RU2679883C1

RU2679883C1 - Device for monitoring and managing the charge of batteries

Info

Publication number: RU2679883C1
Application number: RU2018105347A
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Десяев; Александр Вениаминович Карасёв; Александр Сергеевич Евдокимов
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-02-14

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control and control the charge of batteries of various types. Battery charge monitoring and control device contains a current sensor unit, voltage sensor unit, display unit, sound alarm unit. Single-chip microcontroller is introduced, connected by the first, second, third, fourth, and fifth inputs, respectively, to the outputs of the current sensor unit, the voltage sensor unit, the temperature sensor unit, the input discrete signal unit and the keyboard unit, with the first, second, third, fourth outputs, respectively, with the first inputs of the display unit, audible alarm unit, relay unit and analog signal conditioning unit. A bi-directional channel microcontroller is connected to a bi-directional channel of a serial communication unit, which, in turn, is connected to the first output of the power supply unit, which has the first and second inputs for connecting external voltage and outputs from the second to the eleventh, respectively, connected to the input of the current sensor unit, the input of the voltage sensor unit, the sixth microcontroller input, second input of the display unit with the ability to display information in alphanumeric form, the second input of the sound alarm unit, the input of the temperature sensor unit, input of the input discrete signal block, the input of the keyboard block, the second input of the relay unit and the second input of the analog signal conditioning block.EFFECT: technical result is simplification of communication with an external DC source by using an analog signal of 0–5 V, providing the possibility of connecting the AB temperature sensor, input of parameters for monitoring and charging the battery using the keyboard, displaying the voltage, charge current and temperature of the battery on the indicator, transferring the parameters of voltage, charge current and temperature of the battery through the industrial interface of the serial communication unit to the upper level control system, receiving and processing the parameters of the battery charge on the serial communication unit, switching external circuits, providing additional communication using input discrete signals.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для контроля и управления зарядом аккумуляторных батарей (АБ) различных типов.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control and manage the charge of various types of batteries (AB).

Известно устройство для автоматического ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током. Данное устройство предназначено для заряда никель-кадмиевых и никель-металлогидридных АБ. В устройстве реализованы два режима заряда. Первый режим - заряд осуществляется без предварительного доразряда асимметричным током со стабилизированными амплитудами зарядного и разрядного токов, второй режим - заряд осуществляется постоянным током с предварительным доразрядом (RU 2318285, МПК H02J 7/10, опубл. 27.02.2006).A device is known for automatic accelerated charging of batteries with an asymmetric current. This device is designed to charge nickel-cadmium and nickel-metal hydride batteries. The device has two charge modes. The first mode - the charge is carried out without preliminary discharge by an asymmetric current with stabilized amplitudes of the charging and discharge currents, the second mode - the charge is carried out by direct current with a preliminary additional discharge (RU 2318285, IPC H02J 7/10, published on 02.27.2006).

Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности контроля температуры АБ, отсутствие возможности коммутации внешних силовых цепей, отсутствие возможности изменения параметров уставок во время работы и связи с внешней системой управления Система управления по заданному алгоритму может быть использована только в комбинации с системой управления силовой частью этого же устройства.The disadvantages of the known device are the inability to control the temperature of the battery, the inability to switch external power circuits, the inability to change the settings during operation and communication with an external control system The control system according to a given algorithm can only be used in combination with a power system control part of the same device .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для автоматического ускоренного заряда АБ асимметричным током. Автоматизированное устройство для ускоренного заряда аккумуляторных батарей асимметричным током содержит силовую часть, включающую первый блок фильтров, блок регулируемого источника заряд-разрядного тока, второй блок фильтров, блок усилителей, блок подключения аккумуляторных батарей, и систему управления, включающую блок управления, соединенный с блоком индикации, блоком звуковой сигнализации, блоком широтно-импульсной модуляции, блоком задания алгоритма заряда и блоком аналого-цифрового преобразования, блок датчика тока, блок датчика напряжения (RU 2613684, МПК H02J 7/10, опубл. 21.03.2017).The closest in technical essence to the proposed technical solution is a device for automatic accelerated battery charge with an asymmetric current. An automated device for accelerated charging of batteries with an asymmetric current comprises a power unit including a first filter unit, an adjustable charge-discharge current source unit, a second filter unit, an amplifier unit, a battery connection unit, and a control system including a control unit connected to an indication unit , an audible alarm unit, a pulse-width modulation unit, a charge algorithm task unit and an analog-to-digital conversion unit, a current sensor unit, a sensor unit voltage test (RU 2613684, IPC H02J 7/10, publ. 21.03.2017).

