CN105514515A - 一种锂电池组智能监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池组智能监测系统。它包括协调器和设置在锂电池组上的电池监控装置，电池监控装置包括电池管理控制模块、单体电池电压采集接口、开关模块、正极接线端子、负极接线端子、报警模块、微控制器、射频收发模块和水浸传感器，正极接线端子与锂电池组正极电连接，负极接线端子通过开关模块与锂电池组负极电连接，锂电池组内的单体电池通过单体电池电压采集接口与电池管理控制模块电连接，微控制器分别与电池管理控制模块、报警模块、射频收发模块和水浸传感器电连接。本发明能够监控锂电池组的状态，当锂电池组出现故障时，能够及时发出报警提醒用户及时处理，减小仓库等锂电池组密集存放区域的安全隐患。

Description

一种锂电池组智能监测系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂电池组智能监测系统。
背景技术
电能作为现在应用的重要能源，在社会生活中越来越发挥其不可代替的作用。目前的应用情况是不论是不可再生能源的化石能源还是可再生的太阳能风能等最终都是转化为电能应用在人类的生活领域。而电能的最大缺点是可存储性不好，目前对电能的存储于应用在锂电池上应用比较广泛，锂电池对电能的单位密度存储与其他的存储相比有无可比拟的优势，特别是在移动电能应用领域。
但锂电池也有其令人惊骇的一面。锂电池的过冲，短路起火现象让一些消费者对其驱而避之。特别是在锂电池仓库、车库和生产操作车间这些地方，这些地方的锂电池一旦发生起火或轻微的爆炸情况就会对周围的锂电池产生影响，牵一发而动全身。针对锂电池使用安全的问题，开发者们开发出了锂电池组保护系统，能实时的检测锂电池组的电池电压，在短路或过充时能控制切断回路，达到切断输出输入的目的。现实的情况是，弱电控制的保护系统在强大的放电电流面前是相当的脆弱，很多时候锂电池组是在发生过充或短路时没有被保护电路保护掉的，而现有的锂电池组也不能发出报警。
发明内容
本发明的目的是克服现有锂电池组在出现故障时，不能及时发出报警，在仓库等锂电池组密集存放区域安全隐患较大的技术问题，提供了一种锂电池组智能监测系统，其能够监控锂电池组的状态，当锂电池组出现故障时，能够及时发出报警提醒用户及时处理，减小仓库等锂电池组密集存放区域的安全隐患。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种锂电池组智能监测系统，包括协调器和设置在锂电池组上的电池监控装置，所述电池监控装置包括电池管理控制模块、单体电池电压采集接口、开关模块、正极接线端子、负极接线端子、报警模块、微控制器、射频收发模块和设置在锂电池组内的水浸传感器，所述正极接线端子与锂电池组正极电连接，所述负极接线端子通过开关模块与锂电池组负极电连接，所述锂电池组内的单体电池通过单体电池电压采集接口与电池管理控制模块电连接，所述微控制器分别与电池管理控制模块、报警模块、射频收发模块和水浸传感器电连接，所述开关模块的控制端与电池管理控制器模块和微控制器电连接，所述射频收发模块通过射频网络与协调器无线连接，所述协调器连接互联网。
在本技术方案中，将协调器设置在仓库、车库、生产车间等锂电池组密集存放的区域，锂电池组内的微控制器与射频收发模块配合实现终端和路由器的功能，锂电池组与周围的其他锂电池组能够相互通信和转发数据，协调器与其周围的锂电池组构建成一个蜂窝网络，锂电池组将自身数据发送到协调器，协调器将这些数据通过互联网发送到用户的监控终端或云端。协调器是蜂窝网络的核心，它给每一个加入蜂窝网络的锂电池组分配网络地址，组建网络允许和阻止其他终端入网，同时能负责蜂窝网络数据的汇集处理，并将数据通过互联网发送到用户的监控终端或云端。
