[发明专利]一种阶变电压采集原理的电源检测装置

权利要求书

1.一种阶变电压采集原理的电源检测装置，包括边缘模块（1）和电气单元（2），其特征在于：电气单元（2）主要由自动保护模块（29）、电源升压模块（28）、电气接口插座（21）及印制板电路组成，边缘模块（1）主要由指示灯（11）、电气接口插针（12）、采样模块（13）、微处理器MCU（14）、通信模块（15）、阶变电压模块（16）、恒流控制模块（17）组成，边缘模块（1）和电气单元（2）分别通过电气接口插针（12）和电气接口插座（21）对接插装连接在一起，电气单元（2）上的正极连接电缆（26）通过正极连接压环（27）与后备电池电源正极柱（32）一对一连接固定，电气单元（2）上的负极连接电缆（24）通过负极连接压环（25）与后备电池电源负极柱（31）一对一连接固定，从而构成边缘模块（1）、电气单元（2）对后备电池电源（3）的保护、检测功能，电气单元（2）实现对后备电池电源（3）的保护功能，边缘模块（2）中基于阶变电压采集电路的软硬件实现方法由D/A变换（163）、A/D2变换（162）、A/D1变换（161）、放大器（164）组件和逻辑程序构成，实现对后备电池电源（3）的内阻检测、电压检测功能。

2.按照权利要求1所述阶变电压采集原理的电源检测装置，其特征在于：所述的电气单元（2），尺寸长100mm，宽45mm，高14mm，由PVC绝缘材开模浇筑一次成型，两头分别浇筑嵌压固定了长150mm负极连接电缆（24）和正极连接电缆（26），电缆两头分别压接负极连接压环（25）和正极连接压环（27）后直接连接到后备电池电源（3）的后备电池电源负极柱（31）、后备电池电源正极柱（32），负极连接压环（25）上固定封装了温度传感器（22）用于采集后备电池电源负极柱（31）温度，电缆由多芯铜丝拧绞成股后在外部包揽PVC绝缘材料组成直径10mm的铜缆以更好地弯曲安装方便，电气单元（2）内部集成了电路板、自动保护模块（29）、电气接口插座（21）和电源升压模块（28）自动实现对后备电池电源（3）异常时的自动保护功能，自动保护模块（29）直接连接到备电池电源（3）正负极柱，电源升压模块（28）连接到后备电池电源（3）正负极取电并升压到+5V给自动保护模块（29）供电，同时将+5V电源引到电气接口插座（21）的管脚GND和+5V，同时，后备电池电源（3）的正负极信号也直接引到电气接口插座（21）的管脚V+和V-，电气接口插座（21）与边缘模块（1）的电气接口插针（12）对插连接，电气接口插座（21）管脚自左向右依次定义为V-、GND、+5V、V+。

3.按照权利要求1所述阶变电压采集原理的电源检测装置，其特征在于：所述的边缘模块（1）是整个电源检测装置功能实现的核心，尺寸长100mm，宽45mm，高10mm，和电气单元（2）长宽一致，由PVC绝缘材开模浇筑一次成型，边缘模块（1）底部靠右设置有电气接口插针（12）直接与电气单元（2）电气接口插座（21）上下对应插接，电气接口插针（12）管脚自左向右依次定义为V-、GND、+5V、V+，管脚GND、+5V一对使用来对边缘模块（1）中各模块进行供电，管脚V+、V-一对实现对后备电池电源（3）信号的采集，边缘模块（1）顶部靠右设置有指示灯（11）以显示边缘模块（1）及电源工作状态，边缘模块（1）前面侧部设置有两个RJ45有线通信接口支持RS485串行通信以将边缘模块（1）及电源工作状态远传给其他系统。

4.按照权利要求1所述阶变电压采集原理的电源检测装置，其特征在于：所述的恒流控制模块（17）由恒流源组成，在微处理器MCU（14）控制下输出稳定的直流输出用于内阻测试时使用，所述的通信模块（15），不仅具备RJ45有线通信接口支持RS485串行通信，还支持433MHz无线射频组网通信方式。

5.按照权利要求1所述阶变电压采集原理的电源检测装置，其特征在于：所述的阶变电压模块（16）是边缘模块（1）的核心，主要由A/D1变换（161）、A/D2变换（162）、D/A变换（163）、放大器（164）组成，边缘模块（1）通过电气接口插针（12）经过电气接口插座（21）与后备电池电源（3）的正负极连接引入V+、V-、+5V、GND，其中+5V、GND直接供边缘模块（1）内部微处理器MCU（14）供电，而V+、V-经过电阻R、电容C1、电容C2后直接与A/D1变换（161）和A/D2变换（162）的输入端相连，A/D1变换（161）和A/D2变换（162）的输出端直接连接微处理器MCU（14）进行采样处理，同时微处理器MCU（14）的一个信号输出到D/A变换（163）的输入端，D/A变换（163）的输出端直接与A/D2变换（162）的输入端相连，这样构成一个阶变电压采样电路，实现对后备电池电源（3）电压检测、内阻检测功能；所述的电压检测功能，其特征在于，由A/D1变换（161）实时将后备电池电源（3）的电压进行采集并模数变换后输入到MCU（14）进行计算得出，A/D1变换（161）的精度位24位A/D可保证采样1.5-3V电池电压的精度达到0.001V；所述的内阻检测功能，由微处理器MCU（14）通过采集和控制不同时刻的A/D1变换（161）、A/D2变换（162）、D/A变换（163）以及恒流控制模块（17）来实现，内阻=电压÷电流，我们在系统软硬件实现上采取了两次电流输出差模转共模法和阶变电压采样法来消除测内阻时后备电池电源（3）浮充电压、充电机等的外部干扰影响，以提高内阻测试的准确度、精度和重复度，其实现过程如下，正常时微处理器MCU（14）通过A/D1变换（161）实时采集后备电池电源（3）浮充电压，t1时刻微处理器MCU（14）控制恒流控制模块（17）以i1=3A恒流输出，此时通过A/D1变换（161）采集后备电池电源（3）的电压u1，通过微处理器MCU（14）控制的D/A变换（163）输出电压u1到A/D2变换的输入进行抵消，保证微处理器MCU（14）采集到A/D2变换（162）的电压u2=0，若A/D2变换（162）输出电压u2≠0，要通过调整D/A变换（163）输出电压u1=0时再锁定A/D2变换（162）数值u2=0作为初始电压，t2时刻微处理器MCU（14）控制恒流控制模块（17）以i2=5A恒流输出，此时后备电池电源（3）的跳变电压值u3通过运算放大器（164）放大后送入到A/D2变换（162）精准的采集,此过程即为应用两次电流输出差模转共模法和阶变电压采样法来计算在t1到t2变化过程中后备电池电源（3）的电压突变量来计算其特征参数电压和内阻，后备电池电源（3）的内阻为u3/(i2-i1),由于仅仅采集了变换的阶跃电压值，充分利用了A/D变换器的宽度和精度，很好的采样了阶跃电压的微小突变量，大大提高了采样准确度、精度，保证了内阻测试的重复度。