電池狀態監管系統的制作方法

本發明涉及電池監控技術，特別是涉及一種電池狀態監管系統。

背景技術：

傳統的電池或電池組廣泛應用于電子裝置中，并為電子裝置如筆記本計算機、移動電話、安防類各類報警器等供電。目前蓄電池由于綠色環保廣泛應用于日常生活以及國民生產中。然而蓄電池在應用及生產過程(化成)中常常需要對其電壓電流進行監控，達到安全使用、優化控制、提高性能等目的。

國內多家機構開始研究新的方法對蓄電池進行自動化監控。在蓄電池監控中，主要針對蓄電池單體電壓，電池組電壓、電流以及溫度的檢測。目前，人們在串聯電池組中單體電池電壓的測量問題上進行了大量的研究。主要有三種方法：第一，用繼電器不斷切換電池組中的每只電池，使每一個時刻都有一個電池被檢測，這一方法有很嚴重的缺點，切換速度慢，并且不能計算出準確的電壓值，并且容易引入干擾，已經被淘汰了；第二，采用模擬開關的方式進行單體電池電壓通道的選通，這一方法也存在一定的缺點，線路復雜，在小信號范圍內線性度差，精度低；第三，采用光電隔離器件和大電容進行采樣保持，然而這種電路也存在采樣時間長，精度低等缺點。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種能實時監控電池狀態的電池狀態監管系統，旨在解決目前電池狀態的監控方式效率低、采樣時間長的問題。

本發明提供了一種電池狀態監管系統，所述電池與用電設備連接，包括：

采樣電阻，第一端接所述電池的電極，第二端接充放電接口；

采樣電路，與所述采樣電阻的兩端連接，采樣流過所述采樣電阻的電流并處理得到采樣數據；

分析單元，與所述采樣電路連接，接收所述采樣數據并分析，且將當前采樣數據與歷史采樣數據比較分析當前用電設備的負荷突變狀態；

發送單元，與所述分析單元連接，接收該當前負荷突變狀態并通過網絡發送至用戶終端。

上述的電池狀態監管系統利用采樣電路實時采樣電池電極的充電或放電電流并放大處理為采樣數據，通過分析單元將當前采樣的采樣數據與預存儲的采樣數據進行比較得到可以確認用戶設備的負荷突變狀態的比較結果，并通過網絡將比較結果發送至用戶終端通知用戶，此電池狀態監管系統采樣時間短且采樣結果精確，且能實現實時監控及通知，效率高。

附圖說明

圖1為本發明較佳實施例中電池狀態監管系統的模塊示意圖；

圖2為圖1所示電池狀態監管系統的分析單元及發送單元模塊示意圖；

圖3為圖1所示電池狀態監管系統的采樣電路和指示電路的原理圖；

圖4為一實施例中圖1所示電池狀態監管系統的集成于電池裝置的結構示意圖；

圖5(A)、5(B)分別為另一實施例中圖1所示電池狀態監管系統的集成于電池裝置的主視和俯視結構示意圖；

圖6為一實施例中圖1所示電池狀態監管系統的固定于電池裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參閱圖1，本發明較佳實施例中電池狀態監管系統用于監控在使用在為用電設備供電中的電池狀態及用電設備當前負荷突變狀態，即此時電池10與用電設備連接，電池10狀態監管系統包括采樣電阻Rsense、采樣電路20、分析單元30及發送單元40。

本實施例中，參考圖2，分析單元30包括單片機MCU，或還包括模數轉換器ADC，或還包括存儲芯片ROM；發送單元40包括RF射頻天線RF。并分析單元30和發送單元40集成于無線射頻模塊100，且無線射頻模塊100集成有存儲芯片ROM。在其他實施方式中，分析單元30、發送單元40、存儲芯片ROM分別使用獨立設置。另外，存儲芯片ROM還可以集成在單片機MCU中。故，在此并不限定分析單元30、發送單元40以及存儲芯片ROM的具體實現方式。

