CN215910609U - 一种镍氢电池的自主激活、充放电管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，该***由镍氢电池组状态参数数据采集、信号无线传输、数据处理组成，前端由状态参数采集模块和无线发射控制模块组成，其中数据采集部分包括对镍氢电池组的电压、电流、内阻以及温度等参数进行测量，由单片机对采样数据进行初步处理，然后控制发射芯片调制发送，***后端由无线接收控制模块、单片机和串口电路、本地计算机组成，本镍氢电池的自主激活、充放电管理***，可靠性强，具有较好的过放电、过冲点保护，可耐较高的充放电率并且无枝晶形成，具有良好的比特性，循环使用的寿命长，可达数千次之多，并且容量大，低温性能优良，容量没有明显改变。

Description

一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***

技术领域

本实用新型涉及镍氢电池技术领域，具体是一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***。

背景技术

由于化石燃料在人类大规模开发利用的情况下越来越少，近年来，氢能源的开发利用日益受到重视。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。虽然镍氢电池确实是一种性能良好的蓄电池，但航天用镍氢电池是高压镍氢电池，这样的高压力氢气贮存在薄壁容器内使用容易***，而且镍氢电池还需要贵金属做催化剂，使它的成本变得很贵，这就很难为民用所接受，因此，国外自70年代开始探索民用的低压镍氢电池。

镍氢电池是一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni(OH)2(称NiO电极)，负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金(电极称储氢电极)，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。

现有的镍氢电池可靠性较差，低温性能较差，并且使用寿命较短。因此，本领域技术人员提供了一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，以解决上述背景技术中提出的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，该***由镍氢电池组状态参数数据采集、信号无线传输、数据处理组成，***框图如图1所示，前端由状态参数采集模块和无线发射控制模块组成，其中数据采集部分包括对镍氢电池组的电压、电流、内阻以及温度等参数进行测量，由单片机对采样数据进行初步处理，然后控制发射芯片调制发送，***后端由无线接收控制模块、单片机和串口电路、本地计算机组成，接收芯片对信号解调，单片机接收数据并进行处理，将有效数据通过串口传送到本地计算机上进行，模块化的设计，主要包括：镍氢电池组电压测量电路、电流测量电路、内阻测量电路、温度测量电路四个部分，检测模块对采集的信号进行A/D转换，并将数据发送给控制模块，采用的高精度、高实效数据采集模块兼顾了专用化和通用化的原则，配置灵活。

作为本实用新型进一步的方案：所述发射端的硬件电路主要由数据采集模块、单片机以及RF发射芯片组成。

作为本实用新型再进一步的方案：所述接收端的硬件电路由无线收发芯片nRF401、单片机AT89C51、串口芯片MAX232、主控计算机组成。

作为本实用新型再进一步的方案：ANT1和ANT2是接收时LNA的输入，接收芯片nRF401的TXEN脚接地，工作在接收模式中，当nRF401接收到有效信号后，输入信号被低噪声放大器放大，经由混频器变换，这个被变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在DOUT端输出进入单片机，单片机判断信号是否为有效数据帧，首先提取出接收到的校验码计算校验和，判断校验和是否正确，若正确则分别提取出ID码、电压、电流、内阻、温度值通过串口电路发送到终端控制计算机上，否则单片机忽略此次数据，等待下一次接收。

作为本实用新型再进一步的方案：发射端单片机首先设定采样芯片的工作模式：有分别对电池的电压、电流、温度进行采样的三种状态，单片机接收检测部分传来的状态信息，判断是否发送，对于确定发送的监测数据，由于该***可以把多个监测站的数据发往同一台主机，因此需要对各个监测对象加上ID号，另外由于可能在发送过程中会有少量的误码产生，故需在发送端产生校验和，将数据按照固定帧格式组合为数据帧之后发送到发射芯片，数据帧格式为前导符+同步字符+ID码+电压+电流+温度+校验码，由于数据包长度是固定的，可以直接采取计数的方法判断是否发送完成。

作为本实用新型再进一步的方案：接收端单片机收到先导字段格式的信号后，产生串行中断，中断程序负责接收数据帧，最后对收到的数据帧的进行CRC校验和计算，与收到的校验和比较，并检验校验和，若校验和正确则将数据通过串口传到计算机，若校验和错误，则等待下一次的接收。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本镍氢电池的自主激活、充放电管理***，可靠性强，具有较好的过放电、过冲点保护，可耐较高的充放电率并且无枝晶形成，具有良好的比特性，循环使用的寿命长，可达数千次之多，并且容量大，低温性能优良，容量没有明显改变。

