CN109334513B - 一种锂电池充放电管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锂电池充放电管理系统，用于解决锂电池使用久之后导致预估使用时间不准确，影响人员的使用以及拿错充电器导致锂电池损坏的问题，包括信号采集模块、锂电池、微控制器、计算模块、显示模块、蓝牙模块、第一开关、充电电源、充电器、第二开关、用电设备和蓄电池；所述信号采集模块包括电压检测模块、电量检测模块、温度检测模块和电流检测模块；所述电压检测模块用于采集锂电池两端的电压；当电量检测模块检测的电量到达设定值时，微控制器通过蓝牙模块向单片机传输关闭指令，单片机控制第一开关和第二开关关闭，从而使充电器和锂电池断路，避免出现过充和过放现象，影响锂电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池应用领域，尤其涉及一种锂电池充放电管理系统。
背景技术
随着锂电池性能的逐渐提高，其作为动力电源应用于电动汽车、混合动力汽车已非常广泛。一般动力电源都需要比较高的电压，几节甚至十几节才可以作为动力电池使用。锂电池出现电压过充、电压过放、充放电电流过大甚至是短路等现象，会影响整组电池的性能，为使锂电池能够最大程度地发挥其优越性能、保证其使用的安全性以及延长使用寿命，因此设计了锂电池充放电管理系统。
目前，锂电池充放电管理系统广泛应用于电动汽车、混合动力汽车等大型车载电池上，但锂电池的应用领域，考虑到其成本及人们的消费水平，其车载电池尚未安装锂电池充放电管理系统，这对于铅酸电池及镍氢电池来说还可以，但随着锂电池的普及，针对锂电池的特殊性，出现充放电不当如过充、过放、过温、过流等将损坏电池，造成锂电池的不可修复，严重时还会发生安全事故。
在现有技术中，关于锂电池充放电管理系统仍存在以下几方面的缺点：随着锂电池容量不可避免的发生永久性容量损失，导致预估使用时间不准确，影响人员的使用；拿错充电器导致锂电池损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池充放电管理系统。
本发明所要解决的技术问题为：
(1)如何随着锂电池容量不可避免的发生永久性容量损失，准确计算锂电池的电池容量以及预估使用时间；
(2)如何智能对锂电池和充电器进行智能断电，避免出现过充或过放现象；
(3)如何识别锂电池对应的充电器，避免拿错充电器导致锂电池损坏。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种锂电池充放电管理系统，包括信号采集模块、锂电池、微控制器、计算模块、显示模块、蓝牙模块、第一开关、充电电源、充电器、第二开关、用电设备和蓄电池；
所述信号采集模块包括电压检测模块、电量检测模块、温度检测模块和电流检测模块；所述电压检测模块用于采集锂电池两端的电压；所述电量检测模块用于检测锂电池的剩余电量；所述温度检测模块用于采集锂电池的工作温度；所述电流检测模块用于检测锂电池放电时的输出电流；所述信号采集模块将采集的电压和温度信号发送至微控制器上，微控制器接收信号采集模块的信号并将信号发送至计算模块；计算模块将信息处理后发送至显示模块；
所述计算模块包括循环统计模块、实际容量计算模块和预估使用模块；循环统计模块用于采集锂电池充放电的完整循环过程的次数，具体表现为锂电池从满电状态到没电状态再通过充电到满电状态的循环过程，具体处理步骤如下：
步骤一：锂电池每次充电时的剩余电量记为Qn，n＝1……n,设定锂电池的理论容量记为QZ；
步骤二：利用公式
获取得到锂电池的充放电循环次数值P；
所述实际容量计算模块用于计算锂电池的实际容量，具体计算过程如下：
S1：锂电池的理论容量为QZ，锂电池的充放电循环次数值P；
S2：利用公式QS＝QZ(2-p0.04)获取得到锂电池的实际容量QS；
所述预估使用模块用于计算锂电池的实际使用时间；具体计算过程如下：
SS1：电流检测模块检测到的到锂电池的放电时的电流记为C；
SS2：利用公式T＝QS/C获取得到锂电池的实际使用时间T；实际使用时间T更加真实的反应的锂电池的使用时间，用于解决锂电池容量衰减导致预估时间不准确的问题；
所述锂电池的充电端和蓄电池的充电端均与充电器电连接，充电器通过充电线与充电电源连接，充电线上安装有第一开关；锂电池的放电端通过连接线与用电设备连接，连接线上安装有第二开关；第一开关和第二开关均通过蓝牙模块与微控制器信号连接；第一开关关闭，则充电器和锂电池断路，避免出现过充现象，第二开关关闭，则锂电池断路与用电设备断路，避免出现过放现象；
