CN207819486U - 一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，系统包括人机交互单元、主控单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元，镍氢电池单元与功能接口单元内的充电电源接口相连接，镍氢电池单元还给主控单元、通信单元、接口单元提供工作电压，主控单元通过上行通信单元与话筒相连接，主控单元还连接有耳机、串口通信单元，主控单元，包括充电电路、主动放电电路、温度检测电路及控制管理单元。本实用新型实现充、放电事件的认定条件，并在温度不合适的情况下关断电池的充放电，以最小的硬件成本实现了终端镍氢电池的自我管理和自动激活能力，结构新颖，构思巧妙，保证终端镍氢电池的可靠运行，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及镍氢电池充电技术领域，具体涉及一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统。
背景技术
目前，终端生产厂家对镍氢电池的管理基本上只具备电压监测和充电两个手段。而且，这两个手段的实现方式过于简单，充电的截止条件未考虑环境温度、个体差异等影响因素，仅仅以充电电压作为判断条件，对镍氢电池活性的维持没有任何技术处理，也并未对镍氢电池充放电次数、当前工作状态、剩余电量做好记录与显示，提醒客户及时有效的更换。
当前电力公司技术管理手段相对落后，采购安装流程也很复杂。电力公司集中采购主要包含以下几个环节：招标前送检、中标后供货前送检、到货全检、存储、安装、调试、运行。出厂后的镍氢电池都是有效充满电荷，因此，在招标前送检、供货前送检和到货全检环节都能有效的提供备用电源。但是，到货检测后从存储到安装的时间阶段较长，少则几周，多则半年一年，电池在这段时间处于自放电状态，由于镍氢电池自放电率较高，在20℃条件下自放电率达到20％-30％/月。
而且，随着温度升高，电极活性物质活性提高，自放电率还将提升，严重影响电池性能。安装后由于长期不停电，备用电源无用武之地，镍氢电池特性进一步弱化，加上各种地区不同的自然环境交替变换(高温、低温、高湿、盐雾等)，一部分镍氢电池在现场应用一到两年甚至更短的时间便呈现出电压过低、壳体鼓起、不能充电等各种失效状态，与终端十年的设计寿命有很大的差距。当真正停电时发现电池失效，无法实现停电主动上报。
目前，镍氢电池作为一种重要的可充电电池，其有关充电管理方法已经有广泛的研究，市面上也有一些控制芯片对镍氢电池进行专门的充电控制。这些控制芯片主要从充电电流、温度和电池充满的判断条件等方面来进行管理。但是，镍氢电池在电力用户用电信息采集终端的应用与常规的消费类电子或者其他的工业应用情况有很多的不同，直接使用芯片导致部分设计思路不好实现，与终端的镍氢电池有效管理的目标预期效果差距较大。终端的镍氢电池有自身的应用特点，这决定着终端需采用特别的管理方案。终端镍氢电池智能管理系统(Intelligent Battery Management System，IBMS) 主要围绕终端电池的自我管理和自动激活两个方面的内容进行。
终端使用过程中有两个重要的特点：一是终端在现场工作时不停电工作的持续时间较长。随着国民经济的发展，电力系统建设日趋完善，在终端工作的现场，电力系统可能会长时间处于不停电状态，这样终端自带的镍氢电池就会处于长时间的待机状态，甚至会出现一年以上的待机状态。这就使得镍氢电池自身的自放电情况更为严重，也会使得电池有一定程度的钝化状态，若是终端在这样的状态下出现停电的情况，镍氢电池自身的剩余电量就难以支撑终端停电后″1min的工作时间或者主动通讯3次″的能力。二是终端在仓库存放的时间长短差异太大。一般一个批次的终端往往不会全部同时安装到现场中去，往往有不少的终端在供电公司仓库里作为备用的替换终端来使用。长时间的仓库存放，导致终端的镍氢电池出现较高的自放电率或者钝化的情况。这也同样会导致终端安装后在停电时刻出现电池剩余电量不足的情况发生，导致停电事件上报失败。这种结果同样会影响电力公司的经济效益和运维效率，甚至有时候带来居民投诉与企业投诉，影响电力公司品牌美誉度。
终端使用的这样的两个特点就要求镍氢电池在任何使用情况下都要保持足够的剩余电量和活性。
已有的涉及电池管理方法的专利文件有″充电电池管理方法及装置″(实用新型专利CN201511029471.6)，其旨在提供充电电池管理方法及装置，通过获取目标车辆充电电池的电池参数，根据所述电池参数确定所述充电电池当前所处的工作状态；其中，所述工作状态包括正常状态、缺电状态和故障状态，基于所述充电电池所处的工作状态，对所述充电电池进行管理。本实施例中基于充电电池的电池参数，能够确定出充电电池的工作状态，使得用户能够查看到充电电池的状态，并且保证了用户可以根据充电电池的状态对电池进行管理。该实用新型主要侧重于电池状态参数的获取，并不包括电池的充放电电路设计。