Среди недостатков известного устройства следует отметить отсутствие возможности подключения датчика температуры АБ, отсутствие возможности коммутации внешних силовых цепей, отсутствие возможности изменять параметры установок во время работы, а также система управления зарядным устройством может быть использована только в комбинации с силовой частью зарядного устройства.Among the disadvantages of the known device, it should be noted the inability to connect the temperature sensor AB, the inability to switch external power circuits, the inability to change the settings of the devices during operation, as well as the charger control system can only be used in combination with the power part of the charger.

Технический результат заключается в упрощении обеспечения связи с внешним источником постоянного тока за счет использования аналогового сигнала 0-5 В, а также в возможностях подключения датчика температуры АБ, ввода параметров контроля и заряда АБ с помощью клавиатуры, отображения напряжения, тока заряда и температуры АБ на индикаторе, передачи параметров напряжения, тока заряда и температуры АБ по промышленному интерфейсу блока последовательной связи в систему управления верхнего уровня, получения и обработки параметров заряда АБ по блоку последовательной связи, коммутации внешних цепей, обеспечение дополнительной связи по дискретным сигналам.The technical result consists in simplifying communication with an external DC source through the use of an 0-5 V analog signal, as well as in the possibilities of connecting an AB temperature sensor, entering the control parameters and AB charge using the keyboard, displaying the voltage, charge current and AB temperature on indicator, transmitting voltage parameters, charge current and battery temperature via the industrial interface of the serial communication unit to the upper level control system, receiving and processing battery charge parameters by Loka serial communication, switching of external circuits, providing additional connection of discrete signals.

Технический результат достигается за счет того, что устройство контроля и управления зарядом АБ содержит блок датчика тока, блок датчика напряжения, блок индикации, блок звуковой сигнализации. Дополнительно введен однокристальный микроконтроллер, соединенный первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами соответственно с выходами блока датчика тока, блока датчика напряжения, блока датчика температуры, блока входного дискретного сигнала и блока клавиатуры, первым, вторым, третьим, четвертым выходами соответственно с первыми входами блока индикации, блока звуковой сигнализации, блока реле и блока формирования аналогового сигнала. Двунаправленным каналом микроконтроллер соединен с двунаправленным каналом блока последовательной связи, который в свою очередь соединен своим входом с первым выходом блока питания, который имеет первый и второй входы для подключения внешнего напряжения и выходы со второго по одиннадцатый, соответственно соединенные с входом блока датчика тока, входом блока датчика напряжения, шестым входом микроконтроллера, вторым входом блока индикации с возможностью вывода информации в цифро-буквенном виде, вторым входом блока звуковой сигнализации, входом блока датчика температуры, входом блока входного дискретного сигнала, входом блока клавиатуры, вторым входом блока реле и вторым входом блока формирования аналогового сигнала.The technical result is achieved due to the fact that the device for monitoring and controlling the charge of the battery contains a current sensor unit, a voltage sensor unit, an indication unit, an audible alarm unit. Additionally, a single-chip microcontroller is introduced, connected by the first, second, third, fourth and fifth inputs, respectively, with the outputs of the current sensor block, voltage sensor block, temperature sensor block, discrete input signal block and keyboard block, the first, second, third, fourth outputs, respectively, with the first the inputs of the display unit, the audible alarm unit, the relay unit and the analog signal generation unit. The bi-directional channel the microcontroller is connected to the bi-directional channel of the serial communication unit, which in turn is connected by its input to the first output of the power supply, which has first and second inputs for connecting external voltage and outputs from the second to eleventh, respectively connected to the input of the current sensor unit, the input voltage sensor unit, the sixth input of the microcontroller, the second input of the display unit with the ability to display information in alphanumeric form, the second input of the sound signal unit ii, inlet temperature sensor unit, the input unit of the input digital signal, an input keyboard unit, the second input of the relay unit and the second input unit for generating an analog signal.

Блок-схема устройства контроля и управления зарядом АБ представлена на чертеже.A block diagram of a battery charge monitoring and control device is shown in the drawing.

