本發(fā)明涉及蓄電池巡檢技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種蓄電池端電壓檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

蓄電池在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)端電壓不均勻，影響通信安全。因此，對(duì)蓄電池實(shí)施端電壓檢測(cè)具有重要意義。目前采用的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置有以下幾種：

(1)基于繼電器切換的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置

參照?qǐng)D1所示，通過(guò)輪流驅(qū)動(dòng)繼電器C1到Cn，采用繼電器的觸點(diǎn)將被測(cè)的蓄電池單體接入一個(gè)共用的信號(hào)采樣回路，其他的蓄電池兩端懸空，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組中的每一個(gè)蓄電池單體的端電壓進(jìn)行采樣，這種方法的缺點(diǎn)是繼電器的動(dòng)作速度慢，并存在有限次數(shù)的機(jī)械壽命與較大的動(dòng)作噪聲。

(2)基于串行模數(shù)轉(zhuǎn)換的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置

參照?qǐng)D2所示，采用串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC把蓄電池端電壓轉(zhuǎn)化為串行格式的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)字光耦隔離傳輸?shù)酱袛?shù)據(jù)總線，由DSP讀回每一數(shù)據(jù)通道的電池電壓。這種方法的缺點(diǎn)是每一路串行ADC需要獨(dú)立的輔助電源，信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)字信號(hào)隔離結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的成本偏高。

(3)基于線性光耦或者數(shù)字光耦補(bǔ)償?shù)男铍姵囟穗妷簷z測(cè)裝置

參照?qǐng)D3所示，采用線性光耦可實(shí)現(xiàn)隔離的蓄電池端電壓檢測(cè)，但是成本過(guò)高。也可采用數(shù)字光耦外加補(bǔ)償電路替代，但對(duì)于模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)數(shù)字光耦的缺點(diǎn)是輸入輸出的線性較差，并且受溫度影響較大，需要對(duì)數(shù)字光耦的溫度漂移進(jìn)行校正和非線性進(jìn)行補(bǔ)償，電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

(4)基于電阻網(wǎng)絡(luò)的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置

參照?qǐng)D4所示，采用電阻構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，把整個(gè)蓄電池組的各個(gè)蓄電池連接點(diǎn)電壓衰減到電子模擬開(kāi)關(guān)可以接受的程度。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是該電路測(cè)量回路與蓄電池回路并不隔離，存在安全隱患，并且采用網(wǎng)絡(luò)電阻進(jìn)行梯度衰減會(huì)造成采樣精度的遞減。

綜上所述，傳統(tǒng)技術(shù)中的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置存在著成本高、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、隔離等級(jí)低、可靠性低等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種蓄電池端電壓檢測(cè)裝置，通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)蓄電池端電壓的隔離測(cè)量，成本低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且隔離等級(jí)和可靠性均較高。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明實(shí)施例采用以下技術(shù)方案：

一種蓄電池端電壓檢測(cè)裝置，包括：激勵(lì)電流源模塊、變壓器、二極管、電容、第一電阻以及第二電阻；

所述激勵(lì)電流源模塊輸出激勵(lì)電流到所述變壓器的初級(jí)繞組；

所述變壓器的次級(jí)繞組的一端與所述二極管的陽(yáng)極連接，另一端與所述電容的第一端連接，所述電容的第二端與所述二極管的陰極連接；

所述電容的第一端通過(guò)所述第一電阻與被測(cè)蓄電池的負(fù)極連接，所述電容的第二端通過(guò)所述第二電阻與被測(cè)蓄電池的正極連接。

本發(fā)明的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置通過(guò)向變壓器施加激勵(lì)電流實(shí)現(xiàn)蓄電池端電壓的檢測(cè)，而變壓器具有非常成熟的加工工藝，很容易實(shí)現(xiàn)高等級(jí)的隔離度。變壓器為靜態(tài)磁感應(yīng)元件，不存在機(jī)械動(dòng)作，因此具有持久的可靠性。另外，本實(shí)施例中的變壓器很容易實(shí)現(xiàn)批量的自動(dòng)化加工，且材料為普通材料，具有很好地成本效應(yīng)。因此，本發(fā)明的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置能以較低的成本、較高的隔離度和可靠性實(shí)現(xiàn)對(duì)多路蓄電池的巡檢測(cè)量，并且可利用電阻電容網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電壓保持，進(jìn)一步降低測(cè)量電路對(duì)被測(cè)電路的影響，保障了檢測(cè)精度。

