CN207148292U - 用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，所述数据采集终端包括：主控模块，用于负责任务调度、数据汇集及处理工作；无线射频模块，与主控模块相连，用于实现数据的无线收发；数据采集模块，与主控模块相连，用于实时采集蓄电池参数，并将物理信息转换成相应的电学信号；控制模块，与主控模块相连，用于对外接设备根据用户指令进行控制操作；电源模块，与主控模块、无线射频模块、数据采集模块及控制模块分别相连，以提供工作动力。本实用新型的数据采集终端能够有效采集轨道交通***中蓄电池的电压、内阻、温度及链路电流数据，数据采集精度高，能够准确监测蓄电池的状态，大大提高了轨道交通的安全性。

Description

用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端

技术领域

本实用新型涉及蓄电池监测技术领域，特别是涉及一种用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端。

背景技术

各行各业对电力***的要求越来越高，不允许电力***出现突然断电的情况。城市中的许多核心应用，如轨道交通、网络应用***等，都由电力***提供能源，并保障用电的正常运行。若电力***出现突然断电情况则会造成轨道交通***瘫痪、网络应用***崩溃和重要数据丢失等问题。为此，蓄电池作为重要的储能设备，关系到整个***在应急时设备的运行，是保证为设备不间断供电，确保设备稳定健康运行的最后防线，已经在电力***、通讯、信号设备、机房、UPS、地铁运行等领域广泛应用。

蓄电池产品的实际寿命差异很大，最高寿命可高达五年之久，也有一些蓄电池的寿命只有一年。除了受不同厂商的制造工艺水平、实际工作环境的影响外，日常的维护状况也很重要。在对蓄电池组的日常管理维护中，缺乏对蓄电池组的有效监测手段，工作人员无法及时准确获知各个蓄电池单体的运行状态，因而很难消除故障电池可能带来的安全隐患。

影响蓄电池的主要参数包括：电压、内阻、容量、温度及其他多种参数，因此，如何通过测试蓄电池的参数进而准确判断蓄电池的状态成为了一个重要问题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，以通过采集蓄电池的状态参数判断蓄电池的状态。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：

一种用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，所述数据采集终端包括：

主控模块，用于负责任务调度、数据汇集及处理工作；

无线射频模块，与主控模块相连，用于实现数据的无线收发；

数据采集模块，与主控模块相连，用于实时采集蓄电池参数，并将物理信息转换成相应的电学信号；

控制模块，与主控模块相连，用于对外接设备根据用户指令进行控制操作；

电源模块，与主控模块、无线射频模块、数据采集模块及控制模块分别相连，以提供工作动力。

作为本实用新型的进一步改进，所述数据采集模块包括：

电压采集单元，用于采集蓄电池的电压参数；

内阻采集单元，用于采集蓄电池的内阻参数；

温度采集单元，用于采集蓄电池的温度参数；

链路电流采集单元，用于采集蓄电池的链路电流信息。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控模块包括微处理器、存储器、A/D转换接口及I/O接口，数据采集模块与主控模块中的A/D转换接口相连，控制模块与主控模块中的I/O接口相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控模块为基于ARM Cortex-M0+内核，工作频率低于1GHz的无线射频芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控模块为KW01芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述电源模块包括与电压采集单元和/或 内阻采集单元相连的低压差线性稳压器。

作为本实用新型的进一步改进，所述电压采集单元包括差分放大器、比较器、及三八译码器，在比较器中与固定电位相比较，从比较器输出的开关量状态可识别出当前测量地相对于固定电位的高低，三八译码器用于选通蓄电池的某一路。

作为本实用新型的进一步改进，所述温度采集单元中包括NTC薄膜型热敏电阻NTC10KB3950K温度传感器。

作为本实用新型的进一步改进，所述链路电流采集单元中包括霍尔电流传感器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的数据采集终端能够有效采集轨道交通***中蓄电池的电压、内阻、温度及链路电流数据，数据采集精度高，能够准确监测蓄电池的状态，大大提高了轨道交通的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一具体实施方式中用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端的模块示意图；

