CN111016733A - 适用于电动自行车的电池管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池充放电管理技术领域，特别是一种适用于电动自行车的电池管理系统管理方法。一种适用于电动自行车的电池管理系统，包括供电模块、充电模块、放电检测模块、唤醒及低功耗工作模块、电压采集模块、电流采集模块、充电器通信和仪表通信模块，以及与上述各模块连接的处理器；充电检测模块连接电池和充电器；放电检测模块连接电池正极；唤醒及低功耗工作模块连接电池、充电器和放电检测模块；电压采集模块采集电池组中电池的电压；电流模块采集电池的充放电电流；充电器通信模块与充电器进行通信；仪表通信模块与仪表通信将电池相关信息进行显示。本发明可识别与电池匹配的专用充电器，有效避免了用户乱用充电器而造成的经济损失。

Description

适用于电动自行车的电池管理系统及管理方法

技术领域

本发明涉及电池充放电管理技术领域，特别是一种适用于电动自行车的电池管理系统及管理方法。

背景技术

电动自行车在我国的拥有数量庞大，无论是城市还是农村，家家户户基本都有电动自行车，电动自行车出行效率高，不用担心交通拥堵问题。电动自行车使用前需要给电池进行充电，在电动自行车原始配套的充电器损坏或者遗失时，现在大部分使用者基本上是随手购买一个充电器然后进行充电，长时间用和电池不匹配的充电器给电池充电时，轻则容易损坏电池，重则会产生安全隐患，造成经济损失。现有的电动自行车一般不配有电池管理系统，本发明提出一种可以识别充电器和电池是否匹配的管理系统，用以管理电动自行车充电。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于电动自行车的电池管理系统，该系统可以识别充电器是否与电池匹配，有效避免了用户乱用充电器而造成的经济损失。为实现该目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于电动自行车的电池管理系统，包括供电模块、充电模块、放电检测模块、唤醒及低功耗工作模块、电压采集模块、电流采集模块、处理器、充电器和仪表通信模块；所述充电检测模块连接电池正极和充电器正极，用于检测是充电器是否和电池匹配，并将检测结果信息发送给处理器，并控制其是否允许向电池充电；所述放电检测模块连接电池正极，用于检测电池是否进入放电模式，并将检测结果信息发送给处理器；所述唤醒及低功耗工作模块连接电池正极、充电器的通信信号和放电检测模块，并把信息发送给处理器；所述电压采集模块采集电池组中单节电池的电压，并把采集到的电压信息发送给处理器；所述电流模块采集电池的充放电电流，并把采集到的电流信息发送给处理器；所述充电器通信模块用于与充电器交互数据；所述仪表通信模块用于与仪表交互数据来显示电池信息；所述供电模块用于给整个系统进行供电；所述供电模块、充电检测模块、放电检测模块、唤醒及低功耗工作模块、电压采集模块、电流采集模块、充电器和仪表通信模块均和处理器连接。

进一步地，所述供电模块包括电连接的电池和开关电源模块，所述电池给整个系统进行供电，所述开关电源将电池的电压转换为管理系统可用的电压。

进一步地，所述充电检测模块的具体电路连接结构如下，三极管Q1的基极连接在电池的正极，另外两极分别连接在二极管D1的输出端和电阻R1上；电阻R1和电阻R2串联，电阻R2连接在三极管Q3的基极，三极管Q3的另外俩极，其中一极接电阻R4，另一极连接电容C1；电阻R6和电阻R7并联，电阻R5和第一二极管D1并联，并联后的电阻R6和R7，电阻R5和二极管连接在场效应管的栅极上，场效应管的漏极和源极分别连接在充电器和电池的正极上；电阻R8和电阻R9连接在三极管Q2的基极，三极管Q2的另外两极其中一极接地，另一极接电阻R6和电阻R7。

进一步地，所述放电检测模块的具体电路连接结构为，包括与电动车钥匙开关相连的电阻R10，电阻R10和电阻R11连接在三极管Q4的基极，三极管的另外两极，其中一极接机壳，另一极连接电阻R12，电阻R12连接5V供电模块。

进一步地，所述唤醒及低功耗工作模块具体电路连接结构如下，电阻R18和电容C2并联，并联后的电阻R18和电容C2连接在开关电源和电阻R17上，电阻R17连接在电阻R16和三极管Q5上，电阻R17连接在三极管Q5的基极，三极管Q5的另外两极，其中一极连接在电池正极上，另一极连接在第五二极管D5的输入端，第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5并联后串联电阻R15，电阻R15连接三极管Q6的基极；三极管Q6的另外两极，其中一极接地，另一极连接电阻R14；电阻R14连接电阻R13和三极管Q7的基极，三极管Q7的另外两极其中一极连接开关电源，另一极连接电池正极。

