CN201378333Y - 一种电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电动自行车的技术领域，是电子技术在电动自行车动力电池管理领域中的应用，涉及一种电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪。在记录仪内部设置信号预处理、稳压电路、实时钟电路、单片机、LCD显示电路、RS232电平转换电路，其中单片机内部集成有AD转换电路、存储器、串行通讯口。记录仪与外部的电动自行车动力电池、控制器连接，也可以和PC机进行通讯。解决了正确有效地估算电池使用程度，以此为标准进行电池的售后服务的问题，且造价低廉，具有较强的实用价值。

Description

一种电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪

技术领域

本实用新型属于电动自行车的技术领域，是电子技术在电动自行车动力电池管理领域中的应用，涉及一种电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪。

背景技术

电动自行车作为绿色交通工具，得到人们的广泛使用。作为电动自行车的动力，电池被大量使用，因此推动了电池的销售与使用。但是由于技术的原因，对动力电池的售后一般采用按时间(18个月)保修的政策，这种方式存在着弊端。比如某些用户只是将电动助力车作为短途代步工具，平时使用里程较少，质保期内，其电池损耗非常少；而有些用户用电动助力车跑业务，如送快递、送餐等，这些用户的电动助力车常年累月的处于高负荷状态，电池极易损坏，这些用户往往能够在质保期内更换数次电池。这样的质保政策保证了一些不该享受超量质保的用户的不正常服务，消弱了该享受正当质保的用户的权益，也使得销售厂商需要为一些不合理的售后提供服务。因此，如何正确有效地估算电池使用程度，以此为标准进行电池的售后服务，成为一个急需解决的问题。

国内有关电动自行车电池充放电记录、循环寿命测试的报道较多，分别具有不同的特点，郑霖(佛山市顺德区顺达电脑厂有限公司).电池放电时间记录仪及方法.CN 101192689，2008-06-04，文献公开了佛山市顺德区顺达电脑厂有限公司发明的一种电池放电时间记录的方法，该方法包括下述步骤：预设电池放电结束电压值；量测并开始记录电池放电时间，并予以显示；采集电池放电时的电压；传送采集的电池放电时的电压值及电池放电时间至计算机；判断预设的电池放电结束电压值与自电池处读取的放电之电压值是否相等，如果相等，则结束对电池放电时间的量测；如果预设的电池放电结束电压值与自电池处读取的放电之电压值不相等，则继续对电池放电进行量测直至电池电压放电完毕为止。通过该发明可很方便的对电池的放电情况进行量测，且可直观的观察到电池的放电时间，具有很好的实用价值。

于江仁，王檀桂(浙江亿源光电科技有限公司).一种电动自行车蓄电池电量显示系统.CN 200986955，2007-12-05，公开了浙江亿源光电科技有限公司发明的一种电动自行车蓄电池电量显示系统，包括蓄电池，蓄电池上连接有电流采样模块，电流采样模块上连接有电源管理芯片，电源管理芯片连通显示模块；电源管理芯片上设有用电量寄存器和剩余电量寄存器；剩余电量寄存器计数的剩余电量参数通过显示模块显示。该系统能准确显示电动车蓄电池内的剩余电量，可以广泛适用于电动自行车行业。

李小龙(华为技术有限公司).记录电池工作信息的方法、电池及其电子产品与充电器.CN 1858805，2006-11-08，公开了华为技术有限公司发明的一种记录充电式电池工作信息的方法、电池及其应用的电子产品及充电器，主要是通过在电子产品内设置至少一个用于记录充电式电池工作信息的记录器，该记录器记录充电式电池的充电次数、充电时长等与充电式电池相关的工作信息，通过查询记录器记录的数值，可以确定充电式电池的工作信息。通过该发明能较容易判断电池是否到达使用寿命的期限或真正存在问题以及是由用户的使用习惯所导致电池出现问题。

