一种铅酸电池的测试模块及监测系统与检测方法
【专利摘要】本发明公布了一种铅酸电池的测试模块及监测系统与检测方法，包括蓝牙通信模块、单片机MCU、信号发生电路、信号采集电路、信号处理电路：将接收到的信号进行滤波处理形成稳定的波形信号传输给单片机进行A/D转换。本发明不需要专用的测试设备对铅酸电池进行测试，克服了目前的手持式测试仪存在的设备专用、占用空间大的问题，测试模块的体积很小，一般在铅酸电池生产过程中就进行安装，形成铅酸电池的一部分，测试过程也不需要打印机，没有消耗测试线和打印纸，通过将得到的铅酸电池的信息与通过公共网络查询的官方信息进行对比，可以确定该铅酸电池是否正常，是否需要回收报废，如此促进了铅酸电池的回收，解决了铅酸电池的污染问题。
【专利说明】一种铅酸电池的测试模块及监测系统与检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铅酸电池的监管领域，具体是指一种铅酸电池的测试模块及监测系统 与检测方法。
【背景技术】
[0002] 铅酸电池（lead-acid battery),是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是 硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅； 放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。法国人普兰特于1859年发明铅酸蓄电池，已 经历了近150年的发展历程，铅酸蓄电池在理论研究方面，在产品种类及品种、产品电气性 能等方面都得到了长足的进步，不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济 领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。根据铅酸蓄电池结构与用途区别，粗略将 电池分为四大类：1、启动用铅酸蓄电池；2、动力用铅酸蓄电池；3、固定型阀控密封式铅酸 蓄电池；4、其它类，包括小型阀控密封式铅酸蓄电池，矿灯用铅酸蓄电池等。
[0003] 国家将加大财政资金支持力度，中央财政产业振兴和技术改造专项在项目评审及 计划下达过程中将对铅再生循环利用（铅酸蓄电池回收再利用）等项目予以优先考虑；中 央财政清洁生产专项资金加大对铅酸蓄电池、再生铅清洁生产技术项目的支持；淘汰落后 产能中央财政奖励资金支持淘汰铅冶炼、铅酸蓄电池、再生铅落后产能。地方工业和信息化 主管部门充分利用节能减排、技术改造、中小企业等专项资金对专项行动给予支持。同时强 化标准约束和监督检查，对铅酸蓄电池、再生铅实施准入管理。加强监督检查，组织开展能 耗限额标准执行情况和高耗能落后电机淘汰、落后产能淘汰等专项督察。并按照《关于促进 铅酸蓄电池和再生铅产业规范发展的意见》，建立部门协调工作机制，分工落实有关任务。
[0004] 对于铅酸蓄电池行业来说，只解决好生产环节中的污染问题，仍然远远不够。比生 产环节更有可能造成污染的是回收环节。中国电工技术学会铅酸蓄电池专业委员会秘书长 徐红说，没有得到规范处理的废弃铅酸蓄电池，比例达到七成。目前，国家工信部已经把解 决铅酸电池回收的问题提到了相当紧迫的日程，但至今为止，还没有一个比较完善的、使用 的方案。目前已研发出第一代铅酸电池手持电导测试仪，主要适用于铅酸电池厂、销售商及 汽车维修厂，4S店。但是目前的铅酸电池手持电导测试仪存在较多的问题：手持式测试仪 的体积大，属于专用设备，价格高，测试速度慢、耗材成本高，适用于维修厂和销售商店，携 带不方便，使用不易普及等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种铅酸电池的测试模块及监测系统与检测方法，解决目 前的手持式铅酸蓄电池测量存在的体积大、测试效率低的问题；达到改变测试方法、促进铅 酸电池的回收的目的。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现： 一种铅酸电池的测试模块，包括 蓝牙通信模块：用于接收手持APP发送的命令并传输该命令给单片机MCU，或者接收单 片机MCU的数据信号并发送给对应的手持APP设备； 单片机MCU :用于与蓝牙通信模块之间进行信号传输，根据接收到的蓝牙通信模块的 指令向信号发生电路发送输入信号，将数据处理电路得到的数据信号发送给蓝牙通信模 块； 信号发生电路：根据单片机MCU的PWM信号来采集铅酸电池的数据信息，并将该信息传 递给信号采集电路； 信号采集电路：采集信号发生电路产生的交流信号进行隔离直流、并整形限幅，然后传 递给信号处理电路； 信号处理电路：将接收到的信号进行滤波处理形成稳定的波形信号传输给单片机进行 A/D转换。
