CN204649937U - 一种电池组检测***及其检测电路、采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池组检测***及其检测电路、采集器，电池组检测***包括电压测量模块和若干个开关单元，每个开关单元至少具有一个电子开关；开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；开关单元的另一端为检测端，各检测端并接连入所述电压测量模块，用于输入待测电压；各开关单元均具有控制端，用于控制所述电子开关的通断，各控制端并接连入所述电压测量模块，用于接收控制信号。本实用新型提供的电池组检测***，将单片机***构成的采集器替换为由一个开关单元构成的采集器，采用的智能芯片数量减少，大大降低了成本，也提高了***的稳定性。

Description

一种电池组检测***及其检测电路、采集器

技术领域

本实用新型涉及一种电池组检测***及其检测电路和采集器，特别是在铁路机车及客车上的蓄电池检测领域中使用的电池组检测***、检测电路和采集器。

背景技术

作为铁路交通的主要载体——机车及客车，尤为机车上蓄电池是直流电源的辅助电源，提供停机时照明、内燃机车启动，电力机车在升弓前及可控硅稳压电源发生故障时，由蓄电池组向机车控制电路供电等，都配有大量的蓄电池。当机车运行到一定公里数时，维修人员都要通过万用表依次进行测量，检测发现存在的电压异常情况下，进行快速拆除、替换、安装，然后再次检测，机车才能再次投入运行。

这种传统的检测蓄电池电压的方式属于纯人力测量，费时费力，效率低下，而且漏检，错检时有发生。

在蓄电池检测领域，也存在较多的自动测量的方案。比如对每个单体电池配置一个采集器(或者称为采集模块)，每个采集器通过导线连接到对应单体电池的正负极，以检测电池电压；同时，每个采集器还需要通过导线连接到现场控制装置，以实现将采集的数据输送出去。比如申请号为201110322544.6的中国专利申请《一种电动车蓄电池组无线检测管理***》就是这样一种方案：为检测整个蓄电池组各个蓄电池的电压、温度，为每个蓄电池增加一个检测用的从检测板，从检测板由MCU、AD转换、温度传感器等芯片构成。由一个主检测板通过串行通信的方式将各个从检测板的检测数据采集起来，然后通过无线传输的方式发送到服务器。该方案中，从检测板即相当于采集器，主检测板即 相当于现场控制装置。

这种方案实现了自动电池电压自动检测，不需要人工参与，大大提高了自动化程度。并且采用无线方式传输数据，避免了在检测时进行接线的繁琐操作。

但是，这种方案为每个蓄电池配备从检测板，从检测板需要MCU、AD等多种芯片。在蓄电池数量很多的情况下，成本较高，是非常不经济的。而且采用的智能芯片越多，则可能产生的故障点也越多，越容易出现问题；一旦出现问题还需要对各从检测板进行检查或者拆卸、安装，效率较低。

这种方案是利用MCU、AD转换的方式的数字电压表检测电池电压。现有技术中也存在利用模拟电压表的方式检测电压的方式。如果在上述方案中该用模拟电压表，检测板体积会更大，经济性可能更差。

实际在安装时，仍涉及到许多接线：一方面是采集器采集电池电压的引线；通常每个采集器就需要一根或两根，用于连接电池正负极耳。另一方面是采集器与现场控制装置的引线，通常每个采集器分别连接现场控制装置，引线很多，且长(与采集器与现场控制装置的距离有关)，造成引线复杂，现场操作复杂。

另外，在现有技术中，检测电池电压采用的采集模块(如201110322544.6中的从检测板)一般是贴设在电池上，以实现固定，并且同时还需要通过导线连接到电池的极耳上进行电信号采集，电压取样形式较为笨拙。

综上所述，现有技术主要存在三个技术问题：一，有电池组测量需要的器件较多，成本较高；二，连接固定方式需要固定、接线，安装繁琐，容易出现误接、错接，在机车(客车)运行过程中出现松脱或脱落。三，电压取样形式笨拙。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电池组检测***，用以解决现有电池组测量需要的器件较多，成本较高的问题。同时，本实用新型还提供了一种电池组检测电路和采集器，该电路是上述电池组检测***的核心电路。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电池组检测***，包括若干个采集器和一个现场控制装置，现场控制装置设有用于与终端机无线通讯的无线通讯模块；所述现场控制装置中还设有一个电压测量模块，所述每个采集器包括一个开关单元，每个开关单元至少具有一个电子开关；开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；开关单元的另一端为检测端，各检测端并接连入所述电压测量模块，用于输入待测电压；各开关单元均具有控制端，用于控制所述电子开关的通断，各控制端并接连入所述电压测量模块，用于接收控制信号。

