CN105676142A - 一体化电池、电池系统及电池剩余电量显示方法 - Google Patents

一体化电池、电池系统及电池剩余电量显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一体化电池、电池系统及剩余电量的显示方法，其中一体化电池包括蓄电池和实时监测模块，所述蓄电池和实时监测模块封装在壳体内形成一个整体，所述壳体表面设有正、负极引脚，所述蓄电池的正、负极端子分别与壳体的正、负极引脚连接，所述实时监测模块与所述正、负极引脚连接，对蓄电池的参数进行检测及控制。本发明将实时监控模块完全内置于电池中，在不更改电池组连接方式的前提下，减少了外置连接线对测量精度的干扰，实现了对电池参数更高精度的实时监测，同时，又增加了模块电池配组结构的灵活性。

Description

一体化电池、电池系统及电池剩余电量显示方法
技术领域
本发明涉及蓄电池系统，尤其涉及一种一体化电池，基于大数据-云计算平台技术的一体式电池的电池系统，及电池剩余电量的显示方法。
背景技术
蓄电池在各行各业中应用广泛，但是由于蓄电池的生产设计过程中，往往工程师会根据实际需求情况对电池的工艺进行微调，也正因为这样，使得蓄电池设计生产的制程过程无法达到现今自动化生产的要求，使之成为了蓄电池自动化生产的一个阻碍。
所以，为了迎合现今自动化生产的要求，蓄电池领域出现了一种与锂电池技术相类似的铅酸蓄电池模块电池技术；这种技术只需要对模块电池单体设计进行规范、固定的工艺设定，就能从根本上解决了自动化生产的要求，并能根据实际需求装配成所需容量、电压的电池产品。
但是由于市面上模块电池自身所必需的监测单元都是外接式的，在实际电池运用中，往往会导致安装、拆卸不便或者外界因素对检测精度的影响等等问题；而且，在模块电池的普及和研发过程中，监测单元对于电池剩余容量的计算始终是个大问题，原因在于剩余电量算法的精确度越高，监测单元的制造成本越高。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术的问题，提出一种一体化电池，包括蓄电池和实时监测模块，所述蓄电池和实时监测模块封装在壳体内形成一个整体，所述壳体表面设有正、负极引脚，所述蓄电池的正、负极端子分别与壳体的正、负极引脚连接，所述实时监测模块与所述正、负极引脚连接，对蓄电池的参数进行检测及控制。
本发明还提出了一种电池系统，包括若干个本发明中的一体化电池，以及与所述一体化电池通讯的云计算平台；
所述一体化电池的实时监测模块记录电池的各参数与对应的剩余电量的值，并发送给云计算平台，或者向云计算平台发出查询剩余电量的请求，并接收云计算平台返回的剩余电量的值进行显示；
所述云计算平台获取一体化电池的各参数及对应的剩余电量的值，存储为各个一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表；或者接收一体化电池发出的请求，进行检索对比，找到该一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表，或者是与该一体化电池最接近的各参数与剩余电量的关系表，返回剩余电量的值。
本发明还提出了一种基于本发明的电池系统的电池剩余电量显示方法，包括如下步骤：
步骤1：一体化电池的实时监测模块通过微处理芯片发送剩余电量查询指令，所述无线通信单元向云计算平台传输所述一体化电池的IP及内阻的值；
步骤2：所述云计算平台判断该一体化电池是否有已存储的各参数与剩余电量的关系表，若存在则执行步骤3，若不存在则执行步骤5；
步骤3：所述云计算平台判断该一体化电池的各参数与剩余电量的关系表中，是否存在当前内阻对应的剩余电量的值，若存在则执行步骤4，若不存在则执行步骤5；
步骤4：所述云计算平台将该IP及内阻对应的剩余电量的值返回给一体化电池，所述一体化电池显示剩余电量；
