CN206806464U - 一种铝空气电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铝空气电池管理系统。该系统包括微控制器模块、液晶显示模块、电源模块、启动模块、温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、报警模块、键盘模块和执行模块，微控制器模块分别与电源模块、启动模块、温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、报警模块、键盘模块和执行模块相连接；执行模块包括分别连接在微控制器模块上的控制阀、回流阀和循环泵。该系统不仅可对铝空气电池的输出电压，电流和电解液温度进行实时监控与显示，而且还具有过载、欠压、过温等多重保护功能，提高了铝空气电池的可靠性和使用效率，延长了铝空气电池的使用寿命。

Description

一种铝空气电池管理系统

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电池管理系统。

背景技术

铝空气电池是以铝合金为负极、空气电极为正极、中性水溶液或碱性水溶液为电解质构成的一种新型高能量化学电源。由于其具有能量密度大、质量轻、材料来源丰富、无污染、可靠性高、寿命长、使用安全等优点，因此在应急电源，后备电源，军事便携电源，电动汽车电源和水下电源等各行各业都有广泛应用。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手动或半自动化状态，而且大部分管理系统也不具有过载，欠压和过温等各种保护功能，铝空气电池管理系统存在安全性能差和使用效率低等问题。如，公开日为2013年9月11日，公开号为CN103296337A的专利文献公开了这样一种铝空气电池的技术方案，如图1所示，它包括自高到低依次设置的电解液存储箱、电池堆、电解液缓冲器、沉淀过滤器、控制阀、回流阀和循环泵。电池运行过程如下：首先在铝空气电池使用前，将电解液全部存储于电解液存储箱中，此时，控制阀处于关闭状态，循环泵不工作，回流阀处于开启状态。需要使用铝空气电池时，关闭回流阀，开启控制阀，电解液存储箱内的电解液在自身重力的作用下会流进电解液缓冲器，经其缓冲后会均匀流进电池堆，随着电解液液面高度的升高，电解液会从电池堆的出液口流入沉淀过滤器。沉淀过滤器将其反应后生成的反应产物过滤沉淀，同时，随着电池堆反应的深入，铝空气电池堆电压逐渐升高，当电压达到一定程度后，铝空气电池开始工作，循环泵在电池堆的供电下启动工作，将沉淀过滤器中经过过滤的电解液再次经过电解液缓冲器输送回电池堆进行反应，实现了电解液的循环。停止时，将回流阀开启，电解液缓冲器内的电解液则会在自身重力的作用下，回流到沉淀过滤器，电磁堆中的电解液同样在自身重力作用下流回电解液缓冲器中，电池堆中电解液流尽，铝空气电池停止工作。该铝空气电池不仅实现了电解液的循环，而且能对反应生成的反应产物进行过滤，提高了电池的稳定性和工作效率，而且还提出了一种独特的电解液缓冲器对电解液进行缓冲，从而使各个单体电池反应程度一致，提高了电池的可靠性。但是该技术方案的不足之处在于它不能对铝空气电池的工作参数(输出电压、电流、SOC和电解液温度)进行实时显示和监控，并且它也不具有过载、过流、欠压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)和电解液的温度进行实时准确的监控和显示，并且还具有过载保护、过流保护、欠压保护、过温保护等多重保护功能。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、启动模块、温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、报警模块、键盘模块和执行模块，所述微控制器模块分别与电源模块、启动模块、温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、报警模块、键盘模块和执行模块相连接；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。

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、继电器四上的控制阀、回流阀和循环泵。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的继电器三与负载电路相连。

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五、自锁开关和蓄电池组成，所述的继电器五分别与微控制器模块和电源模块相连接，所述的蓄电池与自锁开关相连，自锁开关与继电器五的常闭触点相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述微控制器模块采用STC15F2K60S2单片机，所述电源模块采用稳压芯片LM2576-HV12和LM2940-5.0，所述温度采集模块选用精度为百分之一的NTC热敏电阻，所述的电压采集模块采用霍尔电压传感器芯片HVS-AS5-05，所述电流采集模块选用霍尔电流传感器芯片ACS723-40AU，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电池关闭键。

本实用新型有益效果是：

1)本实用新型结构简单，所需器件都是常见易得的，制作成本低，易于安装与维护，并且操作简单。

2)本实用新型具有过载保护、过流保护、欠压保护、过温保护等多重保护功能，提高了铝空气电池的使用效率和可靠性，延长了铝空气电池的使用寿命。

3)本实用新型能对铝空气电池的各个工作状态参数进行实时监测与报警，并且报警参数设置可调，能满足不同情况的需求。

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CN103296337A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2一种铝空气电池管理系统，包括微控制器模块、液晶显示模块、电源模块、启动模块、温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、报警模块、键盘模块和执行模块，微控制器模块分别与电源模块、启动模块、温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、报警模块、键盘模块和执行模块相连接；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，以及分别和继电器一、继电器二和继电器四相连的控制阀、回流阀和循环泵。所述继电器三与负载电路相连。所述的启动模块由继电器五、自锁开关和蓄电池组成，所述的继电器五分别与微控制器模块和电源模块相连接，所述的蓄电池与自锁开关相连，自锁开关与继电器五的常闭触点相连接。

本实施例中，所述微控制器模块采用STC15F2K60S2单片机，所述电源模块采用稳压芯片LM2576-HV12和LM2940-5.0，所述温度采集模块选用精度为百分之一的NTC热敏电阻，所述的电压采集模块采用霍尔电压传感器芯片HVS-AS5-05，所述电流采集模块选用霍尔电流传感器芯片ACS723-40AU，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。

铝空气电池管理系统的工作过程：

一、铝空气电池管理系统的放电控制过程：

当本实用新型工作时，首先将电解液放在电解液存储箱内，刚开始时，控制阀和循环泵处于关闭状态，回流阀处于常开状态，将启动模块中的自锁开关按下，蓄电池通过继电器五的常闭触点对电源模块进行供电，电源模块对整个铝空气电池管理系统进行供电，电池管理系统工作后，铝空气电池管理系统主要完成如下工作：

(1)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。

(2)微控制器控制继电器一和继电器二将控制阀打开，将回流阀关闭，电解液存储箱内的电解液在自身重力的作用下会流进电解液缓冲器，经其缓冲后会均匀流进电池堆，铝空气电池堆开始反应产生电压。

(3)铝空气电池管理系统通过电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块将铝空气电池工作的总电压，电流和电解液的温度进行采集，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。

随着电解液的升高，铝空气电池堆两端电压逐渐升高，当铝电池两端电压达到一定值后，铝空气电池开始工作，铝空气电压经过电源模块给整个电池管理控制系统供电，之后铝空气电池管理系统主要完成如下工作：

(1)铝空气电池管理系统控制继电器五将蓄电池从供电网络中切断，之后整个系统都由铝空气电池自行供电。

(2)铝空气电池管理系统控制继电器四打开循环泵，循环泵将输送至沉淀过滤器中经过过滤的电解液再次经过电解液缓冲器输送回电池堆中进行反应，使铝空气电池持续放电。

(3)微控制器控制继电器三，使铝空气电池给负载供电，铝空气电池循环正常工作向负载持续放电。

(4)铝空气电池管理系统通过电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块将铝空气电池工作的总电压，电流和电解液的温度进行采集，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。

(5)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。

(6)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三、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，为下一次启动做好准备，然后再按下铝空气电池关闭键，铝空气电池管理系统主要完成如下工作：

(1)微控制器首先将当前的SOC值存储到数据存储器中。

(2)微控制器控制继电器三，关闭负载通路，使铝空气电池停止对负载供电。

(3)微控制器控制继电器一、继电器二和继电器四，将控制阀和循环泵关闭，回流阀打开，电解液缓冲器内的电解液会在自身重力的作用下，流入到沉淀过滤器中，而电池堆中的电解液同样也在自身重力作用下流回到电解液缓冲器中，当电池堆中的电解液流尽时，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、过温和欠压等保护功能。本实用新型可靠性强，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、启动模块、温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、报警模块、键盘模块和执行模块，所述微控制器模块分别与电源模块、启动模块、温度采集模块、电压采集模块、电流采集模块、报警模块、键盘模块和执行模块相连接；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。

2.根据权利要求1所述的一种铝空气电池管理系统，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、继电器四上的控制阀、回流阀和循环泵。

3.根据权利要求1所述的一种铝空气电池管理系统，其特征在于：所述的继电器三与负载电路相连。

4.根据权利要求1所述的一种铝空气电池管理系统，其特征在于：所述的启动模块由继电器五、自锁开关和蓄电池组成，所述的继电器五分别与微控制器模块和电源模块相连接，所述的蓄电池与自锁开关相连，自锁开关与继电器五的常闭触点相连接。

5.根据权利要求1所述的一种铝空气电池管理系统，其特征在于：所述微控制器模块采用STC15F2K60S2单片机，所述电源模块采用稳压芯片LM2576-HV12和LM2940-5.0，所述温度采集模块选用精度为百分之一的NTC热敏电阻，所述的电压采集模块采用霍尔电压传感器芯片HVS-AS5-05，所述电流采集模块选用霍尔电流传感器芯片ACS723-40AU，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电池关闭键。