江显灿.一种电动自行车的电池电量检测装置.CN 2906637，2007-05-30，公开了一种电动自行车的电池电量检测装置，包括：电流检测电路，与电池一极相连，其输出端连接乘法器；电压检测电路，接在乘法器与电池正极之间；时钟发生器，与乘法器和累加器相连接，为乘法器和累加器提供时钟信号；乘法器，将电压检测电路测出的电压值、电流检测电路测出的电流值以及时钟发生器产生的时间间隔值三者进行相乘，乘积的输出端连接累加器；累加器，每隔一个时间间隔值将乘法器输出的乘积累加，其结果由输出端发送到显示单元；电流方向检测器，与电池一极相连，其输出端连接累加器，用于控制累加器对当前数据进行加或减的运算。该电池电量检测装置能正确的显示电池电量，让使用者准确的掌握电动自行车的可工作时间。

http://www.hzdk.com/？action-viewnews-itemid-34杭州得康蓄电池修复仪有限公司“循环寿命测试仪DK36.”报道了杭州得康蓄电池修复仪有限公司的蓄电池循环寿命测试仪，适用于蓄电池组合性能测试，包括：容量、循环寿命、充放电特性等。产品特点：运用单片机智能控制及精密测控技术；采用友好的中文液晶界面，便于人机对话；多种充、放电工作流程可供选择；循环次数及采样间隔可灵活设置；具有打印功能和U盘数据接口。

上海威铭电子机械设备有限公司.蓄电池电性能测试仪(循环寿命试验机)，http://www.cps800.com/products/3078.htm报道了上海威铭电子机械设备有限公司的蓄电池电性能测试仪(循环寿命试验机)，适用于各种类型单个电池或蓄电池组的综合性能测试及寿命测试。对各种蓄电池和蓄电池(组)检测电池容量、充电放电循环寿命、充电接受能力、恒电压限电流充电、恒电流充电，恒电流放电。

林志琦，张讪通(长春工业大学).二次电池循环寿命检测仪.电池，2008，38(4)：244-246报道了长春工业大学设计了二次电池循环寿命检测仪。检测仪以单片机C8051F320为核心，可对电池进行恒流充放电，通过测量端电压，实现充放电的转换，并实时记录、分析电压信息，画出放电曲线，对电池的循环寿命进行自动测试。

综上所述，国内未见使用片上系统技术、软件控制和管理技术、硬件和软件抗干扰技术以及数字显示等技术研制开发的一种电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪的文献报道。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种且造价低廉，具有较强的实用价值的电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪，本实用新型的的核心内容是记录电池的充放电循环次数、过放次数和累计放电总量。

为了达到本实用新型的目的提供一种电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于在记录仪内部设置信号预处理、稳压电路、实时钟电路、单片机处理器、LCD显示电路、RS232电平转换电路，其中单片机内部集成有AD转换电路、存储器、串行通讯口。记录仪与外部的电动自行车动力电池、控制器连接，也可以和PC机进行通讯。

电动自行车的电池一般电压为36V或者48V，不能直接供给记录仪使用。稳压电路将电动自行车的电池提供的36V或48V电压降压至5V，提供给整个记录仪使用。一般的电动车电路包括有电池和控制器，记录仪在原有的电路中取出电压和电流信号。电压电流信号进入信号预处理部分，通过3个电阻分压输入到运算放大器的输入端。运算放大器将微弱的电压信号放大到0～5V之间。处理完的电压进入到单片机处理器所包含的AD转换器中，AD转换器在单片机处理器的控制下，每隔固定的时间间隔，将电压信号变换为相应的数据。单片机处理器按照一定的格式将数据存入Flash存储器。实时钟电路提供给单片机处理器时间信息，单片机处理器可以按照设定的时间间隔进行数据转换。LCD显示电路将实时的电压电流信息及经过单片机处理器运算得到的电池容量值等显示出来。串口可以连接记录仪与PC机，可以实时的将记录仪保存的记录发送给PC机。由于PC机串口电平与单片机处理器串口电平不一致，所以在设计的时候通过电平转换电路实现两方的电平转换。

所述的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于所述的单片机的串口电平为TTL电平，PC机串口用的是RS232接口。