电池管理控制模块通过单体电池电压采集接口采集锂电池组内每个单体电池的电压，并将其发送到微控制器。当有1个或1个以上单体电池电压大于上限值K1或低于下限值K2时，电池管理控制模块控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，防止锂电池组过充或过放；当有1个或1个以上单体电池电压大于上限值K3或低于下限值K4时，K3＞K1，K4＜K2，微控制器控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，同时控制报警模块发出报警；当有1个或1个以上单体电池电压大于上限值K5或低于下限值K6时，K5＞K3＞K1，K6＜K4＜K2，微控制器通过射频收发模块向周围发出报警信息，协调器接收到该报警信息，或周围其它锂电池组接收到该报警信息并将其转发到协调器，协调器将该报警信息通过互联网发送到用户的监控终端或云端，提醒用户开关模块可能故障失效，需及时检查锂电池组，消除安全隐患。
当水浸传感器检测到锂电池组浸水时，微控制器控制报警模块发出报警，同时通过射频收发模块向周围发出报警信息，协调器将该报警信息通过互联网发送到用户的监控终端或云端，提醒用户开关模块可能故障失效，需及时检查锂电池组，消除安全隐患。
作为优选，所述电池监控装置还包括电流传感器，所述电流传感器串接于开关模块和负极接线端子之间，所述电流传感器的数据输出端与微控制器电连接。
作为优选，所述电池监控装置还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与微控制器电连接。电池监控装置通过蓝牙模块与用户的智能手机通信，用户可在智能手机上查看锂电池组的状态信息。
作为优选，所述电池监控装置还包括设置在锂电池组内的电解液气体传感器，所述电解液气体传感器与微控制器电连接。电解液气体传感器检测锂电池组内是否有锂电池电解液挥发气体，如果检测到则表明锂电池组出现电解液泄露。
作为优选，所述电池监控装置还包括检测锂电池组温度的温度传感器，所述温度传感器与微控制器电连接。
作为优选，所述电池监控装置还包括设置在锂电池组上的烟雾传感器，所述烟雾传感器与微控制器电连接。烟雾传感器检测烟雾浓度，当烟雾浓度大于设定值时，微控制器判断锂电池组着火或锂电池组周围着火，控制报警模块发出报警，发送报警信息到协调器。
作为优选，所述射频收发模块为ZigBee模块，协调器与其周围的锂电池组构建成一个ZigBee蜂窝网络。
作为优选，所述开关模块包括第一N-MOS管和第二N-MOS管，所述锂电池组负极与第一N-MOS管的S极电连接，第一N-MOS管的D极与第二N-MOS管的D极电连接，第二N-MOS管的S极与电流传感器一端电连接，电流传感器另一端与负极接线端子电连接，第一N-MOS管的G极与电池管理控制器模块和微控制器电连接，第二N-MOS管的G极与电池管理控制器模块和微控制器电连接。当锂电池组过充电时，控制第二N-MOS管断开；当锂电池组过放电时，控制第一N-MOS管断开。
本发明的实质性效果是：能够监控锂电池组的状态，当锂电池组出现故障时，能够及时发出报警提醒用户及时处理，避免仓库、车库等锂电池组密集存放区域内的一个锂电池组故障而引起周围锂电池组也发生事故，减小安全隐患，控制事故的范围。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理连接框图；
图2是电池监控装置的一种电路原理连接框图。
图中：1、协调器，2、锂电池组，3、电池管理控制模块，4、单体电池电压采集接口，5、开关模块，6、正极接线端子，7、负极接线端子，8、报警模块，9、微控制器，10、射频收发模块，11、电流传感器，12、存储单元，13、电解液气体传感器，14、温度传感器，15、水浸传感器，16、烟雾传感器，17、蓝牙模块，18、第一N-MOS管，19、第二N-MOS管。