CN202676891U - 电池状态检测记录分析仪 - Google Patents

Abstract

一种电池状态检测记录分析仪，适用于任何规模、类型和连接方式的二次电池组。包括主控单元MCU、显示模块、时钟模块、通信模块、存储模块、人机交互模块、电源模块、单体电压采集模块、电流采集模块、单体温度采集模块和扩展单元；具备较高的电池状态监测精度，例如电量的检测精度可以达到5%，电压的检测精度可以达到0.3%，电流的检测精度可以达到0.4%等；能够很好的解决一些小规模电动车辆动力电池测试和电池厂商小规模试验测试要求，大大提高了工作效率。

Description

电池状态检测记录分析仪

技术领域

电池状态检测记录分析仪，涉及一种带扩展功能的电池状态检测、记录、分析装置，适用于任何规模、类型和连接方式的二次电池组。

背景技术

目前市场上的二次电池组基本上以镍氢、铅酸电池、锂离子聚合物电池为主；镍氢电池组和锂离子聚合物电池组大多配备在电动大巴车和高端电动四轮车上，而铅酸电池组大多配备在低速电动车辆（低速电动轿车、电动微卡、观光车、高尔夫球车、电动叉车及其他小型车辆）上。镍氢电池组和锂离子聚合物电池组由于其单体电压均低于5V而便于进行分布式控制，且其电池检测技术已达到相当成熟的水平；而铅酸电池由于其单体规格受市场影响分类比较多，常见的为2V，6V和12V单体，近年来又根据市场需求产生了8V单体。对于镍氢电池组和锂离子聚合物电池组其电池状态（电池电压、电流、温度、电量、寿命、内阻等）的检测管理均有相当成熟的芯片去实现，而对于铅酸电池组由于其单体组合复杂多样且电压偏高，从而造成芯片开发难度和成本增加，市场上开发的芯片大都是单一的电压检测和电量检测。无论是镍氢电池组和锂离子聚合物电池组，还是铅酸蓄电池组，用于电池检测和管理的设备都略显笨重和功能单一，检测精度也不是很高，而且大都没有扩展功能和数据在线分析功能，其客户对象也比较狭窄，通常大型的电池制造商，大型电力***运营商和大型的电动车辆制造商倾向于引进这些设备；而对于一些小规模电动车辆动力电池测试和电池厂商小规模试验测试，这些设备在功能完整性和便携可操作性上略显不足；其带来的后果就是需要浪费大量的人力和时间去人工实现客户需要的电池组测试的结果和指标，准确性和精度受人为因素影响也难以得到保证，并且费时费力，工作效率低。目前迫切需要开发一种可以便携的、能够兼容各类电池组，从而实现高精度、全方位检测电池状态，进而进行在线记录或离线分析的设备。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术存在的一些不足，提供一种针对任何类型、规格和连接方式的二次电池组的在线检测，可以全方位检测和存储记录单体电池的电压、电流、温度、电量、寿命等，可以全面实现高精度，并具有扩展功能的电池状态检测记录分析仪。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该电池状态检测记录分析仪，其特征在于：包括主控单元MCU、显示模块、时钟模块、通信模块、存储模块、人机交互模块、电源模块、单体电压采集模块、电流采集模块、单体温度采集模块和扩展单元；所述的单体电压采集模块、电流采集模块、单体温度采集模块、扩展单元、人机交互模块、时钟模块和显示模块分别与主控单元MCU相连，通信模块和存储模块与主控单元MCU互连；电源模块分别给显示模块、电流采集模块、单体电压采集模块、主控单元MCU和扩展单元供电。

优选的

所述单体电压采集模块包括第一多路转接器、第一信号调理电路与第一模数转换器，所述第一多路转接器与电池组相连，第一信号调理电路与第一多路转接器相连、第一模数转换器与第一信号调理电路相连，第一模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。所述单体电压采集模块的功能是完成二次电池组的单体电压采集。

所述电流采集模块包括电流传感器、第二信号调理电路和第二模数转换器，所述电流传感器与电池组相连，第二信号调理电路与电流传感器相连、第二模数转换器与第二信号调理电路相连，第二模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。所述电流采集模块的功能是完成二次电池组充放电电流的实时检测和采集。

所述单体温度采集模块包括多路温度传感器、第二多路转接器、第三信号调理电路和第三模数转换器，所述多路温度传感器与电池组相连，第二多路转接器与多路温度传感器相连、第三信号调理电路与第二多路转接器相连、第三模数转换器与第三信号调理电路相连，第三模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。所述单体温度采集模块的功能是完成二次电池组各单体温度的实时检测和采集。

