CN204905913U - 一种铝空气燃料电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铝空气燃料电池管理系统。该系统包括微控制器模块、液晶显示模块、电源模块、数据采集模块、键盘模块、报警模块、执行模块和启动模块，微控制器模块分别与液晶显示模块、电源模块、数据采集模块、键盘模块、报警模块、执行模块和启动模块相连接；数据采集模块包括分别连接在微控制器模块上的氢气浓度采集模块、温度采集模块、电压采集模块和电流采集模块，执行模块包括分别连接在微控制器模块上的散热风扇、散热电磁阀、回流直流阀、排氢风扇、进气风扇和水泵。该系统不仅可对铝空气电池各种状态参数进行实时准确监控与显示，并且还具有过载、过流、过温等多重保护功能，能提高铝空气燃料电池的使用效率和寿命。

Description

一种铝空气燃料电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种电池管理系统，具体涉及到一种铝空气燃料电池管理系统。

背景技术

近年来，我国经济迅速发展，经济规模不断扩大，能源的消耗量急剧增长。然而，中国的能源结构极为不合理，煤和石油等化石燃料的消耗占了大部分，同时中国能源利用技术水平和效率低下，大量消耗化学燃料，造成了严重的环境问题，传统能源结构及其利用方式越来越难以适应人类生存发展的需要，人类急需清洁高效环保的新能源技术。

近些年，铝空气燃料电池由于具有成本低、能量密度大、质量轻、结构简单、无污染、可靠性高、寿命长等优点，其应用的领域越来越广泛，但是目前，国内传统铝空气电池智能化水平低，大部分管理系统处于半自动化状态，运行使用效率低，而且大部分管理系统也不具有过载，过流等各种保护功能。如，公开日为2013年9月11日，公开号为CN103296338A的专利文献公开了这样一种铝空气燃料电池的技术方案，如图1所示，它包括电解液箱、电池堆，通风系统、电解液上液系统，电解液回液系统、排氢系统、测温系统、过滤系统和散热系统。电池运行过程如下，首先电解液全部存储于电解液箱中，然后由电信号控制打开电解液上液系统中的泵，经电池堆中的电解液缓冲器均匀分配后进入电池堆中的每一个单电池，每个单电池充满电解液后，电池堆开始供电；电解液流经电池堆后，经过电解液回液系统进入电解液箱体，再经过过滤系统，过滤去除反应的固体产物，由电解液上液系统再注入电池堆实现电解液的循环，停止时，将电解液上液系统停止，则电池堆中的电解液回到电解液箱，电池停止供电，如需要重新供电时，启动电解液上液系统的水泵，则电池系统重新恢复供电。它虽然可以实现电解液的循环，能有效的分离沉淀，控制氢气含量和电池的内部温度，提高了电池的稳定性和可靠性。但是该技术方案的不足之处在于它不能对铝空气燃料电池的输出电压、电流、剩余电量(SOC值)、电解液的温度和氢气浓度进行实时显示和监控，并且它也不具有过载，过流和过温等智能保护功能。

发明内容

本实用新型针对现有技术上存在的不足，提出了一种铝-空气电池管理控制系统，该系统不仅可对铝空气电池的输出电压、电流、剩余电量(SOC值)、电解液箱的氢气浓度和电解液的温度进行实时准确监控和显示，并且还具有过载保护、过流保护、过温保护等多重保护功能，能按照预先设定的参数对输出继电器进行自动调节。本实用新型结构简单，可靠性高，操作方便，易于推广。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铝空气燃料电池管理系统，包括微控制器模块、液晶显示模块、电源模块、数据采集模块、键盘模块、报警模块、执行模块和启动模块，所述微控制器模块分别与液晶显示模块、电源模块、数据采集模块、键盘模块、报警模块、执行模块和启动模块相连接；所述的数据采集模块包括分别连接在微控制器模块上的氢气浓度采集模块、温度采集模块、电压采集模块和电流采集模块，所述的执行模块包括分别连接在微控制器模块上的继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器五、继电器六和继电器七。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的执行模块还包括分别连接在继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器六、继电器七上的散热风扇、散热电磁阀、回流直流阀、排氢风扇、进气风扇和水泵。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的继电器五与负载电路相连。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的启动模块由继电器八、自锁开关和蓄电池组成，所述的继电器八分别与微控制器模块和水泵相连接，所述的蓄电池与自锁开关相连，自锁开关与继电器八的常闭触点相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述微控制器模块采用STC12C5A60S2微控制器，所述电源模块采用稳压芯片LM2576HV12和LM2940-5.0，所述氢气浓度采集模块选用MQ-8型氢气传感器，所述温度采集模块选用数字式温度传感器芯片DS18B20，所述的电压采集模块采用两个精度为万分之五的精密电阻，所述电流采集模块选用霍尔电流传感器芯片ACS712-30A，所述液晶显示模块采用12864液晶显示器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述声光报警模块包括发光二极管和无源蜂鸣器，该蜂鸣器经三极管与微控制器连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述键盘模块包括有四个独立按键，分别代表功能选择键、参数上调键、参数下调键和铝空气燃料电池关闭键。

