CN106169780A - 电池状态监管*** - Google Patents
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Abstract
一种电池状态监管***，所述电池与用电设备连接，包括：采样电阻，第一端接所述电池的电极，第二端接充放电接口；采样电路，采样流过所述采样电阻的电流并处理得到采样数据；分析单元，将当前采样数据与历史采样数据比较分析当前用电设备的负荷突变状态；发送单元，接收该当前负荷突变状态并通过网络发送至用户终端。上利用采样电路实时采样电池电极的充电或放电电流并放大处理为采样数据，通过分析单元将当前采样的采样数据与预存储的采样数据进行比较将比较结果发送至用户终端通知用户，此电池状态监管***采样时间短且采样结果精确，且能实现实时监控及通知，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及电池监控技术，特别是涉及一种电池状态监管***。
背景技术
传统的电池或电池组广泛应用于电子装置中，并为电子装置如笔记本计算机、移动电话、安防类各类报警器等供电。目前蓄电池由于绿色环保广泛应用于日常生活以及国民生产中。然而蓄电池在应用及生产过程(化成)中常常需要对其电压电流进行监控，达到安全使用、优化控制、提高性能等目的。
国内多家机构开始研究新的方法对蓄电池进行自动化监控。在蓄电池监控中，主要针对蓄电池单体电压，电池组电压、电流以及温度的检测。目前，人们在串联电池组中单体电池电压的测量问题上进行了大量的研究。主要有三种方法：第一，用继电器不断切换电池组中的每只电池，使每一个时刻都有一个电池被检测，这一方法有很严重的缺点，切换速度慢，并且不能计算出准确的电压值，并且容易引入干扰，已经被淘汰了；第二，采用模拟开关的方式进行单体电池电压通道的选通，这一方法也存在一定的缺点，线路复杂，在小信号范围内线性度差，精度低；第三，采用光电隔离器件和大电容进行采样保持，然而这种电路也存在采样时间长，精度低等缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种能实时监控电池状态的电池状态监管***，旨在解决目前电池状态的监控方式效率低、采样时间长的问题。
本发明提供了一种电池状态监管***，所述电池与用电设备连接，包括：
采样电阻，第一端接所述电池的电极，第二端接充放电接口；
采样电路，与所述采样电阻的两端连接，采样流过所述采样电阻的电流并处理得到采样数据；
分析单元，与所述采样电路连接，接收所述采样数据并分析，且将当前采样数据与历史采样数据比较分析当前用电设备的负荷突变状态；
发送单元，与所述分析单元连接，接收该当前负荷突变状态并通过网络发送至用户终端。
上述的电池状态监管***利用采样电路实时采样电池电极的充电或放电电流并放大处理为采样数据，通过分析单元将当前采样的采样数据与预存储的采样数据进行比较得到可以确认用户设备的负荷突变状态的比较结果，并通过网络将比较结果发送至用户终端通知用户，此电池状态监管***采样时间短且采样结果精确，且能实现实时监控及通知，效率高。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中电池状态监管***的模块示意图；
图2为图1所示电池状态监管***的分析单元及发送单元模块示意图；
图3为图1所示电池状态监管***的采样电路和指示电路的原理图；
图4为一实施例中图1所示电池状态监管***的集成于电池装置的结构示意图；
图5(A)、5(B)分别为另一实施例中图1所示电池状态监管***的集成于电池装置的主视和俯视结构示意图；
图6为一实施例中图1所示电池状态监管***的固定于电池装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
请参阅图1，本发明较佳实施例中电池状态监管***用于监控在使用在为用电设备供电中的电池状态及用电设备当前负荷突变状态，即此时电池10与用电设备连接，电池10状态监管***包括采样电阻Rsense、采样电路20、分析单元30及发送单元40。
本实施例中，参考图2，分析单元30包括单片机MCU，或还包括模数转换器ADC，或还包括存储芯片ROM；发送单元40包括RF射频天线RF。并分析单元30和发送单元40集成于无线射频模块100，且无线射频模块100集成有存储芯片ROM。在其他实施方式中，分析单元30、发送单元40、存储芯片ROM分别使用独立设置。另外，存储芯片ROM还可以集成在单片机MCU中。故，在此并不限定分析单元30、发送单元40以及存储芯片ROM的具体实现方式。
本实施例中，结合图1和图2，采样电阻Rsense的第一端接电池10的电极，采样电阻Rsense的第二端接充放电接口11。采样电路20与采样电阻Rsense的两端连接，采样流过采样电阻Rsense的电流并处理得到采样数据。分析单元30与采样电路20连接，分析单元30接收采样数据并分析，分析单元30接收所述采样数据并比较分析当前用电设备的负荷突变状态。更具体地，将当前采样数据与历史采样数据比较分析当前用电设备的负荷突变状态。发送单元40与分析单元30连接，接收该当前负荷突变状态并通过网络发送至用户终端。具体地，采样数据为电压数据和/或电流数据。该用户终端可以包括云端服务器300，还可以包括与云端服务器300网络连接的移动终端400，如手机、个人计算机等。
