一种锂亚硫酰氯电池组管理系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种锂亚硫酰氯电池组管理系统，包括锂亚硫酰氯电池组，所述锂亚硫酰氯电池组管理系统还包括：电流测量单元，所述电流测量单元测量电流信号，并将测量结果传递给分析单元；分析单元，所述分析单元变周期采集所述测量结果并得到电流值，根据所述电流值获得电池容量损耗。本发明还提供了一种锂亚硫酰氯电池组管理方法。本发明具有电池电量预测准确、电池工作时间长等优点。
【专利说明】一种锂亚硫酰氯电池组管理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池组管理系统及方法，尤其是一种锂亚硫酰氯电池组管理系统及方法。
【背景技术】
[0002]锂亚硫酰氯(Li/S0CL2)电池是各类锂电池中比能量最高的一种电池，实际比能量可达660kwh/kg。此外，锂亚硫酰氯电池还具有放电电压平稳、适用温度范围宽等突出优点。由于锂亚硫酰氯(Li/S0CL2)电池的这些突出优点，此类电池特别适合用于长期在线工作的远程测量仪表、遥测仪器等设备中。
[0003]远程测量仪表一般需要依靠电池供电I年甚至更长时间，但电池电量有限，为满足远程测量仪表的持续不间断工作，需要定期更换电池，以保证所有仪表有持续的供电。如果远程测量仪表能够准确的预测电池的剩余电量并预测剩余工作时间，并且尽量延长电池的供电时间对于维护远程测量仪表具有重要意义。因此一个能准确预测电池剩余电量并且能够尽量延长电池使用时间的锂亚硫酰氯电池管理系统非常重要。
[0004]然而，远程测量仪表的工作特点和锂亚硫酰氯电池的固有特性使得此类电池组管理系统的设计变得相当困难。以下3个因素造成了此类电池电量预测的难题。
[0005]首先，从远程测量仪表的工作特点来讲，为了降低功耗，远程测量仪表一般会周期性休眠和唤醒，它的工作电流是动态变化的，唤醒阶段的工作电流远高于休眠阶段，但唤醒阶段的工作时间却远小于休眠阶段；
[0006]其次，锂亚硫酰氯电池特性的放电曲线十分平缓，在90%的电量放出之前，电压都维持在3.6V以上，而后，随着电压的进一步降低，电池电压开始急剧下降，远程测量仪表无法根据电池电压及时发出低电量报警；
[0007]最后，锂亚硫酰氯电池用于低功耗仪表，电池本身的温度与电池所处环境温度基本相同，此类电池的自放电率随环境温度的变化波动很大。在常温下年自放电率不到2%，而在50°C高温下，年自放电率可以高达6%，对于工作在野外的远程仪表来说，温度条件十分极端，进一步加大了电池电量预测的难度。
【发明内容】
[0008]为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了 一种既能准确预测锂亚硫酰氯电池剩余电量，又能延长电池使用时间的锂亚硫酰氯电池组管理系统及方法。
[0009]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0010]一种锂亚硫酰氯电池组管理系统，其特点是:所述锂亚硫酰氯电池组管理系统包括:
[0011]电流测量单元，所述电流测量单元测量所述电池组所处电路中的电流信号，并将测量结果传递给分析单元；
[0012]分析单元，所述分析单元变周期采集所述测量结果并得到电流值，根据所述电流值获得电池容量损耗。
[0013]进一步，所述分析单元根据所述电流采用电流积分法获得电池容量损耗。
[0014]进一步，所述分析单元在所述锂亚硫酰氯电池组待机时采用较低的频率采样，运行时采用较高的频率采样。
[0015]进一步，所述锂亚硫酰氯电池组管理系统还包括
[0016]温度测量单元，所述温度测量单元包括温度传感器，所述温度传感单元测量锂亚硫酰氯电池组所处的环境温度并将测量得到的温度信息传递给分析单元；
[0017]所述分析单元根据所述温度信息得到锂亚硫酰氯电池组的自放电率；并根据电池额定容量、所述自放电率、所述电池容量损耗获得电池剩余容量。
[0018]进一步，所述分析单元根据所述电池剩余容量获得电池续航时间。
[0019]进一步，所述分析单元根据所述电池剩余容量获得所述电池组当前运行功耗，并根据所述当前运行功耗得到电池续航时间。
[0020]进一步，根据当前周期所在时间段内的m个周期对应的功耗得到平均功耗，并将所述平均功耗作为电池组当前运行功耗，m为自然数。
