CN102616304A - 一种电动自行车用多功能防盗报警电池及电动自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动自行车领域，尤其涉及并公开了一种多功能防盗报警电池及使用此电池的电动自行车，电池单元具有唯一的识别码，电池单元和振动传感器模块A、语音喇叭模块、充放电控制模块、功率开关、总线仪表系统控制模块均连接到状态信息采集处理模块，串联的电池单元的正极依次通过充放电控制模块、功率开关连接到电源接口正极对外供电。本发明的一种电动自行车可检测防盗电池的位置变化，在盗窃发生时即使断开电源也可持续发出警报且每个电池单元具有唯一的识别码，不一致时可自锁停止电池供电，即使电池偷窃成功，也无法在其他电动车上使用，解决了电池易偷的问题，且简化了线束、提高生产效率。

Description

一种电动自行车用多功能防盗报警电池及电动自行车

技术领域

本发明涉及电动自行车领域，尤其涉及一种用于电动自行车的多功能防盗报警电池及使用此电池的电动自行车。

背景技术

随着电动自行车的普及，电动自行车被窃尤其是电池被窃现象日益突出，现有的电动自行车电池就是一组单纯的电池组合加上外壳，装在电动自行车的电池槽中，靠简单的机械卡扣固定，极易被取出而发生失窃。即便外加电池锁也无法抵挡暴力拆卸。如果加装一般的车辆防盗报警器，能起到报警作用，但一旦断开电池，防盗报警器会失效。

现有的电动自行车整车设计生产中，控制开关一般位于车把上，控制器装在车尾，与控制开关连接的控制线几乎都需要通过较长的导线连接到位于车座下的电动自行车电机控制器上，这个线束从车把上方，沿转向轴下行，穿过底部电池仓，踏板，到后车轴再与控制器相连，线束一般包括十几根线，需要专门的线束厂加工生产，成本比较高且安装困难，安装工艺不到位易导致使用时磨损引起故障。且这种方式的设计中，控制开关分散独立，若新增加功能会导致线束更复杂，生产困难，效率低下。总而言之，这种从车把到车尾控制器的连线方式越来越凸显出固有的局限性，无论从线束复杂度，成本及功能限制已经不能满足市场要求。

随着集成电路制造技术的发展，已经可以将语音集成到一颗小芯片中，借助单片微型计算机的控制，播放事先录制好的音频。总线技术在汽车设计制造业的日益普及，成本降低，使之有可能运到电动自行车的设计上。单片微处理器功能的不断增加，运行电流和待机功耗减少，已经可以在以电池供电的系统中长时间的可靠工作。

如果基于总线技术能解决线束过多的问题，同时利用总线技术更好地解决电池防盗的问题，则可在两方面取得重大的进步。

发明内容

针对现有电动自行车存在电池防盗性能差且电池状态信息的获取不直观的缺陷，本发明提供一种即使电池被取出仍然能持续报警、被偷电池无法在其他电动车上使用且能直观获取电池使用状态的电动自行车用多功能防盗报警电池及电动车。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种电动自行车用多功能防盗报警电池，包括置于外壳内的复数个相互串联的电池单元，所述的电池单元内置序列号模块，序列号模块内具有与电池单元对应的唯一的识别码，电池单元均连接到状态信息采集处理模块的输入端，状态信息采集处理模块的输入端还连接振动传感器模块A，总线仪表系统控制模块通过通讯总线与状态信息采集处理模块相连，状态信息采集处理模块的输出端与语音喇叭模块连接，防盗模块电源为状态信息采集处理模块和语音喇叭模块提供电源，防盗模块电源与电池单元连接，串联的电池单元的正极依次通过充放电控制模块、功率开关连接到电源接口正极对外供电，充放电控制模块、功率开关与状态信息采集处理模块相连接。数个电池单元串联成电动自行车所需要的电源电压，对外由电源接口正极和电源接口负极输出，对内供给防盗模块电源，防盗模块电源将电池单元的电压转换后供状态信息采集处理模块及语音喇叭模块使用。状态信息采集处理模块用于采集、处理模单个电池单元的信息。振动传感器模块则感应车辆及电池的振动、移动状态并传输给状态信息采集处理模块，供状态信息采集处理模块作出相应的处理。语音喇叭模块具有高分贝语音，在接受到状态信息采集处理模块的指令后可发出相应的报警声、语音警告、电池状态播报等一系列的动作。因为整个报警部分的供电均由电池单元提供，因而在盗窃发生时即使破坏了电池盒的卡锁，断开电源，取下电池，报警仍不会停止，并在转移电池的途中继续以高分贝的语音进行警告，大大提高了防盗性能。而且，每个电池单元具有唯一的识别码，初次上电时，状态信息采集处理模块要读取各电池单元的识别码，初始化并完成自检，然后打开功率开关，开始对外试供电。外部部件如总线仪表，总线控制器加电后开始工作，总线仪表系统控制模块通过总线检查电池单元的识别码是否同预设的识别码一致，当不一致时发出自锁命令，关闭各外部部件的同时，也将关闭电池，停止电池对外供电。因而即使此电动自行车的电池偷窃成功了，在另外的电动车上，由于得不到识别码的匹配，电池也会迅速自锁，如废铁一般，得不到应用。