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种锂电池组智能监测系统，如图1、图2所示，包括协调器1和设置在锂电池组2上的电池监控装置，电池监控装置包括电池管理控制模块3、单体电池电压采集接口4、开关模块5、正极接线端子6、负极接线端子7、报警模块8、微控制器9、射频收发模块10、电流传感器11、存储单元12、蓝牙模块17、检测锂电池组温度的温度传感器14、设置在锂电池组上的烟雾传感器16以及设置在锂电池组内的电解液气体传感器13和水浸传感器15，正极接线端子6与锂电池组2正极电连接，负极接线端子7通过电流传感器11与开关模块5一端电连接，开关模块5另一端与锂电池组2负极电连接，锂电池组2内的单体电池通过单体电池电压采集接口4与电池管理控制模块3电连接，微控制器9分别与电池管理控制模块3、报警模块8、射频收发模块10、电流传感器11、存储单元12、电解液气体传感器13、温度传感器14、水浸传感器15、烟雾传感器16和蓝牙模块17电连接，开关模块5的控制端与电池管理控制器模块3和微控制器9电连接，射频收发模块10通过射频网络与协调器1无线连接，协调器1连接互联网。
报警模块8包括蜂鸣器和若干个指示灯。射频收发模块10为ZigBee模块，协调器1与其周围的锂电池组2构建成一个ZigBee蜂窝网络。电解液气体传感器检测锂电池组内是否有锂电池电解液挥发气体，如果检测到则表明锂电池组出现电解液泄露；温度传感器检测锂电池组温度；水浸传感器检测锂电池组是否浸水；烟雾传感器检测烟雾浓度。
将协调器设置在仓库、车库、生产车间等锂电池组密集存放的区域，锂电池组内的微控制器与射频收发模块配合实现终端和路由器的功能，锂电池组与周围的其他锂电池组能够相互通信和转发数据，协调器与其周围的锂电池组构建成一个ZigBee蜂窝网络，锂电池组将自身数据发送到协调器，协调器将这些数据通过互联网发送到用户的监控终端或云端。协调器是蜂窝网络的核心，它给每一个加入蜂窝网络的锂电池组分配网络地址，组建网络允许和阻止其他终端入网，同时能负责蜂窝网络数据的汇集处理，并将数据通过互联网发送到用户的监控终端或云端。有些锂电池组因为距离远而不能将数据直接传到协调器上，周围的锂电池组此时成为一个中转站起到路由功能，将距离远的锂电池的数据转发到协调器上。
电池管理控制模块通过单体电池电压采集接口采集锂电池组内每个单体电池的电压，并将其发送到微控制器。当有1个或1个以上单体电池电压大于上限值K1或低于下限值K2时，电池管理控制模块控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，防止锂电池组过充或过放；当有1个或1个以上单体电池电压大于上限值K3或低于下限值K4时，K3＞K1，K4＜K2，微控制器控制开关模块断开，锂电池组停止充放电，同时控制报警模块发出报警；当有1个或1个以上单体电池电压大于上限值K5或低于下限值K6时，K5＞K3＞K1，K6＜K4＜K2，微控制器通过射频收发模块向周围发出报警信息，协调器接收到该报警信息，或周围其它锂电池组接收到该报警信息并将其转发到协调器，协调器将该报警信息通过互联网发送到用户的监控终端或云端，提醒用户开关模块可能故障失效，需及时检查锂电池组，消除安全隐患。
当电解液气体传感器检测到锂电池组内有锂电池电解液挥发气体或温度传感器检测的温度值超过设定值或水浸传感器检测到锂电池组浸水时，微控制器控制报警模块发出报警，同时通过射频收发模块向周围发出报警信息，协调器将该报警信息通过互联网发送到用户的监控终端或云端，提醒用户开关模块可能故障失效，需及时检查锂电池组，消除安全隐患。
当烟雾传感器检测到烟雾浓度大于设定值，微控制器判断锂电池组着火或锂电池组周围着火，微控制器控制报警模块发出报警，同时通过射频收发模块向周围发出报警信息，协调器将该报警信息通过互联网发送到用户的监控终端或云端，周围其它锂电池组接收到该报警信息后也发出报警，引起人们注意。
存储单元用于存储电池监控装置检测到的锂电池组数据。电池监控装置通过蓝牙模块与用户的智能手机通信，用户可在智能手机上查看锂电池组的状态信息。