己有的电池管理方法专利文件有″一种自动充电电池管理系统″CN201520985600.8)，其旨在一种自动充电电池管理系统，包括电源以及设置在所述电源外的充电器，电源与充电器之间通过均衡充电控制器电性连接，电量检测模块与第二控制模块电性连接，第二控制模块与所述充电器电性连接，电源与电流检测模块、温度检测模块和电压检测模块电性连接，电流检测模块、温度检测模块和电压检测模块均与信息收集模块电性连接，信息收集模块与显示屏电性连接，显示屏与第一控制模块电性连接。本专利的检测方式多样，可以防止电源温度过高而爆炸，防止电压、电流过大损坏储能设备，通过电量检测块和第二控制模块，可以防止电池电量耗完而影响正常运作，同时在电池电量过低时，自动控制充电器对电源进行充电。该实用新型没有涉及到电池自主激活的管理。
己有的电池管理方法专利文件有″一种具有并行均衡功能的电池管理系统及均衡方法″(CN201710647926.3)，其旨在提供一种具有并行均衡功能的电池管理系统及均衡方法，系统包括24节锂离子电池组、六个基于单片机的电池监测模块、一个主控制器、六个单体电池选通模块、一个主动均衡模块、一个通信模块、一个充放电保护装置和一个电源模块。该系统实现对24节电池的监测和控制，具备监测单体电池的工作参数，进行电池组的被动均衡、主动均衡、并行均衡、充放电过流保护和上位机的通信等功能，可以调节均衡电流的大小，实现智能均衡的目标。该实用新型侧重电池的均衡管理能力，没有涉及到电池的电池自主激活的管理。
如何克服上述的终端镍氢电池智能管理系统所存在的不足，是当前继续解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有的终端镍氢电池智能管理系统所存在的不足。本实用新型的终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，包括充电电路、主动放电电路、温度检测电路及控制管理单元，实现充、放电事件的认定条件，并在温度不合适的情况下关断电池的充放电，以最小的硬件成本实现了终端镍氢电池的自我管理和自动激活能力，结构新颖，构思巧妙，保证终端镍氢电池的可靠运行，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，包括人机交互单元、主控单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元，
所述主控单元分别与人机交互单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元相连接，所述镍氢电池单元与功能接口单元内的充电电源接口相连接，所述镍氢电池单元还给主控单元、通信单元、接口单元提供工作电压，所述主控单元通过上行通信单元与话筒相连接，所述主控单元还连接有耳机、串口通信单元，
所述主控单元，包括充电电路、主动放电电路、温度检测电路及控制管理单元，所述充电电路、主动放电电路、温度检测电路分别与控制管理单元，所述控制管理单元与与人机交互单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元相连接。
前述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，所述人机交互单元，包括液晶显示屏、LED指示灯、控制按键；所述功能接口单元，还包括遥控接口、遥信接口、脉冲接口、485通信接口、直流12V接口；所述上行通信单元，包括230MHz电台通信单元、GPRS/CDMA通信电路。
前述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，所述充电电路具备涓流充电模式、恒流充电模式，包括12V直流电源接口J1、控制信号接线端子J2、稳压芯片U1、三极管T1、MOS管 Q1和镍氢电池充电端子J3，