步骤5：所述云计算平台判断是否需要采集该一体化电池的各参数与剩余电量的关系表，若不需要则执行步骤6，若需要则执行步骤7；
步骤6：所述云计算平台查找与该一体化电池最接近的各参数与剩余电量的关系表，将该各参数与剩余电量的关系表中当前的内阻对应剩余电量的值返回给一体化电池，所述一体化电池显示剩余电量；
步骤7：所述云计算平台向一体化电池发出检测命令，所述一体化电池的实时监测模块对蓄电池的各参数及其对应的剩余电量的值进行检测、记录，并将记录的结果发送给云计算平台，所述云计算平台更新该一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表。
本发明的一体化电池功耗低、安全可靠，抗干扰能力强，具有极佳的推广应用前景。而且，在模块电池组装过程中，外置的实时监测模块会给安装带来很大的难度，也给结构的设计带来了很大的限制，而一体化电池单体就从根本上地避免了这个问题，极大地提高了模块电池外型结构和连接方式的灵活性。而且，所述监测单元是可拆卸替换的，它所包含的数据采集及远程传输功能，可根据实际需求及应用技术更替情况，进行对应的软件或硬件方面的升级和优化。
附图说明
图1是本发明的外观示意图；
图2是本发明的电路框图；
图3是本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，详细说明本发明的结构及原理。
如图1所示，本发明一实施例提供的一体化电池是将实时监测模块2内置，与蓄电池（图中未示出）一起放在壳体1内形23成一个整体，壳体1上设有正极引脚11和负极引脚12，外界可以通过正、负极引脚来与一体化电池连接。这种结构使得本发明在不更改电池系统中电池组连接方式的前提下，减少了外置连接线对单个电池测量精度的干扰，实现了对单个电池的参数更高精度的实时监测，便于及时发现将会出现故障的电池，避免因电源故障造成的损失。
在该壳体1内，存放蓄电池和存放实时监测模块2的单格是分开的，使蓄电池和实时监测模块2之间隔离，防止电池内部酸环境对实时监测模块2的影响。蓄电池的正、负极端子分别与壳体的正、负极引脚连接，实时监测模块2通过2条连接线与正、负极引脚分别连接。本发明的蓄电池为铅酸蓄电池。
如图2所示，在本发明中，实时监测模块是可拆卸更换的，该实时监测模块包括内阻监测单元、电压监测单元、温度监测单元、微处理芯片、充电控制电路和无线通信单元等。内阻监测单元、电压监测单元、温度监测单元与微处理芯片相连接，微处理芯片通过充电控制电路对电池进行充电，然后各个一体化电池的微处理芯片还通过无线通信单元与远程的云计算平台进行通讯。
其中，内阻监测单元包括恒流源、滤波电路、整流电路、A/D转换电路和鉴相器。本发明的一体化电池的实时监测模块还包括剩余电量指示灯，剩余电量指示灯能够实时显示蓄电池的剩余电量，方便用户观察使用。
本发明在上述一体化电池的基础上，还可以进一步构建电池系统，该电池系统含有由若干个一体化电池组成的电池组，以及与各电池组进行通讯的云计算平台。
每个一体化电池都会被分配一个IP地址，在每个一体化电池的测量数据通过微处理芯片进行数模转换之后，并通过无线通信单元传输给云计算平台，并储存在云计算平台内，随着前期数据采集的积累和外界数据的收集积累，当累计足够巨量的电池信息数据时，基于大数据理念的云计算平台得以成型。在以后测试电池时，就可通过微处理芯片发送剩余电量查询指令，向云计算平台传输内阻信息，查询云计算平台中与之对应的电池剩余容量信息，得出其剩余电量值。微处理芯片获取来自云计算平台的反馈信息，并通过剩余电量显示灯将其显示出来。
也就是说，一体化电池的实时监测模块记录电池的各参数及对应的剩余电量的值，并发送给云计算平台，或者向云计算平台发出查询剩余电量的请求，并接收云计算平台返回的剩余电量的值进行显示。一体化电池的各参数包括：实时的电压、电流、温度、内阻。
