一种蓄电池在线监控设备的制作方法

1.本实用新型属于蓄电池监测技术领域，涉及一种蓄电池在线监控设备。


背景技术：

2.蓄电池在线监测设备一般由台站与中心台站(服务器端)两部分组成，有些场景环境只有单台站形态，可独立运行。台站部分包括一个主控单元(as01)、一个或数个采集单元(dcm)以及收敛单元组成。中心台站包括一台或多台数据服务器和web端蓄电池监控系统软件，用于数据处理，存储及输出。根据不同台站机房配置不同可进行机柜机架式安装和独立安装，局域网和直连通信等。目前市场上的监测设备存在的问题主要包括对蓄电池组早期的故障预测和性能评估不及时、不准确，安装使用的便捷性差等问题。


技术实现要素：

3.为了达到上述目的，本实用新型提供一种蓄电池在线监控设备，解决了现有技术中存在的对蓄电池组早期的故障预测和性能评估不及时、不准确，安装使用的便捷性差等问题。
4.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，一种蓄电池在线监控设备，包括主控单元，主控单元分别与通信接口单元、供电单元、显示单元、市电检测单元通信连接；主控单元通过通信接口单元连接收敛通信单元；收敛通信单元通过电池检测单元与蓄电池连接；通信接口单元与市电检测单元相连接。
5.进一步地，所述主控单元外设rs232通信接口p24连接至通信接口单元接口rs200；所述主控单元主板外设485通信接口p23连接，至通信接口单元接口j10；主控单元外设以太网接口p26与通信接口单元连接。
6.进一步地，所述通信接口单元通过cpu芯片调度串口rs232与市电检测单元连接；所述cpu芯片连接有温度传感器和湿度传感器；所述cpu芯片与湿度传感器之间设置有tlc555电路。
7.进一步地，所述电池检测单元包括电子负载回路以及电压信号反馈线，电子负载回路并联在蓄电池两端；所述蓄电池两端通过电压信号反馈线与电池检测单元的采样电路相连接；所述蓄电池负极与电池检测单元的电池负极温度传感器连接。
8.进一步地，所述电子负载回路采用电阻r11作为固定负载电阻，自恢复保险f2连接至负载电阻r11一端，负载电阻r11另一端连接至mos管u6的d极，mos管u6的s极与mos管u8的s极连接，mos管u8的d极与二极管d2相连接。
9.进一步地，所述采样电路包括直流耦合通路和交流耦合通路，其中，直流耦合通路通过电阻r23和r25分压连接至单片机mcu的ad采样口，交流耦合通路通过耦合电容c19和r28进行分压连接至单片机mcu的ad采样口；单片机mcu通过uart和/或无线单元连接至收敛通信单元。
10.进一步地，所述收敛通信单元的cpu通过pc10、pc11端口至j4端口与电池检测单元
输出接口cn1进行通信连接；所述收敛通信单元通过rs485通信接口j3与通信接口单元连接；所述收敛通信单元的cpu通过pc0端口16位adc外设与u18芯片连接。
11.进一步地，所述市电检测单元通过单元x1绿端子接口与交流电源相连接，然后接入电容c100一端，电容c100一端连接至电阻r100一端，电阻r100一端接入二极管d100正极端，同时接入二极管d103负极端，二极管d103正极端接入电容c103一端，电容c103另一端与二极管d100负极端连接后，一同接入电阻r103一端，电阻r103另一端分别连接二极管d106负极端和电阻r106一端，电阻r106另一端接入u100光耦p521正极端。
12.进一步地，所述主控单元的主板型号为fetmx6q-c核心板。
13.进一步地，所述主控单元的主板通过液晶屏lvds接口p18与显示单元的液晶屏的lvds connector接口通过lvds排线连接；主板的p20接口封装为xh2.54白插座；主板p19接口接入amt触摸屏。
14.本实用新型的有益效果是：
15.1、能够对蓄电池存在的问题提供早期的故障预警，通过测试蓄电池电压温度定时测内阻的方法检测每节蓄电池单体的健康状态并能够准确的预测出当前的性能状态。
16.2、能够控制独立的负载单元进行维护工作。
17.3、兼容多种通信协议，实现在线切换使用，实时进度传输。
18.4、现场安装使用的便捷性：对于同一台站，通过收敛通信单元与电池检测单元级联的方式，满足一个控制单元可以同时管理多组不同类型的蓄电池组，并且可根据用户配置时间周期进行定时触发内阻测试功能。