附圖說(shuō)明

圖1為基于繼電器切換的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基于串行模數(shù)轉(zhuǎn)換的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為基于線性光耦或者數(shù)字光耦補(bǔ)償?shù)男铍姵囟穗妷簷z測(cè)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為基于電阻網(wǎng)絡(luò)的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置一種可選的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置另一種可選的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例中激勵(lì)電流源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置又一種可選的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合較佳實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)描述。顯然，下文所描述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管在下文中采用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等來(lái)描述各種信息，但這些信息不應(yīng)限于這些術(shù)語(yǔ)，這些術(shù)語(yǔ)僅用來(lái)將同一類型的信息彼此區(qū)分開(kāi)。例如，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，“第一”信息也可以被稱為“第二”信息，類似的，“第二”信息也可以被稱為“第一”信息。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容。

圖5是本發(fā)明的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置在一個(gè)實(shí)施例中的原理示意圖，如圖5所示，本實(shí)施例中的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置包括：激勵(lì)電流源模塊10、變壓器T、二極管D1、電容C1、第一電阻R1以及第二電阻R2。其中，激勵(lì)電流源模塊10輸出激勵(lì)電流到變壓器T的初級(jí)繞組。變壓器T的次級(jí)繞組的一端與二極管D1的陽(yáng)極連接，另一端與電容C1的第一端a連接，電容C2的第二端b與二極管D1的陰極連接。

如圖5所示，電容C1的第一端a通過(guò)第一電阻R1與被測(cè)蓄電池100的負(fù)極連接，電容C1的第二端b通過(guò)第二電阻R2與被測(cè)蓄電池100的正極連接。

將本實(shí)施例中的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置與被測(cè)蓄電池100后，被測(cè)蓄電池100通過(guò)第一電阻R1、第二電阻R2向電容C1充電，充電達(dá)到平衡后，電容C1兩端的電壓與被測(cè)蓄電池100的端電壓U_x相等。

由于變壓器T只能傳遞交流信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)直流信號(hào)的測(cè)量，可通過(guò)激勵(lì)電流源模塊10向變壓器T的初級(jí)繞組輸出激勵(lì)電流，變壓器T將激勵(lì)電流耦合到次級(jí)繞組，通過(guò)二極管D1對(duì)電容C1進(jìn)行充電。

當(dāng)變壓器T2次級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓低于電容C1兩端的電壓U_x時(shí)，二極管D1中是沒(méi)有電流通過(guò)的，激勵(lì)電流源模塊10向變壓器T的初級(jí)繞組輸出激勵(lì)電流后，變壓器T2次級(jí)繞組的電壓快速上升，將通過(guò)二極管D2對(duì)電容C1充電，電容C1兩端的電壓從U_x上升至U_x0，當(dāng)激勵(lì)結(jié)束后，電容C1對(duì)被測(cè)蓄電池100放電，電容C1兩端電壓恢復(fù)至U_x?；谧儔浩鞯碾姶鸥袘?yīng)耦合原理，在整個(gè)過(guò)程中，變壓器T的初級(jí)繞組也將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和電容C1兩端電壓呈線性比例關(guān)系的變化電壓，即：隨著電容C1兩端的電壓由U_x上升至U_x0，變壓器T的初級(jí)繞組電壓也將同步的從U_N上升至U_N0，且U_N/U_x＝U_N0/U_x0，因此只要找出線性比例系數(shù)，就能通過(guò)檢測(cè)變壓器T初級(jí)繞組的變化電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)蓄電池100端電壓的檢測(cè)。

因此，在使用本實(shí)施例中的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)蓄電池的端電壓時(shí)，先對(duì)蓄電池端電壓檢測(cè)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，即將圖5中被測(cè)蓄電池100替換為一個(gè)已知的電壓源U₀，然后通過(guò)激勵(lì)電流源模塊10輸出激勵(lì)電流到變壓器T的初級(jí)繞組，此時(shí)檢測(cè)變壓器T初級(jí)繞組產(chǎn)生的變化電壓，通過(guò)該變化電壓與U₀計(jì)算出線性比例系數(shù)k。在對(duì)被測(cè)蓄電池100的端電壓進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)激勵(lì)電流源模塊10輸出激勵(lì)電流到變壓器T的初級(jí)繞組，并檢測(cè)檢測(cè)變壓器T初級(jí)繞組產(chǎn)生的變化電壓，然后結(jié)合線性比例系數(shù)k就能計(jì)算出被測(cè)蓄電池100的端電壓。

本實(shí)施例中的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)蓄電池端電壓的檢測(cè)，而變壓器具有非常成熟的加工工藝，很容易實(shí)現(xiàn)高等級(jí)的隔離度。變壓器為靜態(tài)磁感應(yīng)元件，不存在機(jī)械動(dòng)作，因此具有持久的可靠性。另外，本實(shí)施例中的變壓器很容易實(shí)現(xiàn)批量的自動(dòng)化加工，且材料為普通材料，具有很好地成本效應(yīng)。