所述微控制器上还包括有识别模块和通电模块；识别模块用于识别为锂电池充电的充电器；通电模块用于控制锂电池充电口的通电及断电；识别模块包括直充模块、检测模块和报警模块；检测模块用于检测充电器充电电流和电压值；识别模块用于识别锂电池对应的充电器，识别模块具体识别步骤如下：
步骤一：充电器发射数字信号标记为AnAnAnBnBnBn，直充模块设定的数字信号为AiAiAiBiBiBi；
步骤二：当AnAnAnBnBnBn＝AiAiAiBiBiBi，则对比成功，通电模块通电，锂电池充电；
步骤三：当AnAnAnBnBnBn≠AiAiAiBiBiBi，则对比失败，匹配模块对充电器进行电流和电压值核验，设定锂电池充电允许电流值为D，电压值为F；检测模块检测的电流值为G，电压值为H；
SSS1：当D＝G，F＝H，则电流和电压值核验成功，通电模块通电，锂电池直接充电；
SSS2：否，电流和电压值核验失败，报警模块进行语音报警。
进一步的，所述第一开关和第二开关均包括外壳及螺纹连接有用于密封外壳的密封盖，外壳的内壁一体成型有第一接线板和第二接线板，第一接线板的内部镶嵌有第一接线柱，第一接线柱的一端与第一接线板的端口平齐，第一接线柱的另一端连接有第一电源线的一端，第一电源线的另一端贯穿外壳的侧壁位于外壳外且端头处连接有电压插头；第二接线板的内部镶嵌有第二接线柱，第二接线柱的一端与第二接线板的端口平齐，第二接线柱的另一端连接有第二电源线的一端，第二电源线的另一端贯穿外壳的侧壁位于外壳外；
所述外壳的内部底壁中心处通过螺丝安装有电动机，电动机的输出轴中部焊接有档杆；电动机的上端面焊接有用于限制档杆转动角度的第一限位柱和第二限位柱；电动机的输出轴端头处焊接有转动板，转动板的内部通过粘结层安装有中心接线柱，中心接线柱的两端端口处与转动板的两端端头处平齐；电动机的一侧安装有电池板，电动机的另一端安装有单片机，单片机上电连接有蓝牙接收器；电池板用于为电动机、单片机和蓝牙接收器供电；电池板的输入端通过导线及电压适配器与第一电源线连接；蓝牙接收器与蓝牙模块信号连接。
进一步的，所述微控制器上安装有定时模块，定时模块用于控制第一开关定时开启和关闭。
进一步的，所述显示模块接收计算模块发送的信息并将信息进行显示；蓄电池用于为微控制器、蓝牙模块、计算模块、显示模块和信号采集模块供电。
进一步的，所述微控制器通过通信模块与移动终端通信连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过循环统计模块采集锂电池充放电的完整循环过程的次数，利用公式
获取得到锂电池的充放电循环次数值P；然后利用公式QS＝QZ(2-p0.04)获取得到锂电池的实际容量QS；利用公式T＝QS/C获取得到锂电池的实际使用时间T；实际使用时间T更加真实的反应的锂电池的使用时间，用于解决锂电池容量衰减导致预估时间不准确的问题；
(2)本发明微控制器通过蓝牙模块与单片机连接，当电量检测模块检测的电量到达设定值时，微控制器通过蓝牙模块向单片机传输关闭指令，单片机控制第一开关和第二开关关闭，从而使充电器和锂电池断路，避免出现过充和过放现象，影响锂电池的使用寿命；
(3)本发明识别模块用于识别为锂电池充电的充电器，当识别模块识别成功后，通电模块通电，锂电池充电；避免使用不匹配的充电器导致锂电池损坏。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种锂电池充放电管理系统的原理框图。
图2是本发明第一开关结构剖视图。
图3是本发明转动板俯视图。
图4是本发明电动机俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种锂电池充放电管理系统，一种锂电池充放电管理系统，包括信号采集模块、锂电池、微控制器、计算模块、显示模块、蓝牙模块、第一开关、充电电源、充电器、第二开关、用电设备和蓄电池；
信号采集模块包括电压检测模块、电量检测模块、温度检测模块和电流检测模块；电压检测模块用于采集锂电池两端的电压；电量检测模块用于检测锂电池的剩余电量；温度检测模块用于采集锂电池的工作温度；电流检测模块用于检测锂电池放电时的输出电流；信号采集模块将采集的电压和温度信号发送至微控制器上，微控制器接收信号采集模块的信号并将信号发送至计算模块；计算模块将信息处理后发送至显示模块；
计算模块包括循环统计模块、实际容量计算模块和预估使用模块；循环统计模块用于采集锂电池充放电的完整循环过程的次数，具体表现为锂电池从满电状态到没电状态再通过充电到满电状态的循环过程，具体处理步骤如下：
步骤一：锂电池每次充电时的剩余电量记为Qn，n＝1……n,设定锂电池的理论容量记为QZ；
