一种液流电池模拟量检测电路和检测方法与流程

1.本发明属于工业控制领域，具体涉及一种液流电池的检测电路及检测方法。


背景技术：

2.氧化还原液流电池是一种电极活性物质均为液体的电池，容量可调，可以组装成极大规模的储能装置而没有产生枝晶、短路之类的危险，安全性好；所以被认为是在风电和太阳能领域极有前景的储能设备。
3.对液流电池的实时检测内容包括电流、电压、电解液流量、电池内部温度、环境温度等。其中电压和电流模拟量检测目前常采用的采集电路是单纯的分压电路，把电流信号/电压信号转换后连接到a/d转换模块，a/d转换模块把电压信号转换为数字信号传给单片机，单片机根据a/d芯片提供的数字信号值来计算出模拟量输入信号的值。例如专利cn200810125568.0所公开的电压检测电路，用以检测电源的电压，包括微控制单元、升压电路以及多个分压电阻，而微控制单元包括通用输入/输出端口以及控制输入/输出端口。
4.液流电池可以采用改变电解液体积的方式灵活改变容量，但随着容量规模的加大，其电压和电流也出现比较大的波动范围。而常规的分压电路存在两个问题：(1)模拟量采集输入端没有保护电路，干扰电压有击穿电路的危险。(2)单片机需要通过读取a/d转换芯片的数据才能计算出模拟量输入信号的值，中间多了一个环节，降低了采集的速率。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种液流电池模拟量检测电，进行电流信号和电压信号的采集。本电路可以应用于铁铬液流电池系统电压和电流两种模拟量的检测，为电池的控制提供精确的检测数据。
6.本发明的第二个目的是提出一种液流电池模拟量检测方法。
7.实现本发明上述目的的技术方案为：
8.一种液流电池模拟量检测电路，连接于电池的电极，包括模拟量输入端、输入保护电路、运算放大器、单片机保护电路，
9.所述模拟量输入端包括正极端口和负极端口，分别连接于电池的正极和负极；
10.所述输入保护电路位于模拟量输入端和运算放大器之间，所述运算放大器的同相输入端连接所述输入保护电路；
11.所述运算放大器的输出端连接所述单片机保护电路。
12.本检测电路中，运算放大连接成同相输入(射级跟随器方式)，使其对被测对象呈现极高的阻抗，对后级又有足够的驱动能力。
13.本电路连接的电池，可以是单片的电池，也可以是多个单片电池的组合；多个单片电池可采用并联、串联或者串并联混合的方式构成电堆，检测电路既可以从个单片电池的电极采集电压/电流信号，也可以从电堆的端电极上采集电压/电流信号。
14.进一步地，所述模拟量输入端的正极端口和负极端口之间连接有标准采样电阻。
15.其中，所述输入保护电路包括第二电阻、第二稳压二极管和第一电容，第二电阻、第二稳压二极管均并联于所述运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的同相输入端通过第一电容接地。
16.其中，所述单片机保护电路(mcu保护电路)包括第一电阻和第一稳压二极管，所述运算放大器的输出端与第一电阻相连；经过第一电阻连接到单片机的ad引脚，所述第一稳压二极管一端与所述单片机的ad引脚连接，另一端接地。
17.其中，所述标准采样电阻在所述正极端口和负极端口之间的连接方式为焊接，和/或
18.在连接的线路上设置有切换开关；
19.优选地，所述标准采样电阻的阻值为120～165欧姆。
20.因为单片机ad口最大检测电压为3.3伏，标准采样电阻的阻值大于165ω将没有意义。
21.优选地，所述第二稳压二极管的稳压范围为7.7～8.7v。
22.第二电阻和第二稳压二极管构成输入保护电路，当输入电压高于8v时被d2强制嵌位在8v，从而保护了后级电路不被损伤。
23.第一电阻和第一稳压二极管构成单片机输入保护电路，当输入电压高于3.3v时被第一稳压二极管强制嵌位在3.3v，从而保护了单片机引脚不被高电压击穿。
24.更优选地，所述第一稳压二极管的稳压范围为3.3～3.5v。
25.其中，所述运算放大器为双运算放大器。
26.一种液流电池模拟量检测方法，使用所述的模拟量检测电路，包括：
27.将所述模拟量输入端连接于电池的电极，
28.输入的信号经过输入保护电路输入到运算放大器，所述输入保护电路控制电压不超过8.7v；
29.所述运算放大器的输出信号经过单片机保护电路输送到单片机，所述单片机保护电路控制电压不超过3.5v。
30.进一步地，当输入的模拟量是电流信号，则接入所述的标准电阻；
31.当输入的模拟量是电压信号，则断开所述的标准电阻。
32.铁铬液流电池的单片电池的电压范围0～1.2v。本电压信号的检测功能用在单片电池的电压检测上。
33.本发明的有益效果在于：
34.本发明提出的液流电池模拟量检测电路和检测方法，提升了模拟量检测电路的安全性和时效性。
35.本模拟量检测电路，(1)在模拟量采集电路的输入端增加保护电路。(2)去掉a/d转换模块，选择具有a/d转换功能的单片机，提高了单片机采集模拟量的速率。(3)通过对标准电阻的切换，实现了电流信号和电压信号切换检测。
附图说明
36.图1为本发明液流电池模拟量检测电路的流程图。
37.图2为本发明实施例1的模拟量检测电路图。
38.图3为本发明实施例4的模拟量检测电路图。
具体实施方式
