CN110071545A - 一种应用于执法仪的电池管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于执法仪的电池管理方法。包括如下步骤：S1、实时监测锂电池的温度；S2、根据监测到的锂离子电池的温度，动态地配置关机电压。在优选方式中，还根据监测到的锂离子电池的温度，动态管理充电过程。由于在低温时能动态的调整关机电压，从而可以提高锂离子电池的低温续航能力。另外，由于在低温、极低温、高温及极高温时都能动态的调整充电过程，从而保证了低温时电池的安全。
Description
技术领域
执法设备领域，尤其是执法仪的电池管理。
背景技术
随着电子技术发展，可穿戴设备日益增多，锂电池作为目前一种比较成熟和先进的电池，由于质量轻，储电量大，受到了人们的广泛应用。执法记录仪作为可穿戴设备，已经成为基层一线民警开展执勤执法工作的“利器”，在执法执勤、侦查破案、信访接待、权益保障等方面发挥了积极作用。执法记录仪中，通常也采用锂电池作为电源。
一般的锂电池工作温度在-10～+60℃之间，普通大众在日常中所使用的电子设备通常工作温度正好在锂离子电池的工作温度范围之内，因此通常不会发生问题。虽然近年来，人们开始关注锂电池使用的安全性问题，但也主要是关注其高温时的安全性问题，对于低温时锂离子电池的性能问题及安全性问题少有关注。
然而，对于执法记录仪这样的特种电子设备而言，低温时锂离子电池的性能问题及安全性问题却显得非常重要。由于执法人员经常需要在极端情况下执法，导致执法记录仪需要在极端情况下也能正常使用，这对其电池提出了严峻的考验。一方面，当锂电池长时间工作在低温环境中，电池化学反应将会迟缓，锂离子活性降低，使电量相对减少，电池放电电流变小，电池内阻将会增大，锂电池续航时间严重下降。另一方面，在低温环境下，锂电池充电有一定的风险。因为随着温度的降低，石墨负极的动力学特性进步一变差，充电过程中，负极的电化学极化明显加剧，析出的金属锂容易形成锂枝晶，穿破隔膜并导致正负极短路。
如何更好地对执法记录仪中的锂电池进行管理，提升性能并避免出现安全事故，是目前执法记录仪迫切要解决的问题。
然而，现有技术中的执法记录仪并未对锂电池的充电和使用进行相应的管理，导致在一些极端情况下，执法仪中锂电池的使用存在着一些性能缺陷和安全隐患。
目前的锂电池管理系统都是针对于电动汽车串联电池组的，使用场合是面向多节锂电池，一般的锂电池管理系统包含信号采集模块、主控模块、状态显示模块、均衡模块、can收发模块、开关模块、报警模块、电池充放电管理模块等模块，其整体电路过于复杂，成本较高、体积过于庞大，并不适用于小巧便携的执法记录仪。
发明内容
本发明的目的是为了解决低温时锂离子电池续航能力差的问题。提出一种应用于执法仪的电池管理方法。
本发明的次一目的是为了解决极低温时电池保护问题。
为此，本发明提出的应用于执法仪的电池管理方法包括如下步骤：S1、实时监测锂电池的温度；S2、根据监测到的锂离子电池的温度，动态地配置关机电压。
在本发明的一些实施例中，还包括如下特征：
步骤S1中，在记录仪开机的情况下，当电池接入相关电路时，通过内部的NTC下拉电阻与对应的锂电池温度检测电路相连，控制芯片通过ADC实时对电池的温度进行检测。
步骤S2中，当检测到锂电池的温度低于第一阈值温度，则设置关机电压为第一电压，以延长低温续航时间。
若检测到锂电池温度高于第六温度阈值，则断开锂电池连接，采用容量相对小的非锂离子电池供电。
还包括：根据监测到的锂离子电池的温度，动态管理充电过程。
若检测到锂电池内部温度低于第二阈值温度，则判断执法仪处于极低温环境，执法记录仪控制IC配置充电使能电路停止工作，禁止充电芯片对锂电池充电。
当检测到锂电池内部温度处于第二阈值温度到第三阈值温度之间时，则判断执法仪处于低温环境，执法记录仪控制充电芯片对充电锂电池小电流充电；其中第二阈值温度小于第三阈值温度。
当检测到锂电池内部温度处于第四阈值温度到第五阈值温度之间时，则判断执法仪处于高温环境，执法记录仪控制充电芯片对充电锂电池小电流充电；其中第四阈值温度大于第三阈值温度而小于第五温度阈值。
当检测到锂电池内部温度大于第五阈值温度时，则判断执法仪处于极高温环境，执法记录仪控制IC配置充电使能电路停止工作，禁止充电芯片对锂电池充电。
本发明还涉及一种执法记录仪，包括控制器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实现如上所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
由于在低温时能动态的调整关机电压，从而可以提高锂离子电池的低温续航能力。
进一步地，由于在低温及极低温时都能动态的调整充电过程，从而保证了低温时电池的安全。
附图说明
图1是本发明实施例系统电池配备示意图。
图2是本发明实施例电池温度检测简化示意图。
图3是本发明实施例充电温度检测示意图。
图4是本发明实施例充电电流控制示意图。
图5是本发明实施例放电温度检测示意图。
图6是本发明实施例放电过程。
图7是常温25℃下，1800mAh电池的放电曲线。
图8是-30℃度低温时，1800mAh电池的放电曲线。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为解决上述技术问题，本发明的下述实施例提出实时监测锂电池的温度，判断所处工作环境，动态配置关机电压，增强电池续航能力。并且，当检测到在充电状态下锂电池的温度过低或者过高，则控制充电使能电路禁止对锂电池充电。当检测到锂电池温度恢复到正常温度时，则使能充电。
实施例一
如图1所示，本实施例中电子设备设置有大电池和小电池双电池)。
本实施例中，设置如下电池管理策略：
1、实时监测锂电池的温度，并根据温度设置锂电池充电保护功能。
如图2所示，是电池温度检测简化示意图。在记录仪开机的情况下，当电池接入相关电路时，内部的NTC下拉电阻与对应的锂电池温度检测电路相连，控制芯片通过ADC实时对电池的温度进行检测。
当检测到在充电状态下锂电池的温度过低或者过高，则控制充电使能电路禁止对锂电池充电。当检测到锂电池温度恢复到正常温度时，则使能充电。
2.实时监测锂电池的温度，判断所处工作环境，合理配置关机电压，增强电池续航能力。
在记录仪开机的情况下，当电池接入相关电路时，内部的NTC下拉电阻与对应的锂电池温度检测电路相连，控制芯片通过ADC实时对电池的温度进行检测。
根据电池的温度来判断所处工作环境，当检测到锂电池的温度过低，则设置关机电压为3.2V以延长低温续航时间，若检测到锂电池温度过高，则断开锂电池连接，采用小电池供电。其中小电池采用非锂离子电池，虽然其容量小，但具有较好的低温特性，例如镍铬电池、镍氢电池等。
NTC热敏电阻是一种负温度系数的热敏电阻,其特性表现为随温度增大，电阻值减小。根据对应的NTC热敏电阻特性表可设置相应的ADC值作为判断电池是否处于极低温或极高温环境的标准。
3、锂电池充电过程管理
如图3是充电温度检测示意图，在此基础上，可设置如下充电过程管理方案，如图4所示：
(1)温度检测电路通过锂电池内部的NTC电路检测到锂电池当前的温度，执法仪控制IC通过温度检测电路实时监控锂电池内部的温度，判断锂电池的工作在何种环境。
(2)若检测到锂电池内部温度低于-10度，则判断执法仪处于极低温环境，执法记录仪控制IC配置充电使能电路停止工作，禁止充电芯片对锂电池充电，同时在LCD上闪烁显示”禁止低温充电，请拔掉电池”。
(3)当检测到锂电池内部温度处于-10度到5度时，则判断执法仪处于低温环境，执法记录仪控制充电芯片对充电锂电池小电流充电。
(4)当锂电池内部温度处于5度到40度时，则判断执法仪处于正常环境，执法记录仪控制充电芯片对充电锂电池大电流充电。
(5)当检测到锂电池内部温度处于40度到55度时，则判断执法仪处于高温环境，执法记录仪控制充电芯片对充电锂电池小电流充电。
(6)当锂电池内部温度高于55度，则判断执法仪处于极高温环境，执法记录仪控制IC配置充电使能电路停止工作，禁止充电芯片对锂电池充电，同时在LCD上闪烁显示”大电池温度过高，请拔掉电池”。
4、放电过程管理
如图5所示，是放电过程温度检测示意图。在此基础上，设置如下放电过程管理，如图6所示：
(1)温度检测电路通过锂电池内部的NTC电路检测到锂电池当前的温度，执法仪控制IC通过温度检测电路实时监控锂电池内部的温度，判断锂电池的工作在何种环境。
(2)当检测到锂电池内部温度低于-5度且持续该温度持续1分钟，执法仪控制IC调低关机电压值至3.2V。
由图7-8可知，常温电池在-30℃下，电池电压降到3.4V后，电池容量剩下最多不到900mAH，而在低温状态下，恒流300mA放电，电池电压急速降到3.3V或3.2V以下，并在放电过程中，3.3V降到3.0V会维持很长一段时间。(如果常温电池在低温时的关机电压是3.4V，机器会录像几分钟甚至更短就会关机。)
一般地，我们都是用常温电池在给执法记录仪供电，设计的关机电压是3.4V，在低温时我们把关机电压设计在3.2V左右，(3.2V关机有机会1％的几率导致坏文件，软件上会做修复处理)。
(3)当检测到锂电池内部温度处于-5到65度之间，执法仪控制IC设置关机电压值为3.4V。
(4)当检测到锂电池内部温度大于65度，执法仪控制IC配置大电池连接电路停止工作，整机切换为小电池供电，同时执法仪LCD显示“大电池温度过高已断开连接，请检查大电池”。执法仪控制IC设置关机电压值为3.4V。
综上所述，本实施例具有如下优点：
1、合理配置关机电压，提高低温续航能力---由于电池在低温情况下储存电量减少和放电能力减弱，通过识别低温环境降低关机电压，使得电池续航时间可以得到较大的提升。
2、适用范围比较广，对于不同的电池都可以采用同样的方法进行配置，不需要单独进行相应的电路整改处理。
3、电路结构简单，占用空间小，对于执法仪这类小巧的手持式移动设备比较友好。
4、电池使用方式更为合理，能够在一定程度上提升电池使用寿命，避免出现电池鼓包的情况，很大程度上避免出现电池安全隐患。
实施例二
本实施例增加电池电流监测电路，当检测到电池输出的电流过大，可以断开电池的连接，避免出现安全隐患。
实施例三
本实施例增加电池的加热电路，当检测到电池工作在低温环境时，可以采用电池加热电路来对电池的温度进行合理提升，方便电池提升续航时间(前面没有提及对电池提升温度可以提升续航时间，请补充说明原理)，同时也能相应得满足低温充电的极端需求。
实施例四
电池温度检测电路包括但不限于ADC检测电压，本实施例是通过对比较器输出电路进行检测来判断电池是否处于极端温度下。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、实时监测锂电池的温度；
S2、根据监测到的锂离子电池的温度，动态地配置关机电压。
2.如权利要求1所述的应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，步骤S1中，在记录仪开机的情况下，当电池接入相关电路时，通过内部的NTC下拉电阻与对应的锂电池温度检测电路相连，控制芯片通过ADC实时对电池的温度进行检测。
3.如权利要求1所述的应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，步骤S2中，当检测到锂电池的温度低于第一阈值温度，则设置关机电压为第一电压，以延长低温续航时间。
4.如权利要求3所述的应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，若检测到锂电池温度高于第六温度阈值，则断开锂电池连接，采用容量相对小的非锂离子电池供电。
5.如权利要求1所述的应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，还包括：根据监测到的锂离子电池的温度，动态管理充电过程。
6.如权利要求5所述的应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，若检测到锂电池内部温度低于第二阈值温度，则判断执法仪处于极低温环境，执法记录仪控制IC配置充电使能电路停止工作，禁止充电芯片对锂电池充电。
7.如权利要求5所述的应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，当检测到锂电池内部温度处于第二阈值温度到第三阈值温度之间时，则判断执法仪处于低温环境，执法记录仪控制充电芯片对充电锂电池小电流充电；其中第二阈值温度小于第三阈值温度。
8.如权利要求5所述的应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，当检测到锂电池内部温度处于第四阈值温度到第五阈值温度之间时，则判断执法仪处于高温环境，执法记录仪控制充电芯片对充电锂电池小电流充电；其中第四阈值温度大于第三阈值温度而小于第五温度阈值。
9.如权利要求5所述的应用于执法仪的电池管理方法，其特征在于，当检测到锂电池内部温度大于第五阈值温度时，则判断执法仪处于极高温环境，执法记录仪控制IC配置充电使能电路停止工作，禁止充电芯片对锂电池充电。
10.一种执法记录仪，其特征在于，包括控制器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述控制器用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1-9中任一项所述的应用于执法仪的电池管理方法。
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