CN105024425B - 一种智能锂电池控制防盗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能锂电池控制防盗系统，包括锂电池，所述锂电池包括电芯单元、PCB板，在PCB板上，设置有控制单元、与控制单元连接的蓝牙模块、保护单元，控制单元还连接电芯单元；保护单元包括充放电高低温保护电路、单节过充过放电压保护电路、充放电过流保护电路；所述PCB上还设置有微控制器，蓝牙模块通过串口与微控制器信号连接，蓝牙模块将接收到的数据通过串口发送至微控制器，同时微控制器将信息通过串口发送到蓝牙模块，锂电池通过蓝牙模块与具有蓝牙功能的手机用户端连接，通过手机APP可以进行有效的维护管理，安全防盗保护；也通过手机APP运用本发明技术可以清楚了解锂电池内部的故障原因，以便于生产管理和维修服务。

Description

一种智能锂电池控制防盗系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体的说是涉及一种智能锂电池控制防盗系统。

背景技术

而目前车用启动电池，大多都是采用铅酸电池，主要的原因是技术成熟与成本考虑，但是铅酸电池(Lead Acid Batteries)是世界上各类电池中，产量最大的蓄电池种类，但其生产过程存在高水耗和高污染两大问题。而且在报废后，若未妥善作好回收处理，则可能会造成严重的酸液与重金属污染，因为传统铅酸电池的内容物，有铅及硫酸，铅对环境的污染严重，它可以影人体的神经、造血、消化、泌尿、生殖等各器官，硫酸所形成的二氧化硫，更会导致酸雨的产生，危害了地球所有动植物生存的环境，在国际“巴塞尔公约”中，铅酸蓄电池已被列为世界公认的主要污染物之一，故其终需被取代。另一方面，如果引擎内的燃料燃烧越完全，产生的动力就会越大，汽车当然就会越省油，但是要燃料燃烧越完全，必须要火星塞能够以较长的时间点火才行，而火星塞点火时间要长一点，代表电池输出的电流必须要增加。然而，任何电池只要输出电流增加，伴随的现象就是电池必然会产生电压下降，而电压下降过大，则会对电池造成不可逆的损害。

随着人类生活进步，传统铅酸电池的效用，已经无法符合消费者的需求，加上节能减碳的风潮，因此开始有人以寻找替代用的电池，好用来替代传统铅酸电池，作为燃料车辆的电源，作为车用启动电池来使用。大多数的电池，并不适用于电瓶，主因是电压过低、体积庞大、容易受环境影响而发生过热爆炸等问题，再加上成本因素，所以大多不适用。其中，只有锂电池最被看好，因为其取代传统铅酸电池，作为车用启动电池后，具节能省油、提升性能、提高效率、长寿耐用、安全环保等优点。而且，一般来说，电池对发电机而言，是具有一稳定电压的作用，电池可以减少发电机的涟波，一个好的电池可以稳定发电机的涟波，使其电器在工作时，不会因为发电机的涟波产生不稳定性，过高的涟波，对电器会产生一缓慢的破坏性，尤其当电器老旧时，更为明显。

传统车用锂启动电池，存在着下列问题点：传统车用锂启动电池，虽然在各方面，除了成本之外，都优于传统铅酸电池，但是免不了的，还是有与传统铅酸电池一样的“防盗问题”，虽然因为车辆防盗技术的进步、民众知识水平的提升，让车辆偷窃变得更不容易，并导致车辆不容易销赃的状况发生。因此有越来越多的窃贼，将眼光放到容易得手、容易脱手的车用配件上，如：车用启动电池、车用电子装置等物品，而其中又以车用启动电池被盗的最多，情况最为严重，因为车用启动电池其偷窃容易、销赃快等特性，让车用启动电池近来的被窃盗率，节节升高，造成消费者的困扰。