[0007] 本发明的铅酸电池测试模块，是采用现有的电子元器件进行组合的产品，其包括 核心器件单片机，利用单片机的小型化特点，按照电路连接的要求，配置信号发生电路、信 号采集电路、信号处理电路，单片机在接收到查询指令后，向信号产生电路发送脉冲信号， 该脉冲信号会让信号产生电路在铅酸电池的回路中产生交流信号，该交流信号的产生作为 信号输入值信号采集电路，对该信号进行采集后，可以获得稳定幅值的交流信号，然后将该 信号通过电路进行滤波处理，分离其无用的干扰波，然后输送给单片机进行模数转换，将模 拟信号转换成对应的数字信号，然后通过蓝牙通信模块发送给APP手持设备，如此，即不需 要专用的测试设备对铅酸电池进行测试，克服了目前的手持式测试仪存在的设备专用、占 用空间大的问题，而且，测试模块的体积很小，一般在铅酸电池生产过程中就进行安装，形 成铅酸电池的一部分，测试过程也不需要打印机，没有消耗测试线和打印纸，没有任何的耗 材，而且，通过将得到的铅酸电池的信息与通过公共网络查询的官方信息进行对比，可以确 定该铅酸电池是否正常，是否需要回收报废，如此促进了铅酸电池的回收，解决了铅酸电池 的污染问题。
[0008] 所述的信号发生电路包括与单片机MCU的PWM连接的NPN-M0S管US，NPN-M0S管 US与二极管D3、电阻R18连接；当NPN-M0S管US按照PWM的信号执行通断时，在电池回路 中产生交流信号，并通过负载电阻R14输送至信号采集电路。该局部电路中，R18为水泥功 率电阻，当PWM工作时，使其在电路与电池的回路中产生约电流1A，幅值约0. IV的交流信 号；只有交流信号，才能完全通过电池，直流信号无法完全通过电池，而且1A的电流，持续 约4秒，对电池无不良影响，对电池存储的电量无不利影响；经过多次试验和理论研究，PWM 为200Hz，确定该频率的交流电信号，能准确的反映出电池内部的极板硫化程度。
[0009] 所述的信号采集电路的两个输入端分别通过电阻R16、R17接入单片机MCU的CH1 通道，两个输入端的信号通过电容C13、C14耦合后隔离直流信号，再通过电阻R19、R20将交 流信号钳位在以2. 0V为0点的电压幅值范围内，然后通过电阻R28、R29限流输出，将信号 传递给信号处理电路。由于电池自身有12V直流电压，无法直接测试，需通过C13、C14隔离 直流信号，仅剩下交流信号。测试模块系统电源为+5V单电源，而交流信号的正负特性，要 求我们需把〇电压上抬至2. 0V，才能真实全面的反映出交流信号。
[0010] 所述的信号处理电路包括芯片U7,芯片U7的两个接收端接收信号采集电路输出 的交流信号，然后将输出信号经过由C16、R27组成的高通滤波器、由R30、C17组成低通滤 波器依次滤波，然后输入到单片机MCU的CHO进行AD转换；同时芯片U7的输出信号经过由 R22和C15组成的低通滤波器，滤波后输入到单片机MCU的CH4进行AD转换。U7为锁相环 放大集成芯片，其作用是将通过R28、R29过来的交流信号进行锁相处理，并放大信号，使其 信号幅值在2V左右，便于提高AD采样的准确度。
[0011] 一种铅酸电池的监测系统，包括： 数据库：用于存储铅酸电池的信息，包括其生产信息、使用信息、处理信息，数据库通过 网络对外开放； 安装有测试模块的铅酸电池：在每个铅酸电池上安装有身份信息唯一的测试模块； 安装有APP的手持设备：用于通过蓝牙通信模块与铅酸电池对应的测试模块进行通 信，并获得该铅酸电池的数据信息；并通过网络进入数据库调取对应铅酸电池的信息。
[0012] 本发明的检测系统中，数据库用于所有铅酸电池的数据管理，通常可以由工信部 监管部门、或者蓄电池研究所等第三方单位设立；可以对所有数据进行分类、排序，跟踪，统 计，可以很清楚的知道所有铅酸电池的流向以及回收销毁前的最后一个环节所在地，确保 废旧电池全部回到指定拆解企业完成拆解，解决目前铅酸电池的最大的污染来源；每个铅 酸电池均安装有一个测试模块，在铅酸电池的生产过程中，就将具有唯一性信息的测试模 块与铅酸电池配对，如此，每一个铅酸电池均有唯一的身份信息，并将其信息录入数据库， 在该铅酸电池的生产、转运、销售、维护、维修、拆卸分解过程中，该身份信息均伴随该电池， 避免了信息的错、假，保持其真实性，安装有APP的手持设备可以使现有的手机，手机已经 在现在的生活中普及，而且越来越成为必不可少的一部分，利用手机作为测试终端，可以提 高铅酸电池的监测率，便于该技术的推广和普及，增强社会公众的监督意识，提高铅酸电池 的回收率，减少铅酸电池的随意丢弃造成的环境污染，具有很高的社会价值。
