CN210734427U - 一种电动自行车的备用电池电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种电动自行车的备用电池电路，包括备用电池模块，为整个系统各个模块进行供电；均衡电路模块，用于提供均衡电流；充放电开关电路模块，连接于备用电池模块与动力电池模块、充电设备模块之间；电池监管电路模块，控制每个对应均衡电路模块的开启或关闭，同时控制充放电开关电路模块的开启或关断；电池中控模块，电池中控模块输入端和电池监管电路模块的输出端通讯连接，电池中控模块输出端与外部设备通讯连接，负责整个系统的控制逻辑和通讯。本实用新型支持过充电、过放电、过电流、过温度等各种保护，保障系统安全稳定运行，同时可提供实时电压、电流、温度、循环次数信息，并通过标准CAN通讯接口可连接系统或相关显示设备。

Description

一种电动自行车的备用电池电路
技术领域
本实用新型涉及电动自行车移动充电设备技术领域，特别涉及一种电动自行车的备用电池电路。
背景技术
目前电动车在生活中得到了广泛使用，出行中这些设备可能没有充电条件，为了保障你的这些设备能正常使用，同时也节省你的宝贵时间，
电动自行车动力电池由于外观、电池技术等限制，电动自行车续航能力一直不够理想。除了提升电池的能量密度外迫切需要一款可以为用户可以在没有有线充电器应用环境下持续为动力电池提供充电的设备。
鉴于以上的原因，提出一种安全性高、稳定性强、容量大的电动自行车便携移动充电设备。
实用新型内容
本实用新型的目的是在于提供一种电动自行车的备用电池电路，有效解决上述技术问题的一个或者多个。
根据本实用新型的一个方面，提供一种电动自行车的备用电池电路，包括备用电池模块，由多节电池电芯串联组成，为整个系统各个模块进行供电；均衡电路模块，每个均衡电路模块均并联一节电池电芯，用于提供均衡电流；充放电开关电路模块，连接于备用电池模块与动力电池模块、充电设备模块之间；电池监管电路模块，连接所述充放电开关电路模块和每个所述均衡电路模块，根据采集单节电池电芯的电压并控制每个对应均衡电路模块的开启或关闭，同时控制充放电开关电路模块的开启或关断；电池中控模块，电池中控模块输入端和电池监管电路模块的输出端通讯连接，电池中控模块输出端与外部设备通讯连接，负责整个系统的控制逻辑和通讯。
在一些实施方式中，所述充放电开关电路模块包括放电MOS管、升降压DCDC模块，所述放电MOS管的源极连接备用电池模块的正极，所述放电MOS管的栅极连接所述电池监管电路模块中的放电状态引脚，所述放电MOS管的漏极连接所述升降压DCDC模块的输入端，所述述升降压DCDC模块的输出端连接到动力电池。
在一些实施方式中，所述充放电开关电路模块还包括充电MOS管、二极管D1、二极管D2，所述充电MOS管，所述充电MOS管的漏极连接所述备用电池模块的正极，所述充电MOS管的栅极连接所述所述电池监管电路模块中的充电状态引脚，所述充电MOS管的源极连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2阴极连接所述二极管D1的阳极和充电设备模块，所述二极管D1的阴极连接到动力电池模块。
在一些实施方式中，所述电池监管电路模块采用监控芯片BQ76930，所述监控芯片BQ76930的两个电流输入比较位引脚SRP、SRN连接到电流检测电阻的两端，所述监控芯片BQ76930的多个电压采集引脚对应连接每个均衡电路中电压采集输出端进行采集电压，采集电压与监控芯片BQ76930内部设定的门槛电压比较从而控制充放电开关电路模块。
在一些实施方式中，所述监控芯片BQ76930的温度引脚TS1、TS2分别连接备用电池电路板NTC引脚和电池电芯的NTC引脚。
在一些实施方式中，所述电池中控模块为单片机，所述单片机与所述电池监管电路模块通过I2C总线通讯连接，所述单片机通过隔离CAN接口与外部设备通讯连接，所述单片机获取电池监管电路模块传输的数据信息并进行分析，传送到外部设备上。
在一些实施方式中，所述单片机还外接有看门狗和存储器E2PROM。