开关模块5包括第一N-MOS管18和第二N-MOS管19，锂电池组负极与第一N-MOS管的S极电连接，第一N-MOS管18的D极与第二N-MOS管19的D极电连接，第二N-MOS管19的S极与电流传感器11一端电连接，电流传感器11另一端与负极接线端子7电连接，第一N-MOS管18的G极与电池管理控制器模块3和微控制器9电连接，第二N-MOS管19的G极与电池管理控制器模块3和微控制器9电连接。当锂电池组过充电时，控制第二N-MOS管断开；当锂电池组过放电时，控制第一N-MOS管断开。

Claims (8)

1.一种锂电池组智能监测系统，其特征在于：包括协调器（1）和设置在锂电池组（2）上的电池监控装置，所述电池监控装置包括电池管理控制模块（3）、单体电池电压采集接口（4）、开关模块（5）、正极接线端子（6）、负极接线端子（7）、报警模块（8）、微控制器（9）、射频收发模块（10）和设置在锂电池组内的水浸传感器（15），所述正极接线端子（6）与锂电池组（2）正极电连接，所述负极接线端子（7）通过开关模块（5）与锂电池组（2）负极电连接，所述锂电池组（2）内的单体电池通过单体电池电压采集接口（4）与电池管理控制模块（3）电连接，所述微控制器（9）分别与电池管理控制模块（3）、报警模块（8）、射频收发模块（10）和水浸传感器（15）电连接，所述开关模块（5）的控制端与电池管理控制器模块（3）和微控制器（9）电连接，所述射频收发模块（10）通过射频网络与协调器（1）无线连接，所述协调器（1）连接互联网。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池组智能监测系统，其特征在于：所述电池监控装置还包括电流传感器（11），所述电流传感器（11）串接于开关模块（5）和负极接线端子（7）之间，所述电流传感器（11）的数据输出端与微控制器（9）电连接。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池组智能监测系统，其特征在于：所述电池监控装置还包括蓝牙模块（17），所述蓝牙模块（17）与微控制器（9）电连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种锂电池组智能监测系统，其特征在于：所述电池监控装置还包括设置在锂电池组内的电解液气体传感器（13），所述电解液气体传感器（13）与微控制器（9）电连接。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种锂电池组智能监测系统，其特征在于：所述电池监控装置还包括检测锂电池组温度的温度传感器（14），所述温度传感器（14）与微控制器（9）电连接。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种锂电池组智能监测系统，其特征在于：所述电池监控装置还包括设置在锂电池组上的烟雾传感器（16），所述烟雾传感器（16）与微控制器（9）电连接。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种锂电池组智能监测系统，其特征在于：所述射频收发模块（10）为ZigBee模块，协调器（1）与其周围的锂电池组构建成一个ZigBee蜂窝网络。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种锂电池组智能监测系统，其特征在于：所述开关模块（5）包括第一N-MOS管（18）和第二N-MOS管（19），所述锂电池组（2）负极与第一N-MOS管（18）的S极电连接，第一N-MOS管（18）的D极与第二N-MOS管（19）的D极电连接，第二N-MOS管（19）的S极与电流传感器（11）一端电连接，电流传感器（11）另一端与负极接线端子（7）电连接，第一N-MOS管（18）的G极与电池管理控制器模块（3）和微控制器（9）电连接，第二N-MOS管（19）的G极与电池管理控制器模块（3）和微控制器（9）电连接。
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