附图说明
19.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。
20.图1是本实用新型实施例的蓄电池在线监控设备结构示意图。
21.图2是本实用新型实施例的主控单元的电路原理图。
22.图3是本实用新型实施例的电池检测单元的mcu电路和led指示灯电路图。
23.图4是本实用新型实施例的电池检测单元的电压信号测量电路原理图。
24.图5是本实用新型实施例的电池检测单元的电子负载回路电路图。
25.图6是本实用新型实施例的电池检测单元的实际测量电路原理图。
26.图7是本实用新型实施例的收敛通信单元的cpu电路原理图。
27.图8是本实用新型实施例的收敛通信单元的串口通信电路图。
28.图9是本实用新型实施例的收敛通信单元的电流采集电路图。
29.图10是本实用新型实施例的市电检测单元的电路原理图。
30.图11是本实用新型实施例的通信接口单元的电路原理图。
31.图12本实用新型实施例的流程图。
32.图13是本实用新型实施例的主控单元多线程采集服务的流程图。
33.图14是本实用新型实施例的电池采集单元的流程图。
具体实施方式
34.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，都属于本实用新型保护的范围。
35.如图1～图11所示，本实用新型提供了一种蓄电池在线监控设备，包括主控单元，主控单元分别与通信接口单元、供电单元、显示单元、市电检测单元通信连接；主控单元通过通信接口单元连接收敛通信单元，收集电池检测单元数据。主控单元控制整套设备系统工作，包括数据采集，通信，控制和数据智能分析管理功能等，同时完成与上层服务端通信交互。一台主控单元可以同时接管台站中的四组铅酸蓄电池组，可达400节电池。电池检测单元用于采集蓄电池电压、温度和内阻数据，采用一对一方式(即一个电池组对应连接一个电池检测单元)，并通过收敛通信单元通信级联汇总数据。通信接口单元连接主控单元输出网口，通过主控单元的网口与web端服务系统通信，通信接口单元通过485接口与收敛通信单元通信收集电池检测单元数据；通信接口单元同时与市电检测单元相连接，用于采集市电检测单元数据。
36.在一些实施方式中，主控单元采用fetmx6q-c核心板基于nxp公司四核arm cortex-a9架构i.mx6quad高性能处理器设计，主频1ghz；液晶屏接口具备1路rgb，2路单8位lvds；网口具备1路10/100/1000mbps自适应接口，连接方式为rj45；5路串口uart；2路usb接口；电源输入dc12v。
37.在一些实施方式中，主控单元首先通过液晶屏lvds接口p18，连接形态为28p间距2.0牛角座封装，与显示单元7寸液晶屏连接，采用型号g070y2-l01品牌奇美液晶屏，通过lvds排线接入液晶屏背面lvds connector接口，连接形态为20p间距1.0封装。然后通过主板p20封装为xh2.54白插座，提供lcd_black为液晶屏提供背光电源，最后通过主板p19接口接入amt触摸屏ad-9545-b1，从而实现触摸操作功能。
38.在一些实施方式中，主控单元外设rs232通信接口p24对应管脚1、3、5分别为txd,rxd,gnd，连接方式为牛角座采用灰排线与通信接口单元进行通信连接，至通信接口单元接口rs200/1,2,3。从而实现通信接口单元的通信，用于采集设备内部温湿度信号和市电检测单元的数据接收；主板外设485通信接口p23对应管脚17,18,19,20分别为rs485_uart2_b，rs485_uart2_a，rs485_uart3_b，rs485_uart3_a。连接方式为牛角座采用灰排线与通信接口单元连接，至通信接口单元接口j10，从而实现主板至通信接口单元的485通信链路。主控单元外设以太网接口p26与通信接口单元连接，至通信接口单元p26接口。从而实现主控单元与web端服务系统的通信链路连接，将实时数据与告警信息实时上传web端服务系统显示并存储。