附图说明

图1为一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***的***框图。

图2为一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***中发射端的硬件组成图。

图3为一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***中软件设计的基本流程图。

图4为一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***的接收端的硬件电路图。

图5为一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***中充放电管理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例中，一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，该***主要由镍氢电池组状态参数数据采集、信号无线传输、数据处理组成，***框图如图1所示，前端由状态参数采集模块和无线发射控制模块组成，其中数据采集部分包括对镍氢电池组的电压、电流、内阻以及温度等参数进行测量，由单片机对采样数据进行初步处理，然后控制发射芯片调制发送，***后端由无线接收控制模块、单片机和串口电路、本地计算机组成，接收芯片对信号解调，单片机接收数据并进行处理，将有效数据通过串口传送到本地计算机上进行，监测人员可通过对状态数据进行分析掌握该电池组的工作状态，对不正常的电池及时进行处理，确保其工作的可靠性。

采用的是模块化的设计，主要包括：镍氢电池组电压测量电路、电流测量电路、内阻测量电路、温度测量电路四个部分，检测模块对采集的信号进行A/D转换，并将数据发送给控制模块，采用的高精度、高实效数据采集模块兼顾了专用化和通用化的原则，配置灵活。

如图2所示，所述发射端的硬件电路主要由数据采集模块、单片机以及RF发射芯片组成。

根据对镍氢电池组监测***的工作模式的设计，其软件设计的基本流程如图3所示：

对镍氢电池组的参数采样分为几种状态：一是定时采样；二是触发采样，有两类触发，一种是处于静止状态的监测电路在检测到电池组有工作电流时进入工作状态，开始定时采样；另一种是内阻的触发采样。监测模块在***不工作的时候处于掉电模式，单片机以***中的工作电流作为外部中断触发，一旦***有工作电流，单片机响应中断进入工作模式，首先设定采样模块的工作模式，对电池组状态参数进行采样，单片机等待一定采样延时后，读取采样数据进行分析，判断数据是否发送，对采样数据是否发送的判断依据可以根据具体应用体系在单片机中预先设定，对监测***作了如下设定：

(1)、监测***应用于4串5Ah镍氢电池组的在线监测中，***工作电流为1A，最大电流值为5A，电池组的应用现场具有保护电路，过充电保护电压值为4.2V，过放电保护电压值为3.3V，过电流保护电流值为3A；

(2)、在监测***中设定的电池组工作状态参数正常范围为：工作电压为3.4V～4.1V，工作电流《2.5A，工作温度为-10℃～60℃，内阻值为初始值的2倍以内；

(3)、当电池处于正常工作范围时，监测***每隔60s对电压、电流、温度采样一次，采样10次以后，对10次采样值取算术平均值然后发送。正常情况下电池组每循环10次启动内阻采样电路进行采样；

(4)、若电池状态参数超出正常工作范围，采样电路进入快速采样阶段，每隔10s对电压、电流、温度采样一次，对10次采样值取算术平均值，同时启动电池组内阻采样电路对内组进行采样并发送采样数据。

如图4所示，接收端的硬件电路由无线收发芯片nRF401、单片机AT89C51、串口芯片MAX232、主控计算机组成，ANT1和ANT2是接收时LNA的输入，接收芯片nRF401的TXEN脚接地，工作在接收模式中，当nRF401接收到有效信号后，输入信号被低噪声放大器放大，经由混频器变换，这个被变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在DOUT端输出进入单片机，单片机判断信号是否为有效数据帧，首先提取出接收到的校验码计算校验和，判断校验和是否正确，若正确则分别提取出ID码、电压、电流、内阻、温度值通过串口电路发送到终端控制计算机上，否则单片机忽略此次数据，等待下一次接收。

发射端单片机首先设定采样芯片的工作模式：有分别对电池的电压、电流、温度进行采样的三种状态，单片机接收检测部分传来的状态信息，判断是否发送，对于确定发送的监测数据，由于该***可以把多个监测站的数据发往同一台主机，因此需要对各个监测对象加上ID号，另外由于可能在发送过程中会有少量的误码产生，故需在发送端产生校验和，将数据按照固定帧格式组合为数据帧之后发送到发射芯片。数据帧格式为前导符+同步字符+ID码+电压+电流+温度+校验码，由于数据包长度是固定的，可以直接采取计数的方法判断是否发送完成。