作为优选，所述外壳上设置外壳按键，外壳按键与状态信息采集处理模块连接。外壳按键可以进行报警设定，电池状态信息播报等控制，状态信息采集处理模块接受到外壳按键上的指示完成相应的功能。

作为优选，所述的状态信息采集处理模块与通讯总线之间设置总线接口保护模块A。总线接口保护模块A可滤除总线上的有害尖峰脉冲，防止高压串入状态信息采集处理模块和其他电路模块。

作为优选，一种电动自行车用多功能防盗报警电池还包括温度监控模块，所述温度监控模块与状态信息采集处理模块连接。温度监控模块在电池的充放电过程中进行温度的监控。

一种使用上述任一种电动自行车用多功能防盗报警电池的电动自行车，包括复数个控制开关、无刷电机驱动器、仪表盘，所述的仪表盘包括总线仪表系统控制模块，各控制开关均连接到总线仪表系统控制模块的输入端，总线仪表系统控制模块输出端通过通讯总线与无刷电机驱动器相连接。控制开关位于车把上，控制开关输出的各种控制信号：调速信号，电子刹车信号，喇叭按键，助力开关，定速巡航开关，高中低三档速度开关，左右转向灯开关信号直接输入位于车把中间的仪表盘的总线仪表系统控制模块，在核对电池单元识别码正确，电池正常供电之后，总线仪表系统控制模块将不同功能的模拟信号整形后转变为符合通讯协议的数字信号，通过通讯总线发给电动自行车无刷电机驱动器，使得电动车电机遵循使用者的控制运行。由于控制开关与仪表盘之间距离很近，所以连线可以很短，总线到电动自行车无刷电机驱动器则只有一根连线，简化了线束。

作为优选，所述的仪表盘包括运行状态与故障显示模块，总线仪表系统控制模块输出端与运行状态与故障显示模块相连接。总线仪表系统控制模块输出整车工作状态信息给运行状态与故障显示模块，以传统的指针式模拟仪表或数字显示LCD屏方式反映给使用者。方便使用者直观获取整车的运行信息。

作为优选，所述的仪表盘包括喇叭蜂鸣与防盗报警模块，总线仪表系统控制模块输出端与喇叭蜂鸣与防盗报警模块连接。喇叭蜂鸣与防盗报警模块作为发声装置，接受总线仪表系统控制模块发出行车时的喇嘛鸣叫声和防盗报警时的报警声。

作为优选，所述的仪表盘包括RFID无线通讯模块，RFID无线通讯模块与总线仪表系统控制模块的输入端连接。RFID无线通讯模块负责接收遥控钥匙发出的射频信号，解码后发送至总线仪表系统控制模块，进行车辆的控制。

作为优选，所述的仪表盘包括振动传感器B，振动传感器B与总线仪表系统控制模块的输入端连接。振动传感器B在车辆运行和静止时提供车身的姿态信息。

作为优选，所述的总线仪表系统控制模块与通讯总线之间连接总线接口保护模块B。总线接口保护模块B可滤除总线上的有害尖峰脉冲，防止高压串入状态信息采集处理模块和其他电路模块。