步骤二：利用公式获取得到锂电池的充放电循环次数值P；
实际容量计算模块用于计算锂电池的实际容量，具体计算过程如下：
S1：锂电池的理论容量为QZ，锂电池的充放电循环次数值P；
S2：利用公式获取得到锂电池的实际容量QS；
预估使用模块用于计算锂电池的实际使用时间；具体计算过程如下：
SS1：电流检测模块检测到的到锂电池的放电时的电流记为C；
SS2：利用公式T＝QS/C获取得到锂电池的实际使用时间T；实际使用时间T更加真实的反应的锂电池的使用时间，用于解决锂电池容量衰减导致预估时间不准确的问题；
锂电池的充电端和蓄电池的充电端均与充电器电连接，充电器通过充电线与充电电源连接，充电线上安装有第一开关；锂电池的放电端通过连接线与用电设备连接，连接线上安装有第二开关；第一开关和第二开关均通过蓝牙模块与微控制器信号连接；第一开关关闭，则充电器和锂电池断路，避免出现过充现象，同时也解决了锂电池充满，充电器待机耗电的问题，第二开关关闭，则锂电池断路与用电设备断路，避免出现过放现象；
微控制器上还包括有识别模块和通电模块；识别模块用于识别为锂电池充电的充电器；通电模块用于控制锂电池充电口的通电及断电；识别模块包括直充模块、检测模块和报警模块；检测模块用于检测充电器充电电流和电压值；识别模块用于识别锂电池对应的充电器，识别模块具体识别步骤如下：
步骤一：充电器发射数字信号标记为AnAnAnBnBnBn，直充模块设定的数字信号为AiAiAiBiBiBi；
步骤二：当AnAnAnBnBnBn＝AiAiAiBiBiBi，则对比成功，通电模块通电，锂电池充电；
步骤三：当AnAnAnBnBnBn≠AiAiAiBiBiBi，则对比失败，匹配模块对充电器进行电流和电压值核验，设定锂电池充电允许电流值为D，电压值为F；检测模块检测的电流值为G，电压值为H；
SSS1：当D＝G，F＝H，则电流和电压值核验成功，通电模块通电，锂电池直接充电；
SSS2：否，电流和电压值核验失败，报警模块进行语音报警。
如图2-4所示，第一开关和第二开关均包括外壳11及螺纹连接有用于密封外壳11的密封盖12，外壳11的内壁一体成型有第一接线板113和第二接线板116，第一接线板113的内部镶嵌有第一接线柱112，第一接线柱112的一端与第一接线板113的端口平齐，第一接线柱112的另一端连接有第一电源线111的一端，第一电源线111的另一端贯穿外壳11的侧壁位于外壳11外且端头处连接有电压插头；第二接线板116的内部镶嵌有第二接线柱115，第二接线柱115的一端与第二接线板116的端口平齐，第二接线柱115的另一端连接有第二电源线114的一端，第二电源线114的另一端贯穿外壳11的侧壁位于外壳11外；
外壳11的内部底壁中心处通过螺丝安装有电动机13，电动机13的输出轴中部焊接有档杆131；电动机131的上端面焊接有用于限制档杆131转动角度的第一限位柱132和第二限位柱131；电动机13的输出轴端头处焊接有转动板17，转动板17的内部通过粘结层171安装有中心接线柱172，中心接线柱172的两端端口处与转动板17的两端端头处平齐；电动机13的一侧安装有电池板14，电动机14的另一端安装有单片机15，单片机15上电连接有蓝牙接收器16；电池板14用于为电动机13、单片机15和蓝牙接收器16供电；电池板14的输入端通过导线及电压适配器与第一电源线111连接；蓝牙接收器16与蓝牙模块信号连接；单片机15控制电动机13转动，电动机13带动转动板17转动，使转动板17的两端与第一接线板113和第二接线板116的端头处吻合，从而使中心接线柱172的两端与第一接线柱112和第二接线柱115连接形成通路。
所述微控制器上安装有定时模块，定时模块用于控制第一开关定时开启和关闭，便于定期控制第一开关打开，对锂电池进行充电，便于锂电池长期存储。
所述显示模块接收计算模块发送的信息并将信息进行显示；蓄电池用于为微控制器、蓝牙模块、计算模块、显示模块和信号采集模块供电。
所述微控制器通过通信模块与移动终端通信连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过循环统计模块采集锂电池充放电的完整循环过程的次数，利用公式
获取得到锂电池的充放电循环次数值P；然后利用公式QS＝QZ(2-p0.04)获取得到锂电池的实际容量QS；利用公式T＝QS/C获取得到锂电池的实际使用时间T；实际使用时间T更加真实的反应的锂电池的使用时间，用于解决锂电池容量衰减导致预估时间不准确的问题；
