CN113161635B - 一种基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统，包括：电源模块、微处理器、温度传感器、NTC热敏电阻、存储器、射频电路、天线以及外部RFID读写器；所述NTC热敏电阻串联于所述温度传感器以及所述微处理器的休眠唤醒引脚之间；所述射频电路以及所述天线顺序串联于所述微处理器的输出端；其中，所述NTC热敏电阻在高于所述锂动力电池组的工作温度时，处于低阻导通状态，使得所述微处理器处于唤醒状态并记录高温工作次数更新存储于所述存储器中；所述射频电路以及所述天线用于在所述外部RFID读写器读取数据时，将存储于所述存储器中的高温工作次数以及原始记录于所述存储器中的锂动力电池组的出厂信息发送给所述外部RFID读写器。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统。
背景技术
当今社会，新能源汽车产业正蓬勃发展。2018年，我国新能源汽车产销量超过120万辆，同比增长约60％，居全球第一。预计到2025年，我国新能源汽车的新车销售量将达到国内新车销售总量的20％左右，新能源汽车销量有望达到530万辆，新能源汽车保有量将在2000万左右。新能源电池一般由正极、负极、隔膜以及电解液组成，其中，正极材料组成不固定。正极材料大多采用钴酸锂、锰酸锂以及磷酸铁锂。而以磷酸铁锂为正极材料的电池安全性高，成本低，循环性好，得到广泛使用。根据新能源电池的使用年限、电池寿命等因素，2018～2020年，我国累计报废动力电池将达12～20万吨，到2025年，预计将增至35万吨。因此，目前消费者对新能源电动汽车使用需求仍在不断增长。
新能源汽车电池的使用与电池的温度有着密切关系，当电池温度处于25℃左右时，电池的性能最佳，同时不会对电池造成明显伤害。现有技术中对新能源汽车电池的热管理主要在汽车电池上安装冷却系统，通过冷却系统对汽车电池进行温度调节，从而使电池在合理的温度范围内使用。但是冷却系统耗能大，使用成本高。因此，现有技术中缺少仍然缺少一种有效简单的电池热管理系统，对汽车电池进行行之有效的热监测管理。
发明内容
本发明提供了一种锂动力电池全生命周期监测管理系统及方法，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：一种锂动力电池全生命周期监测管理系统，包括：
电源模块、微处理器、温度传感器、NTC热敏电阻、存储器、射频电路、天线以及外部RFID读写器；
所述NTC热敏电阻串联于所述温度传感器以及所述微处理器的休眠唤醒引脚之间；所述射频电路以及所述天线顺序串联于所述微处理器的输出端；其中，所述NTC热敏电阻在高于所述锂动力电池组的工作温度时，处于低阻导通状态，使得所述微处理器处于唤醒状态并记录高温工作次数更新存储于所述存储器中；所述射频电路以及所述天线用于在所述外部RFID读写器读取数据时，将存储于所述存储器中的高温工作次数以及原始记录于所述存储器中的锂动力电池组的出厂信息发送给所述外部RFID读写器。
作为进一步改进的，所述NTC热敏电阻的热敏指数根据所述锂动力电池组的工作温度的上限选择。
作为进一步改进的，所述锂动力电池组的工作温度的上限为50℃，且所述NTC热敏电阻在50℃的电阻低于50欧姆。
作为进一步改进的，所述锂动力电池组的工作温度的上限为50℃，且所述NTC热敏电阻在50℃的电阻低于20欧姆。
作为进一步改进的，所述外部RFID读写器进一步用于读取所述锂动力电池组的总充电电量，并通过所述射频电路以及所述天线写入充电电量并将更新后的总充电电量存储于所述存储器。
作为进一步改进的，所述热监测管理系统还包括梯次应用模块，用于当所述锂动力电池组退役时，用于根据所述总充电电量以及所述高温工作次数、以及所述出厂信息分析所述锂动力电池组使用状态信息数据，得到退役的锂动力电池组梯次应用初步分选结果。