本发明的一种电动自行车用多功能防盗报警电池及电动自行车，可检测电池的位置变化，在盗窃发生时即使断开电源也可持续发出警报并在转移电池的途中继续以高分贝的语音进行警告，大大提高了防盗性能，且在正常的使用或充电过程中可以提供电池的状态信息，以正确使用电池，延长电池的使用寿命；而且，每个电池单元具有唯一的识别码，总线仪表系统控制模块通过总线检查电池单元的识别码是否同预设的识别码一致，当不一致时发出自锁命令，关闭各外部部件的同时，也将关闭电池，停止电池对外供电。因而即使此电动自行车的电池偷窃成功了，在另外的电动车上，由于得不到识别码的匹配，电池也会迅速自锁，如废铁一般，得不到应用，久而久之，此类电池被偷的概率就会大大降低。且电动自行车基于串行总线技术，将仪表盘作为整车的控制中枢，通过通讯总线对整车各部件如：电机控制器、防盗报警电池进行控制，显示各部件工作状态；简化了整车线束，简化生产工艺，提高生产效率；且整合了喇叭蜂鸣，防盗报警，RFID无线通讯，状态显示等原来需要多个部件才能完成的功能。由于使用总线技术，以后增加新功能比较方便，不会导致整车线束的复杂化。

总之，本发明的一种电动自行车用多功能防盗报警电池及电动自行车基于串行总线技术、解决了电池易偷的问题，且简化了线束、提高生产效率。

附图说明

图1为本发明一种电动自行车用多功能防盗报警电池实施例的结构示意图。

图2为本发明一种电动自行车用多功能防盗报警电池实施例的电路图。

图3为本发明电动自行车实施例的结构示意图。

图4为本发明一种电动自行车用多功能防盗报警电池实施例的工作程序图。

具体实施方式

下面结合图1-4与具体实施方式对本发明做进一步的说明。

一种电动自行车用多功能防盗报警电池，如图1所示，包括置于外壳内的复数个相互串联的电池单元1，电池单元1内置序列号模块2，序列号模块2内具有与电池单元1对应的唯一的识别码，电池单元1均连接到状态信息采集处理模块3的输入端，状态信息采集处理模块3的输入端还连接振动传感器模块A4，总线仪表系统控制模块17通过通讯总线5与状态信息采集处理模块3相连，状态信息采集处理模块3的输出端与语音喇叭模块6连接，防盗模块电源7为状态信息采集处理模块3和语音喇叭模块6提供电源，防盗模块电源7与电池单元1连接，串联的电池单元1的正极依次通过充放电控制模块8、功率开关9连接到电源接口正极对外供电，充放电控制模块8、功率开关9与状态信息采集处理模块3相连接。外壳上设置外壳按键11，外壳按键11与状态信息采集处理模块3连接。状态信息采集处理模块3与通讯总线5之间设置总线接口保护模块A12。状态信息采集处理模块3还连接温度监控模块13。

