CN112910064A - 一种应用于电池充放电的安全系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种应用于电池充放电的安全系统，包括如下步骤：电池启动充放电程序：检测电压、电流、温度异常标志位，若为异常，停止充放电；通过检测限流电阻两端电压，MPU进行充电或放电判断；电池温度判断：根据LSTM模型，输入电池实时温度数据，定时对本次最终充放电温度进行预测，预测温度超过温度阈值，停止本次充放电；电池电流判断：通过检测电流采样电阻两端电压，电流超过电流阈值I1,停止放电；电流超过电流阈值I2,停止充电；电池电压判断：充电过程中，电压超过满电阈值V1，停止充电；放电过程中，电压低于欠压阈值V2，停止放电；计算电池剩余寿命：根据电池容量和数据曲线的相似性计算得到剩余充放电次数。

Description

一种应用于电池充放电的安全系统
技术领域
本发明属于金融自助设备配件技术领域，尤其涉及一种应用于电池充放电的安全系统。
背景技术
近些年，随着银行内金融自助设备的广泛应用，出现了越来越多的便携式金融自助设备或者营业厅智能机器人，电池储能设备的安全越来越引起人们的关注。电池在快速充电等极端工况下工作，寿命预测技术变得愈发重要。电池的使用寿命对用户评估设备正常工作，传统的电池使用寿命预测往往是通过记录电池的充放电次数，忽略了电池组的个体差异。准确预测电池剩余使用寿命不仅能保证系统的安全可靠运行，并且能实现电池剩余价值的最大化利用，及时更换电池。现有的电池保护装置，是在检测到电池异常情况下进行保护，本装置是结合机器学习，预测预防危险发生，提前进行保护，使用更加安全。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种应用于电池充放电的安全系统，主要是针对现有便携式金融自助设备和移动客服机器人的电池寿命管理应用，通过对电池电压、电流、温度、容抗、阻抗的数据采集，进行电池剩余寿命的预测。对电池过压、欠压、过流，进行保护。防止过充，过放；防止反复充放电，预测规避风险，对电池充电过程中温度实时检测，并对充电最终温度进行预测，预防危险发生。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种应用于电池充放电的安全系统，其特征在于，包括如下步骤：
电池启动充放电程序：检测电压、电流、温度异常标志位，若为异常，停止充放电；读取电池剩余寿命，达到寿命阈值，进行预警，超过寿命极限值，停止充放电；
通过检测限流电阻两端电压，MPU进行充电或放电判断；
电池温度判断：根据LSTM模型，输入电池实时温度数据，定时对本次最终充放电温度进行预测，预测温度超过温度阈值，停止本次充放电；
电池电流判断：通过检测电流采样电阻两端电压，计算得到回路电流，电流超过电流阈值I1，停止放电；电流超过电流阈值I2，停止充电；
电池电压判断：充电过程中，电压超过满电阈值V1，停止充电；放电过程中，电压低于欠压阈值V2，停止放电；
计算电池剩余寿命：根据电池容量和数据曲线的相似性计算得到剩余充放电次数。
作为优选的，充电时，电流通过限流电阻流向电池，限流电阻两端电压通过比较器，得到高电平，判断为充电；放电时，电流从电池流出通过限流电组流向负载，限流电阻两端电压通过比较器，得到低电平，判断为放电。
作为优选的，电池上设有温度传感器，实时采集电池温度数据，采集频率为：每1-3分钟采集1次。
作为优选的，温度传感器每采集n个数据为一组，计算每组数据的平均值，以m个平均值为测量数据，输入LSTM模型，得到第m+1个数据，即为预测温度数据，预测温度数据达到温度阈值，MPU发出停止充电或放电指令。
作为优选的，测量数据的步长为1组。
作为优选的，满电阈值V1为单节电池输出电压的整数倍，欠压阈值V2为单节电池工作电压的整倍数。
作为优选的，电池剩余寿命的计算方法包括如下步骤：
S001,拟定电池厂家提供的电池充放电次数为n次，MPU内预置同型号电池标准第一次充放电电压数据曲线X1和同型号电池容量最低的充放电电压数据曲线Xn；