云计算平台获取一体化电池不同的剩余电量对应的各参数的值，存储为各个一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表；或者接收一体化电池发出的请求，进行检索对比，找到该一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表，或者是与该一体化电池最接近的各参数与剩余电量的关系表，返回剩余电量的值。
下面进行简单的举例来对云计算平台查找最接近的关系表来进行说明。实际上云计算平台的数据量可能比本例大得多，其具体的值也与本例存在偏差。
假设云计算平台已经采集了1000个一体化电池的各参数与剩余电量的关系表。这1000个关系表中，内阻的值均为5，而剩余电量的情况是：50%的有109个，51%的有439个，52%的有67个，53%的有89个，54%的有54个，55%的有61个，56%的有31个，57%的有43个，58%的有12个，59%的有76个，60%的有19个。
当一个新的一体化电池，即在云计算平台中不存在任何关系表的一体化电池，其实时监测模块检测到当前的内阻的值为5，并向云计算平台发出了查询剩余电量的请求，此时云计算平台将返回给该一体化电池其剩余电量为51%，随着云计算平台的数量不断为完善，被采集的一体化电池的数据基数越大，云计算平台根据内阻对于电池的剩余电量的识别也就越准确。
本发明的电池系统中采用的单体电池的电压为2V或6V，它们可以通过串联和/或并联的方式，将电池系统中电池组的电压做成2V-48V，不管它们之间如何串联并联，都不会影响到实时监测模块的检测精度。
该基于一体化电池及云计算平台的电池系统的电池剩余电量显示方法，包括如下步骤：
步骤1：一体化电池的实时监测模块通过微处理芯片发送剩余电量查询指令，所述无线通信单元向云计算平台传输所述一体化电池的IP及内阻的值；
步骤2：所述云计算平台判断该一体化电池是否有已存储的各参数与剩余电量的关系表，若存在则执行步骤3，若不存在则执行步骤5；
步骤3：所述云计算平台判断该一体化电池的各参数与剩余电量的关系表中，是否存在当前内阻对应的剩余电量的值，若存在则执行步骤4，若不存在则执行步骤5；
步骤4：所述云计算平台将该IP及内阻对应的剩余电量的值返回给一体化电池，所述一体化电池显示剩余电量；
步骤5：所述云计算平台判断是否需要采集该一体化电池的各参数与剩余电量的关系表，若不需要则执行步骤6，若需要则执行步骤7；
步骤6：所述云计算平台查找与该一体化电池最接近的各参数与剩余电量的关系表，将该各参数与剩余电量的关系表中当前的内阻对应剩余电量的值返回给一体化电池，所述一体化电池显示剩余电量；
步骤7：所述云计算平台向一体化电池发出检测命令，所述一体化电池的实时监测模块对蓄电池的各参数及其对应的剩余电量的值进行检测、记录，并将记录的结果发送给云计算平台，所述云计算平台更新该一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表。
在步骤6中，云计算平台根据内阻自动识别剩余电量时，查找最接近的各参数与剩余电量的关系表与以上的举例一样，查找的是被采集次数最多的关系表。
在步骤7中，我们以2V的蓄电池为例，一体化电池的实时监测模块对蓄电池的剩余电量及其对应的内阻的值进行检测的步骤具体为：
步骤71：将蓄电池恒流充电至2.4V，再恒压充电完成后静置蓄电池一段时间；
步骤72：然后以0.1C的放电率对电池放电至1.8V；
步骤73：记录放电过程中蓄电池的内阻与对应的剩余电量的对应关系表，直至蓄电池放电完毕，即可获得完整的放电曲线，获得剩余电量与蓄电池内阻的关系表。
