CN107843851A - 一种基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置及其使用方法 - Google Patents

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吴立锋
张震宇
关永
袁慧梅
裴召帝
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements

Abstract

本发明公开一种基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置及其使用方法，包括待测锂电池、电流采样芯片、A/D模数转换器、单片机、液晶显示器和蜂鸣报警器，其特征在于：所述单片机与A/D模数转换器电性连接，所述单片机与电流采样芯片电性连接，所述电流采样芯片与锂电池电性连接，所述液晶显示器和蜂鸣报警器分别与单片机电性连接。为了更好地对电池进行管理，实时对电池寿命进行检测，提高电池的安全性，本发明基于锂电池自愈的现象，利用自愈过程前后的电压差值与电池寿命的关系，提出了新的电池寿命判断方法。这种方法可以在线检测电池寿命，且方便和快捷。

Description

一种基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置及其使用方法
技术领域
本发明属于具体涉及一种基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置及其使用方法。
背景技术
随着全球能源和环境危机日益加重，新能源的发展与拓展应用成为能源发展战略上的主流。电动汽车由于具有节能、低噪声、低排放、能源可配置等突出优点，成为汽车运输领域研究的热点。发展电动汽车具有节能和环保的双重效益,尤其是纯电动汽车在能量总转换效率和污染总排放方面具有明显优势,是未来汽车产业的发展方向。锂离子电池作为电动汽车的能量来源，具有电压高，循环寿命长，比能量高，比功率高等优点，因此在许多领域得到广泛的应用，是电动汽车产业链的核心。
锂电池在充放电循环使用过程中，受温度、自放电率、放电深度、放电倍率等因素的影响，其容量和寿命不断衰减。当电池容量下降为初始容量的80％时，电池的性能将无法满足供电技术要求，必须进行维护或更换，否则会给电动汽车和人身安全带来严重的危害。因此，有必要对锂电池的剩余寿命进行分析研究，以便最大限度地利用电池的剩余容量，保障安全。
如今，常用的判断锂电池寿命的方法有电化学分析法，安时法，阻抗法等。电化学分析法从电池内部物理化学过程的角度描述电池的动力学参数、传质过程、热力学特性参数、材料的机械、热、电特性等参数的变化规律，分析电池的运行机理并建立电池的退化模型，判断电池寿命；安时法在电池的全寿命周期对电池进行各种加速试验，即按照一定放电效率放电定期对电池容量进行测试，判断电池寿命；阻抗法是通过加入一个负载电阻，测量电压的变化来确定电池的内阻的变化并据此计算SOH，判断电池寿命。然而这几种方法都不具备在线判断电池寿命的特点，不能实时检测电池寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以在线检测电池寿命，且方便和快捷的基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置及方法，包括待测锂电池、电流采样芯片、A/D模数转换器、单片机、液晶显示器和蜂鸣报警器，所述单片机与A/D模数转换器电性连接，所述单片机与电流采样芯片电性连接，所述电流采样芯片与锂电池电性连接，所述液晶显示器和蜂鸣报警器分别与单片机电性连接。
作为优选，所述电流采样芯片、A/D模数转换器、单片机组成信号处理模块。
作为优选，所述液晶显示器和蜂鸣报警器组成装置显示报警模块。
作为优选，锂电池放电过程中，将开关断开，当电流采样芯片检测不到电流信号时，则判断锂电池处于为非工作状态，并将判断结果输出给单片机，单片机控制A/D模数转换器运行，检测锂电池断电时刻的电压信号；开关闭合时，电流采样芯片检测到电流信号，判断锂电池处于工作状态，将判断结果输出给单片机，单片机控制A/D模数转换器运行，检测出锂电池通电时刻的电压信号，为了减小误差，A/D模数转换器在检测锂电池电压信号时需要检测通电时刻和断电时刻及其邻域内的电压信号，取其平均值。A/D模数转换器将通电时刻和断电时刻的电压信号同时输出给单片机，单片机经过运算处理，最后将处理的结果直观地在液晶显示器上表现出来，若最终检测得到的锂电池剩余寿命不在安全范围之内，则会通过蜂鸣报警器发出报警信号，提醒人们及时更换电池，从而达到检测锂电池寿命的目的。
本发明技术效果主要体现在以下方面：为了更好地对电池进行管理，实时对电池寿命进行检测，提高电池的安全性，本发明基于锂电池自愈的现象，利用自愈过程前后的电压差值与电池寿命的关系，提出了新的电池寿命判断方法。这种方法可以在线检测电池寿命，且方便和快捷。
附图说明
图1为锂电池自愈过程曲线；