Устройство контроля и управления зарядом АБ состоит из однокристального микроконтроллера 1, соединенного первым входом с выходом блока датчика тока 2, вторым входом с выходом блока датчика напряжения 3, третьим входом с выходом блока датчика температуры 4, четвертым входом с выходом блока входного дискретного сигнала 5, пятым входом с выходом блока клавиатуры 6. Микроконтроллер 1 первым выходом соединен с первыми входом блока индикации 7, вторым выходом соединен с первым входом блока звуковой сигнализации 8, третьим выходом соединен с первым входом блока реле 9, четвертым выходом соединен с первым входом блока формирования аналогового сигнала 10, Двунаправленный канал микроконтроллера 1 соединен с двунаправленным каналом блока последовательной связи 11, который в свою очередь соединен своим входом с первым выходом блока питания 12. Блок питания 12 имеет первый и второй входы для подключения внешнего напряжения и одиннадцать выходов. Второй выход блока питания 12 соединен с входом блока датчика тока 2, третий выход соединен с входом блока датчика напряжения 3, четвертый выход соединен с шестым входом микроконтроллера 1, пятый выход соединен с вторым входом блока индикации 7 с возможностью вывода информации в цифро-буквенном виде, шестой выход соединен с вторым входом блока звуковой сигнализации 8, седьмой выход соединен с входом блока датчика температуры 4, восьмой выход соединен с входом блока входного дискретного сигнала 5, девятый выход соединен с входом блока клавиатуры 6, десятый выход соединен с вторым входом блока реле 9, одиннадцатый выход соединен со вторым входом блока формирования аналогового сигнала 10.The battery charge monitoring and control device AB consists of a single-chip microcontroller 1 connected by a first input to the output of the current sensor block 2, a second input to the output of the voltage sensor block 3, a third input to the output of the temperature sensor block 4, and a fourth input to the output of the digital input signal block 5, the fifth input with the output of the keyboard block 6. The microcontroller 1 is connected with the first output to the first input of the display unit 7, the second output is connected to the first input of the sound alarm unit 8, the third output is connected to the first the input of the relay unit 9, the fourth output is connected to the first input of the analog signal generating unit 10, the Bidirectional channel of the microcontroller 1 is connected to the bidirectional channel of the serial communication unit 11, which in turn is connected by its input to the first output of the power supply 12. The power supply 12 has a first and second inputs for connecting external voltage and eleven outputs. The second output of the power supply 12 is connected to the input of the current sensor unit 2, the third output is connected to the input of the voltage sensor unit 3, the fourth output is connected to the sixth input of the microcontroller 1, the fifth output is connected to the second input of the indication unit 7 with the possibility of outputting information in alphanumeric form , the sixth output is connected to the second input of the sound alarm unit 8, the seventh output is connected to the input of the temperature sensor unit 4, the eighth output is connected to the input of the digital input signal block 5, the ninth output is connected to the input of the keyboard unit s 6, tenth output is connected to the second input of the relay unit 9, eleventh output connected to the second input analog signal forming unit 10.

Устройство контроля и управления зарядом АБ работает следующим образом. При включении устройства блок питания 12 подает питание на все остальные блоки и микроконтроллер 1, инициализирует программу для ЭВМ, записанную в своей памяти, в соответствии с которой анализирует сигналы с блока датчика тока 2, блока датчика напряжения 3, блока датчика температуры 4, блока последовательной связи 11, блока клавиатуры 6, блока входного дискретного сигнала 5, и в соответствии с алгоритмом программы для ЭВМ выдает сигналы управления на блок формирования аналогового сигнала 10, блок реле 9, блок звуковой сигнализации 8, блок индикации 7 и блок последовательной связи 11.The device for monitoring and controlling the charge of the battery operates as follows. When the device is turned on, the power supply unit 12 supplies power to all other units and the microcontroller 1, initializes the computer program recorded in its memory, in accordance with which it analyzes the signals from the current sensor unit 2, voltage sensor unit 3, temperature sensor unit 4, serial communication 11, the keyboard unit 6, the input discrete signal unit 5, and in accordance with the computer program algorithm, gives control signals to the analog signal generating unit 10, the relay unit 9, the audible alarm unit 8, the indicator unit and 7 and the serial communication unit 11.

