CN105634076A - 人机互动运动车的电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种人机互动运动车的电池管理系统，包括主控板、电池包及温度探头；主控板包括主控模块、主控板电源模块、充电模块、充电接口、第一电子开关及第二电子开关；电池包包括电芯、电源管理模块及温度传感器；第一电子开关分别与主控模块、主控板电源模块及电源管理模块连接，第二电子开关分别与主控模块、充电模块及充电接口连接；充电模块、电芯及温度传感器均与电源管理模块连接，温度探头与主控模块连接并插入电池包内，主控模块通过温度传感器与温度探头获取电芯的温度并在判断出当前电芯的温度高于设定温度并控制第一电子开关与第二电子开关断开，以有效解决锂电池因温度过高容易发生爆炸的问题。
Description
技术领域
本发明属于人机互动运动车技术领域，涉及一种人机互动运动车的电池管理系统。
背景技术
随着计算机技术、软件技术、微电子技术、通信技术、材料技术等相关领域的快速发展，以及科学技术和人们物质生活水平的不断进步与提高，现代的交通工具正朝着智能、小型、节能、环保的趋势发展。近年来，随着电动平衡车(也称人机互动运动车)研究的不断深入，其所应用的领域更加广泛，所面临的环境和任务也越来越复杂。
现有技术中的电动平衡车通常使用锂电池做为供电电源，山寨版锂电池随之层出不穷，频频引发锂电池爆炸的恶劣事故，造成电动平衡车毁坏，人员受伤的严重后果。很重要的原因是山寨电池技术差，质量低，容易导致充电时电池温度过高，电池爆炸，给用户带来金钱损失和人身伤害。
另外，原装电池质量比山寨电池好一点，安全性能比较高，原装电池事故发生几率较低，但是也不能避免在充电时也会存在因电池温度过高发生爆炸的问题。
进一步地，无论是原装电池和山寨电池在使用时，比如电动平衡车长时间以高速匀速前进，也会导致电池温度过高，这样也是有可能致电动平衡爆炸。
发明内容
本发明为了克服现有技术而提出的一种人机互动运动车的电池管理系统。
为了实现上述目的，本发明所提供一种人机互动运动车的电池管理系统，包括主控板、电池包及温度探头；主控板包括主控模块、主控板电源模块、充电模块、充电接口、第一电子开关及第二电子开关；电池包包括电芯、电源管理模块及温度传感器；第一电子开关分别与主控模块、主控板电源模块及电源管理模块连接，第二电子开关分别与主控模块、充电模块及充电接口连接，主控模块用于控制第一电子开关与第二电子开关导通与断开，在第一电子开关导通时，电芯通过电源管理模块对主控板电源模块放电，在第二电子开关导通并且充电接口外接电源时，充电模块通过电源管理模块对电芯充电；温度传感器用于采集电芯的温度并通过电源管理模块发送至主控模块；温度探头用于采集电芯的温度并发送至主控模块；电芯放电时，主控模块判断出当前电芯的温度高于设定温度并控制第一电子开关断开，电芯充电时，主控模块判断出当前电芯的温度高于设定温度并控制第二电子开关断开。
进一步地，所述第一电子开关包括控制端、输出端及输入端，第一电子开关的控制端、输出端及输入端分别与主控模块、主控板电源模块及电源管理模块。
进一步地，所述第二电子开关包括控制端、输出端及输入端，第二电子开关的控制端、输出端及输入端分别与主控模块、充电模块及充电接口连接。
进一步地，所述电芯的数量为多个，温度传感器及温度探头的数量也为多个，多个温度传感器与多个温度探头分别与多个电芯一一对应。
进一步地，所述电芯的数量为多个，多个电芯也分成几个区域，每个区域内对应至少两个温度传感器及一个温度探头。
进一步地，所述人机互动运动车的电池管理系统还包括报警器，报警器与主控模块连接，主控模块在判断出电池包内的电芯温度高于设定温度时控制报警器报警。
进一步地，所述电源管理模块包括电压采集单元，电压采集单元用于采集电芯的输出电压并通过电源管理模块传送至主控模块，主控模块判断出电芯输出电压小于或者高于设定电压时，控制报警器报警。
进一步地，电源管理模块包括电流采集单元，电流采集单元用于采集电芯的输出电流并通过电源管理模块传送至主控模块，主控模块判断出电芯输出电流小于或者高于设定电压时，控制报警器报警。
进一步地，人机互动运动车的电池管理系统还包括显示屏，显示屏与主控模块连接，显示屏用于显示电池包的温度信息、输出电压信息及输出电流信息。
由于上述技术方案的运用，本发明具备以下优点：