本实用新型有益效果是，

1)本实用新型具有过载保护、过流保护、温度保护等多重保护功能，延长铝空气电池的使用寿命，降低其运行成本，提高电池的可靠性和使用效率。

2)本实用新型能准确的对电池状态的各个参数进行实时监测与报警，并且报警参数上限值设置可调，能满足不同情况的需求。

3)本实用新型结构简单，所需器件都是常见易得的，采购周期短，制作成本低，易于安装与维护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是公开号为CN103296338A专利文献的铝空气电池的结构示意图。

图2是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实新型进行进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

参见图2一种铝空气燃料电池管理系统，包括微控制器模块、液晶显示模块、电源模块、数据采集模块、键盘模块、报警模块、执行模块和启动模块，微控制器模块分别与液晶显示模块、电源模块、数据采集模块、键盘模块、报警模块、执行模块和启动模块相连接；所述数据采集模块包括分别连接在微控制器模块上的氢气浓度采集模块、温度采集模块、电压采集模块和电流采集模块，所述执行模块包括分别连接在微控制器模块上的继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器五、继电器六和继电器七，以及分别和继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器六和继电器七相连的散热风扇、散热电磁阀、回流直流阀、排氢风扇、负载、进气风扇和水泵。所述继电器五与负载电路相连。所述的启动模块由继电器八、自锁开关和蓄电池组成，继电器八分别与微控制器模块和水泵相连接，蓄电池与自锁开关相连，自锁开关与继电器八的常闭触点相连接。

本实施例中，所述微控制器模块采用STC12C5A60S2单片机，所述电源模块采用稳压芯片LM2576HV-12和LM2940-5，所述氢气浓度采集模块选用MQ-8型氢气传感器，所述温度采集模块选用数字式温度传感器芯片DS18B20，所述的电压采集模块采用两个精度为万分之五的精密电阻，所述电流采集模块选用霍尔电流传感器芯片ACS712-30A，所述液晶显示模块采用12864液晶显示器，所述声光报警模块采用发光二极管和无源蜂鸣器，所述键盘模块包括有四个独立按键。

铝空气燃料电池管理系统的工作过程：

一、铝空气燃料电池管理系统的放电控制过程：

当本实用新型工作时，首先将启动模块中的自锁开关按下，蓄电池通过继电器八的常闭触点对水泵进行供电，水泵将电解液打入到缓冲器内，缓冲器再均匀的将电解液分配至铝空气电池堆中的每一个单体电池，当每个单体电池充满电解液后，电池堆开始供电，电池堆输出的电压经过电源模块给整个电池管理控制系统供电，电池管理系统开始工作。

电池管理系统工作后，微控制器首先将上次所保存的SOC值数据存储器里恢复出来，然后通过数据采集模块将铝空气电池工作的总电压，电流，电解液的温度和电解液箱的氢气浓度进行采集，微控制器对其进行数据处理后，将这些参数和SOC值通过液晶显示器进行实时显示。

接着电池管理系统控制执行模块使铝空气燃料电池持续放电，具体操作过程为：微控制器控制继电器三和继电器六将进气风扇和回流直通阀打开，以给铝片提供氧气和使电解液循环，同时微控制器控制继电器七，使铝空气电池对水泵进行供电，同时铝空气燃料电池也对蓄电池进行充电。另外微控制器还控制继电器五，使铝空气燃料电池给负载供电，铝空气燃料电池循环正常工作向负载持续放电。

通过按键模块可以实现对电池状态参数阈值的设置，按键模块上共有4个按键，分别代表功能选择键、参数上调键、参数下调键和铝空气燃料电池关闭键。正常工作时，液晶显示器处在实时显示模式，此时，参数上调键、参数下调键无效，当功能选择键按下一次时，液晶显示器进入电流报警上限显示模式，当按下二次功能选择键时，液晶显示器进入电压报警下限显示模式，当按下三次功能选择键时，液晶显示器进入温度报警上限显示模式，当按下四次功能选择键时，液晶显示器回到正常工作的实时显示模式。在液晶的电流报警上限显示模式、电压报警下限显示模式、温度报警上限显示模式下，可以通过调整参数上调键和参数下调键来设定不同电池状态参数的报警限值，具有很强的操作灵活性。

当蓄电池充电经过一段时间后，微控制器定时将继电器八打开，使水泵脱离蓄电池的供电，之后水泵将完全由铝空气电池来进行供电。

当铝空气电池所采集的温度超过电解液最佳反应温度时，微控制器控制继电器三，继电器二和继电器一，将回流直通阀关闭，打开散热直通阀和散热风扇，以降低电解液的温度。

当铝空气电池所采集的电解液箱的氢气浓度超过4％时，微控制器控制继电器四，将排氢风扇打开，通过排氢管道向电解液箱外排氢。

当铝空气电池所采集的电流超过所设置的报警上限值时或者当铝空气电池所采集的电解液温度超过温度报警上限值时再或者当所采集的电压小于所设置的电压报警下限时，微控制器将会输出信号至继电器五、声光报警模块和液晶显示器，一方面微控制器将会关闭负载的通路，使铝空气电池停止对负载进行供电，避免损坏铝空气电源的使用寿命。同时另一方面，声光报警模块开始报警，液晶显示器分别显示电流过载、温度过高或欠电压的报警画面，以提醒操作者减少负载，当所采集的电流、温度和电压在正常情况下，铝空气电池管理系统将会继续正常工作。

二、铝空气燃料电池管理系统的断电控制过程：

当铝空气电池需要断电时，首先按下启动模块的自锁开关，使自锁开关弹起，使水泵完全脱离蓄电池的供电，为下一次启动做好准备，然后再按下铝空气电池关闭键，微控制器首先将当前的SOC值存储到数据存储器中，然后再控制继电器六，继电器七将排气风扇和水泵关闭掉，以减少铝空气电池堆中的氧气浓度和防止电解液进入铝空气电池堆，进而使铝板和电解液停止反应。同时微控制器控制继电器三和继电器四，将回流直通阀和排氢风扇打开，让铝空气电池堆中的电解液在重力作用下自然回流到电解液箱，并且让电解液箱里的多余氢气排出，铝空气电池就停止工作。

本实用新型结构简单，使用方便，成本低廉，且安装调试容易，通过按键可以设置电池参数报警上下限值，所测的电池参数可以实时的显示在液晶屏上，并且该系统具有过载，过流，温度和欠压等保护功能。本实用新型抗干扰能力强，可靠性强，容易推广。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铝空气燃料电池管理系统，其特征在于，包括微控制器模块、液晶显示模块、电源模块、数据采集模块、键盘模块、报警模块、执行模块和启动模块，所述微控制器模块分别与液晶显示模块、电源模块、数据采集模块、键盘模块、报警模块、执行模块和启动模块相连接；所述的数据采集模块包括分别连接在微控制器模块上的氢气浓度采集模块、温度采集模块、电压采集模块和电流采集模块，所述的执行模块包括分别连接在微控制器模块上的继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器五、继电器六和继电器七。

2.根据权利要求1所述的一种铝空气燃料电池管理系统，其特征在于：所述的执行模块还包括分别连接在继电器一、继电器二、继电器三、继电器四、继电器六、继电器七上的散热风扇、散热电磁阀、回流直流阀、排氢风扇、进气风扇和水泵。

3.根据权利要求1所述的一种铝空气燃料电池管理系统，其特征在于：所述的继电器五与负载电路相连。

4.根据权利要求1所述的一种铝空气燃料电池管理系统，其特征在于：所述的启动模块由继电器八、自锁开关和蓄电池组成，所述的继电器八分别与微控制器模块和水泵相连接，所述的蓄电池与自锁开关相连，自锁开关与继电器八的常闭触点相连接。

5.根据权利要求1所述的一种铝空气燃料电池管理系统，其特征在于：所述微控制器模块采用STC12C5A60S2单片机，所述电源模块采用稳压芯片LM2576-HV12和LM2940-5.0，所述氢气浓度采集模块选用MQ-8型氢气传感器，所述温度采集模块选用数字式温度传感器芯片DS18B20，所述的电压采集模块采用精度为千分之一的精密电阻，所述电流采集模块选用霍尔电流传感器芯片ACS712-30A，所述液晶显示模块采用12864液晶显示器。

6.根据权利要求1所述的一种铝空气燃料电池管理系统，其特征在于：所述报警模块包括发光二极管和无源蜂鸣器，该蜂鸣器经三极管与微控制器模块相连接。

7.根据权利要求1所述的一种铝空气燃料电池管理系统，其特征在于：所述键盘模块包括有四个独立按键，分别代表功能选择键、参数上调键、参数下调键和铝空气燃料电池关闭键。