所述时钟模块包括时钟芯片、晶振和可充电电池；所述时钟模块的功能是向主控单元MCU发送当前日期和时间；

所述通信模块包括USB和RS232两种接口连接方式，所述通信模块的功能是用于所述电池状态检测记录分析仪与上位机通信，进而可以实现电池状态检测数据的在线或离线分析；

所述存储模块包括USB接口存储，SD卡和接口芯片，所述存储模块的功能是用于存储和记录电池状态检测数据；

所述人机交互模块包括键盘和驱动电路，所述人机交互模块的功能是根据电池状态检测记录分析仪的显示界面提示，完成所有按键功能操作；

所述扩展单元为车速信号采集模块或内阻检测模块中的一种或组合。可以根据不同的客户需求进行扩展；对于电动车辆厂商，此扩展单元可以是车速信号采集模块；对电池厂商，此扩展单元可以是内阻检测模块；

主控单元MCU内部集成控制策略，所述控制策略控制电池状态检测记录分析仪所有功能的正常实现。

液晶显示模块为液晶显示，其功能是根据主控单元MCU发送的指令实时显示电池状态检测数据和当前日期及时间；

电源模块包括三组相互电气隔离的电源，一组电源用于给电流采集模块供电，一组电源用于给单体电压采集模块供电，一组电源用于给主控单元MCU及扩展单元供电；

与现有技术相比，本实用新型所述的电池状态检测记录分析仪的有益效果是：针对目前电池状态检测技术领域的不足，实施针对任何类型、规格和连接方式的二次电池组的在线检测，可以全方位检测和存储记录单体电池的电压、电流、温度、电量、寿命等，同时可以根据客户需求增加车速信号采集等扩展功能，可以方便与上位机联机进行实时或离线数据分析，携带方便；另外，本实用新型所述的电池状态检测记录分析仪还具备较高的电池状态监测精度，例如电量的检测精度可以达到5%，电压的检测精度可以达到0.3%，电流的检测精度可以达到0.4%等；能够很好的解决一些小规模电动车辆动力电池测试和电池厂商小规模试验测试要求，大大提高了工作效率。

附图说明

图1本实用新型电池状态检测记录分析仪的电路结构原理框图；

图2本实用新型电池状态检测记录分析仪单体电压采集模块结构示意图；

图3本实用新型电池状态检测记录分析仪电流采集模块结构示意图；

图4本实用新型电池状态检测记录分析仪单体温度采集模块结构示意图；

图5本实用新型电池状态检测记录分析仪主控单元MCU内部集成控制策略的功能控制流程图；

图6本实用新型电池状态检测记录分析仪外观结构示意图。

其中：1、电源接口 2、电流信号及扩展单元信号接口 3、单体电压信号接口 4、单体温度信号接口 5、SD卡接口 6、USB接口 7、RS232通信接口 8、液晶显示 9、键盘。

具体实施方式

下面结合附图1-6对本实用新型电池状态检测记录分析仪做进一步详细说明。

如图1所示为本实用新型电池状态检测记录分析仪的结构框图，其内部结构包括主控单元MCU，显示模块，时钟模块，通信模块，存储模块，人机交互模块，电源模块，单体电压采集模块，电流采集模块，单体温度采集模块及扩展单元；其中，单体电压采集模块，电流采集模块，单体温度采集模块，扩展单元，人机交互模块，时钟模块和液晶显示模块分别与主控单元MCU相连，通信模块和存储模块与主控单元MCU互连；电源模块分别给液晶显示模块，电流采集模块，单体电压采集模块，主控单元MCU和扩展单元供电。