所述12V直流电源接口J1外接12V直流电源，并与二极管D1 的正极相连接，所述12V直流电源接口J1还通过电容C1与地相连接，所述二极管D1的负极与稳压芯片U1的输入端相连接，所述稳压芯片U1的输出端与MOS管Q1的漏极相连接，所述稳压芯片U1 的输出端还通过电阻R1与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述稳压芯片U1的接地端与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述MOS管Q1的源极通过电阻R2与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述MOS管Q1的栅极通过电阻R3与稳压芯片U1的输入端相连接，所述控制信号接线端子J2与控制管理单元的充电信号输出端相连接，所述控制信号接线端子J2还分别与电阻R4的一端、充电指示灯D2的正极、电阻R5的一端相连接，所述电阻R4的另一端与地相连接，所述充电指示灯D2的负极通过电阻R6与地相连接，所述电阻R5的另一端与三极管T1的基极相连接，所述三极管T1 的发射极与地相连接，所述三极管T1的集电极与MOS管Q1的栅极相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还依次通过电阻R7、电阻R8与地相连接，所述电阻R8的两端并联有电容C2，所述电阻R7、电阻R8连接端为镍氢电池电压采样端子，并与控制管理单元的镍氢电池电压采样端口相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还通过电阻R9与稳压二极管VD1的负极相连接，所述电阻R9的两端并联有电阻R10，所述稳压二极管VD1的正极与地相连接，所述镍氢电池充电端子J3的负极与地相连接。
前述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，所述稳压芯片U1为LM7805稳压芯片。
前述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，所述主动放电电路，包括三极管T2、MOS管Q2和放电指示二极管D3，所述三极管T2的基极通过电阻R11与控制管理单元的放电控制信号输出端相连接，所述三极管T2的发射极与地相连接，所述三极管 T2的集电极与MOS管Q2的栅极相连接，所述三极管T2的集电极通过电阻R12与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还与MOS管Q2的漏极相连接，所述MOS管 Q2的源极通过电阻R13与放电指示二极管D3的正极相连接，所述放电指示二极管D3的负极与地相连接，所述MOS管Q2的源极还通过电阻R14与地相连接，所述电阻R14的两端部依次并联有电阻 R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19。
前述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，所述电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19 的阻值相同。
前述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，所述温度检测电路，包括NTC热敏电阻RT，所述NTC热敏电阻安装在镍氢电池上，所述NTC热敏电阻RT的一端接3.3V直流电压，所述 NTC热敏电阻RT的另一端分别与电阻R20的一端、电阻R21的一端、电阻R22的一端、电容C3的一端相连接，所述电阻R20的另一端、电阻R21的另一端、电阻R22的另一端、电容C3的另一端与地相连接，所述NTC热敏电阻RT的另一端做为温度检测电路的输出端与控制管理单元的温度采样端口相连接。
本实用新型的终端镍氢电池的自主激活及充放电管理方法，包括充电管理模式和放电管理模式，
所述充电管理模式，包括以下过程，
(A1)，充电开始条件，控制管理单元的充电信号输出端输出充电信号，认定为充电开始；
(A2)，充电结束条件，若充电开始条到执行电池充满电之间无中断，判断为正常的充电结束信号；若受温度越限或者电池插拔因素返回的充电结束信号，判断为异常的充电结束信号，若满足正常的充电结束信号时，记录为一个完整的充电事件；否则，记录为一个充电异常事件；
所述放电管理模式，包括以下过程，
(B1)，确认放电条件，控制管理单元的放电控制信号输出端输出放电信号，认定为放电开始；
(B2)，从放电开始到主动放电时间大于30min，若无中断影响，则满足正常放电结束条件记录为一个完整的放电事件；若在此期间，存在中断影响，且放电结束，记录为一个放电异常事件。
前述的终端镍氢电池的自主激活及充放电管理方法，所述充电管理模式在运行过程中，温度控制在-25℃-70℃之间，否则，停止充电；所述放电管理模式，在运行过程中，温度控制在-40℃-70℃之间，否则，放电结束，记录为一个放电异常事件。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，包括充电电路、主动放电电路、温度检测电路及控制管理单元，实现充、放电事件的认定条件，并在温度不合适的情况下关断电池的充放电，以最小的硬件成本实现了终端镍氢电池的自我管理和自动激活能力，结构新颖，构思巧妙，保证终端镍氢电池的可靠运行，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统的系统框图；