图2为本发明的基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置的电路图；
图3为本发明的lcd显示器原理图；
图4为本发明的蜂鸣报警器原理图。
具体实施方式
如图1至图4所示，一种基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置及方法，包括待测锂电池、电流采样芯片、A/D模数转换器、单片机、液晶显示器和蜂鸣报警器，其特征在于：所述单片机与A/D模数转换器电性连接，所述单片机与电流采样芯片电性连接，所述电流采样芯片与锂电池电性连接，所述液晶显示器和蜂鸣报警器分别与单片机电性连接。
所述电流采样芯片、A/D模数转换器、单片机组成信号处理模块，负责信号的处理。电流采样芯片可以检测电路中是否有电流以及电路中电流的大小，来判断电路是开路或者闭路；A/D模数转换器可以获取锂电池的电压信号，并将获取到的模拟信号转换成数字信号，输出到单片机；单片机的作用是处理电压信号，利用电压信号得到锂电池剩余寿命。所述液晶显示器和蜂鸣报警器组成装置显示报警模块，液晶显示器可以直观显示出检测的结果
锂电池放电过程中，将开关断开，当电流采样芯片检测不到电流信号时，则判断锂电池处于为非工作状态，并将判断结果输出给单片机，单片机控制A/D模数转换器运行，检测锂电池断电时刻的电压信号；开关闭合时，电流采样芯片检测到电流信号，判断锂电池处于工作状态，将判断结果输出给单片机，单片机控制A/D模数转换器运行，检测出锂电池通电时刻的电压信号，为了减小误差，A/D模数转换器在检测锂电池电压信号时需要检测通电时刻和断电时刻及其邻域内的电压信号，取其平均值。A/D模数转换器将通电时刻和断电时刻的电压信号同时输出给单片机，单片机经过运算处理，最后将处理的结果直观地在液晶显示器上表现出来，若最终检测得到的锂电池剩余寿命不在安全范围之内，则会通过蜂鸣报警器发出报警信号，提醒人们及时更换电池，从而达到检测锂电池寿命的目的。
技术原理：通过实验，测得大量数据，将测得的数据利用matlab整合出锂电池寿命与自愈过程电压差之间的关系式，锂电池寿命与锂电池自愈前后的电压差之间的关系如下所示
τ＝f(u)，|u12＝u1-u2，u34＝u3-u4…unn+1＝un-un+1
其中τ为锂电池剩余寿命，u12为第一次自愈过程前后的电压差值，u23为第二次自愈过程前后的电压差值，unn+1为第n次自愈过程前后的电压差值。锂电池自愈的过程曲线如图1所示。
利用锂电池自愈与锂电池寿命的关系设计更加方便、可实时检测锂电池寿命、应用性更高的锂电池寿命判断器。以下几个因素是实现实时检测锂电池寿命的方法的关键：
(1)信号处理模块的设计；
(2)显示报警模块的设计；
整套检测系统具有时效性的特点，要求每一个模块都要达到实时检测、实时反馈的效果。
本发明是从锂电池自愈的原理出发，判断锂电池寿命。本装置制作简单，应用方便，可以实时对锂电池进行检测，判断锂电池寿命，并在电池寿命不符合要求时进行报警，提醒及时更换锂电池，有较高的安全性和实用性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置，包括待测锂电池、电流采样芯片、A/D模数转换器、单片机、液晶显示器和蜂鸣报警器，其特征在于：所述单片机与A/D模数转换器电性连接，所述单片机与电流采样芯片电性连接，所述电流采样芯片与锂电池电性连接，所述液晶显示器和蜂鸣报警器分别与单片机电性连接。
2.一种如权利要求1所述的基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置，其特征在于：所述电流采样芯片、A/D模数转换器、单片机组成信号处理模块。
3.一种如权利要求1所述的基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置，其特征在于：所述液晶显示器和蜂鸣报警器组成装置显示报警模块。
4.一种如权利要求1所述的基于锂电池自愈现象的电池寿命判断装置的使用方法，其特征在于：锂电池放电过程中，将开关断开，当电流采样芯片检测不到电流信号时，则判断锂电池处于为非工作状态，并将判断结果输出给单片机，单片机控制A/D模数转换器运行，检测锂电池断电时刻的电压信号；开关闭合时，电流采样芯片检测到电流信号，判断锂电池处于工作状态，将判断结果输出给单片机，单片机控制A/D模数转换器运行，检测出锂电池通电时刻的电压信号，为了减小误差，A/D模数转换器在检测锂电池电压信号时需要检测通电时刻和断电时刻及其邻域内的电压信号，取其平均值，A/D模数转换器将通电时刻和断电时刻的电压信号同时输出给单片机，单片机经过运算处理，最后将处理的结果直观地在液晶显示器上表现出来，若最终检测得到的锂电池剩余寿命不在安全范围之内，则会通过蜂鸣报警器发出报警信号，提醒人们及时更换电池，从而达到检测锂电池寿命的目的。
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