在一些实施方式中，所述均衡电路模块包括单节电池电芯Bn、均衡电阻RBn、均衡场效应管Qn、Qn驱动电阻Rn，电压采样电阻RFn，所述单节电池电芯Bn的正极连接采样电阻RFn和均衡电阻RBn一端，所述采样电阻RFn的另一端输出到电压采集输出端VCn，所述均衡电阻RBn的另一端连接均衡场效应管Qn，均衡场效应管Qn的栅极连接驱动电阻Rn的一端和和二极管的阴极，均衡场效应管Qn的源极连接单节电池电芯Bn的负极和二极管的阳极，二极管的阳极还通过一电阻连接到驱动电阻Rn另一端。
在一些实施方式中，所述备用电池模块由10串由锂电池电芯串联组成。
本实用新型的益处：本实用新型通过备用电池模块、均衡电路模块、电池监管电路模块、电池中控模块的相配合，使备用电池直接给动力电池模块充电，或者在充电设备模块给动力电池模块充电充满时再给备用电池模块充电，结构设计简单合理，安全性高、稳定性强、解决电动自行车续航能力一直不够理想的问题，同时本实用新型支持过充电、过放电、过电流、过温度等各种保护，保障系统安全稳定运行，同时可提供实时电压、电流、温度、循环次数信息，并通过标准CAN通讯接口可连接系统或相关显示设备。
附图说明：
图1为本实用新型提供一种电动自行车的备用电池电路的结构示意图；
图2为本实用新型提供一种电动自行车的备用电池电路的均衡电路模块的电路图；
图3为本实用新型提供一种电动自行车的备用电池电路的充放电开关电路模块的电路图；
图4为本实用新型提供一种电动自行车的备用电池电路一实施例的连接结构框图；
图5为本实用新型提供一种电动自行车的备用电池电路的一实施例的连接结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语″中心″、″横向″、″纵向″、″前″、″后″、″左″、″右″、″上″、″下″、″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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。
下面结合附图说明，对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型提供一种电动自行车的备用电池电路，如图1-图5所示，包括备用电池模块1，由多节电池电芯串联组成，为整个系统各个模块进行供电；均衡电路模块2，每个均衡电路模块2均并联一节电池电芯，用于提供均衡电流；充放电开关电路模块3，连接于备用电池模块1与动力电池模块、充电设备模块之间；电池监管电路模块4，连接充放电开关电路模块3和每个均衡电路模块2，根据采集单节电池电芯的电压并控制每个对应均衡电路模块2的开启或关闭，同时控制充放电开关电路模块3的开启或关断；电池中控模块5，电池中控模块5输入端和电池监管电路模块4的输出端通讯连接，电池中控模块5输出端与外部设备通讯连接，负责整个系统的控制逻辑和通讯。
本实施方式中，充放电开关电路模块3包括放电MOS管、升降压DCDC模块，放电MOS管的源极连接备用电池模块1的正极，放电MOS管的栅极连接电池监管电路模块4中的放电状态引脚，放电MOS管的漏极连接升降压DCDC模块的输入端，升降压DCDC模块的输出端连接到动力电池。
本实施方式中，充放电开关电路模块3还包括充电MOS管、二极管D1、二极管D2，充电MOS管，充电MOS管的漏极连接备用电池模块1的正极，充电MOS管的栅极连接电池监管电路模块4中的充电状态引脚，充电MOS管的源极连接二极管D2的阳极，二极管D2阴极连接二极管D1的阳极和充电设备模块，二极管D1的阴极连接到动力电池模块。
本实施方式中，如图1所示，图中的供电是指备用电池模块1给各个模块进行供电，如图3-图5所示，图中的备用电池相当于本申请中的备用电池模块1，图中的电动自行车动力电池相当于本申请中动力电池模块，图中的充电器相当于本申请中充电设备模块，图中的CH+为充电器连接备用电池电源的输入正极，P+为动力电池连接备用电池电源的输出正极。当备用电池单独和动力电池连接时，备用电池能稳定给动力电池充电；当充电器、备用电池和动力电池三者相连接时，充电器优先给动力电池充电再给备用电池充电。
当只有备用电池和动力电池连接，无接入充电器时，备用电池给动力电池充电，电池中控模块5控制电池监管电路模块4将开启放电MOS管，然后经过升降压DCDC模块转换，再经过保险丝Fdsg输出到动力电池。本实施例中，升降压DCDC模块采用型号PI3741DCDC模块，放电过程先是2A恒流放电，动力电池充到42V后进入恒压充电模式，充电截止电流200mA。