(2)本发明微控制器通过蓝牙模块与单片机连接，当电量检测模块检测的电量到达设定值时，微控制器通过蓝牙模块向单片机传输关闭指令，单片机控制第一开关和第二开关关闭，从而使充电器和锂电池断路，避免出现过充和过放现象，影响锂电池的使用寿命；
(3)本发明识别模块用于识别为锂电池充电的充电器，当识别模块识别成功后，通电模块通电，锂电池充电；避免使用不匹配的充电器导致锂电池损坏。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种锂电池充放电管理系统，其特征在于，包括信号采集模块、锂电池、微控制器、计算模块、显示模块、蓝牙模块、第一开关、充电电源、充电器、第二开关、用电设备和蓄电池；
所述信号采集模块包括电压检测模块、电量检测模块、温度检测模块和电流检测模块；所述电压检测模块用于采集锂电池两端的电压；所述电量检测模块用于检测锂电池的剩余电量；所述温度检测模块用于采集锂电池的工作温度；所述电流检测模块用于检测锂电池放电时的输出电流；所述信号采集模块将采集的电压和温度信号发送至微控制器上，微控制器接收信号采集模块的信号并将信号发送至计算模块；计算模块将信息处理后发送至显示模块；
所述计算模块包括循环统计模块、实际容量计算模块和预估使用模块；循环统计模块用于采集锂电池充放电的完整循环过程的次数，具体表现为锂电池从满电状态到没电状态再通过充电到满电状态的循环过程，具体处理步骤如下：
步骤一：锂电池每次充电时的剩余电量记为Qn，n＝1……n,设定锂电池的理论容量记为QZ；
步骤二：利用公式
获取得到锂电池的充放电循环次数值P；
所述实际容量计算模块用于计算锂电池的实际容量，具体计算过程如下：
S1：锂电池的理论容量为QZ，锂电池的充放电循环次数值P；
S2：利用公式QS＝QZ(2-p0.04)获取得到锂电池的实际容量QS；
所述预估使用模块用于计算锂电池的实际使用时间；具体计算过程如下：
SS1：电流检测模块检测到的到锂电池的放电时的电流记为C；
SS2：利用公式T＝QS/C获取得到锂电池的实际使用时间T；实际使用时间T更加真实的反应的锂电池的使用时间，用于解决锂电池容量衰减导致预估时间不准确的问题；
所述锂电池的充电端和蓄电池的充电端均与充电器电连接，充电器通过充电线与充电电源连接，充电线上安装有第一开关；锂电池的放电端通过连接线与用电设备连接，连接线上安装有第二开关；第一开关和第二开关均通过蓝牙模块与微控制器信号连接；第一开关关闭，则充电器和锂电池断路，避免出现过充现象，第二开关关闭，则锂电池断路与用电设备断路，避免出现过放现象；
所述微控制器上还包括有识别模块和通电模块；识别模块用于识别为锂电池充电的充电器；通电模块用于控制锂电池充电口的通电及断电；识别模块包括直充模块、检测模块和报警模块；检测模块用于检测充电器充电电流和电压值；识别模块用于识别锂电池对应的充电器，识别模块具体识别步骤如下：
步骤一：充电器发射数字信号标记为AnAnAnBnBnBn，直充模块设定的数字信号为AiAiAiBiBiBi；
步骤二：当AnAnAnBnBnBn＝AiAiAiBiBiBi，则对比成功，通电模块通电，锂电池充电；
步骤三：当AnAnAnBnBnBn≠AiAiAiBiBiBi，则对比失败，匹配模块对充电器进行电流和电压值核验，设定锂电池充电允许电流值为D，电压值为F；检测模块检测的电流值为G，电压值为H；
SSS1：当D＝G，F＝H，则电流和电压值核验成功，通电模块通电，锂电池直接充电；
SSS2：否，电流和电压值核验失败，报警模块进行语音报警；
所述第一开关和第二开关均包括外壳(11)及螺纹连接有用于密封外壳(11)的密封盖(12)，外壳(11)的内壁一体成型有第一接线板(113)和第二接线板(116)，第一接线板(113)的内部镶嵌有第一接线柱(112)，第一接线柱(112)的一端与第一接线板(113)的端口平齐，第一接线柱(112)的另一端连接有第一电源线(111)的一端，第一电源线(111)的另一端贯穿外壳(11)的侧壁位于外壳(11)外且端头处连接有电压插头；第二接线板(116)的内部镶嵌有第二接线柱(115)，第二接线柱(115)的一端与第二接线板(116)的端口平齐，第二接线柱(115)的另一端连接有第二电源线(114)的一端，第二电源线(114)的另一端贯穿外壳(11)的侧壁位于外壳(11)外；