作为进一步改进的，所述热监测管理系统还包括高温工作预警模块，用于对所述存储器中的高温工作次数进行周期性分析，得到所述锂动力电池组的高温工作预警信息。
本发明的有益效果是：
本发明中的锂动力电池组热监测管理系统包括电源模块、微处理器、温度传感器、NTC热敏电阻、存储器、射频电路、天线以及外部RFID读写器；NTC热敏电阻串联于温度传感器以及微处理器的休眠唤醒引脚之间，当锂动力电池组的工作温度高于50℃时，NTC热敏电阻处于高温低阻导通状态，微处理器被唤醒并记录锂动力电池组的高温工作次数，并将高温工作次数更新并存储于存储器中；当温度低于50℃时，微处理器的处于休眠状态，可节约电量；同时，在存储器中存储有锂动力电池组的原始出厂信息；当锂动力电池组退役后，外部的RFID读写器即可读取存储器中的高温工作次数和锂动力电池组的出厂信息，并分析锂动力电池组的充放电循环次数，以及高温使用次数，进行梯次应用的初步判定，有效简化了退役电池的检测流程，提高梯次应用的筛选效率；同时，锂动力电池组热监测管理系统还包括高温工作预警模块，用于对锂动力电池组进行即时高温监测保护，通过高温工作预警模块读取存储器中的高温工作次数，若每个月高温工作次数超过预定次数便通过车载系统向使用者发送高温工作次数预警信息，用以提醒用户合理使用电动汽车；本发明的热监测管理系统可对锂动力电池的高温工作状态进行即时监测，保护锂动力电池，延长使用寿命，而且便于提高退役后的电池梯次应用检测效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统。
图2是本发明实施例提供的锂动力电池组的电池容量保持率和充放电循环次数关系曲线图。
图中附图标识为：
10、电源模块；
11、微处理器；
12、温度传感器；
13、NTC热敏电阻；
14、存储器；
15、射频电路；
16、天线。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中，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个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1所示，本发明实施例提供了一种锂动力电池全生命周期监测管理系统，包括：
电源模块10、微处理器11、温度传感器12、NTC热敏电阻13、存储器14、射频电路15、天线16以及外部RFID读写器；
所述NTC热敏电阻13串联于所述温度传感器12以及所述微处理器11的休眠唤醒引脚之间；所述射频电路15以及所述天线16顺序串联于所述微处理器11的输出端；其中，所述NTC热敏电阻13在高于所述锂动力电池组的工作温度时，处于低阻导通状态，使得所述微处理器11处于唤醒状态并记录高温工作次数更新存储于所述存储器14中；所述射频电路15以及所述天线16用于在所述外部RFID读写器读取数据时，将存储于所述存储器14中的高温工作次数以及原始记录于所述存储器14中的锂动力电池组的出厂信息发送给所述外部RFID读写器。
具体的，本实施例中通过设置微处理器11、温度传感器12、NTC热敏电阻13、存储器14、射频电路15、天线16以及外部RFID读写器，用于获取锂动力电池组的高温工作次数。本实施例中的微处理器11、温度传感器12、NTC热敏电阻13、存储器14、射频电路15以及天线16直接从电源模块10获取工作电量。当锂动力电池组在正常温度范围内使用时，NTC热敏电阻13处于高阻不导通状态，此时微处理器11处于休眠状态，不进行工作，节省电源电量。当锂动力电池组的工作温度达到一定温度时，NTC热敏电阻13处于低阻导通状态，使得所述微处理器11处于唤醒状态并记录高温工作次数，且将高温工作次数更新存储于存储器14中。