图2是本实用新型的充电电路的电路图；
图3是本实用新型的主动放电电路的电路图；
图4是本实用新型的温度检测电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型的终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，包括人机交互单元、主控单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元，
所述主控单元分别与人机交互单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元相连接，所述镍氢电池单元与功能接口单元内的充电电源接口相连接，所述镍氢电池单元还给主控单元、通信单元、接口单元提供工作电压，所述主控单元通过上行通信单元与话筒相连接，所述主控单元还连接有耳机、串口通信单元，
所述主控单元，包括充电电路、主动放电电路、温度检测电路及控制管理单元，所述充电电路、主动放电电路、温度检测电路分别与控制管理单元，所述控制管理单元与与人机交互单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元相连接。
优选的，所述人机交互单元提供人机交互界面，包括液晶显示屏、LED指示灯、控制按键；所述功能接口单元，还包括遥控接口、遥信接口、脉冲接口、485通信接口、直流12V接口；所述上行通信单元，包括230MHz电台通信单元、GPRS/CDMA通信电路。
优选的，如图2所示，所述充电电路具备涓流充电模式、恒流充电模式，包括12V直流电源接口J1、控制信号接线端子J2、稳压芯片U1、三极管T1、MOS管Q1和镍氢电池充电端子J3，
所述12V直流电源接口J1外接12V直流电源，并与二极管D1 的正极相连接，所述12V直流电源接口J1还通过电容C1与地相连接，所述二极管D1的负极与稳压芯片U1的输入端相连接，所述稳压芯片U1的输出端与MOS管Q1的漏极相连接，所述稳压芯片U1 的输出端还通过电阻R1与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述稳压芯片U1的接地端与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述MOS管Q1的源极通过电阻R2与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述MOS管Q1的栅极通过电阻R3与稳压芯片U1的输入端相连接，所述控制信号接线端子J2与控制管理单元的充电信号输出端相连接，所述控制信号接线端子J2还分别与电阻R4的一端、充电指示灯D2的正极、电阻R5的一端相连接，所述电阻R4的另一端与地相连接，所述充电指示灯D2的负极通过电阻R6与地相连接，所述电阻R5的另一端与三极管T1的基极相连接，所述三极管T1 的发射极与地相连接，所述三极管T1的集电极与MOS管Q1的栅极相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还依次通过电阻R7、电阻R8与地相连接，所述电阻R8的两端并联有电容C2，所述电阻R7、电阻R8连接端为镍氢电池电压采样端子，并与控制管理单元的镍氢电池电压采样端口相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还通过电阻R9与稳压二极管VD1的负极相连接，所述电阻R9的两端并联有电阻R10，所述稳压二极管VD1的正极与地相连接，所述镍氢电池充电端子J3的负极与地相连接，所述稳压芯片U1为 LM7805稳压芯片，能够提供稳定的5V电压。
所述充电电路的工作原理如下：控制信号接线端子J2由控制管理单元的IO端子经电平转换隔离后输出，控制恒流充电模式的启动，高电平有效，镍氢电池的充电电源来自12V直流电源接口J1，是直流12V的电压源，镍氢电池充电端子J3是镍氢电池的充电插座，控制信号接线端子J2输出低电平时，充电指示灯D2为熄灭状态，三极管T1呈截止状态，MOS管Q1截止，12V直流电源通过稳压芯片U1，因为稳压芯片U1的接地管脚连接到镍氢电池的正极，因此，可保证稳压芯片U1的输出管脚与电池正极之间为5V恒定电压，给电池提供8mA的充电电流，再加上稳压芯片U1的输入端与接地管脚之间芯片本身存在的″漏″电流，实际涓流充电电流为9.3mA；当控制信号接线端子J2输出为高电平时，充电指示灯D2为点亮状态，三极管T1呈饱和导通状态，MOS管Q1的栅极被拉低，12V直流电源通过稳压芯片U1，产生41.7mA的电流(忽略MOS管Q1漏极与源极之间的压差)，与涓流充电电流一起构成51mA的充电电流，本实用新型的涓流充电电流Ichargin1和恒流充电Icharging2电流计算公式分别为：