本发明还公开了一种电动自行车电池管理系统的管理方法，包括如下步骤，当电动车电池连接充电器后，充电检测模块开始工作，检测充电器是否和电池匹配，如匹配则允许充电器对电池进行充电；当电动车打开钥匙时，放电检测模块开始工作，检测系统进入放电模式；

当系统同时检测到充电信号与放电信号时，充电信号具有更高的优先级；当匹配的充电器充电后或者电动车钥匙打开后，唤醒及低功耗工作模块开始工作，系统切断自身电源进入低功耗模式。

进一步地，所述充电检测模块的工作步骤如下,当充电器带电后，D点可检测到低电平表示充电器介入，当系统检测到该充电器为匹配的充电器后，通过拉高C点电压允许充电器对电池进行充电。

进一步地，所述放电检测模块的工作步骤如下，当电动车钥匙打开后，F点的电压被拉低，从而检测到电池进入放电模式。

进一步地，所述唤醒及低功耗工作模块的工作步骤如下：该模块连接电池正极和充电器的通信信号，当匹配充电器充电后，会发送高低电平信息给处理器，并将系统唤醒；该模块还连接放电模块，当钥匙信号接通后也可以通过电压信息将系统唤醒；处理器收到放电信号后，将系统的自身电源切断进入低功耗工作模式。

进一步地，还包括如下步骤，根据实时监控电动车每节电池的充放电信息，采用库伦积分运算和静态校准运算，对电池的电量信息进行准确计算，结合电池内阻的变化估算电池寿命，及结合电池电量信息、电池放电电流、车辆的行驶速度估算电动车剩余里程。

本发明的有益效果是：（1）该系统可以识别与电池匹配的充电器，当错误充电器插入充电口后，将无法为电池充电，有效避免了用户乱用充电器而造成的经济损失；

（2）系统可关闭自身电源，降低系统功耗；

（3）系统实时监控电动车每节电池的充放电信息，采用库伦积分运算和静态校准运算，对电池的电量信息进行准确计算，解决电动自行车用电池充放电电量计算不精确的问题，对铅酸电池或锂电池的电量信息均可进行准确估计，结合电池内阻的变化估算电池寿命，该系统还可根据电池电量信息结合电池放电电流及车辆的行驶速度估算电动车剩余里程。

附图说明

图1为适用于电动自行车的电池管理系统原理图；

图2为充电检测模块电路图；

图3为放电检测模块电路图；

图4为唤醒及低功耗工作模块电路图；

具体实施方式

下面结合实施例以及附图对本发明作进一步描述。

实施例1

如图1所示，一种适用于电动自行车的电池管理系统，包括供电模块、充电检测模块、放电检测模块、唤醒及低功耗工作模块、电压采集模块、电流采集模块、处理器、充电器和电池信息显示模块，供电模块、充电检测模块、放电检测模块、唤醒及低功耗工作模块、电压采集模块、电流采集模块、充电器和电池信息显示模块均和处理器连接。

充电检测模块连接电池正极和充电器正极，用于检测是充电器是否和电池匹配，并将检测结果信息发送给处理器；放电检测模块连接电池正极，用于检测电池是否进入放电模式，并将检测结果信息发送给处理器。如图2所示，充电检测模块的A点接充电器正极，B接电池正极，三极管Q1的基极连接在电池的正极，另外两极分别连接在二极管D1的输出端和电阻R1上；电阻R1和电阻R2串联，电阻R2连接在三极管Q3的基极，三极管Q3的另外两极，其中一极接电阻R4，另一极连接电容C1；电阻R6和电阻R7并联，电阻R5和第一二极管D1并联，并联后的电阻R6和R7，电阻R5和二极管连接在场效应管的栅极上，场效应管的漏极和源极分别连接在充电器和电池的正极上；电阻R8和电阻R9连接在三极管Q2的基极，三极管Q2的另外两极其中一极接地，另一极接电阻R6和电阻R7。当充电器正极带电后D点可检测到低电平表示充电器介入，当系统检测搭配该充电器为匹配的充电器后，通过拉高C点电压允许对电池进行充电。

放电检测模块连接电池正极，用于检测电池是否进入放电模式，并将检测结果信息发送给处理器；如图3电路所示，放电检测模块E接电池正极，其包括与电动车钥匙开关相连的电阻R10，电阻R10和电阻R11连接在三极管Q4的基极，三极管的另外两极，其中一极接机壳，另一极连接电阻R12，电阻R12连接5V供电模块。当电动车钥匙打开后，F点的电压被拉低，从而可以检测到电池进入了放电模式，当充电信号与放电信号同时存在时，充电信号具有更高的优先级。