锂动力电池组的放电过程为放热反应过程，同时在放电时内阻也会发热，特别容易使锂动力电池组的温度升高，特别是在夏季使用时，锂动力电池组容易升高。因此，本实施例中设置NTC热敏电阻13，即时记录锂动力电池组的高温工作次数，同时将锂动力电池组的出厂信息也存储在存储器14中，便于分析锂动力电池组的高温工作情况，从而通过热监测管理，提升锂动力电池组的使用时长。
进一步的，所述NTC热敏电阻13的热敏指数根据所述锂动力电池组的工作温度的上限选择。
锂动力电池组的工作性能受温度影响较大，温度越高对锂动力电池组的伤害越大。当锂动力电池组的工作温度高于50℃，电池内阻将明显增大，电池的循环寿命也会明显降低。因此，本实施例中，设定锂动力电池组的工作温度的上限为50℃，且所述NTC热敏电阻13在50℃的电阻低于50欧姆。
进一步的，所述锂动力电池组的工作温度的上限为50℃，且所述NTC热敏电阻13在50℃的电阻低于20欧姆。
进一步的，所述外部RFID读写器进一步用于读取所述锂动力电池组的总充电电量，并通过所述射频电路15以及所述天线16写入充电电量并将更新后的总充电电量存储于所述存储器14。
具体的，如图2所示，充放电循环次数是衡量锂动力电池组使用寿命的重要参数，充放电循环次数越多，锂动力电池组的剩余容量就越少。锂动力电池组的充放电循环并非是简单的充放电次数，充放电循环次数指的是锂动力电池组的电量从满电状态到用完电，再到充满电的过程，即为1次充放电循环次数。具体表示就是锂动力电池组的电量从100％→0％→100％的过程。充放电循环次数不同于充电次数，充电次数可以具有很多次，而充放电循环次数与锂动力电池组的设计使用寿命直接相关，充电次数不便于直接用于评估锂动力电池组的剩余使用寿命，使用充放电循环次数与锂动力电池组的使用寿命直接相关，能更加准确评估锂动力电池组的剩余使用寿命，便于锂动力电池组在梯次应用模块中的性能评估。
在本实施例中，当锂动力电池组在充电状态时，微处理器11处于唤醒状态，外部充电设备可通过射频电路15以及天线16将每次的充电电量写入存储器14中，再将总充电电量更新并存储于存储器14中。存储器14中记录有所述锂动力电池组的总充电电量，可以用于后期梯次应用模块中，获取充放电循环次数。
进一步的，所述锂动力电池组热监测管理系统还包括梯次应用模块，用于当所述锂动力电池组退役时，用于根据所述总充电电量以及所述高温工作次数、以及所述出厂信息分析所述锂动力电池组使用状态信息数据，得到退役的锂动力电池组梯次应用初步分选结果。
当锂动力电池组的剩余容量达到初始容量的80％时，锂动力电池组便不能满足车辆动力性能要求，需作退役处理。退役后的锂动力电池组有两个处理方向，一个是直接拆解，回收提炼退役电池内的重金属；另一个是梯次利用，将退役下来的电池降级使用，用于储能应有领域。储能应用领域可以包括家用储能、商用储能以及通信基站的储能。家用储能与家庭屋顶光伏系统相结合，用于家用发电与储能系统。家用储能将白天日照高峰时光伏系统发的电量储存起来，到晚间用电高峰时再放出来使用。对于商用储能，锂动力电池组可以得到模块化处理，兼容不同的电池类型，不同的电池使用程度，降低电池使用的维护成本。对于通信基站的储能，可以将退役的锂动力电池组应用在网络通信基站中，作为网络通信基站的储能模块，提高网络通信基站的稳定性和持续性。
本实施例中，原始记录于所述存储器14中的锂动力电池组的出厂信息包括锂动力电池组的标称容量、循环使用寿命以及电池材料信息。不同材料的锂动力电池组的充放电循环次数不同，现今常用的三元锂电池充放电循环次数可达800～1000次，而磷酸铁锂电池的充放电次数可达2000次。上述表明当锂动力电池组进入梯次应用模块后，外部RFID读写器可以读取存储器14中记录的锂动力电池组的总充电电量，除以锂动力电池组的标称容量后便可以得到充放电循环次数。同时，将高温工作次数进行梯次划分多个等级，例如，可以分为0～50，50～100，100以上等。根据充放电循环次数和高温工作次数分析得到锂动力电池组使用状态信息，进而得到退役的锂动力电池组梯次应用初步分选结果。