如果使用的是车用锂启动电池，那损失就算是非常惨重的了，因为车用锂启动电池的单价高，被窃盗率就更高，阻碍到车用锂启动电池的推广与应用。有鉴于此，如何提供让车用锂启动电池，具备有低成本、且不容易破解，有非常高的保全、防盗效果，能提高消费者购置应用的意愿，便成为本发明欲改进的目的。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题在于提供了一种智能锂电池控制防盗系统，该防盗系统采用蓝牙将锂电池与手机连接，通过手机APP报警功能自动进行防盗。

为解决上述技术问题，本发明通过以下方案来实现：一种智能锂电池控制防盗系统，包括锂电池，所述锂电池包括电芯单元、PCB板，在PCB板上，设置有控制单元、与控制单元连接的蓝牙模块、保护单元，所述控制单元还连接电芯单元；所述保护单元包括充放电高低温保护电路、单节过充过放电压保护电路、充放电过流保护电路；

所述PCB上还设置有微控制器MC96F8208S，所述蓝牙模块通过串口与微控制器MC96F8208S信号连接，蓝牙模块将接收到的数据通过串口发送至微控制器，同时微控制器将信息通过串口发送到蓝牙模块，锂电池通过蓝牙模块与具有蓝牙功能的手机用户端连接，蓝牙模块将信号发送给手机用户端；

所述手机用户端的手机上设置有APP电池控制系统，所述控制单元实时监测电池运行状态，通过实时监测电池对外供电电流输送状态，来判断锂电池是否被卸载，电池在没有经过手机APP授权的情况下，脱离电动车，控制单元检测不到负载存在，即认为脱离了电动车将会关闭电池系统本身的充放电功能，直到手机APP进行解锁。

进一步的，所述充放电高低温保护电路采用锂电保护第一芯片SH79F329A，在第一芯片内部有16位ADC模块，对NTC进行实时读取，得到电芯以及PCB板上的温度，与设定值进行比较，从而进行高低温保护。

进一步的，所述第一芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第9节电芯-第13节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护。

进一步的，所述单节过充过放电压保护电路包括第二芯片SH79F329A，在第二芯片内部含有一个前端模拟电路，对电芯单元进行电压转换，然后ADC模块进行读取和采集电芯单元的电压，从而判断电芯单元是否过压或者欠压。

进一步的，所述第二芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第5节电芯-第8节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护；在第二芯片内部有16位ADC模块，对NTC进行实时读取，得到电芯以及PCB板上的温度，与设定值进行比较，从而进行高低温保护。

进一步的，所述充放电过流保护电路包括第三芯片SH79F329A，所述第三芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第1节电芯-第4节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护；第三芯片对于过流保护有2个独立的方式，一种是纯硬件比较器，用于进行短路保护，时间非常短，一种是ADC模块采集方式，采集时间至少在32ms，将采集到的电流值与设定值比较，判断是否已经过流。

进一步的，所述PCB板上设置有狗叫或其它语音提示报警器。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：针对目前市场上电动车锂电池无法做到真正智能防盗管控，用户常常被盗电动自行车锂电池问题。本方案在原有的锂电池管理功能下，例如过充过放，过流短路保护等，增加了智能供电和智能断电技术，能够通过蓝牙控制断开主回路电源使得电机无法工作，但是仍能够给电动车原有的报警器提供供电达到双重保护目的。在锂电池非法卸载时报警及不能充放电，同时可以通过蓝牙对电芯的各项参数信息进行读取，便于用户使用及工厂生产质检和售后服务。锂电池组装时，通过手机APP可以进行质量监测或抽检；用户使用该锂电池时，通过手机APP可以进行有效的维护管理，安全防盗保护；在售后服务该锂电池时，通过手机APP运用本发明技术可以清楚了解锂电池内部的故障原因，以便于维修服务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明锂电池控制防盗系统原理框图。