進(jìn)一步的，為了提高檢測(cè)精度，仍參照?qǐng)D5所示，本實(shí)施例中的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置還包括第三電阻R3、濾波模塊20。第三電阻R3和濾波模塊20串聯(lián)連接后與變壓器T的初級(jí)繞組并聯(lián)連接。這樣變壓器T的初級(jí)繞組兩端的電壓經(jīng)第三電阻R3分壓后輸入到濾波模塊20，然后只要檢測(cè)濾波模塊20輸出的電壓就可以計(jì)算出被測(cè)蓄電池100的端電壓。

較佳的，為了自動(dòng)輸出檢測(cè)結(jié)果，參照?qǐng)D6所示，且一并參照?qǐng)D5，本實(shí)施例中的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置還可包括AD轉(zhuǎn)換模塊30以及處理模塊40，其中處理模塊40可采用MCU、CPU、FPGA等裝置。AD轉(zhuǎn)換模塊30的輸入端與濾波模塊20的輸出端連接，AD轉(zhuǎn)換模塊30的輸出端與處理模塊40的輸入端連接。AD轉(zhuǎn)換模塊30對(duì)濾波模塊20輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)送入處理模塊40。參照上文對(duì)于校準(zhǔn)過(guò)程的描述，在校準(zhǔn)時(shí)，處理模塊40依據(jù)AD轉(zhuǎn)換模塊30輸入的數(shù)字信號(hào)以及已知的電壓源U₀進(jìn)行處理計(jì)算，就能確定線性比例系數(shù)k，然后在對(duì)被測(cè)蓄電池100的端電壓進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，處理模塊40依據(jù)AD轉(zhuǎn)換模塊輸入的數(shù)字信號(hào)以及線性比例系數(shù)k就能自動(dòng)計(jì)算出被測(cè)蓄電池100的端電壓，并輸出計(jì)算結(jié)果。

在一種可選的實(shí)施方式中，參照?qǐng)D7所示，激勵(lì)電流源模塊10包括第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、放大模塊101以及可控開(kāi)關(guān)102。其中，放大模塊101的輸入端與第四電阻R4的第一端c連接，輸出端依次通過(guò)第五電阻R5、可控開(kāi)關(guān)102、第六電阻R6以及變壓器T的初級(jí)繞組后接地；第四電阻R4的第二端d外接激勵(lì)脈沖。如圖7所示，可控開(kāi)關(guān)102導(dǎo)通后，在第四電阻R4處施加激勵(lì)脈沖，經(jīng)放大模塊101放大后再通過(guò)第五電阻R5和第六電阻R6的限流作用，可向變壓器T的初級(jí)繞組施加激勵(lì)電流。其中，放大模塊101可選用各種放大電路或放大器件，可選的，參照?qǐng)D8所示，放大模塊101包括第一NPN型三極管Q1，第一NPN型三極管Q1的基極與第四電阻R4的第一端c連接，集電極通過(guò)第五電阻R5與可控開(kāi)關(guān)102連接，發(fā)射極接地。

可控開(kāi)關(guān)102可采用各類可控制的開(kāi)關(guān)器件，例如繼電器、MOSFET、IGBT等等?？蛇x的，參照?qǐng)D8所示，可控開(kāi)關(guān)102包括第七電阻R7和第二NPN型三極管Q2。第二NPN型三極管Q2的基極通過(guò)第五電阻R5與第一NPN型三極管Q1的集電極連接；第二NPN型三極管Q2的集電極外接電壓源VDD，且通過(guò)第七電阻R7與第二NPN型三極管Q2的基極連接；第二NPN型三極管Q2的發(fā)射極通過(guò)第六電阻R6、變壓器的初級(jí)繞組后接地。

可選的，參照?qǐng)D8所示，濾波模塊采用RC濾波電路，包括并聯(lián)連接的電容C2和電阻R8，RC濾波電路輸出電壓信號(hào)至AD轉(zhuǎn)換模塊30。

綜上所述，本發(fā)明的蓄電池端電壓檢測(cè)裝置采用變壓器進(jìn)行直流電壓的隔離測(cè)量，能以較低的成本、較高的隔離度和可靠性實(shí)現(xiàn)對(duì)多路蓄電池的巡檢測(cè)量，并且利用電阻電容網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電壓保持，進(jìn)一步降低了測(cè)量電路對(duì)被測(cè)電路的影響，保障了檢測(cè)精度。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。