39.在一些实施方式中，主控单元外设di输出口p16对应管脚p16-1,3,5,7分别为do10,do9,do8,do7，连接方式牛角座采用灰排线与机箱的前面板安装的指示灯一端连接，分别对应指示灯hbgq12t-d/j/5v/g和hbgq12t-d/j/5v/r，指示灯另一端管脚正极一同接入iso5v_b主控单元p16的2,4,6,8管脚。从而实现设备运行、告警、市电、通信四种状态的展示。
40.在一些实施方式中，参见图11，通信接口单元通过cpu芯片stm32f030f4调度串口
rs232与市电检测单元进行数据交互，采样市电的三相电压状态，通过采样市电检测单元输出的a1b1c1管脚高低电平信号的变化去实时判断市电状态。同时cpu通过ds18b20温度传感器进行温度检测，将采集到的temp温度值传输至cpu的pb1管脚，测试出环境温度；使用湿度传感器hs1101湿敏电容来测量湿度信号，通过tlc555电路振荡产生与相对湿度对应的频率，将humi信号传送至cpu的pa1管脚，用cpu的计数方式来测量频率，查表得到相对湿度值，测试出环境湿度。通信接口单元支持modbus-tcp规约通过网口接入web端服务系统同步在线监测使用，新增控制协议，采用更加灵活和易扩展的json结构来进行协议开发；同时支持新协议的加入，需根据采集服务的计入规范进行开发。
41.在一些实施方式中，电池检测单元选用ti的msp430i2041tpw芯片作为处理器。处理器的uart接口采用tl185光耦电路进行隔离。使用被检测蓄电池作为供电电源，并在蓄电池两端并联电子负载回路作为交流电流激励信号产生电路，在电子负载回路串联电流检测电阻以检测电子负载回路电流，在蓄电池两端额外引出电压信号反馈线以测量电池两端电压，在蓄电池负极接入电池负极温度传感器以测量蓄电池负极温度。
42.电池检测单元中，电压信号反馈线所反馈电压信号分别通过采样电路的直流耦合通路和交流耦合通路后，将电压信号分成直流耦合信号和交流耦合信号，其中直流耦合通路通过电阻r23和r25分压，然后输入到单片机mcu的ad采样口，交流耦合通路通过耦合电容c19和r28进行分压，然后输入到单片机mcu的ad采样口(参见图4)。两种耦合信号通过受单片机mcu控制的模拟开关后，分时传输至mcu的差分ad通道中；mcu解析直流耦合信号、交流耦合信号、电流检测电阻信号，以及温度传感器信号后，将解析结果通过uart或无线单元上传收敛通信单元；采用led双色指示灯，在正常待机状态下led灯显示绿色，在测量工作状态下，led灯显示红色。led双色指示灯的控制信号led_green和led_red管脚直接与mcu msp430i2041的p27,p28连接(参见图3)。
43.在一些实施方式中，电池检测单元连接蓄电池的连接方式采用4线制，+12v1及vs-形成的回路作为电子负载回路产生激励信号，+12v0及gnd1形成的回路作为电压信号反馈回路用于电压测量(参见图6)。蓄电池负极温度传感器与负极线缆捆绑，并将蓄电池负极温度传感器置于蓄电池负极。
44.在一些实施方式中，电池检测单元的电子负载回路采用r11作为固定负载电阻，通过控制mos管u6的通断产生交流恒流信号，自恢复保险f2、mos管u8和二极管d2为其保护电路。d2主要起钳位u8两端电压的作用，u8在电路板电源反接上电时关断负载回路，电流过大时自恢复保险f1关断电子负载回路。自恢复保险f2连接至负载电阻r11一端，负载电阻r11另一端连接至mos管u6的d极，mos管u6的s极与mos管u8的s极连接，mos管u8的d极与二极管d2连接(参见图5)。
45.在一些实施方式中，电池检测单元用于检测电流值时，对电子负载回路中串联一电流检测电阻即可，为保证测量精度，需在施加激励信号的状态下，使用数字万用表交流档对测量电流进行校准。数字万用表的读数为交流电流的平均值，该数值乘以2即为电流信号峰峰值。由于本实施例所设计电流峰峰值为2.0a
±
0.5a，故此处规定当mcu检测到2.6a以上电流时，mcu上报并记录电流超限报警于主控单元的片外存储器中。
46.在一些实施方式中，电池检测单元检测电压时，蓄电池正负极两端电压通过电压反馈线馈入直流耦合通道和交流耦合通道。直流耦合通道用于检测蓄电池两端输出电压
值，交流耦合通道用于与电流检测电阻配合测量蓄电池内阻。若检测过程中发现蓄电池两端电压超限，则报警，并记录报警参数。