进一步的，所述开关单元中还设有与电子开关串联的二极管，用于防止电流倒灌。

进一步的，连接所述控制端的导线、连接所述检测端的导线，以及现场控制装置对各采集器的电源线形成采集干线，该采集干线上设有用于连接各采集器和现场控制装置的若干接口；所述采集干线为一整条线缆，或者分段线缆，每个分段通过相应接口连接两个相邻的采集器或者现场控制装置与相邻的采集器。

进一步的，所述接口为插拔式电连接器。

进一步的，所述电池组为蓄电池组，单体电池正负极之间的连接导体为多芯导线，所述采集器固定在多芯导线上；采集器包括上盖(1)和下盖(2)，上盖(1)和/或下盖(2)上形成用于穿过待测试多芯导线的过线槽(6)；上盖(1)和/或下盖(2)上在过线槽一侧具有用于刺入多芯导线的至少一个穿刺部(3)；上盖(1)具有一个空腔，该空腔设有所述开关单元，开关单元的检测端与穿刺部(3)导电连接。本实用新型还提供一种电池组检测电路，包括一个电压测量模块和若干个开关单元，每个开关单元至少具有一个电子开关；开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；开关单元的另一端为检测端，各检测端并接连入所述电压测量模块，用于输入待测 电压；各开关单元均具有控制端，用于控制所述电子开关的通断，各控制端并接连入所述电压测量模块，用于接收控制信号。

进一步的，所述开关单元中还设有与电子开关串联的二极管，用于防止电流倒灌。本实用新型还提供了一种采集器，每个采集器包括一个开关单元，每个开关单元至少具有一个电子开关；开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；开关单元的另一端为检测端，各检测端并接，用于输入待测电压；各开关单元均具有控制端，用于控制所述电子开关的通断，用于接收控制信号。

进一步的，采集器包括上盖(1)和下盖(2)，上盖(1)和/或下盖(2)上形成用于穿过待测试多芯导线的过线槽(6)；上盖(1)和/或下盖(2)上在过线槽一侧具有用于刺入多芯导线的至少一个穿刺部(3)；上盖(1)具有一个空腔，该空腔设有所述开关单元，开关单元的检测端与穿刺部(3)导电连接。

本实用新型提供的电池组检测***，将单片机***构成的采集器替换为由一个开关单元构成的采集器，采用的智能芯片数量减少，大大降低了成本，也提高了***的稳定性。

采用本实用新型提出的接线方式，设置了一条采集干线集合了传输控制信号、电信号的导线，以及电源线。采集器只需连接到该采集干线即可实现现场连线。若采集干线为一整条线缆，那么采集器只需引出一个接口，与线缆上的对应接口电连接即可。若采集干线为分段线缆，分段线缆为在各相邻采集器之间的连线，连线很短。在采集器和现场控制装置之间只有一条采集干线，使得整个连接形式简洁明快，非常适合现场操作。

在此基础上，可以将采集器设计为带有插拔式电连接器的形式，这样在现场安装时只需将采集器与采集干线连接即可，安装操作十分方便。

本实用新型用于电池电压测量时，采用穿刺式结构，用穿刺部刺穿电池之 间的连接导线，将固定、取样的功能合二为一，不仅固定稳定可靠，而且省去了连接极耳的接线，进一步方便现场安装操作。