[0013] 一种铅酸电池的检测方法，包括以下步骤： (A) 建立数据库：数据库收录铅酸电池的生产信息、使用信息、处理信息，并将该数据库 处于公开状态，每个铅酸电池具有唯一的身份信息； (B) 客户通过APP手持设备与任意一个铅酸电池通过蓝牙通信连接，向该铅酸电池的 测试模块发送查询指令，经过测试模块的运行后，将该铅酸电池的身份信息、运行状态发送 给APP手持设备； (C) APP手持设备通过网络数据库并查询其数据库中的信息； (D) 比较：通过数据库的信息与APP手持设备接收到的运行状态进行比较，判断出该铅 酸电池需要报废回收，如果是，则APP手持设备提示该铅酸电池需要报废回收，如果不是， 则APP手持设备提示该铅酸电池正常。
[0014] 本发明检测系统利用如上的检测方法，就可以实现公众对铅酸电池的监管，而且 铅酸电池的位置、状态、持有人的信息均可以查询，很容易地就解决了公众遗弃铅酸电池的 问题，避免铅酸电池丢弃后带来的环境污染问题。
[0015] 所述步骤（B)的过程是这样的： (B1)客户通过APP手持设备通过蓝牙向测试模块的蓝牙通信模块发送指令； (B2)测试模块的蓝牙通信模块接收指令后将该指令发送给单片机MCU ; (B3)单片机MCU接收到指令后，向信号产生电路发送PWM信号； (B4)信号产生电路接收到PWM信号信号后，当NPN-M0S管US按照HVM的信号执行通断 时，电池回路中产生交流信号并输送给信号采集电路； (B4)信号采集电路接收200Hz交流信号并隔离去除直流信号，然后将交流信号钳位在 2. 0V为0点的电压幅值范围内，并通过电阻限流后传递给信号处理电路； (B5)信号处理电路将得到的交流信号进行处理，经过高通滤波器、低通滤波器进行滤 波后传输给单片机MCU进行A/D转换，同时将信号直接经过低通滤波器进行滤波并传输给 单片机MCU进行A/D转换； (B6)单片机将接收到的信号进行A/D转换后得到数字信号，并将该数字信号通过蓝牙 通信模块向用户APP手持设备传输该数据。
[0016] 通过上述的步骤，用户的手机只要安装有APP，都可以与铅酸电池进行通信，可以 得到准确的铅酸电池信息，从而显示出该电池是否需要更换或回收，即解决了电池的回收 问题，而且解决了电池的不良带来的影响使用的问题。通过自能手机APP结合蓝牙检测模 块，可以实现自动监测电池，实时提醒电池使用者，实时显示电池健康状态，避免了车主抛 锚，拖车的尴尬；而对于电池环保回收系统，由于每个电池都有唯一的识别代码，可以通过 APP通过网络实时将监测数据发送到数据库，便于管理部门实时了解废旧电池的流向，监管 废旧电池的各回收渠道，完全杜绝各种不正当电池回收给环境带来的严重污染。
[0017] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果： 1本发明一种铅酸电池的测试模块及监测系统与检测方法，不需要专用的测试设备对 铅酸电池进行测试，克服了目前的手持式测试仪存在的设备专用、占用空间大的问题，而 且，测试模块的体积很小，一般在铅酸电池生产过程中就进行安装，形成铅酸电池的一部 分，测试过程也不需要打印机，没有消耗测试线和打印纸，没有任何的耗材，而且，通过将得 到的铅酸电池的信息与通过公共网络查询的官方信息进行对比，可以确定该铅酸电池是否 正常，是否需要回收报废，如此促进了铅酸电池的回收，解决了铅酸电池的污染问题； 2本发明一种铅酸电池的测试模块及监测系统与检测方法，每个铅酸电池均安装有一 个测试模块，在铅酸电池的生产过程中，就将具有唯一性信息的测试模块与铅酸电池配对， 如此，每一个铅酸电池均有唯一的身份信息，并将其信息录入数据库，在该铅酸电池的生 产、转运、销售、维护、维修、拆卸分解过程中，该身份信息均伴随该电池，避免了信息的错、 假，保持其真实性，安装有APP的手持设备可以使现有的手机，手机已经在现在的生活中普 及，而且越来越成为必不可少的一部分，利用手机作为测试终端，可以提高铅酸电池的监测 率，便于该技术的推广和普及，增强社会公众的监督意识，提高铅酸电池的回收率，减少铅 酸电池的随意丢弃造成的环境污染，具有很高的社会价值； 3本发明一种铅酸电池的测试模块及监测系统与检测方法，用户的手机只要安装有 APP，都可以与铅酸电池进行通信，可以得到准确的铅酸电池信息，从而显示出该电池是否 需要更换或回收，即解决了电池的回收问题，而且解决了电池的不正常带来的影响使用的 问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部 分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中： 图1为本发明测试模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0019] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本 发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作 为对本发明的限定。 实施例
[0020] 如图1所示，本发明一种铅酸电池的测试模块，包括蓝牙通信模块：用于接收手持 APP发送的命令并传输该命令给单片机MCU，或者接收单片机MCU的数据信号并发送给对应 的手持APP设备；单片机MCU :用于与蓝牙通信模块之间进行信号传输，根据接收到的蓝牙 通信模块的指令向信号发生电路发送输入信号，将数据处理电路得到的数据信号发送给蓝 牙通信模块；信号发生电路：包括与单片机MCU的PWM1连接的NPN-M0S管US，NPN-M0S管 US与二极管D3、电阻R18连接；当NPN-M0S管US按照PWM1的200Hz信号执行通断时，在电 池回路中产生200Hz交流信号，并通过负载电阻R14输送至信号采集电路；信号采集电路的 两个输入端分别通过电阻R16、R17接入单片机MCU的CH1通道，两个输入端的信号通过电 容C13、C14耦合后隔离直流信号，再通过电阻R19、R20将交流信号钳位在以2. 0V为0点的 电压幅值范围内，然后通过电阻R28、R29限流输出，将信号传递给信号处理电路；信号处理 电路包括芯片U7,芯片U7的两个接收端接收信号采集电路输出的交流信号，然后将输出信 号经过由C16、R27组成的高通滤波器、由R30、C17组成低通滤波器依次滤波，然后输入到单 片机MCU的CH0进行AD转换；同时芯片U7的输出信号经过由R22和C15组成的低通滤波 器，滤波后输入到单片机MCU的CH4进行AD转换，单片机MCU将数据处理电路得到的数据 信号发送给蓝牙通信模块，蓝牙通信模块与用户手机进行通信连接。
[0021] 使用时，首先在生产铅酸电池的时候在每个铅酸电池上均安装一个上述的模块， (A)建立数据库，通常可以由工信部监管部门、或者蓄电池研究所等第三方单位设立；可以 对所有数据进行分类、排序，跟踪，统计，可以很清楚的知道所有铅酸电池的流向以及回收 销毁前的最后一个环节所在地，确保废旧电池全部回到指定拆解企业完成拆解，解决目前 铅酸电池的最大的污染来源；然后，（B1)客户通过APP手持设备通过蓝牙向测试模块的蓝 牙通信模块发送指令；（B2)测试模块的蓝牙通信模块接收指令后将该指令发送给单片机 MCU ; (B3)单片机MCU接收到指令后，向信号产生电路发送PWM信号；（B4)信号产生电路接 收到PWM信号信号后，当NPN-M0S管US按照PWM的200Hz信号执行通断时，电池回路中产生 200Hz交流信号并输送给信号采集电路；（B4)信号采集电路接收200Hz交流信号并隔离去 除直流信号，然后将交流信号钳位在2. 0V为0点的电压幅值范围内，并通过电阻限流后传 递给信号处理电路；（B5)信号处理电路将得到的交流信号进行处理，经过高通滤波器、低 通滤波器进行滤波后传输给单片机MCU进行A/D转换，同时将信号直接经过低通滤波器进 行滤波并传输给单片机MCU进行A/D转换；（B6)单片机将接收到的信号进行A/D转换后得 到数字信号，并将该数字信号通过蓝牙通信模块向用户APP手持设备传输该数据；（C) APP 手持设备通过网络数据库并查询其数据库中的信息；（D)比较：通过数据库的信息与APP手 持设备接收到的运行状态进行比较，判断出该铅酸电池需要报废回收，如果是，则APP手持 设备提示该铅酸电池需要报废回收，如果不是，则APP手持设备提示该铅酸电池正常。