如图2所示，为一种电动自行车用多功能防盗报警电池的电路图，根据整车要求配备四个电池单元1，一般容量为12V10AH，12V14AH等，按电机要求采用串联方式以获得电池输出电压，选择锂电池。在每个单元电池1内以注塑方式内嵌有身份识别芯片DS2401，该芯片是一款低成本的电子注册码，以一个微处理器端口提供绝对、唯一的识别功能，保证没有任何两个器件的注册码是相同的。内含一个工厂刻入的64位ROM，其中包括：48位唯一序列码、8位CRC校验码和8位家族码(01h)。数据采用1-Wire®协议，仅通过一个信号引线和一个地回路串行传输。用于读取和写入器件的电源可以由数据线本身产生，无须外部供电。身份识别芯片DS2401还具有附加的多点通信能力，允许多个器件挂接在同一条数据总线上。在电池组中多个DS2401连接在同各数据总线上。状态信息采集处理模块3采用ST的8位单片微处理器STM8S103完成，作为主流8位微控制器系列产品，STM8S适用于很多应用领域，包括工业、消费电子、计算机和大量的中小型应用领域。 基于STM8专有内核，STM8S系列采用ST的130纳米工艺技术和先进内核架构，主频达到24 MHz，处理能力高达20MIPS。 内置EEPROM、阻容(RC)振荡器以及完整的标准外设。电池通过正极P⁺与负极P^- 对外进行充放电。充电时，充电器输出电压接在P⁺和P^-之间，电流从P⁺到单体电池的B⁺和B^-，再经过充电控制ＭＯＳＦＥＴ到P^-。在充电过程中，当电池的电压超过57.6Ｖ时，STM8S103的K2脚输出信号使充电控制ＭＯＳＦＥＴ V5关断，电池立即停止充电，从而防止电池因过充电而损坏。放电过程中，当电池的电压降到43.2Ｖ时，STM8S103的K1脚输出信号使放电控制ＭＯＳＦＥＴ V 4关断，电池立即停止放电，从而防止电池因过放电而损坏，STM8S103的K3脚为电池ID读取脚，用于读取电池序列号（识别码）。BATT提供整个模块的电源供应，经D3，R20给串联稳压电源的调整管V2供电，基极的5.6V基准电平由R21，C4和ZD1提供，V2的发射极输出稳定的5V供主控电路使用，另外一路串联稳压电源由R23，R25，ZD2和R24及V3组成，用以给音频功放LM386供电，其中调整管基极接有V1，用于在待机时关闭音频功放电源，降低待机电流，节省电力消耗，延长使用时间。R1和C1组成标准复位电路给主控单片机提供复位信号。RX引脚通过R11上拉后接D5连接到外部通讯总线5上，D5作用是防止外部高电压传入打坏芯片。同时PD2管脚工作在AD状态，侦测通讯总线的电平。R18为振动传感器A4，当处于稳定状态时R18两端短路，当处于振动状态时，其两端处于时而开路，时而短路状态。PD3引脚用于监测电池电压，电池电压经R4，R22，C11组成的分压，去噪网络引入PD3。PD4输出音频电源控制信号，用于开关音频电源开关V1。K4外接18B20温度传感器，用于电池内部的温度检测，当内部温度超限时及时关闭充电或放电。STM8S103的PC7，PC6，PC5组成SPI总线，将语音数据发送给语音集成电路WTH040，WHT040是语音播放电路，内部可存放40秒的6Khz采样的语音文件多达700各，在STM8S103的控制下按命令播放音频。音频从其6脚DAC输出，经R7，C9滤波后送入音频功放LM386的3脚，经LM386内部放大后由5脚输出驱动喇叭播放出语音，1脚与8脚之间的R19，C13网络用于调整LM386的放大倍数，R6，C12组成高频消振电路，防止高频自激。J6外接按键，用于播报电池状态，比如电压，温度，报警状态等。

如图3所示，一种电动自行车，包括七个控制开关14、无刷电机驱动器15、仪表盘16，七个控制开关14，包括：调速手柄，电子刹车，助车开关，喇叭按键，定速巡航开关，三速控制开关，左右转向灯开关，设置在车把上，并由控制线直接进入位于车把中间的仪表盘16内，所述的仪表盘16包括总线仪表系统控制模块17，各控制开关14均连接到总线仪表系统控制模块17的输入端，总线仪表系统控制模块17输出端通过通讯总线5与无刷电机驱动器15相连接。总线仪表系统控制模块17还连接运行状态与故障显示模块18、喇叭蜂鸣与防盗报警模块19、RFID无线通讯模块20、振动传感器B21连接，总线仪表系统控制模块17与通讯总线5之间连接总线接口保护模块B22。防盗报警电池10通过通讯总线5与总线仪表系统控制模块17连接，防盗报警电池10为无刷电机驱动器15提供电源。