[0021 ] 进一步，所述锂亚硫酰氯电池组还包括:
[0022]电池扰动恢复单元，所述电池扰动恢复单元在所述电池组进行微电流工作模式时周期性提供电流脉冲。
[0023]进一步，锂亚硫酰氯电池组管理系统还包括电压采集单元。
[0024]进一步，所述分析单元根据电流采集单元的采集结果及事先设定的过流值对电路进行短路/过流保护。
[0025]本发明还提供了一种锂亚硫酰氯电池组管理方法，包括以下步骤:
[0026]电流采集单元变周期采集锂亚硫酰氯电池组所处电路中的电流信号，并将采集结果传递给分析单元；
[0027]所述分析单元根据所述采集结果得到电流值，并通过所述电流值获得电池容量损耗。
[0028]进一步，所述分析单元根据所述电流采用电流积分法获得电池容量损耗。
[0029]进一步，所述电流采集单元在所述锂亚硫酰氯电池组待机时采用较低的频率采样，运行时采用较高的频率采样。
[0030]进一步，测量锂亚硫酰氯电池组所处的环境温度；根据所述环境温度得到锂亚硫酰氯电池组的自放电率，并根据电池额定容量、所述自放电率、所述电池容量损耗获得电池剩余容量。
[0031]进一步，所述分析单元根据所述电池剩余容量获得电池续航时间。
[0032]进一步，所述分析单元根据所述电池剩余容量获得所述电池组当前运行功耗，并根据所述当前运行功耗得到电池续航时间。
[0033]进一步，根据当前周期所在时间段内的前m个周期对应的功耗得到平均功耗，并将所述平均功耗作为电池组当前运行功耗，m为自然数。
[0034]进一步，在所述电池组进行微电流工作模式时周期性提供电流脉冲。
[0035]本发明还提供了一种根据上述所述的锂亚硫酰氯电池组管理系统或管理方法在远程测量仪表中的应用。[0036]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0037]1、本发明通过对不同工作状态下的电流进行变周期采样，采样值覆盖了仪表运行的各阶段，可以更加准确的计量电池容量损耗，从而准确预测剩余电量。
[0038]同时，电池剩余电量的准确预测，使得电池续航时间的获得更准确，使得系统能够及时发出电池组低电量预警，工作人员根据语境信号及时更换电池组，保证仪表的连续运行。
[0039]对于远程测量仪表来说，这种对电流变周期采样进而获得剩余电量和续航时间的手段更加适用其周期性的休眠和唤醒的工作模式，使得工作人员对远程仪表剩余电量的监控更加方便和准确。
[0040]2、本发明通过对温度相关的自放电率补偿，按周期更新自放电率带来的电量损失，使得电池电量的预测不再受温度条件的限制，使得处于温度极端条件下的远程仪表的电池电量的预测更加准确，极大地方便了远程仪表的电池电量预测。
[0041]3、本发明通过对电池定期施加扰动恢复负载来消除电池电压滞后带来的影响，不依赖于特殊材料和特殊复杂工艺，成本更低、更易实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1为实施例1中锂亚硫酰氯电池组管理系统框图；
[0043]图2为实施例1中工作电流与采样示意图；
[0044]图3为实施例2中锂亚 硫酰氯电池组管理系统框图；
[0045]图4为实施例2中锂亚硫酰氯电池自放电率温度曲线图；
[0046]图5为实施例4中锂亚硫酰氯电池组管理系统框图。
【具体实施方式】
[0047]实施例1
[0048]请参阅图1，一种锂亚硫酰氯电池组管理系统，包括锂亚硫酰氯电池组、电流测量单元I和分析单元21。
[0049]本实施例的电池组为ER34615电池2串3并共57000mAH，电压7.2V。
[0050]所述电流测量单元I包括串入电池组供电出口的小阻值电阻Rs、放大电路11及ADC采样器12，所述ADC采样器12与分析单元21相连；
[0051]分析单元21按照设定的周期变周期读取所述ADC采样器12的采样电压值。
[0052]根据仪器/仪表的周期性运行规律将电流分为两个部分一待机和运行，待机电流非常小且比较稳定，运行电流大且变化较大，两者相差可达千倍以上。
[0053]进一步，请参阅图2，所述分析单元21在所述锂亚硫酰氯电池组待机时采用较低的频率(f\)采样，运行时采用较高的频率(f2)采样，此处所述的较低的频率(f\)和较高的频率(?)是相对而目的。