所述的电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于所述的单片机处理器是基于片上系统的单片机。

所述的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于信号预处理器由电阻分压网络和运算放大器组成。

所述的电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于实时钟电路由外置晶振和实时钟芯片组成。

所述的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于LCD显示电路由标准的HD44780兼容的液晶显示模块和背光驱动电路组成。

本实用新型的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪的主要技术特点在于：①通过电池放电电流的积分得到累计放电电量，计算电池剩余容量，比对预存的电池容量值，计算电池充放电循环次数，并计算电池过放电次数。②记录仪的数据可通过RS232接口传送给PC机。③使用ST公司的uPSD32XX系列芯片，保存实时测量的电流值，用于电池使用状态分析。④LCD显示：电池剩余电量；充放电循环累计次数(可切换)；过放电次数(可切换)；实时时钟；日历(可切换)；电量过低报警(蜂鸣)；累计放电电量。本实用新型的的核心内容是记录电池的充放电循环次数、过放次数和累计放电总量。

记录仪的电源部分由电动电池供电。同时动力电池部分的电流电压信号接入系统，电流电压信号，经过信号预处理及变换电路变换为适当的输入信号，再经过AD转换电路变换为相应的数字信号。记录仪的CPU按照一定的时间间隔(如1秒)从AD转换器中读取数据，该数据经CPU转换为实际的电流电压值后，按照固定格式存入存储器。记录满60条后，CPU将数据进行汇总，计算前段时间电动车放电的电量和充入的电量，然后记录仪取出存储器中的剩余电量值和累计放电电量值，原有的剩余电量值减去放电电量加上充入的电量，计算得出新的剩余电量，原有的累计放电电量加上放电电量得到新的累计放电电量。当累计放电电量的计算值大于预先设定的一次充放电循环电量值时，充放电循环次数加1，累计放电电量归零。如果在使用过程中出现剩余电量小于0时，记录仪将会记录一次异常信息，表明电池经过过放的不当操作。充放电循环次数乘以预先设定的一次充放电循环电量值即可得出累计放电总量，本实用新型的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪解决了正确有效地估算电池使用程度，以此为标准进行电池的售后服务的问题。

附图说明

图1是本实用新型的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪组成框图。

图2是本实用新型实施例的系统的信号预处理及变换结构图。

图3是本实用新型实施例的系统的电平转换电路结构图。

图4是本实用新型实施例的系统的软件功能框图。

图5是本实用新型实施例的系统的实时钟电路结构图。

具体实施方式

图1是本实用新型的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪组成框图。图2是本实用新型实施例的系统的信号预处理及变换结构图。

图3是本实用新型实施例的系统的电平转换电路结构图。图4是本实用新型实施例的系统的软件功能框图。图5是本实用新型实施例的系统的实时钟电路结构图。如图所示，本实用新型的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪在记录仪内部设置信号预处理、稳压电路、实时钟电路、单片机、LCD显示电路、RS232电平转换电路，其中单片机内部集成有AD转换电路、存储器、串行通讯口。记录仪与外部的电动自行车动力电池、控制器连接，也可以和PC机进行通讯。

电动自行车的电池一般电压为36V或者48V，不能直接供给记录仪使用。稳压电路将电动自行车的电池提供的36V或48V电压降压至5V，提供给整个记录仪使用。一般的电动车电路包括有电池和控制器，记录仪在原有的电路中取出电压和电流信号。电压电流信号进入信号预处理部分，通过3个电阻分压输入到运算放大器的输入端。运算放大器将微弱的电压信号放大到0～5V之间。处理完的电压进入到单片机处理器所包含的AD转换器中，AD转换器在单片机处理器的控制下，每隔固定的时间间隔，将电压信号变换为相应的数据。单片机处理器按照一定的格式将数据存入Flash存储器。实时钟电路提供给单片机处理器时间信息，单片机处理器可以按照设定的时间间隔进行数据转换。LCD显示电路将实时的电压电流信息及经过单片机处理器运算得到的电池容量值等显示出来。串口可以连接记录仪与PC机，可以实时的将记录仪保存的记录发送给PC机。由于PC机串口电平与单片机处理器串口电平不一致，所以在设计的时候通过电平转换电路实现两方的电平转换。