图2为本实用新型锂电池控制模块三芯片电路连接示意图。

图3为图2最上部分的芯片电路放大图。

图4为与图3最左侧部分的电路连接的电路图。

图5为图2中部的芯片电路放大图。

图6为与图5最左侧部分的电路连接的电路图。

图7为图2最下部分的芯片电路放大图。

图8为与图7最左侧部分的电路连接的电路图。

图9为本实用新型微控制器电路图。

图10为蓝牙通讯模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参照附图1，本发明的一种智能锂电池控制防盗系统，包括锂电池1，所述锂电池1包括电芯单元14、PCB板，在PCB板上，设置有控制单元12、与控制单元12连接的蓝牙模块11、保护单元13，所述控制单元12还连接电芯单元14；所述保护单元13包括充放电高低温保护电路、单节过充过放电压保护电路、充放电过流保护电路；所述PCB上还设置有微控制器MC96F8208S，所述蓝牙模块11通过串口与微控制器MC96F8208S信号连接，蓝牙模块11将接收到的数据通过串口发送至微控制器，同时微控制器将信息通过串口发送到蓝牙模块11，锂电池通过蓝牙模块11与具有蓝牙功能的手机用户端连接，蓝牙模块11将信号发送给手机用户端；所述手机用户端的手机上设置有APP电池控制系统，所述控制单元12实时监测电池运行状态，通过实时监测电池对外供电电流输送状态，来判断锂电池是否被卸载，电池在没有经过手机APP授权的情况下，脱离电动车，控制单元12检测不到负载存在，即认为脱离了电动车将会关闭电池系统本身的充放电功能，直到手机APP进行解锁。所述第一芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第9节电芯-第13节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护等。所述第二芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第5节电芯-第8节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护等。在第二芯片内部有16位ADC模块，对NTC进行实时读取，得到电芯以及PCB板上的温度，与设定值进行比较，从而进行高低温保护。所述第三芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第1节电芯-第4节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护等。第三芯片对于过流保护有2个独立的方式，一种是纯硬件比较器，用于进行短路保护，时间非常短，一种是ADC模块采集方式，采集时间至少在32ms，将采集到的电流值与设定值比较，判断是否已经过流。，所述PCB板上设置有狗叫或其它语音提示报警器。

本发明锂电池控制防盗系统具有如下功能：

智能防盗供电：本发明能够通过手机APP对电池进行内部断电，如果系统检测当前电流值到达断电阈值立即断电，检测到电机启动，电流大于1A，延迟10秒后进行开启，用于报警器和主控器供电。

电芯均衡功能：本发明检测到每串电芯的电压，当电芯电压之间压差大于设定值，以及满足均衡条件后，会自动开启电芯均衡。

实时电量统计：本发明采用库伦积分的方式，对电流进行积分，达到精确的电量计算功能。

非法卸载电源锁定：电池系统能实时监测电池状态，一旦检测到电池非法卸载(电池系统在没有经过手机APP授权的情况下，脱离电动车。检测原理实时监测电池系统对外供电电流，如果装置在电动车上，检测不到负载存在即认为脱离了电动车)，将会关闭电池系统本身的充放电功能，直到手机APP进行解锁。

语音提示功能：电池系统自身能发出狗叫或其它语音提示和报警功能，例如非法启动，或者非法卸载电池等。

请参照附图2～10，以下利用电路图来对本发明锂电池控制防盗系统作具体的说明。

实施例1：

所述控制单元12设置有三个锂电保护IC芯片，分别是第一IC芯片10、第二IC芯片20、第三IC芯片30，每个锂电保护IC芯片分别连接5、4、4颗电芯，所述第三IC芯片30为最低控制端，该最低控制端接收每个电芯数据信号，所述第三IC芯片30通过系统管理总线SMBUS与微控制器连接，所述微控制器与蓝牙模块11连接。