当电池中控模块5采集到有充电器接入时，电池中控模块5控制电池监管电路模块4将关闭备用电池充放电MOS管，备用电池通过保险丝Fchg和二极管D1直接将充电器输入电源直接输出，直到充满动力电池后，才开启充电MOS管，通过二极管D2和充电MOS给备用电池充电。
本实施方式中，电池监管电路模块4采用监控芯片BQ76930，监控芯片BQ76930的两个电流输入比较位引脚SRP、SRN连接到电流检测电阻的两端，监控芯片BQ76930的多个电压采集引脚对应连接每个均衡电路中电压采集输出端进行采集电压，采集电压与监控芯片BQ76930内部设定的门槛电压比较从而控制充放电开关电路模块3。本实施例中，电池监管电路模块4型号为BQ76930，BQ76930采集每节电池电芯电压并控制均衡电路模块2的开启和关闭，同时控制充电放电MOS管存储和输出能量。如图所示，监控芯片BQ76930的充电状态引脚CHG连接充电MOS管的栅极，监控芯片BQ76930的放电状态引脚DSG连接放电MOS管的栅极，图1中的Rsense为本申请中的电流检测电阻，通过电流检测电阻Rsense实时监控充放电电流，防止过流。图1中的VC0-VC10电压采集引脚连接均衡电路模块2的单节电池电芯电压，采集电压与门槛电压比较，控制充电MOS管、放电MOS管，实现过充、过放保护功能。本设计电压过充保护值为4.25V、过放保护值为2.7V。
本实施方式中，监控芯片BQ76930的温度引脚TS1、TS2分别连接备用电池电路板NTC引脚和电池电芯的NTC引脚。本实施例中，TS1、TS2引脚分别连接电路板NTC和电芯NTC，实时监控电路板BMS板上元器件的温度和电芯温度。当充电过程中采集到电芯温度高于50℃或低于0℃时，停止充电；当放电过程中电芯温度高于75℃或者电路板温度高于85摄氏度，停止放电。
本实施方式中，电池中控模块5为单片机，单片机与电池监管电路模块4通过I2C总线通讯连接，单片机通过隔离CAN接口与外部设备通讯连接，单片机获取电池监管电路模块4传输的数据信息并进行分析，传送到外部设备上。单片机还外接有看门狗和存储器E2PROM。在本实施例中，电池中控模块5为STM32单片机，外接看门狗和E2PROM。与前端的电池监管电路模块4BQ76930通过I2C通讯，与外界通过隔离CAN接口通讯。BQ76930实时监控电芯电压、电流信息传送给单片机分析，单片机内部算法提供实时电压、电流、温度、循环次数信息等电池当前状态信息，再通过CAN通讯传送到相关设备上，同时将充放电信息、循环次数、故障等信息存储在E2PROM芯片，方便日后维护。另外CAN通讯也增强了备用电池模块1与电动自行车动力电池模块的绑定性。
本实施方式中，如图2所示，均衡电路模块2包括单节电池电芯Bn、均衡电阻RBn、均衡场效应管Qn、Qn驱动电阻Rn，电压采样电阻RFn，单节电池电芯Bn的正极连接采样电阻RFn和均衡电阻RBn一端，采样电阻RFn的另一端输出到电压采集输出端VCn，均衡电阻RBn的另一端连接均衡场效应管Qn，均衡场效应管Qn的栅极连接驱动电阻Rn的一端和和二极管的阴极，均衡场效应管Qn的源极连接单节电池电芯Bn的负极和二极管的阳极，二极管的阳极还通过一电阻连接到驱动电阻Rn另一端。在本实施例中，电压采集输出端VCn连接芯片BQ76930的对应的电压采样引脚。当电池充电时，BQ76930通过采样电阻RFn、RFn-1采集到电芯电压与芯片内设定电压门槛值比较，当电压到达4.2V时，Qn开启，RBn和均衡场效应管Qn导通，均衡作用启动，可以提供20mA的均衡电流。
本实施方式中，备用电池模块1由10串由锂电池电芯串联组成。其中，备用电池模块1为10串锂电池电芯组成的36V5.8AH备用电池。
本实用新型支持过充电、过放电、过电流、过温度等各种保护，保障系统安全稳定运行，同时可提供实时电压、电流、温度、循环次数信息，并通过标准CAN通讯接口可连接系统或相关显示设备。
以上表述仅为本实用新型的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，包括：