39.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或者通讯连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.实施例1
42.参见图1和图2，本实施例提供一种液流电池模拟量检测电路，连接于电池的电极，其特征在于，包括模拟量输入端、输入保护电路、运算放大器、单片机保护电路，
43.所述模拟量输入端包括正极端口和负极端口，分别连接于电池的正极和负极；
44.所述输入保护电路位于模拟量输入端和运算放大器之间，所述运算放大器的同相输入端连接所述输入保护电路；
45.所述运算放大器的输出端连接所述单片机保护电路。
46.其中，所述模拟量输入端的正极端口和负极端口之间连接有标准采样电阻r4，所述标准采样电阻在所述正极端口和负极端口之间的连接方式为焊接，在连接的线路上设置有切换开关sw0，r4阻值为150ω。
47.所述输入保护电路包括电阻r2、稳压二极管d2和电容c1，电阻r2、稳压二极管d2均并联于所述运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的同相输入端通过第一电容c1接地。本实施例中，r2的阻值为1kω，d2的稳压值为8v，c1为100nf。
48.所述单片机保护电路(mcu保护电路)包括电阻r1和稳压二极管d1，所述运算放大器的输出端lm358的输出端与电阻r1相连；经过第一电阻r1限流连接到单片机的ad引脚，所述第一稳压二极管一端与所述单片机的ad引脚连接，另一端接地。
49.本实施例中，所述稳压二极管d1的稳压范围为3.3v。
50.所述运算放大器为双运算放大器lm358。
51.本发明公开了一种模拟量检测电路，包括用于ad转换和数据计算的单片机，与mcu(microcontroller unit，单片机)保护电路和上位机相连，单片机通过ad转换功能把模拟量转换为数字信号，并通过算法转换为实际值，把实际值上传给上位机进行显示和控制；用于隔离干扰信号的mcu保护电路，稳压二极管构成输入保护电路，当电压大于3.3v时被嵌位在3.3v。用于提高驱动能力的阻抗变换电路，运算放大器连接成同相输入(射级跟随器方式)，使其对被测对象呈现极高的阻抗，对后级又有足够的驱动能力；用于保护输入电路的输入保护电路，稳压二极管构成输入保护电路，当输入电压高于8v时被强制嵌位在8v，从而保护了后级电路不被损伤。
52.实施例2
53.本实施例还提供一种液流电池模拟量检测方法，使用实施例1的模拟量检测电路，包括：
54.将所述模拟量输入端连接于电池的电极，
55.输入的信号经过输入保护电路输入到运算放大器，所述输入保护电路控制电压不超过8v；
56.所述运算放大器的输出信号经过单片机保护电路输送到单片机，所述单片机保护电路控制电压不超过3.5v。
57.本实施例中，输入的信号源为铁铬液流电池的电压信号，则断开切换开关去掉150欧标准采样电阻r4；电压信号经过r2电阻限流后连接到lm358的正输入端，lm358连接成同相输入的射级跟随器方式，lm358的输出端与电阻r1相连；经过r1限流连接到单片机ad引脚，单片机对读取到的电压信号进行ad转换和运算，并把运算的真实采集值传输给上位机。
58.实施例3
59.本实施例提供一种液流电池模拟量检测方法，使用实施例1的模拟量检测电路，包括：
60.将所述模拟量输入端连接于电池的电极，
61.输入的信号经过输入保护电路输入到运算放大器，所述输入保护电路控制电压不超过8v；
62.所述运算放大器的输出信号经过单片机保护电路输送到单片机，所述单片机保护电路控制电压不超过3.5v。
63.本实施例中，输入的信号源为铁铬液流电池的电流信号，接入150欧标准采样电阻r4，把4-20ma的电流信号经过采样电阻r4转换为0.6v～3v的电压信号；电压信号经过r2电阻限流后连接到lm358的同相输入端，lm358连接成同相输入的射级跟随器方式，lm358的输出端与电阻r1相连；经过r1限流连接到单片机ad引脚，单片机对读取到的电压信号进行ad转换和运算，并把运算的真实采集值传输给上位机。
64.实施例4
65.本实施例提供一种液流电池模拟量检测电路，连接于电池的电极，其特征在于，包括模拟量输入端、输入保护电路、运算放大器、单片机保护电路，
66.所述模拟量输入端包括正极端口和负极端口，分别连接于电池的正极和负极；
67.所述输入保护电路位于模拟量输入端和运算放大器之间，所述运算放大器的同相输入端连接所述输入保护电路；
68.所述运算放大器的输出端连接所述单片机保护电路。
69.其中，所述模拟量输入端的正极端口和负极端口之间连接有标准采样电阻r4，所述标准采样电阻在所述正极端口和负极端口之间的连接方式为焊接，其阻值为150ω(参见图3)。应用中可通过是否焊接电阻r4来实现检测功能的切换。
70.当输入的信号源为铁铬液流电池的电压信号，不焊接接入该标准取样电阻r4；当输入的信号源为铁铬液流电池的电流信号，则接入该150欧标准取样电阻r4。
71.虽然，以上通过实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应了解，在不偏离本发明精神和实质的前提下，对本发明所做的改进和变型，均应属于本发明的保护范围内。