在其中一个实施例中，分析单元30接收采样数据后先判断是否为用电设备首次使用的数据；若是，则将当前采样数据存储为历史采样数据；否则将当前采样数据与历史采样数据比较分析。即可以通过分析单元30读取的存储芯片ROM，确定是否有保存采样数据，若存储芯片ROM中无保存采样数据，那么判断该设备为首次使用。分析单元30可以自动存储该当前采样数据存储为历史采样数据。
在其中一个实施例中，***还包括按键200，按键200与分析单元30连接，通过按键200存储或更改历史采样数据。即可以人工存储采样数据存储为历史采样数据。当用户首次使用该用电设备的时候，用户可以使用短按按键200来记录稳定后的采样数据(如电流刻度)。另外，当用户需要重新设定电流刻度的时候，用户可以使用长按按键200来清除之前记录的采样数据，再重新记录采样数据。
在具体的实施方式中，采样电路20将电压数据(采样数据)放大处理后送入到无线射频中内嵌的单片机MCU中，单片机MCU中的ADC(模数转换器ADC)采集到电压，分析输入电压大小。单片机MCU判断是否为用户设备首次使用，若首次使用设备，那么将首次使用的电压数据保存到存储芯片ROM中；若非首次使用设备，那么将电压数据与首次使用收集的电压数据比较分析后通过无线网络传入云端服务器300，由云端服务器300传入个人终端提醒用户设备负荷突变状态，请用户及时查看。
另外，还可以通过比较分析电流大小来判断用电设备的负荷突变状态。具体，该电流大小能够稳定的使用来判断负载设备的负荷状态与设备工作状态是否正常，首次使用该用电设备，***会读内部的存储芯片ROM，确定是否有保存电流数据，若存储芯片ROM中无保存电流数据，那么判断该设备为首次使用。若非首次使用设备，那么将电流数据与首次使用收集的电流数据比较分析后通过无线网络传入云端服务器300，由云端服务器300传入个人终端提醒用户设备负荷突变状态，请用户及时查看。
在具体的实施例中，采样电路20通过采样电阻Rsense采集到电流数据后转换成电压数据后送入到放大器中放大处理后进行输出与比较处理。本实施例中，采样电路20包括第一比较器A1、第二比较器A2、第一开关管Q1以及第二开关管Q2。
第一比较器A1的正相输入端和第二比较器A2的反相输入端依次接采样电阻Rsense的第一端，第一比较器A1的反相输入端和第二比较器A2的正相输入端依次接采样电阻Rsense的第二端；第一比较器的输出端接第一开关管Q1的控制端，第二比较器A2的输出端接第二开关管Q2的控制端，第一开关管Q1的输入端接采样电阻Rsense的第一端，第二开关管Q2的输入端接采样电阻Rsense的第二端，第一开关管Q1和第二开关管Q2的输出端同时与分析单元30的输入端连接。
进一步地，采样电路20还包括第一二极管D1和第二二极管D2。第一二极管D1的阳极接第一比较器A1的输出端，阴极接第一开关管Q1的控制端；第二二极管D2的阳极接第二比较器A2的输出端，阴极接第二开关管Q2的控制端。
其中，当输入电流由采样电阻Rsense的第一端至采样电阻Rsense的第二端，则第一开关管Q1打开，第一比较器A1输出高电平到分析单元30的ADC输入端，输入的电流表现为电压方式，此时电池10处于负载模式。当输入电流由采样电阻Rsense的第二端至采样电阻Rsense的第一端，第二开关管Q2打开，第二比较器A2输出高电平分析单元30的ADC输入端，此时电池10处于充电模式，可以表示为充电电流大小。
***还包括指示电路50，指示电路50与采样电路20连接，用于指示电池10处于充电状态或放电状态。优选地，指示电路50包括第三比较器A3和指示灯LED，第三比较器A3的正相输入端和反相输入端中的一个接第一比较器的输出端，另一个接第二比较器A2的输出端，第三比较器A3的输出端接指示灯LED。当输入电流由采样电阻Rsense的第一端至采样电阻Rsense的第二端，第一比较器A1输出高电平，第三比较器A3输出电平为高，此时处于负载模式，当输入电流由采样电阻Rsense的第二端至采样电阻Rsense的第一端，第二开关管Q2打开，第二比较器A2输出高电平，第三比较器A3输出电平为低，此时处于充电模式。
优选地，第一开关管Q1和第二开关管Q2为NPN型三极管，开关管的输入端、输出端、控制端分别为NPN型三极管的集电极、发射极、基极。
更具体地，***还包括与电池10连接的电压转换电路，该电压转换电路为分析单元30、发送单元40，即为无线射频模块100、单片机MCU、模数转换器ADC、RF射频天线RF等供电。该电压转换电路可以为BUCK电路，也可以为Boost电路。
参考图4，在优选的实施例中，电池状态监管***内置于包括电池10的电池装置30中。如此，将电池状态监管***集成在电池装置30中，在使用该电池装置30时，则不需要额外设置与电池10匹配的电池状态监管装置，可以节省研发设计流程及经费。
具体地，在一个实施例中，采样电阻Rsense、采样电路10和指示电路50设置于第一电路板62上，而该第一电路板62设置于电池装置30内的一端，无线射频模块100(包括分析单元30和发送单元40)设置于电池装置30内的另一端，中间以电池10相隔。减少分立元件组成的电路和无线射频模块之间的相互干扰，也对内部的电池10有保护作用。在其他实施例中，分立元件组成的电路和无线射频模块可以分别设置在电池10的相对两侧。本实施例中，第一电路板62为PCB板。