本发明的人机互动运动车的电池管理系统通过温度传感器与温度探头采集电芯的温度，并将电芯的温度传送至主控模块，主控模块在电芯的温度大于等于设定温度时，控制导通的电子开关断开，从而使得电芯不在充电和放电，可以有效解决电芯在充电或放电时温度持续上升容易爆炸的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的人机互动运动车的电池管理系统的原理框图。
图2是图1中的电源管理模块的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参阅图1与图2，本发明实施例提供的人机互动运动车的电池管理系统，包括主控板1、电池包2及温度探头3。
其中，主控板1包括主控模块11、主控板电源模块12、充电模块13、充电接口14、第一电子开关15及第二电子开关16。电池包2包括电芯21、电源管理模块22及温度传感器23。第一电子开关15分别与主控模块11、主控板电源模块12及电源管理模块22连接，第二电子开关16分别与主控模块11、充电模块13及充电接口14连接。充电模块13、电芯21及温度传感器23均与电源管理模块22连接。温度探头3与主控模块11连接并插入电池包2内，温度探头3在插入电池包2内之后例如与电池包2内的电芯21贴靠，以便于采集电芯21的温度。
主控模块11用于控制第一电子开关15与第二电子开关16导通与断开，在第一电子开关15导通时，电芯21通过电源管理模块22对主控板电源模块12放电；在第二电子开关16导通并且充电接口14外接电源时，充电模块13通过电源管理模块22对电芯21充电。
温度传感器23用于采集电芯21的温度并通过电源管理模块22发送至主控模块11。
温度探头3用于采集电芯21的温度并发送至主控模块11。
电芯21放电时，主控模块11判断出当前电芯21的温度高于设定温度并控制第一电子开关15断开，电芯21充电时，主控模块11判断出当前电芯21的温度高于设定温度并控制第二电子开关16断开。需要说明的是，设定温度为电芯21容易爆炸的温度，该温度可以根据电芯21本身的特性来调整，以到达可以防止电芯21爆炸同时能够保证电芯21的正常充放电。
本发明的人机互动运动车的电池管理系统的工作原理如下：
在第一电子开关15导通后，电芯21通过电源管理模块22对主控板电源模块12放电，主控板电源模块12用于为整个电动平衡车系统中的用电元件提供电电压。具体地，主控板电源模块12将电芯21输出的电压转换12V、5V、3.3V的直流电压输出至整个电动平衡车系统中的用电元件。可以理解的是，整个电动平衡车系统的用电元件可以分为12V驱动的用电元件、5V驱动的用电元件，3.3V驱动的用电元件，主控板电源模块12可以将对应的电压输出至对应的用电元件。在电芯21放电过程中，温度传感器23与温度探头3实时采集电芯21的温度并传送至主控模块11，如果电芯21因持续供电或者本身的质量问题导致温度升高到设定温度时，主控模块11则通过温度传感器23与温度探头3采集到的电芯21的温度判断出当前电芯21的温度大于等于设定温度，主控模块11将第一电子开关15断开，使电芯21不在放电。
在第二电子开关16导通时，充电接口14与外部电源连接，充电模块13可以通过电源管理模块22对电芯21充电，在电芯21在充电过程中，温度传感器23与温度探头3实时采集电芯21的温度并传送至主控模块11，如果电芯21因持续供电或者本身的质量问题导致温度升高到设定温度时，主控模块11则通过温度传感器23与温度探头3采集到的电芯21的温度判断出当前电芯21的温度大于等于设定温度，主控模块11将将第二电子开关16断开，使电芯21不在充电。
需要说明的是，本发明的人机互动运动车的电池管理系统中的温度传感器23通过电源管理模块22传递采集到的温度信息，温度探头3直接将采集到的温度信息传送至主控模块11，可以对电池包2形成双重保护，在其中任意一路温度采集电路不能正常工作时，主控模块11还可以通过另一路温度采集电路获取电芯21的温度，进而有效的起到防止电芯21爆炸的作用。另外，本发明的人机互动运动车的电池管理系统中的温度传感器23通过电池包2内自带的温度传感器23以及插入电池包2内的温度探头3同时采集电芯21的温度，温度传感器23与温度探头3其中之一采集到的温度信息大于等于设定温度时，主控模块11均会控制导通的电子开关断开，避免因单类型温度传感元件采集温度不准确所导致的无法不能有效防爆的问题。