S002，记录本电池第一次充放电数据曲线 Y1，计算X1和Y1的皮尔逊相关系数ρ1；
S003，根据Xn和ρ1,得到本电池容量最低的充放电电压数据曲线Yn；
S004，求得Y1和Yn数据曲线之间的n-2个等差数组，得到n-2条数据曲线；
S005，记录本次充放电数曲线Y，计算得到Y与n条曲线中相关系数最大的曲线为Yi，其中1＜i≤n，电池剩余充放电次数为n-i。
本发明的有益效果在于：
1.通过预测电池充放电温度，预判本次充放是否安全，提前预警，预防危险发生。
2.通过各类数据的采集，对电池剩余寿命进行判断，规避风险。
附图说明
图1是本发明电池充放电的安全系统工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种应用于电池充放电的安全系统包括如下步骤：
电池启动充放电程序：检测电压、电流、温度异常标志位，若为异常，停止充放电；读取电池剩余寿命，达到寿命阈值，进行预警，超过寿命极限值，停止充放电；关于异常标志位，是指电池上次充放电过程中，由于过流、过压，过热等原因被标记为异常，在本次启动之初就首先检测异常标志位，若为异常，停止充放电。
通过检测限流电阻两端电压，MPU进行充电或放电判断；具体判断方法如下：充电时，电流通过限流电阻流向电池，限流电阻两端电压通过比较器，得到高电平，判断为充电；放电时，电流从电池流出通过限流电组流向负载，限流电阻两端电压通过比较器，得到低电平，判断为放电。
电池温度判断：根据样机温度测试数据，建立LSTM模型。根据LSTM模型，输入电池实时温度数据，定时对本次最终充放电温度进行预测，预测温度超过温度阈值，停止本次充放电；电池上设有温度传感器，实时采集电池温度数据，采集频率为：每1-3分钟采集1次。
温度传感器每采集n个数据为一组，计算每组数据的平均值，以m个平均值为测量数据，输入LSTM模型，得到第m+1个数据，即为预测温度数据，预测温度数据达到温度阈值，MPU发出停止充电或放电指令。测量数据的步长为1组。
电池电流判断：通过检测电流采样电阻两端电压，因为 I=U/R，在检测电路中串联电路采样电阻，通过检测电流采样电阻两端电压，计算得到回路电流。电流超过电流阈值I1，停止放电；电流超过电流阈值I2，停止充电；在充电过程中负载是电池，电流大小根据电池容抗变化而变化，这里设定一个最大电流值，即电流阈值I2；放电的时候，放电电流由负载和电池电压共同决定，设定一个最大的电流值，即电流阈值I1。
电池电压判断：充电过程中，电压超过满电阈值V1，停止充电；放电过程中，电压低于欠压阈值V2，停止放电；因为电池组是串联的，因此满电阈值V1为单节电池输出电压的整数倍，欠压阈值V2为单节电池工作电压的整倍数。
计算电池剩余寿命：根据电池容量和数据曲线的相似性计算得到剩余充放电次数。现有技术中公认的电池寿命跟电池容量之间有一定关系，一般认为电池容量为初始容量60%左右时，电池剩余寿命为0。
电池剩余寿命的计算方法包括如下步骤：
S001,拟定电池厂家提供的电池充放电次数为n次，MPU内预置同型号电池标准第一次充放电电压数据曲线X1和同型号电池容量最低的充放电电压数据曲线Xn；
S002，记录本电池第一次充放电数据曲线 Y1，计算X1和Y1的皮尔逊相关系数ρ1；
S003，根据Xn和ρ1,得到本电池容量最低的充放电电压数据曲线Yn；
S004，求得Y1和Yn数据曲线之间的n-2个等差数组，得到n-2条数据曲线；
S005，记录本次充放电数曲线Y，计算得到Y与n条曲线中相关系数最大的曲线为Yi，其中1＜i≤n，电池剩余充放电次数为n-i，提示是否需要更换电池。
一个电池的循环是一次完整的充电和一次完整的放电过程，如果是完整的充放电，电池容量=U*I*T，充电和放电相等。其中I是电流、U是电压和T是时间。
完整过程的充电的U*I*T和放电U*I*T 乘积是一样的，但是充放电的电压和电流大小不同，因此可以得到2组数据，而电池剩余寿命计算方法中用到的是电池能量，也就是三者的乘积，因此用其中任意一组数据即可。