附图说明

图1是电池组检测***实施例的电路原理图；

图2是控制盒对采集器的一种供电形式示意图；

图3是控制盒对采集器的另一种供电形式示意图；

图4是控制盒控制采集器的开关单元的一种实施方式示意图；

图5是采集干线示意图；

图6是采集器设置两接口的两种连接方式(a)、(b)示意图；

图7是采集器设置一个接口的连接方式示意图；

图8是穿刺式电信号采集件结构图；

图9是图8的左视图；

图10是图8的俯视图；

图11是上下盖均设置穿刺部的结构图。

具体实施方式

电池组检测***实施例

本实用新型适用于动力电池、蓄电池、超级电容串并联构成的电池组在机车或客车上使用。下面以机车上的蓄电池组为例进行介绍。

一种蓄电池组检测***，包括若干个采集器和一个现场控制装置，现场控制装置设有用于与终端机无线通讯的无线通讯模块；现场控制装置中还设有一个电压测量模块，每个采集器包括一个开关单元，每个开关单元至少具有一个电子开关。本实施例中，电压测量模块和若干个开关单元构成电池组检测电路。

无线传输模块用于将电压测量模块得到的测量值发送到终端机。终端机可以是手持式终端，采用，如wifi、Zigbee、GPRS，CDMA，3G，4G等通信方式与无线传输模块通信。采用手持式终端，工作人员可以远距离进行检测，方便 操作。手持终端可以开启wifi热点服务，与无线传输这种建立网络连接，把电压数据自动传输到手持终端上。手持终端可以显示各蓄电池的检测电压，并可以通过电信通道，实时或者事后上传到监测中心的数据库服务器上，中心汇总收到数据后，通过数据分析终端或显示终端展示给中心监控人员。中心之外的用户可以通过internet进行浏览查询。

电压测量模块用于测量电压，可以背景技术中的数字式电压表，也可以采集模拟式电压表。以数字式电压表为例，电压测量模块还包括控制器，控制器为单片机。

关键在于，本实施例中，电压测量模块仅有一个。一个电压测量模块与若干个开关单元形成电池组检测电路，通过配合实现对各个单体电池的测量。下面结合附图对技术手段进行具体说明。

如图1所示，控制盒(即现场控制装置)中配置有电压测量模块和无线传输模块(未画出)。电池组串联，对应每个单体电池，均设置一个对应的开关单元。每个开关单元由一个电子开关和一个二极管串联构成。开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；开关单元的另一端为检测端，各检测端并接，连入电压测量模块，如图1所示的各检测端并接通过检测导线x接入控制盒。各开关单元均具有控制端，用于控制电子开关的通断，各控制端并接通过控制导线y连入控制盒，用于接收控制信号。控制信号来自于电压测量模块中的控制器。导线z连接整个电池组负极，为电压基准线。

由于待测量的单体电池是多个，而仅有一个电压测量模块，并且上述各开关单元的控制端、检测端是并接的，所以需要控制器控制各开关单元依次开通，分时实现各单体电池的测量。比如，按照扫描的方式逐个开通开关单元。

具体的：控制器给出控制最下方的电子开关(如图中最靠近整个电池组负极的电子开关)开通的控制信号，控制端接收到该信号后，最下方的电子开关响应所述控制信号使得最后一个单体电池接入电压测量电路，从而测量出最后 一个单体电池的电压。

同理，为了测量其中一个单体电池的电压，就由控制器给出相应的控制信号(每个单体电池对应的控制信号不同)，该单体电池对应的电子开关响应所述控制信号，使得该单体电池、及该单体电池下方的所有单体电池接入电压测量电路，测量这些电池的总电压。通过计算，逐个减去下方所有单体电池的电压，就得到了该单体电池的电压。电压的计算等均属于现有技术，在此不过多叙述。

依照上述方法，可以获得所有单体电池的电压。关于控制信号的产生，可以采用数字控制，即上述控制导线y传输数字信号，数字信号由控制器生成。

作为其他实施方式，也可以采用模拟量控制的方式，如图4所示，控制导线y上输出模拟电压，每个采集器中的开关单元均设有比较器，比较器的比较端子Ref设置电压门槛值各不相同，当控制导线y上的电压值达到某个设定门槛值时，输出控制信号，使电子开关闭合，实现对该采集器对应的电池电压进行采集。采用模拟电压控制的方式，电子开关可以采用光电开关、甚至是继电器，拓宽了器件的选择范围，能够进一步降低成本。