所述外壳(11)的内部底壁中心处通过螺丝安装有电动机(13)，电动机(13)的输出轴中部焊接有档杆(131)；电动机(131)的上端面焊接有用于限制档杆(131)转动角度的第一限位柱(132)和第二限位柱(131)；电动机(13)的输出轴端头处焊接有转动板(17)，转动板(17)的内部通过粘结层(171)安装有中心接线柱(172)，中心接线柱(172)的两端端口处与转动板(17)的两端端头处平齐；电动机(13)的一侧安装有电池板(14)，电动机(14)的另一端安装有单片机(15)，单片机(15)上电连接有蓝牙接收器(16)；电池板(14)用于为电动机(13)、单片机(15)和蓝牙接收器(16)供电；电池板(14)的输入端通过导线及电压适配器与第一电源线(111)连接；蓝牙接收器(16)与蓝牙模块信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池充放电管理系统，其特征在于，所述微控制器上安装有定时模块，定时模块用于控制第一开关定时开启和关闭。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池充放电管理系统，其特征在于，所述显示模块接收计算模块发送的信息并将信息进行显示；蓄电池用于为微控制器、蓝牙模块、计算模块、显示模块和信号采集模块供电。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池充放电管理系统，其特征在于，所述微控制器通过通信模块与移动终端通信连接。
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| CN109334513A (zh) | 2019-02-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200319 Address after: 264000 No. three, No. 36, hi tech Zone, Shandong, Yantai Applicant after: YANTAI HAIBO ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Address before: 518104 Guangdong, Shenzhen, Baoan District, Sha Tin Street, Gonghe community, A3 four, 403 Applicant before: SHENZHEN OUKELI TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A lithium battery charge and discharge management system Effective date of registration: 20220111 Granted publication date: 20200414 Pledgee: Yantai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Zhifu District Hongkou sub branch Pledgor: YANTAI HAIBO ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2022980000356 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230217 Granted publication date: 20200414 Pledgee: Yantai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Zhifu District Hongkou sub branch Pledgor: YANTAI HAIBO ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2022980000356 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A lithium battery charge and discharge management system Effective date of registration: 20230320 Granted publication date: 20200414 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Yantai hi tech Zone subbranch Pledgor: YANTAI HAIBO ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2023980035493 |