接收端单片机收到先导字段格式的信号后，产生串行中断，中断程序负责接收数据帧，最后对收到的数据帧的进行CRC校验和计算，与收到的校验和比较，并检验校验和，若校验和正确则将数据通过串口传到计算机，若校验和错误，则等待下一次的接收。

如图5所示，高性能、高可靠性的电池管理***能使电池在各种工作条件下获得最佳的性能，CN3052A是可以对单节镍氢可充电电池进行恒流/恒压充电的充电器电路，该器件内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管，其中LEDl和LED2分别指示漏极开路输出的电池故障状态和漏极开路输出的充电状态，当TEMP管脚的电压低于输入电压VIN的45％或者高于输入电压VIN的80％超过0.15秒时，表示电池温度过低或过高，被内部开关下拉到低电平，指示电池处于故障状态，除此以外，管脚将处于高阻态，当充电器向电池充电时，管脚被内部开关拉到低电平，表示充电正在进行，否则将处于高阻态。C7和C8采用的是多层陶瓷电容器(MLCC)，能保证充电电路稳定工作，RIST在充电时起限流保护的作用，同时还要将两个管脚与单片机的P1.2和P1.3相连，以便读取电池状态传递给服务器。

本实用新型的工作原理是：

本镍氢电池的自主激活、充放电管理***，可靠性强，具有较好的过放电、过冲点保护，可耐较高的充放电率并且无枝晶形成，具有良好的比特性，循环使用的寿命长，可达数千次之多，并且容量大，低温性能优良，容量没有明显改变。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，其特征在于，该***由镍氢电池组状态参数数据采集、信号无线传输、数据处理组成，前端由状态参数采集模块和无线发射控制模块组成，其中数据采集部分包括对镍氢电池组的电压、电流、内阻以及温度等参数进行测量，由单片机对采样数据进行初步处理，然后控制发射芯片调制发送，***后端由无线接收控制模块、单片机和串口电路、本地计算机组成，接收芯片对信号解调，单片机接收数据并进行处理，将有效数据通过串口传送到本地计算机上进行，模块化的设计，主要包括：镍氢电池组电压测量电路、电流测量电路、内阻测量电路、温度测量电路四个部分，检测模块对采集的信号进行A/D转换，并将数据发送给控制模块，采用的高精度、高实效数据采集模块兼顾了专用化和通用化的原则，配置灵活。

2.根据权利要求1所述的一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，其特征在于，所述发射端的硬件电路主要由数据采集模块、单片机以及RF发射芯片组成。

3.根据权利要求2所述的一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，其特征在于，所述接收端的硬件电路由无线收发芯片nRF401、单片机AT89C51、串口芯片MAX232、主控计算机组成。

4.根据权利要求1所述的一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，其特征在于，ANT1和ANT2是接收时LNA的输入，接收芯片nRF401的TXEN脚接地，工作在接收模式中，当nRF401接收到有效信号后，输入信号被低噪声放大器放大，经由混频器变换，这个被变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波，经解调器解调，解调后的数字信号在DOUT端输出进入单片机，单片机判断信号是否为有效数据帧，首先提取出接收到的校验码计算校验和，判断校验和是否正确，若正确则分别提取出ID码、电压、电流、内阻、温度值通过串口电路发送到终端控制计算机上，否则单片机忽略此次数据，等待下一次接收。

5.根据权利要求1所述的一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，其特征在于，射端单片机首先设定采样芯片的工作模式：有分别对电池的电压、电流、温度进行采样的三种状态，单片机接收检测部分传来的状态信息，判断是否发送，对于确定发送的监测数据，由于该***可以把多个监测站的数据发往同一台主机，因此需要对各个监测对象加上ID号，另外由于可能在发送过程中会有少量的误码产生，故需在发送端产生校验和，将数据按照固定帧格式组合为数据帧之后发送到发射芯片，数据帧格式为前导符+同步字符+ID码+电压+电流+温度+校验码，由于数据包长度是固定的，可以直接采取计数的方法判断是否发送完成。

6.根据权利要求1所述的一种镍氢电池的自主激活、充放电管理***，其特征在于，接收端单片机收到先导字段格式的信号后，产生串行中断，中断程序负责接收数据帧，最后对收到的数据帧的进行CRC校验和计算，与收到的校验和比较，并检验校验和，若校验和正确则将数据通过串口传到计算机，若校验和错误，则等待下一次的接收。

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