一种物联网智能电池装置的制作方法

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种物联网智能电池装置。

背景技术：

物联网(Internet of Things)指的是将各种信息传感设备，如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。随着物联网的不断发展，物联网中使用大量的传感设备，如二维码识读设备、射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，这些设备逐渐向多功能化、智能化和小型化的方向发展，这对电池的户外温度适应能力、容量大小、大放电电流、寿命、续航能力提出了更高的要求。

当前，物联网行业大力发展，物联网系统主要由通信管理系统及能源管理系统及后台管理系统组成。物联网终端要求3～10年长时间使用，当前由于网联网系统中各通信模块之间由多个芯片及方案组成，因此存在功耗高、体积大、稳定性差问题，并且没有专用的电池管理模块，因此导致电池使用时间短、放电不充分、电池易膨胀或者爆炸。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种物联网智能电池装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种物联网智能电池装置，其特征在于，包括：

一次电池，包括一个或并联的至少两个第一电池支路，每个所述第一电池支路包括一个或串联的至少两个一次性电池；

二次电池，包括一个或并联的至少两个第二电池支路，每个所述第二电池支路包括一个或串联的至少两个以锂离子作为储能介质的可重复充电的二次储能器件；

智能芯片，连接所述一次电池和二次电池，所述智能芯片集成有传感、通信、定位、电池管理功能，用于对整个电池装置进行统一管理。

在本实用新型所述的物联网智能电池装置中，所述智能芯片包括用于对芯片中的所有电路进行统一协调管控的中央控制单元以及与所述中央控制单元连接的传感器控制电路、定位系统电路、电池管理电路、通信模块电路、数据存储管理电路、外部拓展电路。

在本实用新型所述的物联网智能电池装置中，所述传感器控制电路包括温度传感器、湿度传感器、重力传感器、气压传感器，各传感器通过2位的数据线与中央控制单元连接；

在本实用新型所述的物联网智能电池装置中，所述定位系统电路包括伽利略、北斗、GPS、格洛纳斯定位模块，各定位模块通过MIPI接口与中央控制单元连接。

在本实用新型所述的物联网智能电池装置中，所述电池管理电路包括电流及电压管理电路、充电管理电路，所述电流及电压管理电路、充电管理电路分别通过2位的数据线与中央控制单元连接；

在本实用新型所述的物联网智能电池装置中，所述通信模块电路包括2G、3G、4G、5G、NB-IOT通信模块以及ZigBee、WiFi、Bluetooth、LORA通信模块，各通信模块通过MIPI接口与中央控制单元连接；

在本实用新型所述的物联网智能电池装置中，所述数据存储管理电路包括DDR存储器以及FLASH存储器，各存储器通过16位数据线与中央控制单元连接；

在本实用新型所述的物联网智能电池装置中，所述外部拓展电路包括I2C、SPI接口芯片以及UART、RS232、RS485、USB接口，I2C、SPI接口芯片分别通过I2C、SPI总线与中央控制单元连接，UART、RS232、RS485、USB接口通过串口与中央控制单元连接。

在本实用新型所述的物联网智能电池装置中，所述电池装置还可以包括与所述智能芯片连接的太阳能模块，所述太阳能模块用于在所述智能芯片的控制下对二次电池进行充电。

实施本实用新型的物联网智能电池装置，具有以下有益效果：本实用新型一个智能芯片连接一次电池、二次电池，适合物联网的各种用电需求，有效的降低了物联网终端的成本、体积和功耗，增加了产品工作的稳定性跟可靠性，提高了电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本实用新型的物联网智能电池装置的结构示意图；

图2是图1中智能芯片的结构框图；

图3是图1中智能芯片的电路简图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1本实用新型的物联网智能电池装置的结构示意图。

本实用新型物联网智能电池装置，包括第一电池单元100、智能芯片200、第二电池单元300，为了安全性和便携性考虑，可以考虑将第一电池单元100、智能芯片200、第二电池单元300封装在一个壳体内。

具体的，第一电池单元100包括一个或并联的至少两个第一电池支路，每个所述第一电池支路包括一个或串联的至少两个一次性电池。第二电池单元300包括一个或并联的至少两个第二电池支路，每个所述第二电池支路包括一个或串联的至少两个以锂离子作为储能介质的可重复充电的二次储能器件，并联连接的所有第二电池支路的正极连接在一起后作为正接线端子P+与IOT设备的正接线端子连接，并联连接的所有第二电池支路的负极连接在一起后作为负接线端子P-与IOT设备的负接线端子连接。

由于第一、第二电池单元均可包括多个电池支路，每个支路可以包括多个电池，因此可以对电池进行任意组合，在实际应用时，可根据需求组合第一或第二电池单元中的电池或二次储能器件，提高电池的灵活性，使其适应于各类物联网设备，例如智能水电气设备、RFID、GSM、GPS、北斗定位、智能工业、财产保护、智能家居、水下航行、水下定位、智能火药、导弹、鱼类、水下潜航器等。且第一电池单元可以通过充电方式为第二电池单元持续补充能量，提高了电池容量和电池电压，实现大电流脉冲放电，可提供1.2安或5安的放电能力，提高了电池的续航能力和寿命，能长时间连续放电。

其中，所述一次性电池为ER、CR等一次性电池，例如为锂－二氧化锰电池、锂－亚硫酰氯电池、锂硫酰氯电池、锂硫化铁电池。一次性电池的特性包括：高能量密度；保质期长，锂电池具有特别低的自放电的特性，年自放电低至1％；温度使用范围广，可在-55℃到85℃的温度之间使用，使得其在恶劣的工作环境下长时间工作，即使在低温之类的恶劣环境下依然可以实现大电流脉冲放电；电压稳定，开路电压高，且工作电压保持明显的平稳性；无污染：锂电池不含铅、汞、镉等重金属，无公害。

其中，所述二次储能器件为铅酸电池、镍氢电池、镍铜电池、镍钴电池、锂离子可充电池、电容电池，电容电池包括复合脉冲电容(HPC)、锂离子可充电池、超级电容、混合脉冲电容，因此可循环使用，自放电率大。例如，镍氢电池的自放电率为30％/年，锂二次电池自放电率为3％/月，铅酸电池4％/首月。

参考图2-3，智能芯片集成有传感、通信、定位、电池管理功能，用于对整个电池装置进行统一管理，具体的，智能芯片包括：

中央控制单元，用于对芯片中的所有电路进行统一协调管控；

传感器控制电路，包括温度传感器、湿度传感器、重力传感器、气压传感器，传感器通过2位的数据线与中央控制单元连接；

定位系统电路，包括伽利略、北斗、GPS、格洛纳斯定位模块，定位模块通过MIPI接口与中央控制单元连接；

电池管理电路，包括电流及电压管理电路、充电管理电路，所述电流及电压管理电路、充电管理电路分别通过2位的数据线与中央控制单元连接；

通信模块电路，包括2G、3G、4G、5G、NB-IOT通信模块以及ZigBee、WiFi、Bluetooth、LORA通信模块，通信模块通过MIPI接口与中央控制单元连接；

数据存储管理电路，包括DDR存储器以及FLASH存储器，存储器通过16位数据线与中央控制单元连接；

外部拓展电路，包括I2C、SPI接口芯片以及UART、RS232、RS485、USB接口，I2C、SPI接口芯片分别通过I2C、SPI总线与中央控制单元连接，UART、RS232、RS485、USB接口通过串口与中央控制单元连接。

由于智能芯片内包含了定位、传感器、通信功能，使得整个电池装置的体积、成本、功耗极大的降低，降低了各个模块之间的EMI、EMC干扰，有效的降低了物联网终端的成本。芯片内部通过中央控制单元优化各模块工作协调能力，增加了产品工作的稳定性跟可靠性。

而现有技术中，HPC(电容电池)+ER26500(锂亚硫酰氯电池，3.6V)，这个组合电池年自放电常温下2％左右，这时组合电池的电压是3.6V,在-40℃进行大电流放电，如要启动GSM模块时，会有一个2A左右的脉冲电流，组合电池的电压有可能电压降到2.5V，不能满足3.3V的GSM模块的最低电压。现有的解决方法是加一个DCDC的升压芯片，但这样需要电池输出的电流大于2A，增加了电池负担，从而造成系统的不稳定。

较佳的，本实用新型中智能芯片通过温度传感器实时感知环境温度，当环境温度降低时，通过电池管理电路升高二次电池的充电电压，具体包括：当检测到环境温度在正常的-20至60度(此温度范围为正常的温度)时，电池管理电路控制所述升压模块停止工作，使得一次电池和二次电池直接并联(中间有二极管防止逆充)，二次电池的充电电压为3.6V；当温度下降到-20到-40度时，电池管理电路内部的升压模块将二次电池的充电电压升高到3.9V；当温度下降到-40度以下时，电池管理电路的升压模块将二次电池的充电电压升高到4.1V；

进一步的，智能芯片在检测到环境温度处于60℃-85℃时，控制芯片中各个电路同时工作的频率，控制非重要的电路进入休眠状态，如此可减少智能电池的工作电流，从而提高了可靠性。

优选的，智能芯片在检测到温度过高时，将温度过高的异常信号通过通信模块电路上报给后台管理系统，以通知用户检查对应的物联网终端是否有短路或者其他电路异常导致系统温度过高，有效的防止电池高温工作损坏或者爆炸，提高系统的安全性。

同时，为进一步提高可靠性和电池寿命，本实用新型的智能芯片还可检测一次电池的使用寿命。一种方法是，记录一次电池工作的电压、电流、工作持续时间、环境温度、自放电率、休眠电流，根据记录的结果预测一次电池剩余的工作时间，根据剩余的工作时间判断一次电池的使用寿命是否到达寿命阈值。另一种方法是，检测二次电池在充电预设时间后的开路电压，当检测开路电压的变化未超过预设置时，判断一次电池的使用寿命是否到达寿命阈值。例如，如果检测到HPC充电2个小时以后的开路电压还是3.4V左右时，就判定锂亚硫酰氯电池已经没有电了，这时就对锂亚硫酰氯电池进行物理隔断，以防止电池过放，保证了整个系统的可靠性和安全性。

优选的，所述智能芯片还可以在预测到的一次电池剩余的工作时间接近使用寿命的预设百分比(例如15％)时，通过所述通信模块电路发送预警信号至后台管理系统，以提示对智能电池进行回收，减少对环境的影响。

较佳的，所述智能芯片还可通过定位系统电路感知到电池装置在一定时间内均保持静止状态时，关闭定位系统电路以及传感器控制电路，降低整个系统的待机电流，到达延长寿命的特点。

为了延长整个电池装置的电池寿命，所述电池装置还可以包括太阳能模块，所述太阳能模块用于对二次电池进行充电。

进一步地，本实用新型优化了电池的管理系统，动态定了电池工作参数，有效的保证系统稳定工作，有效的延长电池使用寿命，提升电池的放电能力，具体包括动态设定输出电压、动态设定充电电流：

其中，动态设定输出电压表现为：后台管理系统根据与整个电池装置连接的用电设备的工作电压，通过网络远程通知所述智能芯片设定整个电池装置的输出电压；例如设备工作电压4.0V，系统可以远程通过网络将电池的输出电压设置为4.0V，从而可以满足不同设备的供电需求，有效的保证系统稳定工作。

其中，动态设定充电电流表现为：后台管理系统可以根据电池装置自身耗电情况，通过网络远程通知所述智能芯片设定相应的充电电流，以使一次电池尽量以小电流对二次电池进行充电，从而延长电池的寿命，且在检测到电池装置温度升高时，为了降低用电设备整体的温度，可以减小充电电流，从而降低系统问题。

综上所述，本实用新型的物联网智能电池装置适合物联网的各种用电需求，有效的降低了物联网终端的成本、体积和功耗，增加了产品工作的稳定性跟可靠性，提高了电池的使用寿命。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。