另外，设有电流检测自锁电路，充电过程中，当电流达到U1时，自锁电流进行限流；通过AD检测，即模数转换，将电压的模拟量转换成数字量，电流值超过U1，在异常情况下，达到阈值U2时，关闭充电开关，且充电过流标志置1，停止充电，进行充电过流保护。
放电过程中，当电流达到Q1时，自锁电流进行限流；通过AD检测，即模数转换，将电压的模拟量转换成数字量，电流值超过Q1，在异常情况下，达到阈值Q2时，关闭放电开关，且放电过流标志置1，停止放电，进行放电过流保护。
关于防止反复过放、充电的方法如下：放电过程中,采集限流电阻的电压数据,当电压数据低于过放电压,MPU发出停止放电指令；电流采样电阻两端的电压差为0,判断电池为空载状态；电流采样电阻两端的压差反向，且电池两端电压大于过放电压，设定一个阈值，放电开关导通，防止电池反复过放电。通过采集电池两端电压，充电过程当电池电压达到过充电压,电池停止充电，防止电池过充。
MPU上设有串口或者蓝牙，通过串口或者蓝牙将数据上传云端服务器，实现数据统一采集和管理，以便出现问题进行分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于电池充放电的安全系统，其特征在于，包括如下步骤：
电池启动充放电程序：检测电压、电流、温度异常标志位，若为异常，停止充放电；读取电池剩余寿命，达到寿命阈值，进行预警，超过寿命极限值，停止充放电；
通过检测限流电阻两端电压，MPU进行充电或放电判断；
电池温度判断：根据LSTM模型，输入电池实时温度数据，定时对本次最终充放电温度进行预测，预测温度超过温度阈值，停止本次充放电；
电池电流判断：通过检测电流采样电阻两端电压，计算得到回路电流，电流超过电流阈值I1，停止放电；电流超过电流阈值I2，停止充电；
电池电压判断：充电过程中，电压超过满电阈值V1，停止充电；放电过程中，电压低于欠压阈值V2，停止放电；
计算电池剩余寿命：根据电池容量和数据曲线的相似性计算得到剩余充放电次数。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电池充放电的安全系统，其特征在于，充电时，电流通过限流电阻流向电池，限流电阻两端电压通过比较器，得到高电平，判断为充电；放电时，电流从电池流出通过限流电组流向负载，限流电阻两端电压通过比较器，得到低电平，判断为放电。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电池充放电的安全系统，其特征在于，电池上设有温度传感器，实时采集电池温度数据，采集频率为：每1-3分钟采集1次。
4.根据权利要求3所述的一种应用于电池充放电的安全系统，其特征在于，温度传感器每采集n个数据为一组，计算每组数据的平均值，以m个平均值为测量数据，输入LSTM模型，得到第m+1个数据，即为预测温度数据，预测温度数据达到温度阈值，MPU发出停止充电或放电指令。
5.根据权利要求4所述的一种应用于电池充放电的安全系统，其特征在于，测量数据的步长为1组。
6.根据权利要求1所述的一种应用于电池充放电的安全系统，其特征在于，满电阈值V1为单节电池输出电压的整数倍，欠压阈值V2为单节电池工作电压的整倍数。
7.根据权利要求1所述的一种应用于电池充放电的安全系统，其特征在于，电池剩余寿命的计算方法包括如下步骤：
S001,拟定电池厂家提供的电池充放电次数为n次，MPU内预置同型号电池标准第一次充放电电压数据曲线X1和同型号电池容量最低的充放电电压数据曲线Xn；
S002，记录本电池第一次充放电数据曲线 Y1，计算X1和Y1的皮尔逊相关系数ρ1；
S003，根据Xn和ρ1,得到本电池容量最低的充放电电压数据曲线Yn；
S004，求得Y1和Yn数据曲线之间的n-2个等差数组，得到n-2条数据曲线；
S005，记录本次充放电数曲线Y，计算得到Y与n条曲线中相关系数最大的曲线为Yi，其中1＜i≤n，电池剩余充放电次数为n-i。
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