实施例2：

三个锂电保护IC芯片的型号为IC SH79F329AU，所述微控制器的型号为MC96F8208S。所述蓝牙模块11能够使用GPRS通讯模块替代。

所述第一IC芯片10的VC1～VC5端都连接有100欧的电阻，在每两个相邻的端线上连接有4.7uF的电容，在上述每个电阻的另一端，每两个相邻的电阻之间电连接有100nF的电容，其中四个电容每个电容的另一端连接100欧的电阻，另一端连接NPN型三极管的发射极，每个电阻连接NPN型三极管的集电极，第五个电容C16两端分别连接100欧的电阻R36、场效应管Q15，场效应管Q15的栅极电连接220千欧的电阻R34，电阻R34另一端电连接NPN型三极管Q14集电极，所述NPN型三极管Q14基极电连接100千欧电阻R13，发射极接地，1兆欧的电阻R33两端电连接NPN型三极管Q14的基极和发射极。

实施例3：

所述第二IC芯片20的VC1～VC5端都连接有100欧的电阻，在每两个相邻的端线上连接有4.7uF的电容，在每个电阻的另一端，每两个相邻的电阻之间电连接有100nF的电容，其中四个电容每个电容的另一端连接100欧的电阻，另一端连接NPN型三极管的发射极，每个电阻连接NPN型三极管的集电极，每个NPN型三极管的基极电连接100千欧的电阻。

实施例4：

所述第三IC芯片30的VC1～VC5端都连接有100欧的电阻，在每两个相邻的端线上连接有4.7uF的电容，在上述每个电阻的另一端，每两个相邻的电阻之间电连接有100nF的电容，其中四个电容每个电容的另一端连接100欧的电阻，另一端连接NPN型三极管的发射极，每个电阻连接NPN型三极管的集电极，每个NPN型三极管的基极电连接100千欧的电阻。

实施例5：

锂电池控制模块采用3个锂电保护IC SH79F329AU，3个芯片分别对每一颗电芯进行管理，然后将每一节电芯的数据传输到最低控制端的SH79F329AU，即第三芯片30，同时第三芯片30的所有信息可以通过本身SMBUS传输出来给微控制器MC96F8208S，微控制器将这些信息可以传输给蓝牙通讯模块，蓝牙通讯模块再将数据传输给手机。当用户需要修改参数时，蓝牙通讯模块收到需要修改的信息，传输给微控制器，微控制器会将信息通过SMBUS传递给第三芯片30，然后进行参数的修改。

微控制器MC96F8208S通过SMBUS通讯访问SH79F329A，获得电池的各项信息，例如当前电芯电压，放电电流，当前温度，电量百分比。微控制器可以通过SMBUS通讯，将数据写入到SH79F329A中，例如打开或者关闭输出。修改SH79F329A中的一些参数等等。

本发明蓝牙模块11是用户与电池系统通讯的中转站，用户发送信息通过蓝牙模块最终发送到电池系统上，电池系统发送的信息也是通过蓝牙模块最终发送到用户上。蓝牙模块11通过串口与微控制器MC96F8208S进行通讯，蓝牙模块11将接收到数据通过串口发送微控制器。同时微控制器也可将信息通过串口发送到蓝牙模块11，蓝牙模块11再发送到用户端。

手机APP分为安卓和IOS，客户根据系统下载对应APP，APP通过电池模块上的蓝牙模块进行连接。同时可以通过模块上的ID进行绑定。手机APP端提供一个人性化界面，为用户提供：

(1)锂电池电量显示，其电量显示的精确度能够达到到1％。

(2)续航时间：根据当前的电池容量以及当前的功耗计算能够续航的时间。

(3)续航里程：根据当前的电池容量以及当前的功耗计算能够续航的里程。

(4)电池卸载报警：当系统检测到电池非法脱离电动车后，系统主动关闭输出。

(5)智能防盗供电：手机APP发送软件断电保护，蓝牙模块11接收到后，发送给控制单元12，控制单元12实时监测电流当电流到达阈值(电机运转)后会自动断电。延迟一段时间后开启放电给报警器供电。