本发明可以在一体化电池的整个使用期内精确监测电池内阻、电压、温度数据，并将单个一体化电池采集的数据，通过无线通信模块与云计算平台进行数据传输，设计简单，容易实现，具有良好的应用前景。并且，由于实时监测模块中的电路板仅需满足数据采集和传输功能，大幅降低了现有监测单元的制造成本，并且还消除了线路对测量数据的影响。
应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种一体化电池，包括蓄电池和实时监测模块，其特征在于，所述蓄电池和实时监测模块封装在壳体内形成一个整体，所述壳体表面设有正、负极引脚，所述蓄电池的正、负极端子分别与壳体的正、负极引脚连接，所述实时监测模块与所述正、负极引脚连接，对蓄电池的参数进行检测及控制。
2.如权利要求1所述的一体化电池，其特征在于，所述蓄电池和实时监测模块分别封装在壳体内不同的单格中相互隔离。
3.如权利要求1所述的一体化电池，其特征在于，所述实时监测模块为可拆卸更换的模块。
4.如权利要求1所述的一体化电池，其特征在于，所述实时监测模块包括微处理芯片，由所述微处理芯片控制对蓄电池进行检测或控制的内阻监测单元、电压监测单元、温度监测单元、充电控制电路，与远程设备进行通讯的无线通信单元。
5.如权利要求1所述的一体化电池，其特征在于，所述蓄电池为铅酸蓄电池。
6.一种电池系统，包括若干个如权利要求1至5任意一项所述的一体化电池，与所述一体化电池通讯的云计算平台；
所述一体化电池的实时监测模块记录电池的各参数与对应的剩余电量的值，并发送给云计算平台，或者向云计算平台发出查询剩余电量的请求，并接收云计算平台返回的剩余电量的值进行显示；
所述云计算平台获取一体化电池的各参数及对应的剩余电量的值，存储为各个一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表；或者接收一体化电池发出的请求，进行检索对比，找到该一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表，或者是与该一体化电池最接近的各参数与剩余电量的关系表，返回剩余电量的值。
7.如权利要求6所述的电池系统，其特征在于，所述一体化电池的电压为2V或6V，通过串联和/或并联的方式，使电池系统的电压值范围在2V-48V之间。
8.如权利要求6所述的电池系统，其特征在于，所述一体化电池的各参数包括实时的电压、电流、温度、内阻。
9.一种如权利要求6所述的电池系统的电池剩余电量显示方法，包括如下步骤：
步骤1：一体化电池的实时监测模块通过微处理芯片发送剩余电量查询指令，所述无线通信单元向云计算平台传输所述一体化电池的IP及内阻的值；
步骤2：所述云计算平台判断该一体化电池是否有已存储的各参数与剩余电量的关系表，若存在则执行步骤3，若不存在则执行步骤5；
步骤3：所述云计算平台判断该一体化电池的各参数与剩余电量的关系表中，是否存在当前内阻对应的剩余电量的值，若存在则执行步骤4，若不存在则执行步骤5；
步骤4：所述云计算平台将该IP及内阻对应的剩余电量的值返回给一体化电池，所述一体化电池显示剩余电量；
步骤5：所述云计算平台判断是否需要采集该一体化电池的各参数与剩余电量的关系表，若不需要则执行步骤6，若需要则执行步骤7；
步骤6：所述云计算平台查找与该一体化电池最接近的各参数与剩余电量的关系表，将该各参数与剩余电量的关系表中当前的内阻对应剩余电量的值返回给一体化电池，所述一体化电池显示剩余电量；
步骤7：所述云计算平台向一体化电池发出检测命令，所述一体化电池的实时监测模块对蓄电池的各参数及其对应的剩余电量的值进行检测、记录，并将记录的结果发送给云计算平台，所述云计算平台更新该一体化电池对应的各参数与剩余电量的关系表。
10.如权利要求9所述的电池剩余电量显示的方法，其特征在于，所述最接近的各参数与剩余电量的关系表为被采集次数最多的关系表。
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