其单片机的串口电平为TTL电平，PC机串口用的是RS232接口。

其单片机处理器是基于片上系统的单片机。

其信号预处理器由电阻分压网络和运算放大器组成。

其实时钟电路由外置晶振和实时钟芯片组成。

其LCD显示电路由标准的HD44780兼容的液晶显示模块和背光驱动电路组成。

本设计的整体结构组成见图1，其中电池、原控制器、PC机属于设计外的部分。电池是记录仪的被检测对象，同时也为记录仪提供电源，电池经过稳压电路给记录仪供电，同时电池的电压信号、电流信号被取出，送入记录仪的信号预处理部分。记录仪记录的各项数据信息可以通过通讯端口传给PC机。在记录仪内部，电池的电压、电流信号通过信号预处理及变换电路处理后，进入单片机内部集成的AD转换电路。实时钟电路可以给系统提供详细的时间信息，单片机控制AD转换器在特定的时间间隔(如1秒钟)进行数据采样。单片机根据采样的数据进行计算，得到实际的电压、电流值，将数据保存到存储器中。记录仪每隔一定的时间(如1分钟)，会对采样的数据进行计算，得出前一分钟放电电量和充电电量，原有的剩余电量值减去放电电量加上充入的电量计算得出新的剩余电量，原有的累计放电电量加上放电电量得到新的累计放电电量，各项信息可送往LCD显示。根据需要，记录仪的数据可传送给PC机，单片机的串口电平为TTL电平，PC机串口用的是RS232接口，电路中设计有一个电平转换电路。

硬件组成部分如下：信号预处理电路的原理图见附图2。该电路按照附图2接入到电动车系统中。R13是一段康铜丝，电阻较小，对原来的电路影响很小，电池的电流流经R13，根据U＝I*R，R13上的压降随着电流的变化而变化，电压通过运算放大器进行放大。图中R11、R12、R13串接在电源正极与地之间，R13较小，R11、R12较大，同时R11＝R12，所以运算放大器的反相输入端(U1A的2脚)电压U₂＝0.5VCC+U_R13，图中R14、R15也是串接在电源与地之间，同时R14＝R15，所以U₃＝0.5VCC，由此可得运算放大器的第2脚与第3脚之间的电压差等于U_R13。R7是运算放大器的反馈电阻，调整R7的阻值可以调整运算放大器的放大倍数。运算放大器的输出信号ADC0送入单片机内部集成的AD转换器端口。图中C4、C5提高系统的抗干扰性能。由于在动力系统中电池的电压、电流信号变化较快，R8与C3起到积分的作用，减少系统误差。

电平转换电路如附图3所示，采用的是通用的芯片max232，它将单片机输出的TTL电平信号转换成RS232电平信号，使PC机能够正常接收信息。

LCD显示：电池剩余电量；充放电循环累计次数(可切换)；过放电次数(可切换)；实时钟；日历(可切换)；电量过低报警(蜂鸣)；累计放电电量。

软件包括以下部分：系统初始化模块、数据采样解析模块、数据汇总模块、提示与报警模块、数据存储模块、通讯模块。

初始化模块用于设定系统所需的各类原始信息，如电池容量、充电限制电压、终止电压、额定电流、系统工作模式、初始电池剩余容量、累计放电电量、最大循环次数、过充过放次数等。

数据采样解析模块用于控制AD转换器进行模数转换，计算得到实际数值，并将该数值保存到存储器中。

数据汇总模块将保存的数据进行汇总，得到相应时间段的放电电量和充电电量，然后记录仪取出存储器中的剩余电量值和累计放电电量值，原有的剩余电量值减去放电电量加上充入的电量计算得出新的剩余电量，原有的累计放电电量加上放电电量得到新的累计放电电量。当累计放电电量的计算值大于预先设定的一次充放电循环电量值时，充放电循环次数加1，累计放电电量归零。如果在使用过程中出现剩余容量小于0时，记录仪将会记录一次异常信息，表明电池经过过放的不当操作。本模块也负责将相应的信息提供给提示与报警模块。