(6)温度显示：手机APP上能实时显示电池系统的温度。

(7)低压提示：当电池系统低压时，会提醒用户及时充电。

(8)满充提示：当电池系统满充后，会提醒用户已经充满。

(9)单节电芯状态检测：能够查询到每一个电芯的状态。

(10)设置参数：通过手机APP直接对电池系统的一些参数修改。

以上手机APP功能接收和发送数据必须是手机蓝牙和系统蓝牙已经正常连接状态下。所有控制信号如果发送成功后，电池系统将会立即生效。例如在正常连接状态下，手机APP发送智能防盗供电的请求，电池系统将会立即进入智能防盗供电状态。直到下一次正常连接后手机APP发送解锁指令才能解除，而在解除之前不管手机蓝牙与电池系统蓝牙是否有连接都在智能防盗供电状态。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能锂电池控制防盗系统，包括锂电池(1)，所述锂电池(1)包括电芯单元(14)、PCB板，其特征在于：在PCB板上，设置有控制单元(12)、与控制单元(12)连接的蓝牙模块(11)、保护单元(13)，所述控制单元(12)还连接电芯单元(14)；所述保护单元(13)包括充放电高低温保护电路、单节过充过放电压保护电路、充放电过流保护电路；

所述PCB上还设置有微控制器MC96F8208S，所述蓝牙模块(11)通过串口与微控制器MC96F8208S信号连接，蓝牙模块(11)将接收到的数据通过串口发送至微控制器，同时微控制器将信息通过串口发送到蓝牙模块(11)，锂电池通过蓝牙模块(11)与具有蓝牙功能的手机用户端连接，蓝牙模块(11)将信号发送给手机用户端；

所述手机用户端的手机上设置有APP电池控制系统，所述控制单元(12)实时监测电池运行状态，通过实时监测电池对外供电电流输送状态，来判断锂电池是否被卸载，电池在没有经过手机APP授权的情况下，脱离电动车，控制单元(12)检测不到负载存在，即认为脱离了电动车将会关闭电池系统本身的充放电功能，直到手机APP进行解锁。

2.根据权利要求1所述的一种智能锂电池控制防盗系统，其特征在于：所述充放电高低温保护电路采用锂电保护第一芯片SH79F329A，在第一芯片内部有16位ADC模块，对NTC进行实时读取，得到电芯以及PCB板上的温度，与设定值进行比较，从而进行高低温保护。

3.根据权利要求2所述的一种智能锂电池控制防盗系统，其特征在于：所述第一芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第9节电芯-第13节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护。

4.根据权利要求1所述的一种智能锂电池控制防盗系统，其特征在于：所述单节过充过放电压保护电路包括第二芯片SH79F329A，在第二芯片内部含有一个前端模拟电路，对电芯单元(14)进行电压转换，然后ADC模块进行读取和采集电芯单元(14)的电压，从而判断电芯单元(14)是否过压或者欠压。

5.根据权利要求4所述的一种智能锂电池控制防盗系统，其特征在于：所述第二芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第5节电芯-第8节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护；在第二芯片内部有16位ADC模块，对NTC进行实时读取，得到电芯以及PCB板上的温度，与设定值进行比较，从而进行高低温保护。

6.根据权利要求1所述的一种智能锂电池控制防盗系统，其特征在于：所述充放电过流保护电路包括第三芯片SH79F329A，所述第三芯片SH79F329A内部包含AFE前端模拟电路，控制第1节电芯-第4节电芯，分别对其中每颗电芯进行充电平衡管理，单颗电芯欠压和过压保护；第三芯片对于过流保护有2个独立的方式，一种是纯硬件比较器，用于进行短路保护，时间非常短，一种是ADC模块采集方式，采集时间至少在32ms，将采集到的电流值与设定值比较，判断是否已经过流。

7.根据权利要求1所述的一种智能锂电池控制防盗系统，其特征在于：所述PCB板上设置有狗叫或其它语音提示报警器。