本實施例中，結合圖1和圖2，采樣電阻Rsense的第一端接電池10的電極，采樣電阻Rsense的第二端接充放電接口11。采樣電路20與采樣電阻Rsense的兩端連接，采樣流過采樣電阻Rsense的電流并處理得到采樣數據。分析單元30與采樣電路20連接，分析單元30接收采樣數據并分析，分析單元30接收所述采樣數據并比較分析當前用電設備的負荷突變狀態。更具體地，將當前采樣數據與歷史采樣數據比較分析當前用電設備的負荷突變狀態。發送單元40與分析單元30連接，接收該當前負荷突變狀態并通過網絡發送至用戶終端。具體地，采樣數據為電壓數據和/或電流數據。該用戶終端可以包括云端服務器300，還可以包括與云端服務器300網絡連接的移動終端400，如手機、個人計算機等。

在其中一個實施例中，分析單元30接收采樣數據后先判斷是否為用電設備首次使用的數據；若是，則將當前采樣數據存儲為歷史采樣數據；否則將當前采樣數據與歷史采樣數據比較分析。即可以通過分析單元30讀取的存儲芯片ROM，確定是否有保存采樣數據，若存儲芯片ROM中無保存采樣數據，那么判斷該設備為首次使用。分析單元30可以自動存儲該當前采樣數據存儲為歷史采樣數據。

在其中一個實施例中，系統還包括按鍵200，按鍵200與分析單元30連接，通過按鍵200存儲或更改歷史采樣數據。即可以人工存儲采樣數據存儲為歷史采樣數據。當用戶首次使用該用電設備的時候，用戶可以使用短按按鍵200來記錄穩定后的采樣數據(如電流刻度)。另外，當用戶需要重新設定電流刻度的時候，用戶可以使用長按按鍵200來清除之前記錄的采樣數據，再重新記錄采樣數據。

在具體的實施方式中，采樣電路20將電壓數據(采樣數據)放大處理后送入到無線射頻中內嵌的單片機MCU中，單片機MCU中的ADC(模數轉換器ADC)采集到電壓，分析輸入電壓大小。單片機MCU判斷是否為用戶設備首次使用，若首次使用設備，那么將首次使用的電壓數據保存到存儲芯片ROM中；若非首次使用設備，那么將電壓數據與首次使用收集的電壓數據比較分析后通過無線網絡傳入云端服務器300，由云端服務器300傳入個人終端提醒用戶設備負荷突變狀態，請用戶及時查看。

另外，還可以通過比較分析電流大小來判斷用電設備的負荷突變狀態。具體，該電流大小能夠穩定的使用來判斷負載設備的負荷狀態與設備工作狀態是否正常，首次使用該用電設備，系統會讀內部的存儲芯片ROM，確定是否有保存電流數據，若存儲芯片ROM中無保存電流數據，那么判斷該設備為首次使用。若非首次使用設備，那么將電流數據與首次使用收集的電流數據比較分析后通過無線網絡傳入云端服務器300，由云端服務器300傳入個人終端提醒用戶設備負荷突變狀態，請用戶及時查看。

在具體的實施例中，采樣電路20通過采樣電阻Rsense采集到電流數據后轉換成電壓數據后送入到放大器中放大處理后進行輸出與比較處理。本實施例中，采樣電路20包括第一比較器A1、第二比較器A2、第一開關管Q1以及第二開關管Q2。

第一比較器A1的正相輸入端和第二比較器A2的反相輸入端依次接采樣電阻Rsense的第一端，第一比較器A1的反相輸入端和第二比較器A2的正相輸入端依次接采樣電阻Rsense的第二端；第一比較器的輸出端接第一開關管Q1 的控制端，第二比較器A2的輸出端接第二開關管Q2的控制端，第一開關管Q1的輸入端接采樣電阻Rsense的第一端，第二開關管Q2的輸入端接采樣電阻Rsense的第二端，第一開關管Q1和第二開關管Q2的輸出端同時與分析單元30的輸入端連接。

進一步地，采樣電路20還包括第一二極管D1和第二二極管D2。第一二極管D1的陽極接第一比較器A1的輸出端，陰極接第一開關管Q1的控制端；第二二極管D2的陽極接第二比較器A2的輸出端，陰極接第二開關管Q2的控制端。

其中，當輸入電流由采樣電阻Rsense的第一端至采樣電阻Rsense的第二端，則第一開關管Q1打開，第一比較器A1輸出高電平到分析單元30的ADC輸入端，輸入的電流表現為電壓方式，此時電池10處于負載模式。當輸入電流由采樣電阻Rsense的第二端至采樣電阻Rsense的第一端，第二開關管Q2打開，第二比較器A2輸出高電平分析單元30的ADC輸入端，此時電池10處于充電模式，可以表示為充電電流大小。

系統還包括指示電路50，指示電路50與采樣電路20連接，用于指示電池10處于充電狀態或放電狀態。優選地，指示電路50包括第三比較器A3和指示燈LED，第三比較器A3的正相輸入端和反相輸入端中的一個接第一比較器的輸出端，另一個接第二比較器A2的輸出端，第三比較器A3的輸出端接指示燈LED。當輸入電流由采樣電阻Rsense的第一端至采樣電阻Rsense的第二端，第一比較器A1輸出高電平，第三比較器A3輸出電平為高，此時處于負載模式，當輸入電流由采樣電阻Rsense的第二端至采樣電阻Rsense的第一端，第二開關管Q2打開，第二比較器A2輸出高電平，第三比較器A3輸出電平為低，此時處于充電模式。

優選地，第一開關管Q1和第二開關管Q2為NPN型三極管，開關管的輸入端、輸出端、控制端分別為NPN型三極管的集電極、發射極、基極。

更具體地，系統還包括與電池10連接的電壓轉換電路，該電壓轉換電路為分析單元30、發送單元40，即為無線射頻模塊100、單片機MCU、模數轉換 器ADC、RF射頻天線RF等供電。該電壓轉換電路可以為BUCK電路，也可以為Boost電路。

參考圖4，在優選的實施例中，電池狀態監管系統內置于包括電池10的電池裝置30中。如此，將電池狀態監管系統集成在電池裝置30中，在使用該電池裝置30時，則不需要額外設置與電池10匹配的電池狀態監管裝置，可以節省研發設計流程及經費。

具體地，在一個實施例中，采樣電阻Rsense、采樣電路10和指示電路50設置于第一電路板62上，而該第一電路板62設置于電池裝置30內的一端，無線射頻模塊100(包括分析單元30和發送單元40)設置于電池裝置30內的另一端，中間以電池10相隔。減少分立元件組成的電路和無線射頻模塊之間的相互干擾，也對內部的電池10有保護作用。在其他實施例中，分立元件組成的電路和無線射頻模塊可以分別設置在電池10的相對兩側。本實施例中，第一電路板62為PCB板。

在另一個實施例中，參考圖5(A)和圖5(B)，采樣電阻Rsense、采樣電路10和所述無線射頻模塊100設置于第二電路板64上，所述第二電路板64插設于所述電池裝置30內，位于所述電池10的一側。本實施例中，第二電路板64為PCB板。

另外，在其他實施例中，電池狀態監管系統也可以設置于電池裝置30的外部，請參閱圖6，采樣電阻Rsense、采樣電路10和所述無線射頻模塊64設置于第三電路,66上，所述第三電路板66通過背膠貼設于包括電池10的電池裝置30外側。本實施例中，第三電路板66為柔性電路板，當然也可以為普通PCB板。

上述的電池10狀態監管系統利用采樣電路20實時采樣電池10電極的充電或放電電流并放大處理為采樣數據，通過分析單元30將當前采樣的采樣數據與預存儲的采樣數據進行比較得到可以確認用戶設備的負荷突變狀態的比較結果，并通過網絡將比較結果發送至用戶終端400通知用戶，此電池10狀態監管系統采樣時間短且采樣結果精確，且能實現實時監控及通知，效率高。

以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。