通讯模块是本系统与计算机进行通讯的桥梁，可以将数据传给PC机。

初始化模块的工作流程如下：读取存储器中的模式寄存器，如果显示当前状态为初始化模式，进入设定，否则退出。设定状态需要分别设定电池额定容量、充电限制电压、终止电压、额定电流、系统工作模式、初始电池剩余电量、电池累计放电电量、最大循环次数、过充过放次数等信息，设定完毕后，程序将存储器中的模式寄存器修改为工作状态，然后退出本模块。

数据采样解析模块工作流程如下：判断是否满足时间间隔要求(间隔1秒1次)，不满足就退出，满足的话就发出指令，让AD电路读取运算放大器的输出电压，电流值，然后根据放大倍率，偏移参数等计算实际电池电压、电流值，最后将得到的数据保存到存储器中，退出本模块。

数据汇总模块工作流程如下：判断是否满足时间间隔要求(间隔1分钟1次)，不满足就退出，满足的话就读取前一分钟所有数据采样解析模块保存的电流值，将其中的负值相加，得到的数值就是前一分钟放电电量值，读取存储器中累计放电电量，将上述两个电量值相加，得到累计放电电量值。当累计放电电量的计算值大于预先设定的一次充放电循环电量值时，充放电循环次数加1，累计放电电量归零。将前一分钟的所有采样值(包括正值和负值)与剩余电量值相加，得到新的剩余电量，如果剩余电量小于0，记录仪将会记录一次异常信息，表明电池经过过放的不当操作。充放电循环次数充放电循环次数乘以预先设定的一次充放电循环电量值即可得出累计放电总量。

通讯模块采用中断的方式工作。系统得到PC机传来的指令后，模块将读取存储中的数据，将其发送到PC机。

该记录仪的电源部分由电动电池供电。同时动力电池部分的电流电压信号接入系统，电流电压信号，经过信号预处理及变换电路变换为适当的输入信号，再经过AD转换电路变换为相应的数字信号。记录仪的CPU按照一定的时间间隔(如1秒)从AD转换器中读取数据，该数据经CPU转换为实际的电流电压值后，按照固定格式存入存储器。记录满60条后，CPU将数据进行汇总，计算前段时间电动车放电的电量和充入的电量，然后记录仪取出存储器中的剩余电量值和累计放电电量值，原有的剩余电量值减去放电电量加上充入的电量，计算得出新的剩余电量，原有的累计放电电量加上放电电量得到新的累计放电电量。当累计放电电量的计算值大于预先设定的一次充放电循环电量值时，充放电循环次数加1，累计放电电量归零。如果在使用过程中出现剩余电量小于0时，记录仪将会记录一次异常信息，表明电池经过过放的不当操作。充放循环次数乘以预先设定的一次充放电循环电量值即可得出累计放电总量。设计参数指标：用电压范围：36V～48V；容量估算误差：＜5％；使用范围：-20℃~50℃。

该装置具有以下功能：(1)直接通过电动自行车电池进行供电。(2)内部包含实时钟电路，能够给系统提供准确的时间信息。(3)电压、电流、容量信息实时通过LCD显示出来。(4)数据可以通过串口连接PC机，可提供详细的电池应用信息。

Claims (6)

1、一种电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于在记录仪内部设置信号预处理、稳压电路、实时钟电路、单片机处理器、LCD显示电路、RS232电平转换电路，其中单片机内部集成有AD转换电路、存储器、串行通讯口；记录仪与外部的电动自行车动力电池、控制器连接，也可以和PC机进行通讯。

2、根据权利要求1所述的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于所述的单片机的串口电平为TTL电平，PC机串口用的是RS232接口。

3、根据权利要求1所述的电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于所述的单片机处理器是基于片上系统的单片机。

4、根据权利要求1所述的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于信号预处理器由电阻分压网络和运算放大器组成。

5、根据权利要求1所述的电动自行车电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于实时钟电路由外置晶振和实时钟芯片组成。

6、根据权利要求1所述的电动自行车电池电子数显充放电循环累计多功能记录仪，其特征在于LCD显示电路由标准的HD44780兼容的液晶显示模块和背光驱动电路组成。

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