47.在一些实施方式中，电池检测单元检测温度时，采集temp点电压，计算出此时蓄电池负极温度传感器中热敏电阻的电阻值，然后通过查表法，根据热敏电阻的阻值表查出实际蓄电池负极极柱上的温度值；具体电路图参见图5～图6，具体流程图参见图14。若检测过程中发现蓄电池温度超限，则报警，并记录报警参数。
48.收敛通信单元，参见图7，cpu采用stm32l476rct6低功耗器件，封装为lqfp64，256kb flash，128k ram，12位dac和16位adc，3+2路uart；该单元主要实现与电池检测单元的数据收敛打包上传功能，蓄电池整组电流采集功能。首先，cpu通过pc10、pc11端口至j4端口与电池检测单元输出接口cn1进行通信连接，设计采用两端为rj11-4芯插座封装，与4芯水晶头电话线连接，uart接口管脚1-4定义为gnd,txd,rxd,gnd；其次，通过uart串口将电池检测单元的数据发送至cpu进行数据统计；采用标准的modbus协议，经过u15-max3485esa芯片转换为rs485信号，通过收敛通信单元的j3端口发送至通信接口单元，具体参见图8。最后，cpu通过pc0端口16位adc外设与u18 opa2188aid芯片实现蓄电池整组电流的采集功能，通过绿端子间距3.96mm的4p端子，管脚1,2,3,4对应vs+12v,vs-12v,ain0,gnd信号，连接至电流传感器，实现电流数据实时采样回传至cpu功能，具体参见图9。
49.市电检测单元，实现对台站市电状态进行实时检测，当市电异常时，将状态信号发送至通信接口单元。具体电路参见图10，首先，通过单元x1绿端子间距5.08mm接口引入交流电源abcn信号，交流电信号通过电容c100、电阻r100、二极管d100、d103进行半波整流工作，通过电容c103滤波成直流信号，接着通过r103、d106进行稳压，通过电阻r106进行限流，通过u100光耦p521隔离；有电压信号进入时光耦导通，输出低电平；没有电压信号接入时光耦不导通，输出3.3v高电平信号。具体的，交流电信号接入电容c100一端，电容c100一端连接至电阻r100一端，电阻r100一端接入二极管d100正极端，同时接入二极管d103负极端，二极管d103正极端接入电容c103一端，电容c103另一端与二极管d100负极端连接后，一同接入电阻r103一端，电阻r103另一端分别连接二极管d106负极端和电阻r106一端，电阻r106另一端接入u100光耦p521正极端，有电压信号进入时光耦p521导通，输出低电平信号。
50.供电单元采用成品的电源模块属于成品采购直接使用。明纬电源rd-50a，电源输入接入ac220v后，输出端可输出dc+5v,gnd,dc+12v,gnd，分别为主控单元提供dc+12v,和为通信接口单元提供dc+12v,dc+5v,gnd电源。
51.本实用新型的工作过程为：
52.在本实施例中，主控单元采用linux系统下qt4.8版本软件，编译语言c++,数据库sqlite3，通过供电单元上电后，主控单元实现整个设备的工作控制流程，默认进入实时监测状态，通过主控单元上的传感器和通信接口单元获取相关实时数据，显示在本地液晶屏上，并定时通过网络上送至web端服务系统上；对各项数据与用户设置的告警门限进行比较，输出状态或告警信息。主控单元与通信接口单元连接，通过通信接口单元与收敛通信单元连接，实现对每节蓄电池的电压，内阻和温度的数据采集进行实时监测。主控单元将采集到的数据通过显示单元进行数据显示，实现实时监测展示；主控单元与市电检测单元通信连接，从而实现对机房市电状态的检测并将反馈信号传送给主控单元，实现市电告警；主控单元将采集到的数据通过网络接口上传web服务系统，从而实现web端服务系统远程监控控
制功能。具体流程参见图12～图14。
53.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