[0022] 以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明 的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种铅酸电池的测试模块，其特征在于：包括 蓝牙通信模块：用于接收手持APP发送的命令并传输该命令给单片机MCU，或者接收单 片机MCU的数据信号并发送给对应的手持APP设备； 单片机MCU :用于与蓝牙通信模块之间进行信号传输，根据接收到的蓝牙通信模块的 指令向信号发生电路发送输入信号，将数据处理电路得到的数据信号发送给蓝牙通信模 块； 信号发生电路：根据单片机MCU的PWM信号来采集铅酸电池的数据信息，并将该信息传 递给信号采集电路； 信号采集电路：采集信号发生电路产生的交流信号进行隔离直流、并整形限幅，然后传 递给信号处理电路； 信号处理电路：将接收到的信号进行滤波处理形成稳定的波形信号传输给单片机进行 A/D转换。
2. 根据权利要求1所述的一种铅酸电池的测试模块，其特征在于：所述的信号发生电 路包括与单片机MCU的PWM连接的NPN-MOS管US，NPN-MOS管US与二极管D3、电阻R18连 接；当NPN-MOS管US按照PWM的信号执行通断时，在电池回路中产生200Hz交流信号，并通 过负载电阻R14输送至信号采集电路。
3. 根据权利要求1所述的一种铅酸电池的测试模块，其特征在于：所述的信号采集电 路的两个输入端分别通过电阻R16、R17接入单片机MCU的CH1通道，两个输入端的信号通 过电容C13、C14耦合后隔离直流信号，再通过电阻R19、R20将交流信号钳位在以2. 0V为0 点的电压幅值范围内，然后通过电阻R28、R29限流输出，将信号传递给信号处理电路。
4. 根据权利要求1所述的一种铅酸电池的测试模块，其特征在于：所述的信号处理电 路包括芯片U7,芯片U7的两个接收端接收信号采集电路输出的交流信号，然后将输出信号 经过由C16、R27组成的高通滤波器、由R30、C17组成低通滤波器依次滤波，然后输入到单 片机MCU的CH0进行AD转换；同时芯片U7的输出信号经过由R22和C15组成的低通滤波 器，滤波后输入到单片机MCU的CH4进行AD转换。
5. -种铅酸电池的监测系统，其特征在于，包括： 数据库：用于存储铅酸电池的信息，包括其生产信息、使用信息、处理信息，数据库通过 网络对外开放； 安装有测试模块的铅酸电池：在每个铅酸电池上安装有身份信息唯一的测试模块； 安装有APP的手持设备：用于通过蓝牙通信模块与铅酸电池对应的测试模块进行通 信，并获得该铅酸电池的数据信息；并通过网络进入数据库调取对应铅酸电池的信息。
6. -种铅酸电池的检测方法，其特征在于，包括以下步骤： (A) 建立数据库：数据库收录铅酸电池的生产信息、使用信息、处理信息，并将该数据库 处于公开状态，每个铅酸电池具有唯一的身份信息； (B) 客户通过APP手持设备与任意一个铅酸电池通过蓝牙通信连接，向该铅酸电池的 测试模块发送查询指令，经过测试模块的运行后，将该铅酸电池的身份信息、运行状态发送 给APP手持设备； (C) APP手持设备通过网络数据库并查询其数据库中的信息； (D) 比较：通过数据库的信息与APP手持设备接收到的运行状态进行比较，判断出该铅 酸电池需要报废回收，如果是，则APP手持设备提示该铅酸电池需要报废回收，如果不是， 则APP手持设备提示该铅酸电池正常。
7.根据权利要求6所述的一种铅酸电池的检测方法，其特征在于，所述步骤（B)的过程 是这样的： (B1)客户通过APP手持设备通过蓝牙向测试模块的蓝牙通信模块发送指令； (B2)测试模块的蓝牙通信模块接收指令后将该指令发送给单片机MCU ; (B3)单片机MCU接收到指令后，向信号产生电路发送PWM信号； (B4)信号产生电路接收到PWM信号信号后，当NPN-MOS管US按照PWM的信号执行通断 时，电池回路中产生交流信号并输送给信号采集电路； (B4)信号采集电路接收交流信号并隔离去除直流信号，然后将交流信号钳位在2. 0V 为〇点的电压幅值范围内，并通过电阻限流后传递给信号处理电路； (B5)信号处理电路将得到的交流信号进行处理，经过高通滤波器、低通滤波器进行滤 波后传输给单片机MCU进行A/D转换，同时将信号直接经过低通滤波器进行滤波并传输给 单片机MCU进行A/D转换； (B6)单片机将接收到的信号进行A/D转换后得到数字信号，并将该数字信号通过蓝牙 通信模块向用户APP手持设备传输该数据。
【文档编号】G01R31/36GK104142479SQ201410389088
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】谭小舟 申请人:成都蓝格尔科技有限公司, 谭小舟