其中，Vout为稳压芯片U1的输出电压，这里为5V，IQ为稳压芯片U1的静态电流为3-5mA，不可忽略，折算到充电电流中即可。
在实际当中，稳压芯片U1的输入端对地为12V减去压降0.2V (非充电状态下)再减去稳压芯片U1组成恒流源的压差约1.25V。因此，最终电池端的开路电压约为10.5V左右，该电压为测量的值，实际并无输出回路。由于终端的其他电路可能会连接到电池端口，且对电压上限有要求。比如目前采用的红外电路的LDO输入电压绝对上限约为12V，为了安全起见，可以进行对开路电压进行限幅。
电阻R9和电阻R10与稳压二极管VD1组成开路限压电路，防止在终端不插电池的时候系统其它电路连接到电池部分的电压过高造成可能损害。通过调稳压二极管VD1的稳压值来调整电池插口端的开路电压在6.0V～10V之间。在不插电池时电阻R9和电阻R10 与稳压二极管VD1会消耗不高于2mA的电流。正常插电池使用时，该部分限压电路不工作，无能量损耗。
根据IEC标准和国内镍氢电池生产企业对镍氢电池的性能维护意见，涓流充电的电流选择为0.01C～0.03C，以450mAh的容量为例，实际设计涓流充电电流为9.3mA(0.02C)。恒流充电电流一般标准为0.1C，考虑到本电路中限流电阻的选取不采用非标阻值的电阻，实际设计的充电电流为51mA(约0.11C)。如果是700mAh 容量的镍氢电池，则R428和R432分别可以改为510Ω和80Ω，对应的充电电流分别为14mA和67mA。选取该两个电阻的功率时，应根据通过的电流加以保证。
优选的，如图3所示，所述主动放电电路，包括三极管T2、 MOS管Q2和放电指示二极管D3，所述三极管T2的基极通过电阻 R11与控制管理单元的放电控制信号输出端相连接，所述三极管T2 的发射极与地相连接，所述三极管T2的集电极与MOS管Q2的栅极相连接，所述三极管T2的集电极通过电阻R12与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还与MOS 管Q2的漏极相连接，所述MOS管Q2的源极通过电阻R13与放电指示二极管D3的正极相连接，所述放电指示二极管D3的负极与地相连接，所述MOS管Q2的源极还通过电阻R14与地相连接，所述电阻R14的两端部依次并联有电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19，这里的电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻 R17、电阻R18、电阻R19的阻值相同。
所述主动放电电路，工作原理如下，
当控制管理单元的放电控制信号输出端为高电平时，三极管T2 呈饱和导通状态，MOS管Q2的栅极被拉低，镍氢电池充电端子J3 的正极通过放电电阻放电，并点亮放电指示灯D3，放电电路为6个并联的240Ω/0.5W电阻，总共3W的最大放电功率，正常放电时单电阻最大功率小于0.15W，设计功率冗余度较高，在正常放电过程中不会出现放电电阻明显发热的情况，有利于降低镍氢电池的内部温度。
根据相关的IEC标准和国内镍氢电池生产企业对镍氢电池的性能维护意见，放电电流取0.2C的标准放电电流，实际放电电流为 113mA(0.25C)，放电电路是镍氢电池性能维护机制的重要组成部分，它与充电电路一起构成终端镍氢电池的维护性充放电激活系统。稍大的放电电流在结合充电电流反复进行充放电时有利于电池特性的激活。
如图4所示，所述温度检测电路，包括NTC热敏电阻RT，所述NTC热敏电阻安装在镍氢电池上，所述NTC热敏电阻RT的一端接3.3V直流电压，所述NTC热敏电阻RT的另一端分别与电阻R20 的一端、电阻R21的一端、电阻R22的一端、电容C3的一端相连接，所述电阻R20的另一端、电阻R21的另一端、电阻R22的另一端、电容C3的另一端与地相连接，所述NTC热敏电阻RT的另一端做为温度检测电路的输出端与控制管理单元的温度采样端口相连接。
NTC热敏电阻是一种以过渡金属氧化物为主要原材料经高温烧结而成的半导体陶瓷组件，它具有非常大的负温度系数，电阻值随环境温度或通过电流产生的自热而变化，即在一定的测量功率下，电阻值随着温度上升而迅速下降。利用这一特性，可将NTC热敏电阻通过测量其电阻值来确定相应的温度，从而达到检测和控制温度的目的。