唤醒及低功耗工作模块连接电池正极、充电器的通信信号和放电检测模块，并把信息发送给处理器。如图4所示，放电检测模块的J连接电池正极，H连接充电器的通信信号。其包括，电阻R18和电容C2并联，并联后的电阻R18和电容C2连接在开关电源和电阻R17上，电阻R17连接在电阻R16和三极管Q5上，电阻R17连接在三极管Q5的基极，三极管Q5的另外两极，其中一极连接在电池正极上，另一极连接在第五二极管D5的输入端，第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5并联后串联电阻R15，电阻R15连接三极管Q6的基极；三极管Q6的另外两极，其中一极接地，另一极连接电阻R14；电阻R14连接电阻R13和三极管Q7的基极，三极管Q7的另外两极其中一极连接开关电源，另一极连接电池正极。当匹配的充电器接入系统后会发送数据至管理系统，发送数据的高低电平会将系统唤醒；G连接放电检测模块的G点，当钥匙信号接通后亦可以通过该电压将系统唤醒，I连接处理器输出端口，系统可以自行切断自身电源进入低功耗模式；在系统进入低功耗模式后，若长时间未有唤醒状态，可以通过设置R18与C2的放电时间来自动唤醒系统进行相关校验工作。

电压采集模块采集电池组中单节电池的电压，并把采集到的电压信息发送给处理器。电流模块采集电池的充放电电流，并把采集到的电流信息发送给处理器。充电器用于给电动车电池进行充电；所述电池信息显示模块用于显示电池的电量信息。

供电模块用于给整个系统进行供电；其包括电连接的电池和开关电源模块，电池给整个系统进行供电，开关电源将电池的电压转换为管理系统可用的电压。

电动自行车充电时，充电检测模块工作，系统可以识别用户的专用充电器，当错误充电器插入充电口后，将无法为电池充电，有效避免了用户乱用充电器而造成的经济损失。当电池完全静置后，该系统可关闭自身电源，降低系统功耗。

系统设置两套自唤醒电路，一套放电唤醒，一套充电唤醒，该系统将根据唤醒方式来进行充电或放电计算。

同时系统实时监控电动车每节电池的充放电信息，采用库伦积分运算和静态校准运算，对电池的电量信息进行准确计算，解决电动自行车用电池充放电电量计算不精确的问题，对铅酸电池或锂电池的电量信息均可进行准确估计，结合电池内阻的变化估算电池寿命，该系统还可根据电池电量信息结合电池放电电流及车辆的行驶速度估算电动车剩余里程。

实施例2

本实施例提供一种电动车电池管理系统的管理方法，包括如下步骤，

当电动车电池连接充电器后，充电模块开始工作首先唤醒系统，然后通过与充电器的通信检测充电器是否和电池匹配，如匹配则允许充电器对电池进行充电；充电检测模块的工作步骤如下,当充电器带电后，D点可检测到低电平表示充电器介入，当系统检测到该充电器为匹配的充电器后，通过拉高C点电压允许充电器对电池进行充电。

当电动车打开钥匙时，放电检测模块开始工作并唤醒系统，检测系统进入放电模式；放电检测模块的工作步骤如下，当电动车钥匙打开后，F点的电压被拉低，从而检测到电池进入放电模式。

当系统同时检测到充电信号与放电信号时，充电信号具有更高的优先级；

当充电器拔掉后或者电动车钥匙关闭后，唤醒及低功耗工作模块开始工作，系统切断自身电源进入低功耗模式。该模块连接电池正极和充电器的通信信号，当匹配充电器充电后，会发送高低电平信息给处理器，并将系统唤醒；该模块还连接放电模块，当钥匙信号接通后也可以通过电压信息将系统唤醒；处理器收到放电信号后，将系统的自身电源切断进入低功耗工作模式。当系统长时间不工作时，通过C2与R18的RC放电，系统可以自身唤醒并进行电池校准工作；当充电信号与放电信号均消失后，将系统的自身电源切断进入低功耗工作模式。

根据实时监控电动车每节电池的充放电信息，采用库伦积分运算和静态校准运算，对电池的电量信息进行准确计算，结合电池内阻的变化估算电池寿命，及结合电池电量信息、电池放电电流、车辆的行驶速度估算电动车剩余里程。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种适用于电动自行车的电池管理系统，其特征在于：包括供电模块、充电模块、放电检测模块、唤醒及低功耗工作模块、电压采集模块、电流采集模块、处理器、充电器通信和仪表通信模块；