为了解决背景技术中的问题二，本实用新型还给出了接线形式，下面进行具体说明。

结合图2、3，对整个蓄电池组，控制盒最少需要引出四根或五根导线——控制线y，测量线x、电压基准线z，以及对开关单元供电的供电导线，该供电导线可以是两根，如图3所示“+”、“-”导线；或者如图2所示的一根线“-”(另一根“+”从开关单元对应的单体电池上引入)。

控制线y，测量线x、电压基准线z，以及对开关单元供电的供电导线形成采集干线，该采集干线上设有用于连接各采集器和现场控制装置的若干接口；所述采集干线为一整条线缆，或者分段线缆，每个分段通过相应接口连接两个 相邻的采集器或者现场控制装置与相邻的采集器。本文中，由于z为电压基准，也应属于采集干线。

如图5所示的一种实施方式，每个采集器均具有两个接口，每个接口均用于连接相邻的采集器(当然，整个检测***中有一个采集器需要连接到现场控制装置)。采集干线涉及线缆有四条，分别是CANH、CANL、+、-。作为其他实施方式，若实现控制、电信号传输和电源的导线不是上述四条，而是其他类型的导线，那么接口之间也相应的配置为类型的导线。

上述接口可以是插拔式电连接器，也可以是采用其他电连接方式，如螺栓、压片压紧导线的方式。

如图5、图6，采集干线为分段线缆，这些分段线缆在相邻采集器(也包括现场控制装置与相邻采集器)之间形成。(a)、(b)表示两种实施方式，(a)中，采集器两端设置插孔，另外配置适配的电缆，电缆两端为适配的插头；安装时，用电缆将两个相邻采集器连接起来。(b)中，采集器为首端通过线缆连接插头的结构，尾端为插孔的结构；安装时，两个相邻采集器首尾相接即可。

如图7，采集干线为一整条线缆(此处一整条线缆即可以是整条线缆，也可以是指由多条线缆直接连接而成)，线缆上设置多个接头(如T型三通接头)，采集器上引出接头(如航空接头)连接到线缆的对应接头上即完成接线。

本实施例，各采集器是针对一个单体电池设置的，采集器的数量与电池组中的单体电池数量相等。作为其他实施方式，整个电池组可以分为至少两个电池小组，每个电池小组由设定数量的单体电池构成。这种情况下，电压测量的最小单元为电池小组，所以在每个电池小组的正极连接采集器即可，采集器数量与电池小组数量相等。

另外，以上实施例中，采集器的开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；线缆z连接整个电池组负极，为电压基准线。作为其他实施方式，采集接触端也可以连接负极，而将电压基准线设置在整个电池 组正极。

采集器的开关单元中设置二极管是为了防止电流倒灌，作为其他实施方式，也可以仅设置电子开关。电子开关为开关管，可以直接从市场上购买。

关于采集器的安装位置，下面进行展开说明。

采集器可以安装在蓄电池壳体上，通过导线将采集接触端连接电池极耳。也可以固定在对应的两单体电池正负极之间的连接导体上，其采集接触端与连接导体电连接。在机车上使用的蓄电池，由于机车振动非常剧烈，所有电池极耳之间的连接导体不能使用刚性导体，一般采用多芯导线。将采集器固定在多芯导线上较为方便。

为了解决背景技术中的问题三，本实用新型还提供了一种穿刺式固定结构，通过穿刺结构刺入多芯导线同时实现电信号采集和固定的作用。

将上述的开关单元置于一个穿刺式电信号采集件中，将这种采集器称之为穿刺式电信号采集器。下面结合图8-图11进行详细说明，着重说明穿刺式电信号采集件。

一种穿刺式电信号采集件，包括上盖1和下盖2，上盖1和下盖2扣合时形成过线槽6，过线槽6用于穿过多芯导线。上盖1在过线槽一侧具有用于刺入多芯导线的穿刺部3；上盖1具有一个用于安装上述开关单元的空腔，该空腔中设有与穿刺部3导电连接的电接触部分，且该空腔于上盖1上开设一个引线孔4。作为其他实施方式，如图6，也可以是引线孔4也可以替换为电连接器。

上述电接触部分可以是穿刺部3固定在上盖的一部分，也可以是触片等结构，保证与上述开关单元的采集接触端导电接触即可。引线孔4用于引出上述控制线y，测量线x、电压基准线z，以及对采集器供电的导线。