[0054]本实施例还提供了一种锂亚硫酰氯电池组管理方法，用于远程仪表中，包括以下步骤:
[0055]A、提供本实施例的锂亚硫酰氯电池组管理系统；
[0056]B、所述电流测量单元I测量电流信号并将测量结果传递给分析单元21:[0057]所述小阻值电阻Rs两端产生的电压差值(Rs*iit)送入放大电路(放大倍数为G)进行放大，之后送入ADC采样器12读取电压值，并将结果传递给分析单元21。
[0058]C、所述分析单元21变周期采集所述测量结果并得到电流值，根据所述电流值获得电池容量损耗:
[0059]Cl、计算电流
[0060]分析单元21在所述锂亚硫酰氯电池组待机时采用较低的频率(f\)、运行时采用较高的频率(f2)，读取所述ADC采样器12的采样电压值。
[0061]所述分析单元21读取ADC采样器12的采样值Vit，即放大G倍的Rs*iit，最后根据放大倍数和采样电阻阻值计算负载电流:iit=vit/(G*Rs)；
[0062]请参阅图2，待机电流约为50uA，运行电流为I~100mA。待机时放大倍数采用Gl=2*104，运行时选取G2=l*102，小电阻Rs=0.1欧。则待机负载电流:iit = 0.5*vit(mA)，运行负载电流:iit=100*vit(mA)。
[0063]C2、计算电池容量损耗
[0064]本实施例的电池容量损耗C；(n)为电池自身损耗的容量。
[0065]根据仪器仪表的运行规律进行电流采样，并将采样值与采样间隔的乘积作累加即得总采样时间内消耗的电池容量，即电池容量损耗。
[0066]进一步，所述分析单元根据所述电流采用电流积分法获得电池容量损耗。
[0067]电池容量损耗由以下公式计算:
【权利要求】
1.一种锂亚硫酰氯电池组管理系统，其特征在于:所述锂亚硫酰氯电池组管理系统包括: 电流测量单元，所述电流测量单元测量所述电池组所处电路中的电流信号，并将测量结果传递给分析单元； 分析单元，所述分析单元变周期采集所述测量结果并得到电流值，根据所述电流值获得电池容量损耗。
2.根据权利要求1所述的锂亚硫酰氯电池组管理系统，其特征在于:所述分析单元在所述锂亚硫酰氯电池组待机时采用较低的频率采样，运行时采用较高的频率采样。
3.根据权利要求1所述的锂亚硫酰氯电池组管理系统，其特征在于:所述锂亚硫酰氯电池组管理系统还包括: 温度测量单元，所述温度传感单元测量锂亚硫酰氯电池组所处的环境温度并将测量得到的温度信息传递给分析单元； 所述分析单元根据所述温度信息得到锂亚硫酰氯电池组的自放电率；并根据电池额定容量、所述自放电率、所述电池容量损耗获得电池剩余容量。
4.根据权利要求3所述的锂亚硫酰氯电池组管理系统，其特征在于:所述分析单元根据所述电池剩余容量获得所述电池组当前运行功耗，并根据所述当前运行功耗得到电池续航时间。
5.一种锂亚硫酰氯电池组管理方法，包括以下步骤: 变周期采集锂亚硫酰氯电池组所处电路中的电流信号，并根据采集结果得到电流值；根据所述电流值获得电池容量损耗。
6.根据权利要求5所述的锂亚硫酰氯电池组管理方法，其特征在于:采集所述电流信号时，在所述锂亚硫酰氯电池组待机时采用低频采样，运行时采用高频采样。
7.根据权利要求5所述的锂亚硫酰氯电池组管理方法，其特征在于:测量锂亚硫酰氯电池组所处的环境温度；根据所述环境温度得到锂亚硫酰氯电池组的自放电率，并根据电池额定容量、所述自放电率、所述电池容量损耗获得电池剩余容量。
8.根据权利要求7所述的锂亚硫酰氯电池组管理方法，其特征在于:根据所述电池剩余容量获得所述电池组当前运行功耗，并根据所述当前运行功耗得到电池续航时间。
9.根据权利要求8所述的锂亚硫酰氯电池组管理方法，其特征在于:根据当前周期所在时间段内的m个周期对应的功耗得到平均功耗，并将所述平均功耗作为电池组当前运行功耗;m为自然数。
10.根据权利要求5所述的锂亚硫酰氯电池组管理方法，其特征在于:在所述电池组进行微电流工作模式时周期性提供电流脉冲。
【文档编号】G01R31/36GK103592605SQ201310571137
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】张涛, 沈旭, 赵骏, 保长先 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司