主控单元MCU内部集成控制策略，用于控制电池状态检测记录分析仪所有功能的正常实现。

液晶显示模块为液晶显示，其功能是根据主控单元MCU发送的指令实时显示电池状态检测数据和当前日期及时间；

时钟模块包括时钟芯片、晶振及可充电电池，其功能是向主控单元MCU发送当前日期和时间；

通信模块包括USB和RS232两种接口方式，其功能是用于所述电池状态检测记录分析仪与上位机通信，进而可以实现电池状态检测数据的在线或离线分析；

存储模块包括USB接口存储，SD卡和接口芯片，其功能是用于存储和记录电池状态检测数据；

人机交互模块包括键盘和驱动电路，其功能是根据电池状态检测记录分析仪的显示界面提示，完成所有按键功能操作；

电源模块包括三组相互电气隔离的电源，一组电源用于给电流采集模块供电，一组电源用于给单体电压采集模块供电，一组电源用于给主控单元MCU及扩展单元供电；

扩展单元可以根据不同的客户需求进行扩展；对于电动车辆厂商，此扩展单元可以是车速信号采集模块；对电池厂商，此扩展单元可以是内阻检测模块；

如图2所示为本实用新型电池状态检测记录分析仪单体电压采集模块结构示意图，其内部包括第一多路转接器、第一信号调理电路和第一模数转换器，所述第一多路转接器与电池组相连，第一信号调理电路与第一多路转接器相连、第一模数转换器与第一信号调理电路相连，第一模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。所述单体电压采集模块的功能是完成二次电池组的单体电压采集，其基本原理为：

第一多路转接器按顺序依次将被检测单体电池与其后极电路连通，则被检测单体的电压通到检测复用线上，然后经第一信号调理电路，将其按一定倍率转化为第一模数转换器可转换电压范围内，然后第一模数转换器将电压模拟值转换为数字值，再通过通信接口提供给主控单元MCU进行处理；

如图3所示为本实用新型电池状态检测记录分析仪电流采集模块结构示意图，其内部结构包括电流传感器、第二信号调理电路和第二模数转换器，所述电流传感器与电池组相连，第二信号调理电路与电流传感器相连、第二模数转换器与第二信号调理电路相连，第二模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。所述电流采集模块的功能是完成二次电池组充放电电流的实时检测和采集。其基本原理为：

电流传感器将电池组串联线中的电流线性转换为电压信号，此电压信号再经第二信号调理电路，转化为第二模数转换器可采集的电压范围内，然后第二模数转换器将电压信号转换为数字量，再通过通信接口提供给主控单元MCU进行处理。

如图4所示为本实用新型电池状态检测记录分析仪单体温度采集模块结构示意图，其内部结构包括多路温度传感器、第二多路转接器、第三信号调理电路和第三模数转换器，所述多路温度传感器与电池组相连，第二多路转接器与多路温度传感器相连、第三信号调理电路与第二多路转接器相连、第三模数转换器与第三信号调理电路相连，第三模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。所述单体温度采集模块的功能是完成二次电池组各单体温度的实时检测和采集。其基本原理为：

每节单体电池对应安装一个温度传感器，通过第二多路转接器顺次的将传感器输出的温度信号，送给后极第三信号调理电路，第三信号调理电路将信号转化为第三模数转换器的转换信号范围内，然后第三模数转换器将温度信号的模拟值转换为数字值，再通过通信接口提供给主控单元MCU进行处理；

如图6所示为本实用新型电池状态检测记录分析仪外观结构示意图，其中：

电源接口1的接口标识为“POWER”，采用集中供电电源座（针型）接口，提供对应集中供电电源插头（孔型）专用接口线；

电流信号及扩展单元信号接口2采用七芯航空插头，插头的定义如下：A、公共地，B、扩展单元信号，C、正电源，D、负电源，E、电流输入负极，F、电流输入正极，G、霍尔传感器信号；电流接口可连接外部电流传感器，包括分流器和霍尔电流传感器；扩展单元接口连接扩展器件脉冲输出信号线；

单体电压信号接口3的接口标识为“CELL_VOLT”，采用DB25接口，配套专用检测线；

单体温度信号接口4采用DB25接口，连接外部温度传感器，配套专用连接线；

SD卡接口5采用自弹式SD卡槽，存储卡插拔方便；

USB接口6兼容USB2.0及以下传输协议，支持USB接口存储；

RS232通信接口7采用DB9接口，使用DB9延长线，可与PC连机；通过此接口可进行检测数据的实时上传及操作命令的接收；

液晶显示8用于显示电池状态检测信息及其他键盘操作信息；

键盘9用于根据液晶显示内容实现对电池状态检测记录分析仪的操作。

如图5所示为本实用新型电池状态检测记录分析仪主控单元MCU内部集成控制策略的功能控制流程图，所述控制策略其控制流程为如下步骤：

步骤1：电池状态检测记录分析仪上电后开始后，其内部硬件进行初始化操作，主控单元MCU接收时钟模块发送的当前日期和时间指令，并通过液晶显示模块显示；

步骤2：步骤1自动完成约5~10S后，所述液晶显示模块显示进入主菜单界面，此时可通过人机交互模块的键盘操作选择需要完成的功能或通过通信模块的USB或RS232接口实现与上位机的联机操作；