对该阻温曲线，分压电阻的阻值以″常温+终端内部温升″的值作为基准参考(终端密闭性好，整体结构按IP54标准设计，结合多年实际测试结果，终端内部温升选取15℃为典型值)，即25℃ +15℃＝40℃温度下的阻值为参考。查表得该温度的阻值为5.834kΩ，取接近值为分压电阻的阻值，选取6kΩ(3个阻值为18kΩ、精度为 1％电阻并联以提高精度)的电阻值参与分压电压的计算。
随着温度不同而得到不同的分压电阻值，进而影响采样电压，其采样得到的温度与采样电压关系映射表如表1所示，
表1可以作为映射关系表参与软件对采样电压的处理，并转换为相对应的温度。表1中所列举的都整数的温度值，对于采样温度 Tξ位于两个采样温度值(Tn，Tn+1)之间时，其电压值Vξ也是介于对应的(Vn，Vn+1)之间。由于在相邻摄氏度之间温度与电压采样值基本是线性关系，考虑到温度的采样的值不需要特别精确，故在此温度精度精确在1℃即可，所以可以采用采样点的电压值等价最近的阻温点的电压来判断温度。只要通过采样电压来计算温度就要把映射表1与式(4)结合起来，即可由采样电压确定实际的温度。详细描述如式(4)所示。实际现场环境温度T＝Tξ-15℃。
也就是说，当温度采样等效温度Tξ接近Tn时，取Tξ＝Tn；当温度采样等效温度Tξ接近Tn+1时，取Tξ＝Tn+1；当温度采样的电压等于(Vn+Vn+1)/2时，取Tξ＝(Tn+Tn+1)/2。
本实用新型的终端镍氢电池的自主激活及充放电管理方法，包括充电管理模式和放电管理模式，
所述充电管理模式，包括以下过程，
(A1)，充电开始条件，控制管理单元的充电信号输出端输出充电信号，认定为充电开始；
(A2)，充电结束条件，若充电开始条到执行电池充满电之间无中断，判断为正常的充电结束信号；若受温度越限或者电池插拔因素返回的充电结束信号，判断为异常的充电结束信号，若满足正常的充电结束信号时，记录为一个完整的充电事件；否则，记录为一个充电异常事件；
所述放电管理模式，包括以下过程，
(B1)，确认放电条件，控制管理单元的放电控制信号输出端输出放电信号，认定为放电开始；
(B2)，从放电开始到主动放电时间大于30min，若无中断影响，则满足正常放电结束条件记录为一个完整的放电事件；若在此期间，存在中断影响，且放电结束，记录为一个放电异常事件。
终端备用镍氢电池可靠工作是终端停上电事件成功上报的主要保证，任何与镍氢电池可靠性相关的因素都是充放电管理系统的关注内容。本管理方案围绕各种影响镍氢电池性能的因素进行设计，使终端镍氢电池的使用寿命最大化。对于镍氢电池而言，不当的充电方式或者过度充电是电池进入严重损坏并不能恢复使用的主要因素之一，很容易造成4节串联电池中的某一节或者多节出现正负极短路的情况。目前，终端现场返回的450mAh充电电池，电压只要是低于3.0V的电池，基本上都存在某节电池正负极短路或者接近短路的情况。温度和电池放置时间也是影响电池可靠性的主要因素，因此，本实用新型在充电管理模式在运行过程中，温度控制在-25℃ -70℃之间，否则，停止充电；在放电管理模式，在运行过程中，温度控制在-40℃-70℃之间，否则，放电结束，记录为一个放电异常事件。
综上所述，本实用新型的终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，包括充电电路、主动放电电路、温度检测电路及控制管理单元，实现充、放电事件的认定条件，并在温度不合适的情况下关断电池的充放电，以最小的硬件成本实现了终端镍氢电池的自我管理和自动激活能力，结构新颖，构思巧妙，保证终端镍氢电池的可靠运行，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，其特征在于：包括人机交互单元、主控单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元，
所述主控单元分别与人机交互单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元相连接，所述镍氢电池单元与功能接口单元内的充电电源接口相连接，所述镍氢电池单元还给主控单元、通信单元、接口单元提供工作电压，所述主控单元通过上行通信单元与话筒相连接，所述主控单元还连接有耳机、串口通信单元，
所述主控单元，包括充电电路、主动放电电路、温度检测电路及控制管理单元，所述充电电路、主动放电电路、温度检测电路分别与控制管理单元，所述控制管理单元与与人机交互单元、镍氢电池单元、上行通信单元、功能接口单元和计量单元相连接。