备用电池模块(1)，由多节电池电芯串联组成，为整个系统各个模块进行供电；
多个均衡电路模块(2)，每个均衡电路模块(2)均并联一节电池电芯，用于提供均衡电流；
充放电开关电路模块(3)，连接于备用电池模块(1)与动力电池模块、充电设备模块之间；
电池监管电路模块(4)，连接所述充放电开关电路模块(3)和每个所述均衡电路模块(2)，根据采集单节电池电芯的电压并控制每个对应均衡电路模块(2)的开启或关闭，同时控制充放电开关电路模块(3)的开启或关断；
电池中控模块(5)，电池中控模块(5)输入端和电池监管电路模块(4)的输出端通讯连接，电池中控模块(5)输出端与外部设备通讯连接，负责整个系统的控制逻辑和通讯。
2.根据权利要求1所述一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，所述充放电开关电路模块(3)包括放电MOS管、升降压DCDC模块，所述放电MOS管的源极连接备用电池模块(1)的正极，所述放电MOS管的栅极连接所述电池监管电路模块(4)中的放电状态引脚，所述放电MOS管的漏极连接所述升降压DCDC模块的输入端，所述升降压DCDC模块的输出端连接到动力电池。
3.根据权利要求2所述一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，所述充放电开关电路模块(3)还包括充电MOS管、二极管D1、二极管D2，所述充电MOS管，所述充电MOS管的漏极连接所述备用电池模块(1)的正极，所述充电MOS管的栅极连接所述电池监管电路模块(4)中的充电状态引脚，所述充电MOS管的源极连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2阴极连接所述二极管D1的阳极和充电设备模块，所述二极管D1的阴极连接到动力电池模块。
4.根据权利要求1所述一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，所述电池监管电路模块(4)采用监控芯片BQ76930，所述监控芯片BQ76930的两个电流输入比较位引脚SRP、SRN连接到电流检测电阻的两端，所述监控芯片BQ76930的多个电压采集引脚对应连接每个均衡电路中电压采集输出端进行采集电压，采集电压与监控芯片BQ76930内部设定的门槛电压比较从而控制充放电开关电路模块(3)。
5.根据权利要求4所述一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，所述监控芯片BQ76930的温度引脚TS1、TS2分别连接备用电池电路板NTC引脚和电池电芯的NTC引脚。
6.根据权利要求1所述一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，所述电池中控模块(5)为单片机，所述单片机与所述电池监管电路模块(4)通过I2C总线通讯连接，所述单片机通过隔离CAN接口与外部设备通讯连接，所述单片机获取电池监管电路模块(4)传输的数据信息并进行分析，传送到外部设备上。
7.根据权利要求6所述一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，所述单片机还外接有看门狗和存储器E2PROM。
8.根据权利要求1所述一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，所述均衡电路模块(2)包括单节电池电芯Bn、均衡电阻RBn、均衡场效应管Qn、Qn驱动电阻Rn，电压采样电阻RFn，所述单节电池电芯Bn的正极连接采样电阻RFn和均衡电阻RBn一端所述采样电阻RFn的另一端输出到电压采集输出端VCn，所述均衡电阻RBn的另一端连接均衡场效应管Qn，均衡场效应管Qn的栅极连接驱动电阻Rn的一端和和二极管的阴极，均衡场效应管Qn的源极连接单节电池电芯Bn的负极和二极管的阳极，二极管的阳极还通过一电阻连接到驱动电阻Rn另一端。
9.根据权利要求1所述一种电动自行车的备用电池电路，其特征在于，所述备用电池模块(1)由10串由锂电池电芯串联组成。
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