CN113173107B - 一种电刹车低速电动车的锂电池控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电刹车低速电动车的锂电池控制装置及方法，包括以下步骤：S1：将惯性测量传感器连接在单片机上，对单片机进行初始化；S2：通过单片机对惯性测量传感器进行初始化；S3：惯性测量传感器实时采集加速度、角加速度；S4：单片机获取惯性测量传感器采集到的各轴加速度、角加速度数据，对数据进行平滑滤波，从而获得各轴加速度、角加速度的平均值；S5：对各轴的加速度、角加速度平均值做1次积分；S6：判断电动车的行驶数据是否处于预设的安全断电空间内，决定锂电池继续供电。本发明所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制装置及方法解决了现有锂电池管理系统对断电管理不合理，容易造成事故的问题。

Description

一种电刹车低速电动车的锂电池控制装置及方法

技术领域

本发明属于电动车电池控制方法领域，尤其是涉及一种电刹车低速电动车的锂电池控制装置及方法。

背景技术

低速电动车的电助力、电刹车等都由锂电池包供电。当锂电池管理系统检测到电池检测线断线、过放、过流、过温、电池故障等，就会产生保护动作，切断电力输出。此时车辆的电助力、电刹车就会掉电失效。如果此时电动车正在转弯、坡道行驶，则可能发生交通事故，造成财产损失及人身伤害。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种电刹车低速电动车的锂电池控制装置及方法以解决现有锂电池管理系统对断电管理不合理，容易造成事故的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法，包括以下步骤：

S1：实时采集车辆在预先设定的X轴、Y轴、Z轴方向的加速度、角加速度数据；

S2：对采集到的各轴加速度、角加速度数据进行平滑滤波，从而获得各轴加速度、角加速度的平均值；

S3：对各轴的加速度、角加速度平均值做1次积分，从而计算出各轴上相应的速度、角速度；

对计算得到的角速度做1次积分，从而计算出各轴上的角度；

S4：判断锂电池的电压是否达到过放电压值，如果是则持续报警，提醒驾驶员减速；

S5：判断电动车的行驶数据是否处于预设的安全断电空间内，行驶数据包括加速度、速度、角加速度、角速度、角度，如果是则关闭锂电池输出，否则锂电池继续供电。

进一步的，步骤S1通过数据采集模块进行数据采集，数据采集模块将数据传送给控制模块进行数据处理；

在进行数据采集之前先对控制模块进行初始化，初始化的方法如下：

预先设定电动车行驶空间的X轴、Y轴、Z轴，判断数据采集模块的X轴、Y轴、Z轴是否与电动车一致，如果不一致则将数据采集模块的X轴、Y轴、Z轴修正为与电动车一致，并设定安全断电空间。

进一步的，在进行数据采集之前对数据采集模块进行初始化，设置X轴、Y轴、Z轴的各个行驶数据的预设门槛值。

进一步的，步骤S2利用的平滑滤波包括以下步骤：

S21：控制模块按照设定频率从数据采集模块读取各轴的行驶数据；

S22：为每个轴的数据建立一个数据缓存数组FIFO，包括x轴加速度数据缓存数组、y轴加速度数据缓存数组、z轴加速度数据缓存数组、x轴角加速度数据缓存数组、y轴角加速度数据缓存数组、z轴角加速度数据缓存数组缓存数组；