图2为本实用新型一具体实施方式中数据采集模块的模块示意图；

图3为本实用新型一具体实施方式中电源模块的电路图；

图4为本实用新型一具体实施方式中电压采集模块的电路图；

图5为本实用新型一具体实施方式中内阻采集模块的电路图；

图6为本实用新型一具体实施方式中温度采集模块的电路图；

图7为本实用新型一具体实施方式中链路电流采集模块的电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

参图1所示，本实用新型一实施方式中公开了一种用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，所述数据采集终端包括：

主控模块10，用于负责任务调度、数据汇集及处理工作；

无线射频模块20，与主控模块10相连，用于实现数据的无线收发；

数据采集模块30，与主控模块10相连，用于实时采集蓄电池参数，并将物理信息转换成相应的电学信号；

控制模块40，与主控模块10相连，用于对外接设备根据用户指令进行控制操作；

电源模块50，与主控模块10、无线射频模块20、数据采集模块30及控制模块40分别相连，以提供工作动力。

进一步地，本实施方式中的数据采集模块采集的蓄电池数据包括电压、内阻、温度及链路电流，参图2所示，数据采集模块包括：

电压采集单元31，用于采集蓄电池的电压参数；

内阻采集单元32，用于采集蓄电池的内阻参数；

温度采集单元33，用于采集蓄电池的温度参数；

链路电流采集单元34，用于采集蓄电池的链路电流信息。

其中，主控模块10包括微处理器、存储器、A/D转换接口及I/O接口，数据采集模块与主控模块中的A/D转换接口相连，控制模块与主控模块中的I/O接口相连。

本实施方式中的主控模块选择恩智浦公司MKW01Z128(简称为KW01)芯片作为本***中数据采集终端节点主控模块的MCU，该芯片是恩智浦半导体公司于2013年推出的一款基于ARM Cortex-M0+内核，工作频率低于1GHz的无线射频芯片。其具有高性能、高度集成、低功耗等特点，适合应用于智能家居、工业监控等对功耗有较高要求的远程控制领域，内部硬件资源丰富。

电源模块的作用是为数据采集终端节点的正常工作提供电源，本实施方式中的电源模块如图3所示。图3中，构件中文名称：直流电源电路，构件英文名称：DC-DC，输入：BAT1、BAT2输入，输出：VCC24V、VCC5V。由于KW01工作电压在1.71V～3.6V左右，故需要将输入的电池电压进行稳压降压处理。考虑到数据采集终端节点在进行蓄电池内阻测量时的瞬时功率会比较高(峰值电流约20A)，故在设计电源电路时采用了两个独立的低压差线性稳压器(Low DropOut regulator，LDO)来分别为KW01及内阻和电压采集模块来提供稳定的电源。

为KW01供电(VCC_5V)的是SPX3819M5-L-3.3稳压芯片，其输入电压范围4.3V～16V，输出电压固定3.3V，最大输出电流500mA，满足KW01的对电压的需求；而为电压采集模块供电(VCC_24V)的是ME6216A33稳压芯片，其最高输入电压为36V，输出电压固定24V。

以下对数据采集模块中各单元进行详细说明。

电压采集单元：

由于串联在一起的蓄电池组总电压达几十伏，甚至上百伏(由于本***中设计的每块数据采集终端节点可以采集8路蓄电池的数据信息，通常情况下，每节蓄电池的电压在9V～14V左右)，远远高于模拟开关的正常工作电压，因此需要使地电位随测量不同蓄电池电压时自动浮动来保证测量正常进行，电压采集单元的电路如图4所示。

每次工作时，先由模拟开关选通，使其被测电池两端的电位信号接入测试电路，此信号一方面进入差分放大器；另一方面进入比较器，在比较器中与固定电位Vr相比较，从比较器输出的开关量状态可识别出当前测量地(GND)的相对于Vr电位是太高，太低或者正好。如果正好，则可以启动A/D进行测量。如果太高或太低，则通过控制器对地(GND)电位行浮动控制。

由于KW01主控模块的I/O口有限，因此选择一个三八译码器(74HC138)，从而用3个I/O口来选通8路蓄电池的某一路，来进行数据(包括电压和内阻)的采集。

内阻采集单元：

在蓄电池组瞬间大电流对负载放电(20A左右)产生电压降后再断开负载时其瞬间电压恢复，同时测出蓄电池极柱上电压和电流的瞬间变化，便可推算出蓄电池内部真实的等效内阻，内阻采集单元的电路如图5所示。