在本实施例中，第一电子开关15包括控制端、输出端及输入端，第一电子开关的控制端、输出端及输入端分别与主控模块11、主控板电源模块12及电源管理模块22，以使得主控模块11可以控制第一电子开关15的导通与断开，同时实现在第一电子开关15导通时，电芯21对主控板1进行放电。第一电子开关15例如为三级管，第一电子开关15的控制端、输出端及输入端分别基极、发射极及集电极。
在本实施例中，第二电子开关16包括控制端、输出端及输入端，第二电子开关的控制端、输出端及输入端分别与主控模块11、充电模块13及充电接口14连接，以使得主控模块11可以控制第二电子开关16的导通与断开，同时实现在第二电子开关16导通时，充电模块13对电芯21进行充电。第二电子开关16例如为三级管，第二电子开关16的控制端、输出端及输入端分别基极、发射极及集电极。
在本实施例中，电芯21的数量为多个，温度传感器23及温度探头3的数量也为多个，多个温度传感器23与多个温度探头3例如分别与多个电芯21一一对应，以达到可以采集到每个电芯21的温度的目的，此时主控模块11将同时接收到多个温度传感器23与多个温度探头3分别采集到的多个电芯21的温度信息，主控模块11判断出其中任意一个电芯21的温度大于等于设定值均控制导通的电子开关断开，以达到防电池爆炸的目的。当然，多个电芯21与多个温度传感器23及多个温度探头3的数量不同，在该实施例中，多个电芯21也可以分成几个区域，每个区域内对应至少两个温度传感器23及一个温度探头3，以达到充分采集电芯21的温度的目的。
在本实施例中，本发明的人机互动运动车的电池管理系统还包括报警器4，报警器4与主控模块11连接，主控模块11在判断出电池包2的电芯21温度大于等于设定温度时，主控模块11控制报警器4报警，提醒操作者电池包2异常。报警器4例如为蜂鸣报警器，以在报警时发出蜂鸣声，提醒操作者电池包2异常。
在本实施例，电源管理模块22包括电压采集单元220，电压采集单元220用于采集电芯21的输出电压并通过电源管理模块22传送至主控模块11，主控模块11判断出电芯21输出电压小于或者高于设定电压时，控制报警器4报警，提醒操作者电池包2异常。
在本实施例中，电源管理模块22包括电流采集单元221，电流采集单元221用于采集电芯21的输出电流并通过电源管理模块22传送至主控模块11，主控模块11判断出电芯21输出电流小于或者高于设定电压时，控制报警器4报警，提醒操作者电池包2异常。
在本实施例中，本发明的人机互动运动车的电池管理系统还包括显示屏5，显示屏5与主控模块11连接，显示屏5用于显示电池包2的温度信息、输出电压信息及输出电流信息等。
当然可以理解的是，电源管理模块22还包括控制单元222、充电单元223、放电单元224等，控制单元222用于接收电流采集单元221、电压采集单元220及温度传感器23采集的信息并传送至主控模块11，主控模块11与控制单元222之间例如通过通信接口连接。充电单元223用于对电芯21充电，放电单元224用于供电芯21对外放电。
在本实施例中，主控板1还包括与主控模块11连接的传感器模块、与主控模块11的PWM驱动接口连接的电机驱动模块，电机驱动模块还与第一电子开关15的输出端连接。其中，传感器模块包括但不限于陀螺仪、加速度传感器、霍尔传感器。陀螺仪用于检测电动平衡车的车体偏角信息，并将该偏角信息发送给主控芯片。陀螺仪的偏角信息是最重要的控制参量，主控芯片以此为基础控制电动平衡车的运动。霍尔传感器安装在电动平衡车的左右两个轮毂上，用于检测对应电机的旋转位置，进而检测出电动平衡车的速度信息，并将该速度信息发送给主控芯片。主控模块11通过不间断地采集接收偏角信息、加速度信息和速度信息并进行数据融合后通过PWM接口输出电机驱动信号至电机驱动模块，电机驱动模块用于马达转动。
本发明的人机互动运动车的电池管理系统通过温度传感器23与温度探头3采集电芯21的温度，并将电芯21的温度传送至主控模块11，主控模块11在电芯21的温度大于等于设定温度时，控制导通的电子开关断开，从而使得电芯21不再充电和放电，可以有效解决电芯21在充电或放电时温度持续上升容易爆炸的问题。
虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。
Claims (9)