所述充电模块连接电池正极和充电器正极，用于检测充电器是否接入，检测该充电器是否与电池匹配，并将检测结果信息发送给处理器，若合格则允许向电池充电；

所述放电检测模块连接电池正极，用于检测电池是否进入放电模式，并将检测结果信息发送给处理器；

所述唤醒及低功耗工作模块连接电池正极、充电器的通信信号和放电检测模块，并把信息发送给处理器；

所述电压采集模块采集电池组中单节电池的电压，并把采集到的电压信息发送给处理器；

所述电流模块采集电池的充放电电流，并把采集到的电流信息发送给处理器；

所述充电器通信模块用于与相关匹配充电器进行数据交互；

所述电池信息显示模块用于相关匹配仪表进行数据交互；

所述供电模块用于给整个系统进行供电；

所述供电模块、充电模块、放电检测模块、唤醒及低功耗工作模块、电压采集模块、电流采集模块、充电器和仪表通信模块均和处理器连接。

2.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的电池管理系统，其特征在于：所述供电模块包括电连接的电池和开关电源模块，所述电池给整个系统进行供电，所述开关电源将电池的电压转换为管理系统可用的电压。

3.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的电池管理系统，其特征在于：所述充电模块的具体电路连接关系如下，

三极管Q1的基极连接在电池的正极，另外两极分别连接在二极管D1的输出端和电阻R1上；电阻R1和电阻R2串联，电阻R2连接在三极管Q3的基极，三极管Q3的另外两极，其中一极接电阻R4，另一极连接电容C1；

电阻R6和电阻R7并联，电阻R5和第一二极管D1并联，并联后的电阻R6和R7，电阻R5和二极管连接在场效应管的栅极上，场效应管的漏极和源极分别连接在充电器和电池的正极上；

电阻R8和电阻R9连接在三极管Q2的基极，三极管Q2的另外两极其中一极接地，另一极接电阻R6和电阻R7。

4.根据权利要求1所述的适用于电动自行车的电池管理系统，其特征在于：所述放电检测模块的具体电路连接关系为，包括与电动车钥匙开关相连的电阻R10，电阻R10和电阻R11连接在三极管Q4的基极，三极管的另外两极，其中一极接机壳，另一极连接电阻R12，电阻R12连接5V供电模块。

5.根据权利要求2所述的适用于电动自行车的电池管理系统，其特征在于：所述唤醒及低功耗工作模块的电路连接关系具体如下，

电阻R18和电容C2并联，并联后的电阻R18和电容C2连接在开关电源和电阻R17上，电阻R17连接在电阻R16和三极管Q5上，电阻R17连接在三极管Q5的基极，三极管Q5的另外两极，其中一极连接在电池正极上，另一极连接在第五二极管D5的输入端，第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5并联后串联电阻R15，电阻R15连接三极管Q6的基极；三极管Q6的另外两极，其中一极接地，另一极连接电阻R14；

电阻R14连接电阻R13和三极管Q7的基极，三极管Q7的另外两极其中一极连接开关电源，另一极连接电池正极。

6.一种电动自行车电池管理系统的管理方法，其特征在于：包括如下步骤，

当电动车电池连接充电器后，充电模块开始工作，首先唤醒系统，然后通过与充电器的通信检测充电器是否和电池匹配，如匹配则允许充电器对电池进行充电；

当电动车打开钥匙时，放电检测模块开始工作并唤醒系统，检测系统进入放电模式；

当系统同时检测到充电信号与放电信号时，充电信号具有更高的优先级；

当充电器拔掉后或者电动车钥匙关闭后，唤醒及低功耗工作模块开始工作，系统切断自身电源进入低功耗模式。

7.根据权利要求6所述的电动自行车电池管理系统的管理方法，其特征在于：所述充电检测模块的工作步骤如下,当充电器带电后，D点可检测到低电平表示充电器介入，当系统检测到该充电器为匹配的充电器后，通过拉高C点电压允许充电器对电池进行充电。

8.根据权利要求6所述的电动自行车电池管理系统的管理方法，其特征在于：所述放电检测模块的工作步骤如下，当电动车钥匙打开后，F点的电压被拉低，从而检测到电池进入放电模式。

9.根据权利要求6所述的电动自行车电池管理系统的管理方法，其特征在于：所述唤醒及低功耗工作模块的工作步骤如下：该模块连接电池正极和充电器的通信信号，当匹配充电器充电后，会发送高低电平信息给处理器，并将系统唤醒；该模块还连接放电模块，当钥匙信号接通后也可以通过电压信息将系统唤醒；当系统长时间不工作时，通过C2与R18的RC放电，系统可以自身唤醒并进行电池校准工作；当充电信号与放电信号均消失后，系统将自身电源切断进入低功耗工作模式。

10.根据权利要求6所述的电动自行车电池管理系统的管理方法，其特征在于：还包括如下步骤，根据实时监控电动车每节电池的充放电信息，采用库伦积分运算和静态校准运算，对电池的电量信息进行准确计算，结合电池内阻的变化估算电池寿命，及结合电池电量信息、电池放电电流、车辆的行驶速度估算电动车剩余里程。

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