Благодаря блокам датчиков тока 2, напряжения 3 и температуры 4 устройство может контролировать текущее значение тока заряда, напряжения, температуры АБ и в зависимости от алгоритма программы для ЭВМ записанной в микроконтроллер 1, формировать аналоговый сигнал блоком формирования аналогового сигнала 10, управляя тем самым каким-либо внешним источником постоянного тока, который выдает напряжение на АБ. Изменение напряжения на АБ вызывает изменение тока заряда. Блок реле 9 позволяет коммутировать внешнюю силовую цепь, например, сирену, лампочку, или один из контактов АБ, обеспечивая тем самым возможность отключения/включения цепи АБ или внешнего устройства светозвуковой индикации. Блок клавиатуры 6 в комбинации с блоком индикации 7 позволит изменять параметры, допустимые программой управления микроконтроллера 1, такие как, например, тип АБ, режим заряда, максимально и минимально допустимые приделы тока заряда, напряжения температуры АБ, тип внешнего блока питания, типы внешних датчиков тока, напряжения, температуры, параметры, выводимые на блоке индикации по умолчанию и т.п. Блок входного дискретного сигнала 5 в зависимости от алгоритма программы микроконтроллера 1 позволяет получать, например, сигнал внешней аварии и разрешения на включение режима заряда. Блок формирования аналогового сигнала 10 позволяет отправлять информацию о контролируемых параметрах АБ, состоянии устройства и получать управляющие сигналы о разрешении или запрете работы устройства, изменении параметров и режимов допустимых алгоритмом программы. Также возможна работа заявленного изобретения в качестве устройства согласования протоколов заряда между внешним источником постоянного тока и различными типами АБ по последовательному интерфейсу при наличии соответствующего алгоритма в программе микроконтроллера 1. Введение блока датчика температуры 4 позволяет контролировать температуру АБ. В зависимости от программы температура может быть передана по интерфейсу с помощью блока последовательной связи 11 в систему управления верхнего уровня. При достижении максимальной допустимой температуры для данного типа АБ может быть прекращен заряд АБ и с помощью блока реле 9 отключена цепь заряда/разряда АБ.Thanks to the blocks of current sensors 2, voltage 3 and temperature 4, the device can control the current value of the charge current, voltage, temperature AB and, depending on the algorithm of the computer program recorded in the microcontroller 1, generate an analog signal by the analog signal generation unit 10, thereby controlling how or an external DC source that provides voltage to the battery. A change in voltage on the battery causes a change in the charge current. The relay unit 9 allows you to commute an external power circuit, for example, a siren, a light bulb, or one of the contacts of the battery, thereby providing the ability to disable / enable the battery circuit or an external device for light and sound indication. The keyboard unit 6 in combination with the display unit 7 will allow you to change the parameters allowed by the microcontroller 1 control program, such as, for example, AB type, charge mode, maximum and minimum allowable charge current chapters, AB temperature voltage, type of external power supply, types of external sensors current, voltage, temperature, parameters displayed on the display unit by default, etc. The block of the input discrete signal 5, depending on the program algorithm of the microcontroller 1, allows you to receive, for example, an external alarm signal and permission to turn on the charge mode. The analog signal generating unit 10 allows you to send information about the controlled parameters of the battery, the status of the device and receive control signals about the permission or prohibition of the device, changing the parameters and modes allowed by the program algorithm. It is also possible to work the claimed invention as a device for negotiating charge protocols between an external DC source and various types of batteries via a serial interface with the appropriate algorithm in the program of microcontroller 1. The introduction of the temperature sensor unit 4 allows you to control the temperature of the batteries. Depending on the program, the temperature can be transmitted via the interface using the serial communication unit 11 to the upper level control system. Upon reaching the maximum permissible temperature for this type of battery, the battery charge can be stopped and the battery charge / discharge circuit is disconnected using relay unit 9.

По сравнению с известным техническим решением предлагаемое позволяет упростить обеспечение связи с внешним источником постоянного тока за счет использования аналогового сигнала 0-5 В, создать возможности подключения датчика температуры АБ, ввода параметров контроля и заряда АБ с помощью клавиатуры, отображения напряжения, тока заряда и температуры АБ на индикаторе, передачи параметров напряжения, тока заряда и температуры АБ по промышленному интерфейсу блока последовательной связи в систему управления верхнего уровня, получения и обработки параметров заряда АБ по блоку последовательной связи, коммутации внешних цепей, обеспечения дополнительной связи с помощью входных дискретных сигналов.Compared with the known technical solution, the proposed one allows to simplify communication with an external constant current source through the use of an 0-5 V analog signal, create the possibility of connecting the AB temperature sensor, entering the parameters of the control and battery charge using the keyboard, displaying voltage, charge current and temperature AB on the indicator, transmission of voltage, charge current and temperature AB parameters via the industrial interface of the serial communication unit to the upper-level control system, receiving and Operation of the battery charge parameters on the serial communication unit, switching external circuits, providing additional communication using discrete input signals.

Claims

A battery monitoring and control device comprising a current sensor unit, a voltage sensor unit, an indication unit, an audible alarm unit, characterized by introducing a single-chip microcontroller connected to the first, second, third, fourth and fifth inputs, respectively, with the outputs of the current sensor unit, voltage sensor unit , a temperature sensor block, a discrete input signal block, and a keyboard block, the first, second, third, fourth outputs, respectively, with the first inputs of the display unit, block a sound alarm, a relay unit and an analog signal generating unit, the bi-directional channel the microcontroller is connected to the bi-directional channel of the serial communication unit, which, in turn, is connected by its input to the first output of the power supply, which has first and second inputs for connecting external voltage and outputs with the second to eleventh, respectively connected to the input of the current sensor unit, the input of the voltage sensor unit, the sixth input of the microcontroller, the second input of the display unit with the possibility of output An ode of information in alphanumeric form, the second input of the sound alarm block, the input of the temperature sensor block, the input of the input discrete signal block, the input of the keyboard block, the second input of the relay block and the second input of the analog signal generation block.