具体的，穿刺部3可以是插针或楔形块等穿刺结构，亦或是刺入的刀片结构。上盖1和下盖2是分体结构，通过两端的螺栓5进行固定装配。

作为其他实施方式，穿刺部3也可以设置在下盖上，或者同时在上盖、下盖上设置，如图11所示。

作为其他实施方式，过线槽6也可以仅在上盖或下盖上形成。

作为其他实施方式，上盖1与下盖2可以是一端铰接，另一端采用螺栓、螺钉固定。

采用穿刺式电信号采集件，将固定、接线的操作合二为一，不仅固定稳定可靠，而且省去了连接极耳的接线，使现场操作非常方便。

电池组检测电路实施例

本实施例的电池组检测电路与上述实施例中的电池组检测电路完全相同，故不再单独叙述。

采集器实施例

本实施例的采集器与上述实施例中的采集器完全相同，故不再单独叙述。

以上给出了本实用新型涉及三个主题的具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在本实用新型给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本实用新型中的相应技术手段基本相同、实现的实用新型目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电池组检测***，包括若干个采集器和一个现场控制装置，现场控制装置设有用于与终端机无线通讯的无线通讯模块；其特征在于，所述现场控制装置中还设有一个电压测量模块，所述每个采集器包括一个开关单元，每个开关单元至少具有一个电子开关；开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；开关单元的另一端为检测端，各检测端并接连入所述电压测量模块，用于输入待测电压；各开关单元均具有控制端，用于控制所述电子开关的通断，各控制端并接连入所述电压测量模块，用于接收控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种电池组检测***，其特征在于，所述开关单元中还设有与电子开关串联的二极管，用于防止电流倒灌。

3.根据权利要求1所述的一种电池组检测***，其特征在于，连接所述控制端的导线、连接所述检测端的导线，以及现场控制装置对各采集器的电源线形成采集干线，该采集干线上设有用于连接各采集器和现场控制装置的若干接口；所述采集干线为一整条线缆，或者分段线缆，每个分段通过相应接口连接两个相邻的采集器或者现场控制装置与相邻的采集器。

4.根据权利要求3所述的一种电池组检测***，其特征在于，所述接口为插拔式电连接器。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种电池组检测***，其特征在于，所述电池组为蓄电池组，单体电池正负极之间的连接导体为多芯导线，所述采集器固定在多芯导线上；采集器包括上盖(1)和下盖(2)，上盖(1)和/或下盖(2)上形成用于穿过待测试多芯导线的过线槽(6)；上盖(1)和/或下盖(2)上在过线槽一侧具有用于刺入多芯导线的至少一个穿刺部(3)；上盖(1)具有一个空腔，该空腔设有所述开关单元，开关单元的检测端与穿刺部(3)导电连接。

6.一种电池组检测电路，其特征在于，包括一个电压测量模块和若干个开关单元，每个开关单元至少具有一个电子开关；开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；开关单元的另一端为检测端，各检测端并接连入所述电压测量模块，用于输入待测电压；各开关单元均具有控制端，用于控制所述电子开关的通断，各控制端并接连入所述电压测量模块，用于接收控制信号。

7.根据权利要求6所述的一种电池组检测电路，其特征在于，所述开关单元中还设有与电子开关串联的二极管，用于防止电流倒灌。

8.一种采集器，其特征在于，每个采集器包括一个开关单元，每个开关单元至少具有一个电子开关；开关单元的一端为采集接触端，用于与对应的单体电池的正极连接；开关单元的另一端为检测端，各检测端并接，用于输入待测电压；各开关单元均具有控制端，用于控制所述电子开关的通断，用于接收控制信号。

9.根据权利要求8所述的采集器，其特征在于，采集器包括上盖(1)和下盖(2)，上盖(1)和/或下盖(2)上形成用于穿过待测试多芯导线的过线槽(6)；上盖(1)和/或下盖(2)上在过线槽一侧具有用于刺入多芯导线的至少一个穿刺部(3)；上盖(1)具有一个空腔，该空腔设有所述开关单元，开关单元的检测端与穿刺部(3)导电连接。