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一种远程监控的备用蓄电池组自切换方法及装置
申请号	CN201611206537.9	申请日	2016-12-23	公开(公告)号	CN106549481A	公开(公告)日	2017-03-29
申请人	合肥工业大学;			发明人	刘冬梅; 张现乾; 常加峰; 高伟; 黄娟; 李娟;
摘要	本发明公开了一种远程监控的备用蓄电池组自切换方法及装置，包括信号检测模块、FPGA、放电选通模块、充电选通模块、通信模块和上位机监控模块；是以各蓄电池组的电压为依据，通过各模块的协同作用，实现备用蓄电池组的自切换。本发明可以实现备用蓄电池组的自动切换和远程监控，保证了待供电系统的连续不间断工作，设计操作简单且智能化程度高，避免了人工操作的弊端，适用于对供电电源的品质具有较高要求、并且需要长期不间断供电的应用场合。
权利要求	1.一种远程监控的备用蓄电池组自切换方法，其特征在于： 1)为待供电系统设置三组用于供电的蓄电池组，分别为A组、B组、C组；设定蓄电池组的充电终止电压Ui和放电终止电压Uo； 2)选通的蓄电池组为待供电系统进行供电，实时对比蓄电池组放电电压U和设定的放电终止电压Uo：若U≥Uo，继续放电；若U3)； 3)采集各蓄电池组的电压UA、UB和UC，比较UA、UB和UC，选通电压最高的蓄电池组，进入步骤2；同时对已放电结束的蓄电池组进行充电，进入步骤4)； 4)对蓄电池组进行充电，实时对比蓄电池组充电电压U和设定的充电终止电压Ui；若U2.根据权利要求1所述的备用蓄电池组自切换方法，其特征在于：步骤3)中比较UA、UB和UC，选通电压最高的蓄电池组的方法为：首先将UA与UB和UC进行比较：若UA≥UB且UA≥UC，则A组蓄电池电压最高，选通A组蓄电池；否则，再比较UB和UC：若UB≥UC，则B组蓄电池电压最高，选通B组蓄电池；若UB＜UC，则C组蓄电池电压最高，选通C组蓄电池。 3.根据权利要求1所述的备用蓄电池组自切换方法，其特征在于：所述放电终止电压Uo不低于待供电系统的正常工作电压。 4.一种用于权利要求1～3中任意一项所述自切换方法的备用蓄电池组自切换装置，其特征在于：包括信号检测模块、FPGA、放电选通模块、充电选通模块、通信模块和上位机监控模块；所述信号检测模块用于实时采集各蓄电池组的电压；所述FPGA用于对获取到的各蓄电池组的电压进行比较，然后控制放电选通模块和充电选通模块选择相应的蓄电池组进行充放电；所述放电选通模块用于根据所述FPGA的指令，选择相应的蓄电池组进行放电；所述充电选通模块用于根据所述FPGA的指令，选择相应的蓄电池组进行充电；所述FPGA还用于通过通信模块和上位机监控模块进行数据交换，将各蓄电池组的电压、工作状态通过上位机监控模块进行显示；所述通信模块用于连接FPGA和上位机监控模块，提供数据传输通道；所述上位机监控模块用于显示数据，还用于通过通信模块向FPGA发送指令。 5.根据权利要求4所述的备用蓄电池组自切换装置，其特征在于：所述FPGA还用于对各蓄电池组的充、放电时间进行计时，并通过上位机监控模块进行显示。 6.根据权利要求4所述的备用蓄电池组自切换装置，其特征在于：所述信号检测模块采用凌力尔特公司的LTC2943芯片。
说明书全文	一种远程监控的备用蓄电池组自切换方法及装置技术领域 [0001] 本发明涉及蓄电池充放电设备技术领域，特别是涉及一种备用蓄电池自切换方法和装置。背景技术 [0002] 蓄电池作为工业领域十分普遍的化学电池，工作稳定、输出纹波小和持久性是衡量其性能的重要指标。蓄电池的输出纹波远远低于线性电源和开关电源，这就使得它广泛应用于对电源品质具有很高要求的系统中，但是应用在长期不间断供电的场合时就不得不面临一个问题，那就是持久性的问题。蓄电池的电量是有限的，随着蓄电池电量的逐渐放出，输出电压也会随之降低，当输出电压低于供电设备的额定电压时，就会导致设备不能正常运行。 [0003] 例如对电源品质具有很高要求的核聚变装置的等离子体放电诊断系统，如光电检测系统、积分器系统和电压放大器系统，这些由模拟器件构成的系统需要选用电源纹波小的蓄电池组作为供电电源，保证检测精度。运算放大器是这些系统中不可或缺的模拟器件，它的工作电压具有一定的范围，例如它的最低供电电压为±5V，这就要求蓄电池组的输出电压不能低于5V，否则就会使得运算放大器不能正常工作，系统的功能就无法实现，造成检测信号失真。为了保证系统能够长期不间断工作，就需要设有备用蓄电池组，而仅仅设有一组是不够的，可能会出现供电间断的状况，例如当需要切换备用蓄电池组组时，而备用蓄电池组组正在充电，导致切换失败，供电中断，所以需要设有两组备用组。 [0004] 传统的蓄电池自切换装置多是人工操作，由专门的工作人员在现场测试环境中对蓄电池进行切换，这样耗费大量的人力、物力和财力，也有可能不能及时切换，从而影响设备的正常工作，且由于等离子体放电环境的特殊性，应避免工作人员进入现场进行切换，一套远程监控的备用蓄电池组自切换系统可以解决以上问题，保证诊断系统稳定。发明内容 [0005] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种远程监控的备用蓄电池组自切换方法及装置，旨在解决蓄电池组不能自动切换的问题。 [0006] 本发明解决技术问题，采用如下技术方案： [0007] 本发明首先公开了一种远程监控的备用蓄电池组自切换方法，其特点在于： [0008] 1)为待供电系统设置三组用于供电的蓄电池组，分别为A组、B组、C组；设定蓄电池组的充电终止电压Ui和放电终止电压Uo；所述放电终止电压Uo不低于待供电系统的正常工作电压； [0009] 2)选通的蓄电池组为待供电系统进行供电，实时对比蓄电池组放电电压U和设定的放电终止电压Uo：若U≥Uo，继续放电；若U [0010] 3)采集各蓄电池组的电压UA、UB和UC，比较UA、UB和UC，选通电压最高的蓄电池组，进入步骤2；同时对已放电结束的蓄电池组进行充电，进入步骤4) [0011] 4)对蓄电池组进行充电，实时对比蓄电池组充电电压U和设定的充电终止电压Ui；若U [0012] 优选的，步骤3)中比较UA、UB和UC，选通电压最高的蓄电池组的方法为：首先将UA与UB和UC进行比较：若UA≥UB且UA≥UC，则A组蓄电池电压最高，选通A组蓄电池；否则，再比较UB和UC：若UB≥UC，则B组蓄电池电压最高，选通B组蓄电池；若UB＜UC，则C组蓄电池电压最高，选通C组蓄电池。 [0013] 本发明还公开了用于上述自切换方法的备用蓄电池组自切换装置，其包括信号检测模块、FPGA、放电选通模块、充电选通模块、通信模块和上位机监控模块； [0014] 所述信号检测模块用于实时采集各蓄电池组的电压； [0015] 所述FPGA用于对获取到的各蓄电池组的电压进行比较，然后控制放电选通模块和充电选通模块选择相应的蓄电池组进行充放电； [0016] 所述放电选通模块用于根据所述FPGA的指令，选择相应的蓄电池组进行放电； [0017] 所述充电选通模块用于根据所述FPGA的指令，选择相应的蓄电池组进行充电； [0018] 所述FPGA还用于通过通信模块和上位机监控模块进行数据交换，将各蓄电池组的电压、工作状态通过上位机监控模块进行显示； [0019] 所述通信模块用于连接FPGA和上位机监控模块，提供数据传输通道； [0020] 所述上位机监控模块用于显示数据，还用于通过通信模块向FPGA发送指令。 [0021] 所述FPGA还用于对各蓄电池组的充、放电时间进行计时，并通过上位机监控模块进行显示。 [0022] 所述信号检测模块采用凌力尔特公司的LTC2943芯片，该芯片集电压、电流和温度测量功能于一身，因此，除采集电压外，还可以采集电流和温度作为辅助判断。上位机监控模块使用C#编写，实时监控显示检测的各个参数，通过通信模块向FPGA发送指令，例如可以修改充电终止电压Ui和放电终止电压Uo，可以设置强制切换选项。FPGA使用Verilog HDL语言来实现计时功能。 [0023] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在： [0024] 1、本发明的方法，可以实现备用蓄电池组的自动切换和远程监控，保证了待供电系统的连续不间断工作，设计操作简单且智能化程度高，避免了人工操作的弊端，适用于对供电电源的品质具有较高要求、并且需要长期不间断供电的应用场合； [0025] 2、本发明的方法和装置尤其适用于等离子体放电诊断系统，避免了等离子体放电环境下无法人工切换的问题。 [0026] 3、本发明使用LTC2493芯片作为信号检测模块，集电压、电流和温度测量功能为一体，提高了集成度，降低了设计难度，提高了抗干扰能力。附图说明 [0027] 图1为本发明一种远程监控的备用蓄电池组自切换方法的流程图； [0028] 图2为本发明一种远程监控的备用蓄电池组自切换装置的结构图； [0029] 图3为本发明一种远程监控的备用蓄电池组自切换装置中信号检测模块的示意图。具体实施方式 [0030] 本实施例以等离子体放电诊断系统中的光电检测系统作为待供电系统，光电检测系统的正常工作需要正负工作电压，本实施例以提供正相工作电压的蓄电池组为例，详细介绍本发明的远程监控的备用蓄电池组自切换方法，如图1所示： [0031] 1)为光电检测系统设置三组用于供正电的蓄电池组，分别为A组、B组、C组；设定蓄电池组的充电终止电压Ui和放电终止电压Uo；放电终止电压Uo不低于待供电系统的正常工作电压。例如，本实施例中，光电检测系统的工作电压为10～15V，则设置Uo为10.5V。 [0032] 2)选通的蓄电池组为光电检测系统进行供电，实时对比蓄电池组放电电压U和设定的放电终止电压Uo：若U≥Uo，继续放电；若U [0033] 3)检测等离子体放电参考信号的电平状态，若为低电平，说明等离子体没有放电，可进行备用蓄电池组的切换，进入步骤4)；若为高电平，说明等离子体正在放电，不能进行备用蓄电池组的切换，继续实时检测等离子体放电参考信号的电平状态，直至为低电平，进入步骤4)； [0034] 4)采集各蓄电池组的电压UA、UB和UC，比较UA、UB和UC，选通电压最高的蓄电池组，返回步骤2；同时对已放电结束的蓄电池组进行充电，入步骤5)； [0035] 具体的，比较UA、UB和UC，选通电压最高的蓄电池组的方法为：首先将UA与UB和UC进行比较：若UA≥UB且UA≥UC，则A组蓄电池电压最高，选通A组蓄电池； [0036] 否则，再比较UB和UC：若UB≥UC，则B组蓄电池电压最高，选通B组蓄电池；若UB＜UC，则C组蓄电池电压最高，选通C组蓄电池。 [0037] 5)对蓄电池组进行充电，实时对比蓄电池组充电电压U和设定的充电终止电压Ui；若U [0038] 光电检测系统是将等离子体放电过程中的光信号转换成电信号，实现信号的检测。若在等离子放电过程中，对光电检测系统的蓄电池组进行切换，而切换过程会有时间间隔，在该间隔期间系统无法工作，从而会影响信号检测的完整度。因此，在等离子放电过程中，不进行切换。 [0039] 如图2所示，用于上述自切换方法的备用蓄电池组自切换装置包括信号检测模块、FPGA、放电选通模块、充电选通模块、通信模块和上位机监控模块； [0040] 信号检测模块用于实时采集各蓄电池组的电压，具体可采用凌力尔特公司的LTC2943芯片，其集电压、电流和温度测量功能于一身，可以同时检测电流和温度作为辅助参考。其内部集成库仑计数器、14位ADC、温度传感器、I2C/SMBus 接口以及众多寄存器，可检测的电压范围从3.6V到20V。如图3所示，LTC2943内部的库仑计数器通过一个电流感应电阻RSENSE积分得到蓄电池组的输出电流；SENSE-引脚连接RSENSE的一端，即蓄电池组的正极，用来检测蓄电池输出电压；SENSE+引脚连接RSENSE的另一端并和光电检测系统连接；内部温度传感器测量充放电温度。测量得到的电压、电流和温度经ADC转换，存储在一个16位的内部寄存器中，FPGA通过连接SDA引脚获取存储的数据。 [0041] FPGA作为总控制器，用于对获取到的各蓄电池组的电压进行比较，产生充放电指令，控制放电选通模块和充电选通模块选择相应的蓄电池组进行充放电，实现蓄电池组的自切换功能； [0042] 放电选通模块用于根据FPGA的指令，选择相应的蓄电池组进行放电；充电选通模块用于根据FPGA的指令，选择相应的蓄电池组进行充电。充、电选通模块由继电器组成，继电器的输入信号来自FPGA输出的充放电指令，根据指令继电器动作，选择蓄电池组放电或充电。 [0043] FPGA还用于通过通信模块和上位机监控模块进行数据交换，将各蓄电池组的电压、工作状态通过上位机监控模块进行显示；同时，接收并解析来自上位机监控模块的指令，根据指令内容发出对应的控制命令。 [0044] FPGA也用于对各蓄电池组的充、放电时间进行计时，并通过上位机监控模块进行显示，便于观察和记录。 [0045] 通信模块用于连接FPGA和上位机监控模块，提供数据传输通道。通信模块可采用TCP/IP协议，连接FPGA和上位机监控模块，FPGA通过通信模块将采集到的一些参数传输给上位机监控模块，显示在上位机监控模块的监控界面，同时用户在上位机监控模块修改的一些参数也会传输给FPGA，这就更好地为人机互动提供了方便，实现了远程控制功能。 [0046] 上位机监控模块用于显示数据，还用于通过通信模块向FPGA发送指令。上位机监控模块可以使用C#编写，实时显示各蓄电池组的电压、电流、温度和充放电时间，提供蓄电池组充电终止电压Ui和放电终止电压Uo的修改功能，并设置强制切换的选项。 [0047] 以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或者替换，这些等同的变换或者替换均包含在本申请的范围内。

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