图4为本发明一种电动自行车用多功能防盗报警电池实施例的工作程序图，模块初次上电时，读取各电池单元1的序列号ID，初始化内部功能模块完成自检，然后打开功率开关9，开始对外试供电。外部部件如总线仪表，总线控制器加电后开始工作，作为主控的总线仪表系统控制模块17通过通讯总线5检查各部件的ID是否同出厂时一致，当不一致时发出自锁命令，关闭各部件同时电池也关闭对外供电。若校验通过，则进入低功耗待机防盗报警模式。当车主携带感应钥匙或插入机械钥匙时，总线仪表系统控制模块17比对钥匙中的密钥，匹配后，将密钥发给总线无刷电机驱动器15和防盗电池，开启整车正常运行模式。当车主锁车拔出钥匙后，总线仪表系统控制模块17即通过通讯总线5发出指令，使电池进入防盗状态。在进入防盗状态后，防盗电池将实时检测车辆状态和电源线状态，一旦发生车辆振动，会发出间隙报警，如果振动持续或检测到电源线被破坏则发出持续的语音警示语，已警告不法分子和提示车主和周围群众。持续的语音报警只有将电池重新装回车辆上并用钥匙开启电源后才会停止，否则会一直持续到电池电量耗尽，由于电动自行车电池容量较大，而壳内的防盗电路系统耗电量小，报警可以持续工作24个小时以上，而待机时间可长达数天之久。即便不法分子将电池窃走，也会因为不能使用(电池必须通过总线在核对密钥正确之后才能工作)而无法销赃，也就减弱了盗窃的动机。内置的电源功率开关模块在报警状态时会关闭电源输出，在正常使用时能监视每个单元电池的电压，电流及温度状态，保证单个电池充放电在安全使用范围内，以延长使用寿命。

综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，凡依本申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种电动自行车用多功能防盗报警电池，包括置于外壳内的复数个相互串联的电池单元（1），其特征在于：所述的电池单元（1）内置序列号模块（2），序列号模块（2）内具有与电池单元（1）对应的唯一的识别码，电池单元（1）均连接到状态信息采集处理模块（3）的输入端，状态信息采集处理模块（3）的输入端还连接振动传感器模块A（4），总线仪表系统控制模块（17）通过通讯总线（5）与状态信息采集处理模块（3）相连，状态信息采集处理模块（3）的输出端与语音喇叭模块（6）连接，防盗模块电源（7）为状态信息采集处理模块（3）和语音喇叭模块（6）提供电源，防盗模块电源（7）与电池单元（1）连接，串联的电池单元（1）的正极依次通过充放电控制模块（8）、功率开关（9）连接到电源接口正极对外供电，充放电控制模块（8）、功率开关（9）与状态信息采集处理模块（3）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种电动自行车用多功能防盗报警电池，其特征在于：所述外壳上设置外壳按键（11），外壳按键（11）与状态信息采集处理模块（3）连接。

3.根据权利要求1所述的一种电动自行车用多功能防盗报警电池，其特征在于：所述的状态信息采集处理模块（3）与通讯总线（5）之间设置总线接口保护模块A（12）。

4.根据权利要求1所述的一种电动自行车用多功能防盗报警电池，其特征在于：还包括温度监控模块（13），所述温度监控模块（13）与状态信息采集处理模块（3）连接。

5.一种使用如权利要求1到4任一种电动自行车用多功能防盗报警电池的电动自行车，其特征在于：包括复数个控制开关（14）、无刷电机驱动器（15）、仪表盘（16），所述的仪表盘（16）包括总线仪表系统控制模块（17），各控制开关（14）均连接到总线仪表系统控制模块（17）的输入端，总线仪表系统控制模块（17）输出端通过通讯总线（5）与无刷电机驱动器（15）相连接。

6.根据权利要求5所述的一种电动自行车，其特征在于：所述的仪表盘（16）包括运行状态与故障显示模块（18），总线仪表系统控制模块（17）输出端与运行状态与故障显示模块（18）相连接。

7.根据权利要求5所述的一种电动自行车，其特征在于：所述的仪表盘（16）包括喇叭蜂鸣与防盗报警模块（19），总线仪表系统控制模块（17）输出端与喇叭蜂鸣与防盗报警模块（19）连接。

8.根据权利要求5所述的一种电动自行车，其特征在于：所述的仪表盘（16）包括RFID无线通讯模块（20），RFID无线通讯模块（20）与总线仪表系统控制模块（17）的输入端连接。

9.根据权利要求5所述的一种电动自行车，其特征在于：所述的仪表盘（16）包括振动传感器B（21），振动传感器B（21）与总线仪表系统控制模块（17）的输入端连接。

10.根据权利要求5所述的一种电动自行车，其特征在于：所述的总线仪表系统控制模块（17）与通讯总线（5）之间连接总线接口保护模块B（22）。

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