步骤3：步骤2中若通过人机交互模块的键盘操作选择的是联机功能，则所述液晶显示模块显示是否联机界面，此时若所述人机交互模块的键盘操作没有动作，则所述液晶显示模块继续显示是否联机界面，否则，若所述人机交互模块的键盘操作动作，则所述液晶显示模块显示联机参数设置界面，设置完成后，所述液晶显示模块显示进入主菜单界面，否则所述液晶显示模块继续显示联机参数设置界面；

步骤4：步骤2中若通过人机交互模块的键盘操作选择的是设置界面操作，则可通过所述液晶显示模块显示界面提示结合人机交互模块的键盘操作完成***参数设置，时间日期设置，电压限值设置，电压校准设置，返回主菜单和进入检测界面等相应功能操作；

步骤5：步骤2中若通过人机交互模块的键盘操作或步骤4中通过人机交互模块的键盘操作选择的是进入检测界面，则所述液晶显示模块将会显示检测数据，并根据主控单元MCU内部集成控制策略定时存储检测数据，在此期间可以根据需要通过人机交互模块的键盘操作进行翻屏操作；

步骤6：步骤2中若通过人机交互模块的键盘操作选择的是进入查询界面，则可通过所述液晶显示模块显示界面提示结合人机交互模块的键盘操作完成***参数查询，运行参数查询，电压限值查询，返回主菜单和进入检测界面等相应功能操作；

步骤7：步骤2中若通过人机交互模块的键盘操作选择的是进入数据存储界面，则所述液晶显示模块显示是否进行数据同步，若所述人机交互模块的键盘操作动作，则所述液晶显示模块显示是否联机界面，否则，所述液晶显示模块显示主菜单界面；当所述液晶显示模块显示是否联机界面时，若所述人机交互模块的键盘操作动作时，则所述液晶显示模块显示联机参数设置界面，否则，所述液晶显示模块继续显示是否联机界面；当联机参数设置完成时，则完成所述电池状态检测记录分析仪与上位机的数据同步，0.5秒后所述液晶显示模块显示进入主菜单界面，否则，所述液晶显示模块继续显示联机参数设置界面。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：包括主控单元MCU、显示模块、时钟模块、通信模块、存储模块、人机交互模块、电源模块、单体电压采集模块、电流采集模块、单体温度采集模块和扩展单元；所述的单体电压采集模块、电流采集模块、单体温度采集模块、扩展单元、人机交互模块、时钟模块和显示模块分别与主控单元MCU相连，通信模块和存储模块与主控单元MCU互连；电源模块分别给显示模块、电流采集模块、单体电压采集模块、主控单元MCU和扩展单元供电。

2.根据权利要求1所述的一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：所述单体电压采集模块包括第一多路转接器、第一信号调理电路与第一模数转换器，所述第一多路转接器与电池组相连，第一信号调理电路与第一多路转接器相连、第一模数转换器与第一信号调理电路相连，第一模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。

3.根据权利要求1所述的一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：所述电流采集模块包括电流传感器、第二信号调理电路和第二模数转换器，所述电流传感器与电池组相连，第二信号调理电路与电流传感器相连、第二模数转换器与第二信号调理电路相连，第二模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。

4.根据权利要求1所述的一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：所述单体温度采集模块包括多路温度传感器、第二多路转接器、第三信号调理电路和第三模数转换器，所述多路温度传感器与电池组相连，第二多路转接器与多路温度传感器相连、第三信号调理电路与第二多路转接器相连、第三模数转换器与第三信号调理电路相连，第三模数转换器输出数字信号，数字信号被主控单元MCU接收。

5.根据权利要求1所述的一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：所述时钟模块包括时钟芯片、晶振和可充电电池。

6.根据权利要求1所述的一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：所述通信模块包括USB和RS232两种接口连接方式。

7.根据权利要求1所述的一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：所述存储模块包括USB接口存储，SD卡和接口芯片。

8.根据权利要求1所述的一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：所述人机交互模块包括键盘和驱动电路。

9.根据权利要求1所述的一种电池状态检测记录分析仪，其特征在于：所述扩展单元为车速信号采集模块或内阻检测模块中的一种或组合。

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