54.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，包括主控单元，主控单元分别与通信接口单元、供电单元、显示单元、市电检测单元通信连接；主控单元通过通信接口单元连接收敛通信单元；收敛通信单元通过电池检测单元与蓄电池连接；通信接口单元与市电检测单元相连接。2.根据权利要求1所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述主控单元外设rs232通信接口p24连接至通信接口单元接口rs200；所述主控单元主板外设485通信接口p23连接，至通信接口单元接口j10；主控单元外设以太网接口p26与通信接口单元连接。3.根据权利要求1所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述通信接口单元通过cpu芯片调度串口rs232与市电检测单元连接；所述cpu芯片连接有温度传感器和湿度传感器；所述cpu芯片与湿度传感器之间设置有tlc555电路。4.根据权利要求1所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述电池检测单元包括电子负载回路以及电压信号反馈线，电子负载回路并联在蓄电池两端；所述蓄电池两端通过电压信号反馈线与电池检测单元的采样电路相连接；所述蓄电池负极与电池检测单元的电池负极温度传感器连接。5.根据权利要求4所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述电子负载回路采用电阻r11作为固定负载电阻，自恢复保险f2连接至负载电阻r11一端，负载电阻r11另一端连接至mos管u6的d极，mos管u6的s极与mos管u8的s极连接，mos管u8的d极与二极管d2相连接。6.根据权利要求4所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述采样电路包括直流耦合通路和交流耦合通路，其中，直流耦合通路通过电阻r23和r25分压连接至单片机mcu的ad采样口，交流耦合通路通过耦合电容c19和r28进行分压连接至单片机mcu的ad采样口；单片机mcu通过uart和/或无线单元连接至收敛通信单元。7.根据权利要求1所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述收敛通信单元的cpu通过pc10、pc11端口至j4端口与电池检测单元输出接口cn1进行通信连接；所述收敛通信单元通过rs485通信接口j3与通信接口单元连接；所述收敛通信单元的cpu通过pc0端口16位adc外设与u18芯片连接。8.根据权利要求1所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述市电检测单元通过单元x1绿端子接口与交流电源相连接，然后接入电容c100一端，电容c100一端连接至电阻r100一端，电阻r100一端接入二极管d100正极端，同时接入二极管d103负极端，二极管d103正极端接入电容c103一端，电容c103另一端与二极管d100负极端连接后，一同接入电阻r103一端，电阻r103另一端分别连接二极管d106负极端和电阻r106一端，电阻r106另一端接入u100光耦p521正极端。9.根据权利要求1所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述主控单元的主板型号为fetmx6q-c核心板。10.根据权利要求1或9所述的一种蓄电池在线监控设备，其特征在于，所述主控单元的主板通过液晶屏lvds接口p18与显示单元的液晶屏的lvds connector接口通过lvds排线连接；主板的p20接口封装为xh2.54白插座；主板p19接口接入amt触摸屏。

技术总结
本实用新型公开了一种蓄电池在线监控设备，包括主控单元，主控单元分别与通信接口单元、供电单元、显示单元、市电检测单元通信连接；主控单元通过通信接口单元连接收敛通信单元；收敛通信单元通过电池检测单元与蓄电池连接；通信接口单元与市电检测单元相连接。本实用新型解决了现有技术中存在的对蓄电池组早期的故障预测和性能评估不及时、不准确，安装使用的便捷性差等问题。使用的便捷性差等问题。使用的便捷性差等问题。


技术研发人员：鲍赟凯 李佳为 冉军
受保护的技术使用者：陕西柯蓝电子有限公司
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/7/14