图5中，构件中文名称：电压内阻测量，构件英文名称：VRDet。

1、电压监测：当多路开关选通对应电池后，ResDet口置0，R148不选中，开始电池电压监测。电压通过V/F转换芯片LM331，由电压信号转换为频率信号，再进过光耦隔离后由单片机监测得出电压V1；

2、内阻监测：测得V1后，ResDet置1，R148选中，电池快速放点，在通过同样电路监测得到电压V2。

R内阻＝(V1-V2)/(V2/R148)＝(V1/V2-1)*R148。

测得V1后，ResDet置1，R79选中，电池快速放电，再通过同样电路监测到电压V2，测出V1与V2后，即可根据计算蓄电池的内阻。

温度采集单元：

本实施方式中利用温度传感器(NTC薄膜型热敏电阻NTC10KB3950K)实现对蓄电池温度采集，该温度传感器的精度达到1％，温度采集单元的电路如图6所示，图6中，构件中文名称：温度测量，构件英文名称：TempDet，输入：温度，输出：电压。温度传感器采用NTC薄膜型热敏电阻(NTC10KB3950K)，精度1％，0度时阻值32.5K，采样电阻采用1％精度2K。U＝2/(2+R*5V)，0度时对应0.29V，85度时对应3.26V。通过该电路测得热敏电阻的阻值后，利用计算得出电压值U(0度时对应0.29V，85度时对应3.26V)，然后根据NTC10KB3950K的电压与温度的对应关系，查表得出温度值。

链路电流采集单元：

本实施方式中利用霍尔电流传感器实现对蓄电池链路电流的采集，霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，具有对磁场敏感、结构简单、响应速度快能特点，其原理是当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压Vs精确的反映原边电流IP，链路电流采集单元的电路如图7所示。图7中，构件中文名称：电流测量，构件英文名称：CurrentDet，输入：电流传感器，输出：IL_MCU，测量050A电流，精度0.2％，IH_MCU，测量50400A电流，精度1％。

由上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的数据采集终端能够有效采集轨道交通***中蓄电池的电压、内阻、温度及链路电流数据，数据采集精度高，能够准确监测蓄电池的状态，大大提高了轨道交通的安全性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述数据采集终端包括：

主控模块，用于负责任务调度、数据汇集及处理工作；

无线射频模块，与主控模块相连，用于实现数据的无线收发；

数据采集模块，与主控模块相连，用于实时采集蓄电池参数，并将物理信息转换成相应的电学信号；

控制模块，与主控模块相连，用于对外接设备根据用户指令进行控制操作；

电源模块，与主控模块、无线射频模块、数据采集模块及控制模块分别相连，以提供工作动力。

2.根据权利要求1所述的用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述数据采集模块包括：

电压采集单元，用于采集蓄电池的电压参数；

内阻采集单元，用于采集蓄电池的内阻参数；

温度采集单元，用于采集蓄电池的温度参数；

链路电流采集单元，用于采集蓄电池的链路电流信息。

3.根据权利要求2所述的用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述主控模块包括微处理器、存储器、A/D转换接口及I/O接口，数据采集模块与主控模块中的A/D转换接口相连，控制模块与主控模块中的I/O接口相连。

4.根据权利要求1所述的用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述主控模块为基于ARM Cortex-M0+内核，工作频率低于1GHz的无线射频芯片。

5.根据权利要求4所述的用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述主控模块为KW01芯片。

6.根据权利要求2所述的用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述电源模块包括与电压采集单元和/或内阻采集单元相连的低压差线性稳压器。

7.根据权利要求2所述的用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述电压采集单元包括差分放大器、比较器、及三八译码器，在比较器中与固定电位相比较，从比较器输出的开关量状态可识别出当前测量地相对于固定电位的高低，三八译码器用于选通蓄电池的某一路。

8.根据权利要求2所述的用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述温度采集单元中包括NTC薄膜型热敏电阻NTC10KB3950K温度传感器。

9.根据权利要求2所述的用于轨道交通中蓄电池的数据采集终端，其特征在于，所述链路电流采集单元中包括霍尔电流传感器。