当锂动力电池组退役后，获取锂动力电池组充放电循环次数，将充放电循环次数和所对应的出厂信息中的循环使用寿命进行比对，并结合高温工作次数信息进行梯次应用初步分选结果的判定。若锂动力电池组的充放电循环次数达到循环使用寿命的80％以上时，同时高温工作次数在100次以上，则可直接对锂动力电池组进行报废拆解回收处理。若锂动力电池组的充放电循环次数在循环使用寿命的80％以下，且高温工作次数在100次以内，则进行下一步的梯次应用筛选，以得到更细致的梯次应用结果。
进一步的，所述锂动力电池组热监测管理系统还包括高温工作预警模块，用于对所述存储器14中的高温工作次数进行周期性分析，得到所述锂动力电池组的高温工作预警信息。
高温工作预警模块用于获取存储器14中的高温工作次数，并进行周期性分析。以月为周期频率，得到每个月里锂动力电池组的高温工作频率。若每个月锂动力电池组的高温工作次数超过预定次数，高温工作预警模块即可通过车载系统向使用者发送高温工作次数预警信息，以提醒用户合理使用动力汽车，维护电池健康。并且设定每月的高温工作次数最高为10次，即每年120次，当每个月内超过10次时即可提醒用户为电池严重高温使用频数，以便用户合理使用电动汽车。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统，其特征在于，包括：
电源模块(10)、微处理器(11)、温度传感器(12)、NTC热敏电阻(13)、存储器(14)、射频电路(15)、天线(16)、梯次应用模块以及外部RFID读写器；
所述NTC热敏电阻(13)串联于所述温度传感器(12)以及所述微处理器(11)的休眠唤醒引脚之间；所述射频电路(15)以及所述天线(16)顺序串联于所述微处理器(11)的输出端；其中，所述NTC热敏电阻(13)在高于所述锂动力电池组的工作温度时，处于低阻导通状态，使得所述微处理器(11)处于唤醒状态并记录高温工作次数更新存储于所述存储器(14)中；
所述外部RFID读写器用于通过所述射频电路(15)以及所述天线(16)读取存储于所述存储器(14)中的高温工作次数、总充电电量以及该锂动力电池组的出厂信息；同时，在所述锂动力电池组在充电状态时，外部充电设备通过外部RFID读写器将每次的充电电量写进存储器(14)内并更新存储于所述存储器(14)的总充电电量；
所述梯次应用模块用于通过外部RFID读写器读取退役的所述锂动力电池组其设置的存储器(14)内存储的总充电电量、高温工作次数以及出厂信息，并且根据所述总充电电量计算出充放电循环次数；同时，当所述锂动力电池组退役时，根据所述充放电循环次数以及所述高温工作次数以及所述出厂信息分析出退役的所述锂动力电池组的使用状态信息数据，并且得到该锂动力电池组的梯次应用初步分选结果。
2.如权利要求1所述的基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统，其特征在于，所述NTC热敏电阻(13)的热敏指数根据所述锂动力电池组的工作温度的上限选择。
3.如权利要求2所述的基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统，其特征在于，所述锂动力电池组的工作温度的上限为50℃，且所述NTC热敏电阻(13)在50℃的电阻低于50欧姆。
4.如权利要求2所述的基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统，其特征在于，所述锂动力电池组的工作温度的上限为50℃，且所述NTC热敏电阻(13)在50℃的电阻低于20欧姆。
5.如权利要求1所述的基于射频感应的锂动力电池组热监测管理系统，其特征在于，进一步包括高温工作预警模块，用于对所述存储器(14)中的高温工作次数进行周期性分析，得到所述锂动力电池组的高温工作预警信息。
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