在另一个实施例中，参考图5(A)和图5(B)，采样电阻Rsense、采样电路10和所述无线射频模块100设置于第二电路板64上，所述第二电路板64插设于所述电池装置30内，位于所述电池10的一侧。本实施例中，第二电路板64为PCB板。
另外，在其他实施例中，电池状态监管***也可以设置于电池装置30的外部，请参阅图6，采样电阻Rsense、采样电路10和所述无线射频模块64设置于第三电路,66上，所述第三电路板66通过背胶贴设于包括电池10的电池装置30外侧。本实施例中，第三电路板66为柔性电路板，当然也可以为普通PCB板。
上述的电池10状态监管***利用采样电路20实时采样电池10电极的充电或放电电流并放大处理为采样数据，通过分析单元30将当前采样的采样数据与预存储的采样数据进行比较得到可以确认用户设备的负荷突变状态的比较结果，并通过网络将比较结果发送至用户终端400通知用户，此电池10状态监管***采样时间短且采样结果精确，且能实现实时监控及通知，效率高。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种电池状态监管***，所述电池与用电设备连接，其特征在于，包括：
采样电阻，第一端接所述电池的电极，第二端接充放电接口；
采样电路，与所述采样电阻的两端连接，采样流过所述采样电阻的电流并处理得到采样数据；
分析单元，与所述采样电路连接，接收所述采样数据并分析，且将当前采样数据与历史采样数据比较分析当前用电设备的负荷突变状态；
发送单元，与所述分析单元连接，接收该当前负荷突变状态并通过网络发送至用户终端。
2.如权利要求1所述的电池状态监管***，其特征在于，所述分析单元接收所述采样数据后先判断是否为所述用电设备首次使用的数据；若是，则将当前采样数据存储为所述历史采样数据；否则将当前采样数据与所述历史采样数据比较分析。
3.如权利要求1所述的电池状态监管***，其特征在于，所述***还包括按键，所述按键与所述分析单元连接，通过所述按键存储或更改所述历史采样数据。
4.如权利要求1至3任一项所述的电池状态监管***，其特征在于，所述采样数据包括电压数据和/或电流数据。
5.如权利要求1至3任一项所述的电池状态监管***，其特征在于，所述采样电路包括第一比较器、第二比较器、第一开关管以及第二开关管，其中：
所述第一比较器的正相输入端和所述第二比较器的反相输入端依次接所述采样电阻的第一端，所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的正相输入端依次接所述采样电阻的第二端；
所述第一比较器的输出端接所述第一开关管的控制端，所述第二比较器的输出端接所述第二开关管的控制端，所述第一开关管的输入端接所述采样电阻的第一端，所述第二开关管的输入端接所述采样电阻的第二端，所述第一开关管和所述第二开关管的输出端同时与所述分析单元的输入端连接。
6.如权利要求5所述的电池状态监管***，其特征在于，所述采样电路还包括：
第一二极管，阳极接所述第一比较器的输出端，阴极接所述第一开关管的控制端；
第二二极管，阳极接所述第二比较器的输出端，阴极接所述第二开关管的控制端。
7.如权利要求5所述的电池状态监管***，其特征在于，所述***还包括指示电路，所述指示电路与所述采样电路连接，用于指示所述电池处于充电状态或放电状态。
8.如权利要求7所述的电池状态监管***，其特征在于，所述指示电路包括第三比较器和指示灯，所述第三比较器的正相输入端和反相输入端中的一个接所述第一比较器的输出端，另一个接所述第二比较器的输出端，所述第三比较器的输出端接所述指示灯。
9.如权利要求1所述的电池状态监管***，其特征在于，所述分析单元和发送单元集成于无线射频模块，且所述无线射频模块集成有存储芯片。
10.如权利要求1或9所述的电池状态监管***，其特征在于，所述分析单元包括单片机。
11.如权利要求1或9所述的电池状态监管***，其特征在于，所述发送单元包括RF射频天线。
12.如权利要求9所述的电池状态监管***，其特征在于，所述电池状态监管***内置于包括所述电池的电池装置中。
13.如权利要求12所述的电池状态监管***，其特征在于，所述采样电阻、和采样电路设置于第一电路板上；且所述第一电路板设置于所述电池装置内的一端，所述无线射频模块设置于所述电池装置内的另一端，中间以所述电池相隔。
14.如权利要求12所述的电池状态监管***，其特征在于，所述采样电阻、采样电路和无线射频模块设置于第二电路板上，所述第二电路板插设于所述电池装置内，位于所述电池的一侧。
15.如权利要求9所述的电池状态监管***，其特征在于，所述采样电阻、采样电路和无线射频模块设置于第三电路板上，所述第三电路板贴设于包括所述电池的电池装置外侧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161130 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |