一种电池能量管理控制系统的制作方法

本实用新型属于电池能量管理和控制技术领域，具体涉及一种电池能量管理控制系统，特别涉及一种硼氢化钠制氢燃料电池能量管理控制系统。

背景技术：

随着生产水平与科学技术的日益发展，人们对电子产品的依赖程度不断加深。而且便携式产品、无人机等智能硬件应用也飞速发展，已深入到了我们生活的方方面面，这些均给当今的电源产业带来极大的压力。现今便携式设备主要采用单一形式能源—可充电式锂电池进行供电，但可充电锂电池需要借助外部电源进行充电，无法满足长时间工作。

若给可充电锂电池集成充电电源，例如燃料电池，虽然能一定程度上能给可充电锂电池充电，但是，在实际工作环境中，燃料电池系统组成比较复杂，整个系统涉及到化学、材料、控制、物理等多个学科。整个系统可以看作是由多个子系统组成的，每个子系统独立工作，且它们之间又相互作用，其中任何一个子系统出现异常，都有可能会影响整个电池的工作。加之不同电源之间的控制复杂。

因此，如何提供一种电池能量管理控制系统来保证电池长时稳定的工作，以满足不同场景的工作需要是本领域亟需解决的一个技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种电池能量管理控制系统来保证电池长时稳定的工作，以满足不同场景的工作需要。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种电池能量管理控制系统，包括电源管理系统和控制系统，

所述电源管理系统，包括彼此连接的燃料电池和充电电源，所述燃料电池与所述充电电源之间设置连接两者的充电电路和选择电路，以待所述燃料电池稳定输出之前，通过所述选择电路将所述充电电源与所述控制系统连通以为其供电，待所述燃料电池稳定输出之后，通过所述选择电路的切换，使所述燃料电池经所述充电电路为所述充电电源充电；

控制系统，包括处理器、与所述处理器连接且用于采集所述燃料电池内的反应参数的采集单元，所述处理器与选择电路连接，以通过所述采集单元向所述处理器反馈反应参数，并通过所述处理器控制所述选择电路的切换，从而控制所述充电电源为所述控制系统供电或所述燃料电池为所述充电电源充电。

进一步地，还包括稳压电路，设置于所述燃料电池与所述充电电路或选择电路之间，并与其连接，以稳定所述燃料电池的输出电压。

进一步地，所述燃料电池包括供氢装置、与其连通的燃料电池电堆，所述燃料电池电堆与所述充电电源连接。

进一步地，所述供氢装置包括依次连通的硼氢化钠水溶液储罐、进液泵和产氢反应堆，所述产氢反应堆的上部与所述燃料电池电堆连通，下部设置有将其内废液排出的排液阀，所述燃料电池电堆上设置排气阀。

进一步地，所述采集单元包括压力采集模块和温度采集模块，所述压力采集模块的采集端与所述产氢反应堆连接，接收端与所述处理器连接；

所述温度采集模块的采集端与所述燃料电池电堆连接，接收端与所述处理器连接。

进一步地，所述处理器分别与所述进液泵、排液阀和排气阀连接，以当所述处理器接收所述采集单元的反馈后，控制所述进液泵、排液阀和排气阀的启闭。

进一步地，还包括散热单元，靠近所述燃料电池电堆设置以为其散热，所述散热单元与所述处理器连接，以当所述处理器接收所述采集单元的反馈后，控制所述散热单元的启闭和散热效率；

所述燃料电池电堆还与外部负载连接，以为其提供电能。

进一步地，所述处理器包括信息采集模块、逻辑控制模块、人机交互模块、通信模块和存储模块，所述信息采集模块与所述采集单元连接，所述逻辑控制模块与所述选择电路连接，所述通信模块与上位机连接。

优选地，所述处理器为单片机，所述存储模块为flash存储模块；

所述充电电源为锂电池。

优选地，所述进液泵为蠕动泵，所述排液阀和排气阀均为电磁阀；

所述散热单元风扇。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本实用新型所提供的电池能量管理控制系统，设置电源管理系统和控制系统，电源管理系统包括彼此连接的燃料电池和充电电源，采用双电源供电，燃料电池作为主电源，充电电源作为副电源有效避免了单一电源的局限性，既能维持系统的快速启动，又能够保证供电电源的稳定，使得整个系统更加可靠。同时设置充电电路和选择电路以及控制系统，充电电源在燃料电池获得稳定输出之前对整个系统进行供电，一旦燃料电池稳定，供电电源则切换成燃料电池，同时对充电电源进行充电，以此来保证充电电源的电量，进而更好的维持整个系统的长时稳定工作。

(2)本实用新型所提供的电池能量管理控制系统，能够满足不同场景的工作需要，维持整个燃料电池系统对外长时稳定的工作，提高整个发电系统的续航能力。同时制作成本低，占用空间小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中电池能量管理控制系统的框架示意图；

图2是本实用新型实施例中燃料电池的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中处理器的结构示意图；

1-电源管理系统；1-1-充电电源；1-2-充电电路；1-3-选择电路；1-4- 稳压电路；2-控制系统；2-1-燃料电池；2-1-1-硼氢化钠水溶液储罐；2-1-2- 产氢反应堆；2-1-3-燃料电池电堆；2-1-4-进液泵；2-1-5-排液阀；2-1-6-排气阀；2-2-处理器；2-2-1-存储模块；2-2-2-通信模块；2-3-压力采集模块； 2-4-温度采集模块；2-5-外设单元；2-6-散热单元；2-7-外部显示和操作单元；3-负载。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供了一种电池能量管理控制系统，如图1和2所示，包括电源管理系统1和控制系统2，电源管理系统1，包括彼此连接的燃料电池 2-1和充电电源1-1，例如燃料电池2-1为氢氧燃料电池，更具体地为硼氢化钠制氢燃料电池，充电电源1-1为可充电锂离子电池，燃料电池2-1与充电电源1-1之间设置连接两者的充电电路1-1和选择电路1-3，以待燃料电池2-1稳定输出之前，通过选择电路1-3将充电电源1-1与控制系统2连通以为其供电，待燃料电池2-1稳定输出之后，通过选择电路1-3的切换，使燃料电池2-1经充电电路1-2为充电电源1-1充电；

控制系统2，包括处理器2-2、与处理器2-2连接且用于采集燃料电池 2-1内的反应参数的采集单元，例如处理器2-2可为中央处理器，更具体为低功耗单片机，处理器2-2与选择电路1-3连接，以通过采集单元向处理器 2-2反馈反应参数，并通过处理器2-2控制选择电路1-3的切换，从而控制充电电源1-1为控制系统2供电或燃料电池2-1为充电电源1-1充电，具体地，采集单元为压力采集模块2-3和温度采集模2-4，更具体为压力传感器和温度传感器。

上述电池能量管理控制系统中，设置电源管理系统1和控制系统2，电源管理系统1包括彼此连接的燃料电池2-1和充电电源1-1，采用双电源供电，燃料电池2-1作为主电源，充电电源1-1作为副电源有效避免了单一电源的局限性，既能维持系统的快速启动，又能够保证供电电源的稳定，使得整个系统更加可靠。同时设置充电电路1-2和选择电路1-3以及控制系统 2，充电电源1-1在燃料电池2-1获得稳定输出之前对整个系统进行供电，一旦燃料电池2-1稳定，供电电源则切换成燃料电池2-1，同时对充电电源 1-1进行充电，以此来保证充电电源1-1的电量，进而更好的维持整个系统的长时稳定工作。

为了稳定燃料电池2-1的输出电压，还包括稳压电路1-4，设置于燃料电池2-1与充电电路1-2或选择电路1-3之间，并与其连接；具体地，燃料电池2-1接入稳压电路1-4的输入端，并将其输出端接入充电电路1-2，将充电电源1-1接入到充电电路1-2的输出端，将充电电源1-1和稳压电路1-4 的输出端接入选择电路1-3的输入端，并将选择电路1-3的输出端接入控制系统2的电源端。

具体地，燃料电池2-1包括供氢装置、与其连通的燃料电池电堆2-1-3，燃料电池电堆2-1-3与充电电源1-1连接；更具体地，供氢装置包括依次连通的硼氢化钠水溶液储罐2-1-1、进液泵2-1-4和产氢反应堆2-1-2，产氢反应堆2-1-2的上部与燃料电池电堆2-1-3连通，下部设置有将其内废液排出的排液阀2-1-5，燃料电池电堆2-1-3上设置排气阀，例如，进液泵2-1-4为蠕动泵，排液阀2-1-5和排气阀2-1-6均为电磁阀。

进一步地，采集单元包括压力采集模块2-3和温度采集模2-4，压力采集模块2-3的采集端与产氢反应堆2-1-2连接，接收端与处理器2-2连接；

温度采集模块2-4的采集端与燃料电池电堆2-1-3连接，接收端与处理器2-2连接。

进一步地，处理器2-2分别与进液泵2-1-4、排液阀2-1-5和排气阀2-1-6 连接，以当处理器2-2接收采集单元的反馈后，控制进液泵2-1-4、排液阀 2-1-5和排气阀2-1-6的启闭。

实施例2

本实施例提供了一种电池能量管理控制系统，在上述实施例1的基础上，还包括散热单元2-6，例如为风扇，靠近燃料电池电堆2-1-3设置以为其散热，散热单元2-6与处理器2-2连接，以当处理器2-2接收采集单元的反馈后，控制散热单元2-6的启闭和散热效率；

燃料电池电堆2-1-3还与外部负载连接，以为其提供电能。

实施例3

本实施例提供了一种电池能量管理控制系统，在上述实施例1或2的基础上，如图3所示，处理器2-2包括信息采集模块、逻辑控制模块、人机交互模块、通信模块2-2-1和存储模块2-2-2，信息采集模块与采集单元连接，逻辑控制模块与选择电路1-3连接，通信模块2-2-1与上位机连接；存储模块2-2-2可为flash存储模块；通信模块2-2-1为UART通信；

具体地，外设单元2-5为进液泵2-1-4、排液阀2-1-5、为燃料电池电堆 2-1-3或产氢反应堆2-1-2加热的电加热器等；

还可设置于处理器2-2连接的外部显示和操作单元2-7，例如可为OLED 显示屏、按键和LED指示灯等。

如图1、2和3所示，上述电池能量管理控制系统的工作原理如下：

电池能量管理控制系统伊始由可充电锂电池进行供电，待硼氢化钠制氢燃料电池工作稳定后，硼氢化钠制氢燃料电池稳压电路开始工作，随后供电电源的选择电路工作切换供电电源，同时燃料电池经过锂电池充电电路对锂电池进行充电。若在整个燃料电池系统运行的过程中，一旦检测到燃料电池的输出不稳定，则供电电源选择电路将自动把供电电源切换成可充电锂电池。控制系统得到外部供电之后，中央处理器启动，首先初始化相应的I/O引脚和相应的功能外设。在初始化完成之后，flash存储器读取上一次关机前保存的系统控制参数，随后进行开机操作。等到开机操作完成后，整个燃料电池系统开始正常运行，并且不断计算运行时间。开机后，每300毫秒通过采集单元读取一次燃料电池的工作参数，根据读取到的数据，对外部相应外设进行相应的控制。随后检测是否需要改变运行参数，若需要改变，则进行相应的操作。之后检测关机按键是否按下，若按下则进行关机操作关机，并将系统的控制参数存到flash存储器中；若没有按下，则将上述操作重复进行。此外，在系统整个运行过程中，中央处理器会将重要操作以及工作参数通过UART串口发送到上位机；

请将外部相应外设以及外部采集单元接入到中央处理器和硼氢化钠制氢燃料电池相应的接口。结合图3，将蠕动泵、电磁阀、电加热以及风扇接入到中央处理器3的I/O引脚，其中风扇通过定时器模块控制；将温度传感器同样也接入到中央处理器的I/O引脚上，通过模拟SPI的方式实现数据读取；压力传感器接入到中央处理器的ADC采集引脚上，中央处理器对压力传感器的电信号进行采集并进行相应的数据转换。

本系统具有良好的人机交互以及故障报警、保存运行参数以及与上位机通信等功能，能够很好的对系统进行监控，从而能够更好的对整个系统进行维护。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。