机和智能手机。
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