1.一种人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，包括主控板(1)、电池包(2)及温度探头(3)；主控板(1)包括主控模块(11)、主控板电源模块(12)、充电模块(13)、充电接口(14)、第一电子开关(15)及第二电子开关(16)；电池包(2)包括电芯(21)、电源管理模块(22)及温度传感器(23)；第一电子开关(15)分别与主控模块(11)、主控板电源模块(12)及电源管理模块(22)连接，第二电子开关(16)分别与主控模块(11)、充电模块(13)及充电接口(14)连接，主控模块(11)用于控制第一电子开关(15)与第二电子开关(16)导通与断开，在第一电子开关(15)导通时，电芯(21)通过电源管理模块(22)对主控板电源模块(12)放电，在第二电子开关(16)导通并且充电接口(14)外接电源时，充电模块(13)通过电源管理模块(22)对电芯(21)充电；温度传感器(23)用于采集电芯(21)的温度并通过电源管理模块(22)发送至主控模块(11)；温度探头(3)用于采集电芯(21)的温度并发送至主控模块(11)；电芯(21)放电时，主控模块(11)判断出当前电芯(21)的温度高于设定温度并控制第一电子开关(15)断开，电芯(21)充电时，主控模块(11)判断出当前电芯(21)的温度高于设定温度并控制第二电子开关(16)断开。
2.根据权利要求1所述的人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，所述第一电子开关(15)包括控制端、输出端及输入端，第一电子开关的控制端、输出端及输入端分别与主控模块(11)、主控板电源模块(12)及电源管理模块(22)。
3.根据权利要求1所述的人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，所述第二电子开关(16)包括控制端、输出端及输入端，第二电子开关的控制端、输出端及输入端分别与主控模块(11)、充电模块(13)及充电接口(14)连接。
4.根据权利要求1所述的人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，所述电芯(21)的数量为多个，温度传感器(23)及温度探头(3)的数量也为多个，多个温度传感器(23)与多个温度探头(3)分别与多个电芯(21)一一对应。
5.根据权利要求1所述的人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，所述电芯(21)的数量为多个，多个电芯(21)也分成几个区域，每个区域内对应至少两个温度传感器(23)及一个温度探头(3)。
6.根据权利要求1所述的人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，所述人机互动运动车的电池管理系统还包括报警器(4)，报警器(4)与主控模块(11)连接，主控模块(11)在判断出电池包(2)内的电芯(21)温度高于设定温度时控制报警器(4)报警。
7.根据权利要求6所述的人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，所述电源管理模块(22)包括电压采集单元(220)，电压采集单元(220)用于采集电芯(21)的输出电压并通过电源管理模块(22)传送至主控模块(11)，主控模块(11)判断出电芯(21)输出电压小于或者高于设定电压时，控制报警器(4)报警。
8.根据权利要求7所述的人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，电源管理模块(22)包括电流采集单元(221)，电流采集单元(221)用于采集电芯(21)的输出电流并通过电源管理模块(22)传送至主控模块(11)，主控模块(11)判断出电芯(21)输出电流小于或者高于设定电压时，控制报警器(4)报警。
9.根据权利要求8所述的人机互动运动车的电池管理系统，其特征在于，人机互动运动车的电池管理系统还包括显示屏(5)，显示屏(5)与主控模块(11)连接，显示屏(5)用于显示电池包(2)的温度信息、输出电压信息及输出电流信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160601 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |