一种电动自行车智能电池管理系统装置的制作方法

[0001]
本发明涉及电池管理系统技术领域，更具体地说，它涉及一种电动自行车智能电池管理系统装置。


背景技术：

[0002]
高性能的锂离子电池近几十年以来发展迅速，无论是日常生活中常见的电动汽车、电动工具、电动自行车，或是新兴技术例如新能源发电、智能电网中，锂离子电池都是其重要组成部分，为系统提供能源或存储多余能量。其中，在大功率应用领域，相对于其他类型的储能电池，锂离子电池有一些显著的优势，具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、环保等特点，和同样能作为动力电池的镍氢电池相比，其单体电芯电压更高(约为镍氢电池的3倍)，功率密度更高(约为镍氢电池的2倍)，自放电率更低(约为镍氢电池的一半)，且无记忆效应。
[0003]
但是，作为储电工具的蓄电池，锂离子电池对应用环境更为苛刻，在使用过程中最怕出现过充电和过放电，且热稳定性差，一致性差，放电电压曲线平坦等。例如，在电动汽车应用中，为了获得较高的电池电压，一般需要几十节甚至数百节电池串联。电池成组后，由于组内电池材料、工艺以及后期使用环境的差异，导致电池的电压、容量等参数不一致情况较其他应用更为严重，若不采取任何措施，不一致性会在后期的使用过程中进一步扩大，导致部分电池长期工作于极限状态，使得容量急剧减小，降低整组电池性能。因此，在锂离子电池所应用场合一般配备电池管理系统(battery management system)，对电池进行合理有效的管理和控制，从而确保电池安全，延长电池寿命，提供系统整体性能。然而，现有技术中的电池管理系统不论是在处理电子技术方面，还是在对电池管理系统的理念和电池管理策略上都存在着一些问题，不利于锂离子电池的发展。
[0004]
因此，需设计一种能够解决上述问题的电池管理系统。


技术实现要素：

[0005]
针对背景技术中提出的需要电池管理系统管控和提高自行车电池使用的整体性能的技术问题，本发明提供一种电动自行车智能电池管理系统装置，主机控制和管理自行车电池组串，可对单体及整组电池进行实时监控和实时充放电监测，从而实现管理多组电池，检测每组中所有单体电池剩余电量、电池组总电流、多路环境温度等。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0007]
一种电动自行车智能电池管理系统装置，包括中央处理器、检测模块、电源控制模块、系统控制模块和电池管理单元，其中，所述中央处理器分别与所述检测模块、所述电源控制模块、所述系统控制模块和至少一个所述电池管理单元相连，所述检测模块包括绝缘检测模块、充电过充检测模块和放电过放检测模块；
[0008]
所述绝缘检测模块与所述中央处理器电连接，用于检测自行车电池组串的正对地、负对地的绝缘电阻，从而判断自行车电池组串的绝缘性能；
[0009]
所述充电过充检测模块与所述中央处理器电连接，用于对自行车电池组串的充电电量进行检测，并生成电量数据发送给所述中央处理器；
[0010]
所述放电过放检测模块与所述中央处理器电连接，用于对自行车电池组串的剩余电量进行检测，并生成剩余电量数据发送给所述中央处理器；
[0011]
所述电池管理单元用于采集所述电池组内每一电池单体的状态信息，并根据所述电池单体的状态信息对所述电池组内的所述电池单体进行组内电量均衡；所述中央处理器与每一所述电池管理单元之间通过设置can总线模块连接；所述中央处理器通过所述can总线模块从所述电池管理单元获取每一电池组的状态信息，并根据电池组的状态信息对电池组进行组间电量均衡。
[0012]
通过上述技术方案，管理电池管理单元，同时主机控制和管理电池组串电源、电量，本申请电池管理系统可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、温度检测等，具有通信功能、告警保护、自检功能、自动标定、充放电控制等多种功能，不仅功能强大，而且技术指标完善，能够有效提高锂离子电池整体的寿命，降低其使用成本。
[0013]
本发明进一步设置为：所述电源控制模块包括警报模块、电源转化模块和电量显示模块；所述警报模块与所述中央处理器电连接，用于提供指示功能；所述电源转化模块与所述中央处理器电连接，用于提供电源转换功能；所述电量显示模块与所述中央处理器电连接，用于显示自行车电池组串剩余电量值。
[0014]
通过上述技术方案，电源转化模块用于提供电源转换功能，在出现意外事故时，利用警报模块发出报警信号，同时，利用电量显示模块外在显示电池组的剩余电量，使得电池组的电量参数较为直观的呈现在工作人员眼前。
[0015]
本发明进一步设置为：所述警报模块包括指示灯模块和蜂鸣器模块，所述指示灯模块和所述蜂鸣器模块分别与所述中央处理器电连接；其中，所述指示灯模块用于光告警，所述蜂鸣器模块用于声告警。
[0016]
通过上述技术方案，利用光告警和声告警同时发出警报信号，可更加综合的提醒工作人员及时处理意外事故。
[0017]
本发明进一步设置为：所述系统控制模块包括继电器驱动模块、实时时钟模块和总储存模块；所述继电器驱动模块与所述中央处理器电连接，用于通过继电器的开启和关闭进而控制自行车电池组串的运行；所述实时时钟模块与所述中央处理器电连接，用于为所述中央处理器提供稳定的时钟信号；所述总储存模块与所述中央处理器电连接，用于存储所述中央控制器的内部数据。
[0018]
通过上述技术方案，系统控制模块的作用在于均衡继电器在系统控制电路中的开关，以合理控制自行车电池组串的各个单元接入电路的情况。实时时钟模块用于提供稳定的时钟定时信号，配合继电器开关的使用，达到预定的控制效果。此外，在控制过程中产生的各种控制数据、检测数据，均存储在总存储模块中去。
[0019]
本发明进一步设置为：还包括数据传输模块，所述数据传输模块包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块；所述模拟输入模块与所述中央处理器电连接，用于完成模拟量的输入；所述模拟输出模块与所述中央处理器电连接，用于完成模拟量的输出；所述数字输入模块与所述中央处理器电连接，用于完成数字量的输入；所述数字输出模块与所述中央处理器电连接，用于完成数字量的输出。
[0020]
通过上述技术方案，数据传输模块用于将电池管理系统和外部主机进行通讯连接，建立通讯，以提高控制效果。
[0021]
本发明进一步设置为：还包括串行数据通信接口模块和充电can总线模块。
[0022]
通过上述技术方案，串行数据通信接口模块用于利用串行通讯方式与中央处理器建立数据通讯；充电can总线模块用于利用can通讯协议，与中央处理器建立数据通讯。
[0023]
本发明进一步设置为：所述检测模块还包括总温度检测模块，用于对自行车电池组串的温度进行检测，并生成总温度数据发送给所述中央处理器。
[0024]
通过上述技术方案，总温度检测模块用于测量自行车电池组的工作温度数据，实时将温度数据传输至中央处理器中进行分析和存储。
[0025]
本发明进一步设置为：所述状态信息至少包括电压数据、电流数据和温度数据中的一种。
[0026]
通过上述技术方案，电压数据、电流数据和温度数据的状态信息可以为电池管理系统的分析管理工作提供有效支持。
[0027]
本发明进一步设置为：所述电池管理单元包括分储存模块，分储存模块用于存储所述电池管理单元的内部数据。
[0028]
通过上述技术方案，在电池管理单元的执行过程中会产生大量的状态信息数据、报警信息数据等，利用分存储模块对每组电池组存储相应的数据，可以为后续的追溯提供方便。
[0029]
本发明进一步设置为：所述绝缘检测模块、充电过充检测模块和放电过放检测模块均通过设置有隔离电路分别与所述中央处理器电性连接。
[0030]
通过上述技术方案，设置隔离电路起到对中央处理器的保护作用，由于中央处理器与绝缘检测模块、充电过充检测模块和放电过放检测模块的工作环境不同，可能导致中央处理器易于损坏，因此设置隔离电路可进行隔离保护。
[0031]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
[0032]
(1)可对单体及整组电池进行实时监控和实时充放电监测，从而实现管理多组电池，检测每组中所有单体电池剩余电量、电池组总电流、多路环境温度等；
[0033]
(2)起到防止过充和防止过放带来对自行车电池产生危害的作用，从而延长自行车电池组的使用寿命；
[0034]
(3)设置该电池管理系统，可以更加智能化的控制电池组使用情况。
附图说明
[0035]
图1为电池管理系统整体电路原理示意图；
[0036]
图2为检测模块和中央处理器之间的电路原理示意图；
[0037]
图3为警报模块的硬件原理示意图。
[0038]
附图标记：1、中央处理器；2、检测模块；21、绝缘检测模块；22、充电过充检测模块；23、放电过放检测模块；24、总温度检测模块；3、电源控制模块；31、警报模块；311、指示灯模块；312、蜂鸣器模块；32、电源转化模块；33、电量显示模块；4、系统控制模块；41、继电器驱动模块；42、实时时钟模块；43、总储存模块；5、电池管理单元；51、分储存模块；6、数据传输模块；7、串行数据通信接口模块；8、充电can总线模块；9、隔离电路；10、can总线模块。
具体实施方式
[0039]
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
[0040]
一种电动自行车智能电池管理系统装置，结合图1、图2和图3可知，包括中央处理器1、检测模块2、电源控制模块3、系统控制模块4和电池管理单元5，其中，中央处理器1分别与检测模块2、电源控制模块3、系统控制模块4和至少一个电池管理单元5相连。还包括数据传输模块6，数据传输模块6包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块；模拟输入模块与中央处理器1电连接，用于完成模拟量的输入；模拟输出模块与中央处理器1电连接，用于完成模拟量的输出；数字输入模块与中央处理器1电连接，用于完成数字量的输入；数字输出模块与中央处理器1电连接，用于完成数字量的输出。还包括串行数据通信接口模块7和充电can总线模块8，串行数据通信接口模块7用于利用串行通讯方式与中央处理器1建立数据通讯；充电can总线模块8用于利用can通讯协议，与中央处理器1建立数据通讯。
[0041]
检测模块2包括绝缘检测模块21、充电过充检测模块22和放电过放检测模块23。绝缘检测模块21与中央处理器1电连接，用于检测自行车电池组串的正对地、负对地的绝缘电阻，从而判断自行车电池组串的绝缘性能。充电过充检测模块22与中央处理器1电连接，用于对自行车电池组串的充电电量进行检测，并生成电量数据发送给中央处理器1。放电过放检测模块23与中央处理器1电连接，用于对自行车电池组串的剩余电量进行检测，并生成剩余电量数据发送给中央处理器1。绝缘检测模块21、充电过充检测模块22和放电过放检测模块23均通过设置有隔离电路9分别与中央处理器1电性连接。
[0042]
电源控制模块3包括警报模块31、电源转化模块32和电量显示模块33；警报模块31与中央处理器1电连接，用于提供指示功能；电源转化模块32与中央处理器1电连接，用于提供电源转换功能；电量显示模块33与中央处理器31电连接，用于显示自行车电池组串剩余电量值。
[0043]
警报模块31包括指示灯模块311和蜂鸣器模块312，指示灯模块311和蜂鸣器模块312分别与中央处理器1电连接；其中，指示灯模块311用于光告警，蜂鸣器模块312用于声告警。
[0044]
系统控制模块4包括继电器驱动模块41、实时时钟模块42和总储存模块43；继电器驱动模块41与中央处理器1电连接，用于通过继电器的开启和关闭进而控制自行车电池组串的运行；实时时钟模块42与中央处理器1电连接，用于为中央处理器1提供稳定的时钟信号；总储存模块43与中央处理器1电连接，用于存储中央控制器的内部数据。
[0045]
检测模块2还包括总温度检测模块24，用于对自行车电池组串的温度进行检测，并生成总温度数据发送给中央处理器1。状态信息至少包括电压数据、电流数据和温度数据中的一种。
[0046]
电池管理单元5用于采集电池组内每一电池单体的状态信息，并根据电池单体的状态信息对电池组内的电池单体进行组内电量均衡；中央处理器1与每一电池管理单元5之间通过设置can总线模块10连接；中央处理器1通过can总线模块10从电池管理单元5获取每一电池组的状态信息，并根据电池组的状态信息对电池组进行组间电量均衡。电池管理单元5包括分储存模块51，分储存模块51用于存储电池管理单元5的内部数据。
[0047]
使用时，本发明实施例提供的电池管理系统，采用两级bms管理方案，即主、从机方案，从机管理多个的电池管理单元5，主机控制和管理电池组串，本申请电池管理系统可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、温度检测等，检测每组中所有单体电池电压、电池组总电流、多路环境温度等，具有通信功能、告警保护、自检功能、充放电控制等多种功能，不仅功能强大，而且技术指标完善，能够有效提高锂离子电池整体的寿命，降低其使用成本，实用性强。
[0048]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0049]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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