S23：每个数据缓存数组对应一个同长度的权重数组；

S24：根据数据缓存数组和权重数组计算出各轴对应的行驶数据平均值。

进一步的，步骤S3利用的1次积分采用的是增量式积分方法。

进一步的，增量式积分方法包括以下步骤：

S31：判断从数据采集模块读出的某轴行驶数据的绝对值是否小于预设门槛值，如果小于则说明车辆无运动，将该轴对应的当前行驶数据赋值为0；

S32：对该轴的行驶数据值进行计算,计算方法如下：

AREAn＝(DATAlast+(DATAnew-DATAlast)/2)*peroid，

其中newData为当前测量行驶数据，lastData为上一周期测量行驶数据，AREAn为该轴的行驶数据值，period为采样周期；

S33：用加速度当前测量数据newData，更新加速度上一采样周期的测量数据lastData，为下一采样周期的增量法积分做好准备。

进一步的，安全断电空间是X轴、Y轴、Z轴的加速度、速度、角加速度、角速度、角度的安全边界所包围的空间。

另一方面，一种电刹车低速电动车的锂电池控制控制装置，包括：

数据采集模块，用于采集车辆在行驶过程中预设的X轴、Y轴、Z轴的加速度、角加速度数据；

控制模块，用于通过从数据采集模块获取到的加速度、角加速度数据判断是否关闭锂电池输出。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提出一种电刹车低速电动车的锂电池控制装置及方法无需在低速电动车上增加各种车辆行驶状态传感器、CAN总线，本发明的锂电池管理系统即可独立感知车辆行驶状态，避免转弯、上下坡时断电，做出安全的锂电池保护决策。当车辆处于高速行驶，转弯，坡道行驶等，一旦失去电力供给后可能发生事故，即使检测到电池进入保护状态，不做电池保护动作而优先保证供电，同时声光报警；车辆处于低速行驶时，检测到电池进入保护状态，就周期性短时停止供电，同时声光报警，提醒驾驶员停车；停车时检测到电池进入保护状态，就立即断电，保护电池不被损坏。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制装置电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法，包括以下步骤：

S1：实时采集车辆在预先设定的X轴、Y轴、Z轴方向的加速度、角加速度数据；

S2：对采集到的各轴加速度、角加速度数据进行平滑滤波，从而获得各轴加速度、角加速度的平均值；

S3：对各轴的加速度、角加速度平均值做1次积分，从而计算出各轴上相应的速度、角速度；

对计算得到的角速度做1次积分，从而计算出各轴上的角度；

S4：判断锂电池的电压是否达到过放电压值，如果是则持续报警，提醒驾驶员减速；

S5：判断电动车的行驶数据是否处于预设的安全断电空间内，行驶数据包括加速度、速度、角加速度、角速度、角度，如果是则关闭锂电池输出，否则锂电池继续供电。

步骤S1通过数据采集模块进行数据采集，数据采集模块将数据传送给控制模块进行数据处理；

在进行数据采集之前先对控制模块进行初始化，初始化的方法如下：

预先设定电动车行驶空间的X轴、Y轴、Z轴，判断数据采集模块的X轴、Y轴、Z轴是否与电动车一致，如果不一致则将数据采集模块的X轴、Y轴、Z轴修正为与电动车一致，并设定安全断电空间。

在进行数据采集之前对数据采集模块进行初始化，设置X轴、Y轴、Z轴的各个行驶数据的预设门槛值。

步骤S2利用的平滑滤波包括以下步骤：

S21：控制模块按照设定频率从数据采集模块读取各轴的行驶数据；

S22：为每个轴的数据建立一个数据缓存数组FIFO，包括x轴加速度数据缓存数组、y轴加速度数据缓存数组、z轴加速度数据缓存数组、x轴角加速度数据缓存数组、y轴角加速度数据缓存数组、z轴角加速度数据缓存数组缓存数组；

S23：每个数据缓存数组对应一个同长度的权重数组；

S24：根据数据缓存数组和权重数组计算出各轴对应的行驶数据平均值。

步骤S3利用的1次积分采用的是增量式积分方法。

增量式积分方法包括以下步骤：

S31：判断从数据采集模块读出的某轴行驶数据的绝对值是否小于预设门槛值，如果小于则说明车辆无运动，将该轴对应的当前行驶数据赋值为0；

S32：对该轴的行驶数据值进行计算,计算方法如下：

AREAn＝(DATAlast+(DATAnew-DATAlast)/2)*peroid，

其中newData为当前测量行驶数据，lastData为上一周期测量行驶数据，AREAn为该轴的行驶数据值，period为采样周期；

S33：用加速度当前测量数据newData，更新加速度上一采样周期的测量数据lastData，为下一采样周期的增量法积分做好准备。

安全断电空间是X轴、Y轴、Z轴的加速度、速度、角加速度、角速度、角度的安全边界所包围的空间。

安全断电空间是X轴、Y轴、Z轴的加速度、速度、角加速度、角速度、角度的安全边界所包围的空间。

如图2所示，一种电刹车低速电动车的锂电池控制控制装置，包括：

数据采集模块，用于采集车辆在行驶过程中预设的X轴、Y轴、Z轴的加速度、角加速度数据；数据采集模块采用但不限于惯性测量传感器LSM6DSL-LGA14；

控制模块，用于通过从数据采集模块获取到的加速度、角加速度数据判断是否关闭锂电池输出。控制模块采用但不限于单片机。

基于所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法的控制装置，包括单片机、惯性测量传感器、报警器，惯性测量传感器、报警器均安装在电动车上，惯性测量传感器、报警器均与单片机电性连接，单片机与电动车上的锂电池电性连接。

U2是单片机，通过SDA、SCL、IRQ1等3线与U9相连。

U9是惯性测量传感器(3轴加速度+3轴角加速度+片上温度)。

单片机按照I2C总线的规范，通过SDA(14脚)、SCL(13脚)，可以读取实时的x/y/z轴的加速度、角加速度；当U9检测的加速度、角加速度超过预设的门槛值时，U9将IRQ1(4脚)拉低，通知单片机及时处理。

平滑滤波的具体步骤如下：

单片机以t0为起始时刻，等间隔时间t1、t2、t3......，从惯性测量传感器读取x/y/z轴的加速度、角加速度，例如：t0时刻读出数据φ_{x_t0}、φ_{y_t0}、φ_{z_t0}，ω_{x_t0}、ω_{y_t0}、ω_{z_t0}，T_t0；t1时刻读出数据φ_{x_t1}、φ_{y_t1}、φ_{z_t1}，ω_{x_t1}、ω_{y_t1}、ω_{z_t1}，T_t1；t2时刻读出数φ_{x_t2}、φ_{y_t2}、φ_{z_t2}，ω_{x_t2}、ω_{y_t2}、ω_{z_t2}，T_t2，等等。

为每个维度的数据建立一个预定长度(如8个数据)的先进先出(以下简称“FIFO”)数据缓存数组，共七个数据缓存数组。如x轴加速度数据缓存数组、y轴加速度数据缓存数组、z轴加速度数据缓存数组、x轴角加速度数据缓存数组、y轴角加速度数据缓存数组、z轴角加速度数据缓存数组缓存数组。

每个FIFO对应一个同长度的权重数组(Right)。如x轴加速度数据缓存数组(FIFO_φx)有8个单元，对应的x轴加速度数据权重数组(Right_φx)也有8个单元。

其他FIFO的数据以此类推。当Right_φx(i)是同样的数值时，(1)式简化为算术平均。补充权重的分配方法及意义

例如x轴加速度测量数据从FIFO的入口进入，依次存入φ_{x_t7}、φ_{x_t6}、φ_{x_t5}、φ_{x_t4}、φ_{x_t3}、φ_{x_t2}、φ_{x_t1}、φ_{x_t0}。对应的权重值Right_φ_{x_t7}、Right_φ_{x_t6}、Right_φ_{x_t5}、Right_φ_{x_t4}、Right_φ_{x_t3}、Right_φ_{x_t2}、Right_φ_{x_t1}、Right_φ_{x_t0}。

对权重值做归一化要求，即

0<Right_φx(i)<1。

则(1)式变为：

当8个权重都是0.125时，(2)式简化成算术平均：

权重值满足归一化条件下，可以不一样。如果最新时刻t7的权重值，大于旧时刻如t0的权重值，表示新数据对输出平均值的影响(权重)越大，旧数据的的影响(权重)越小。

当车辆处于高速行驶，转弯，坡道行驶等，一旦失去电力供给后可能发生事故，即使检测到电池进入保护状态，不做电池保护动作而优先保证供电，同时声光报警；

车辆处于低速行驶时，检测到电池进入保护状态，就周期性短时停止供电，同时声光报警，提醒驾驶员停车；

停车时检测到电池进入保护状态，就立即断电，保护电池不被损坏。

本发明无需在低速电动车上增加各种车辆行驶状态传感器、CAN总线，本发明的锂电池管理系统即可独立感知车辆行驶状态，避免转弯、上下坡时断电，做出安全的锂电池保护决策。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：实时采集车辆在预先设定的X轴、Y轴、Z轴方向的加速度、角加速度数据；

S2：对采集到的各轴加速度、角加速度数据进行平滑滤波，从而获得各轴加速度、角加速度的平均值；

S3：对各轴的加速度、角加速度平均值做1次积分，从而计算出各轴上相应的速度、角速度；

对计算得到的角速度做1次积分，从而计算出各轴上的角度；

S4：判断锂电池的电压是否达到过放电压值，如果是则持续报警，提醒驾驶员减速；

S5：判断电动车的行驶数据是否处于预设的安全断电空间内，行驶数据包括加速度、速度、角加速度、角速度、角度，如果是则关闭锂电池输出，否则锂电池继续供电；

步骤S1通过数据采集模块进行数据采集，数据采集模块将数据传送给控制模块进行数据处理；

在进行数据采集之前先对控制模块进行初始化，初始化的方法如下：

预先设定电动车行驶空间的X轴、Y轴、Z轴，判断数据采集模块的X轴、Y轴、Z轴是否与电动车一致，如果不一致则将数据采集模块的X轴、Y轴、Z轴修正为与电动车一致，并设定安全断电空间；

在进行数据采集之前对数据采集模块进行初始化，设置X轴、Y轴、Z轴的各个行驶数据的预设门槛值。

2.根据权利要求1所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法，其特征在于，步骤S2利用的平滑滤波包括以下步骤：

S21：控制模块按照设定频率从数据采集模块读取各轴的行驶数据；

S22：为每个轴的数据建立一个数据缓存数组FIFO，包括x轴加速度数据缓存数组、y轴加速度数据缓存数组、z轴加速度数据缓存数组、x轴角加速度数据缓存数组、y轴角加速度数据缓存数组、z轴角加速度数据缓存数组；

S23：每个数据缓存数组对应一个同长度的权重数组；

S24：根据数据缓存数组和权重数组计算出各轴对应的行驶数据平均值。

3.根据权利要求1所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法，其特征在于：步骤S3利用的1次积分采用的是增量式积分方法。

4.根据权利要求3所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法，其特征在于：增量式积分方法包括以下步骤：

S31：判断从数据采集模块读出的某轴行驶数据的绝对值是否小于预设门槛值，如果小于则说明车辆无运动，将该轴对应的当前行驶数据赋值为0；

S32：对该轴的行驶数据值进行计算,计算方法如下：

AREAn＝(DATAlast+(DATAnew-DATAlast)/2)*period，

其中DATAnew 为当前测量行驶数据，DATAlast 为上一周期测量行驶数据，AREAn为该轴的行驶数据值，period为采样周期；

S33：用加速度当前测量数据DATAnew ，更新加速度上一采样周期的测量数据DATAlast，为下一采样周期的增量法积分做好准备。

5.基于权利要求1所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法的控制装置，其特征在于：安全断电空间是X轴、Y轴、Z轴的加速度、速度、角加速度、角速度、角度的安全边界所包围的空间。

6.根据权利要求5所述的一种电刹车低速电动车的锂电池控制方法的控制装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集车辆在行驶过程中预设的X轴、Y轴、Z轴的加速度、角加速度数据；

控制模块，用于通过从数据采集模块获取到的加速度、角加速度数据判断是否关闭锂电池输出。

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