2.根据权利要求1所述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，其特征在于：所述人机交互单元，包括液晶显示屏、LED指示灯、控制按键；所述功能接口单元，还包括遥控接口、遥信接口、脉冲接口、485通信接口、直流12V接口；所述上行通信单元，包括230MHz电台通信单元、GPRS/CDMA通信电路。
3.根据权利要求1所述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，其特征在于：所述充电电路具备涓流充电模式、恒流充电模式，包括12V直流电源接口J1、控制信号接线端子J2、稳压芯片U1、三极管T1、MOS管Q1和镍氢电池充电端子J3，
所述12V直流电源接口J1外接12V直流电源，并与二极管D1的正极相连接，所述12V直流电源接口J1还通过电容C1与地相连接，所述二极管D1的负极与稳压芯片U1的输入端相连接，所述稳压芯片U1的输出端与MOS管Q1的漏极相连接，所述稳压芯片U1的输出端还通过电阻R1与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述稳压芯片U1的接地端与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述MOS管Q1的源极通过电阻R2与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述MOS管Q1的栅极通过电阻R3与稳压芯片U1的输入端相连接，所述控制信号接线端子J2与控制管理单元的充电信号输出端相连接，所述控制信号接线端子J2还分别与电阻R4的一端、充电指示灯D2的正极、电阻R5的一端相连接，所述电阻R4的另一端与地相连接，所述充电指示灯D2的负极通过电阻R6与地相连接，所述电阻R5的另一端与三极管T1的基极相连接，所述三极管T1的发射极与地相连接，所述三极管T1的集电极与MOS管Q1的栅极相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还依次通过电阻R7、电阻R8与地相连接，所述电阻R8的两端并联有电容C2，所述电阻R7、电阻R8连接端为镍氢电池电压采样端子，并与控制管理单元的镍氢电池电压采样端口相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还通过电阻R9与稳压二极管VD1的负极相连接，所述电阻R9的两端并联有电阻R10，所述稳压二极管VD1的正极与地相连接，所述镍氢电池充电端子J3的负极与地相连接。
4.根据权利要求3所述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，其特征在于：所述稳压芯片U1为LM7805稳压芯片。
5.根据权利要求1所述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，其特征在于：所述主动放电电路，包括三极管T2、MOS管Q2和放电指示二极管D3，所述三极管T2的基极通过电阻R11与控制管理单元的放电控制信号输出端相连接，所述三极管T2的发射极与地相连接，所述三极管T2的集电极与MOS管Q2的栅极相连接，所述三极管T2的集电极通过电阻R12与镍氢电池充电端子J3的正极相连接，所述镍氢电池充电端子J3的正极还与MOS管Q2的漏极相连接，所述MOS管Q2的源极通过电阻R13与放电指示二极管D3的正极相连接，所述放电指示二极管D3的负极与地相连接，所述MOS管Q2的源极还通过电阻R14与地相连接，所述电阻R14的两端部依次并联有电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19。
6.根据权利要求5所述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，其特征在于：所述电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19的阻值相同。
7.根据权利要求1所述的一种终端镍氢电池的自主激活、充放电管理系统，其特征在于：所述温度检测电路，包括NTC热敏电阻RT，所述NTC热敏电阻安装在镍氢电池上，所述NTC热敏电阻RT的一端接3.3V直流电压，所述NTC热敏电阻RT的另一端分别与电阻R20的一端、电阻R21的一端、电阻R22的一端、电容C3的一端相连接，所述电阻R20的另一端、电阻R21的另一端、电阻R22的另一端、电容C3的另一端与地相连接，所述NTC热敏电阻RT的另一端做为温度检测电路的输出端与控制管理单元的温度采样端口相连接。
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