CN101895132B - 一种电动摩托车电池管理*** - Google Patents

一种电动摩托车电池管理*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池组的管理装置，提供了一种电动摩托车电池管理***。所述电动摩托车电池管理***包括：含有多个用于装入电池的电池槽，所述电池槽有与装入电池匹配的接口并将电池电源提供给电动摩托车；与所述电池槽的接口中的通信接口及控制接口连接的主控制模块，用于在摩托车启动后通过通信接口读取电池的信息，然后根据电池的信息选择其中一个电池作为电源输出，和将其它电池置于无电压输出且不能被充电状态；及与主控制模块连接的显示模块，用于显示主控制模块获取到的电池信息。上述电动摩托车电池管理***实现对装入摩托车的多个电池进行管理，并避免了电池同时输出电压而产生的安全隐患。

Description

一种电动摩托车电池管理***
技术领域
本发明涉及电池组的管理装置，尤其涉及一种电动摩托车电池管理***。
背景技术
现有的电动摩托车中的电池都仅有一组主电池，因此电动摩托车对电池的管理***很简单。一般的，电动摩托车的车头表盘处有一个指示电池组的电压的电压表；以及一个速度表，该速度表采样在车轮上的发电绕组的电压来指示摩托车的运行速度。当电动摩托车有多组主电池时，现有的电动摩托车电池管理***便不能有效管理电池。比如，电池在充电的同时也供电给摩托车电机，这样会存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动摩托车电池管理***，旨在解决现有技术下，电动摩托车的电池没有得到有效管理的问题。
本发明是这样实现的，一种电动摩托车电池管理***，所述电动摩托车电池管理***包括：含有多个用于装入电池的电池槽，所述电池槽有与装入电池匹配的接口并将电池电源提供给电动摩托车；
与所述电池槽的接口中的通信接口及控制接口连接的主控制模块，用于在摩托车启动后通过通信接口读取电池的信息，然后根据电池的信息选择其中一个电池作为电源输出，和将其它电池置于无电压输出且不能被充电状态；及
与主控制模块连接的显示模块，用于显示主控制模块获取到的电池信息。
本发明的有益效果是，电动摩托车电池管理***管理装入的电池，在摩托车启动后使装入的电池中只有一个电池输出电压，并且将其它电池置于无电压输出也不能被充电状态。这样使多个电池在摩托车启动后只有一个电池输出电压，并避免了有输出电压的电池对无输出电压的电池进行充电造成的安全隐患。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种电动摩托车电池管理***的电路结构图；
图2是本发明实施例提供的一种电动摩托车电池管理***中主控制模块的电路结构图；
图3是本发明实施例提供的一种主控制模块中充电识别电路的具体结构图；
图4是本发明实施例提供的一种电动摩托车电池管理***中铅酸电池管理模块的电路结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明中，电动摩托车电池管理***在启动后，通过主控制模块获取装入电池信息，然后根据电池信息选择其中一个电池输出电压并将其它电池置于无电压输出且不能被充电状态。从而使多个装入电池有序地输出电压，并且避免了电池间相互充电而产生的安全隐患。
图1示出了本发明实施例提供的一种电动摩托车电池管理***的电路结构。在本发明实施例中的电动摩托车电池管理***的电池槽6可以装入4个电池。电池槽6设有与装入电池匹配的接口；电池槽6的控制接口和通信接口连接到主控制模块1，主控制模块1通过电池槽6的通信接口获取装入的电池信息，并通过电池槽6的控制接口控制电池的工作状态；主控制模块1还连接显示模块4，以将电池等信息显示给用户。
在电动摩托车启动后，主控制模块1通过电池槽6的通信接口获取电池信息，然后根据获取的电池信息选取其中一个电池输出电压，通过电池槽的控制接口控制选中的电池输出电压并控制其它电池无电压输出和将电池全置于不能充电的状态。从而实现控制装入的电池有序输出电压，和避免了电池间相互充电而引起的安全隐患。
本领域的技术人员可以理解，主控制模块1对电池的选择可以是用预先设置好的任意方法对装入电池进行选择；如可以根据电池的温度信息在摩托车启动时选择当前温度最低的电池作为输出电压的电池，直到该电池消耗完后再选择另一个温度最低的电池作为输出电压的电池，这样方便控制电池槽中电池的温度；也可以根据电池的电压信息选择当前电压最低且未消耗完成的电池作为输出电压的电池，方便逐个将电池消耗完成。主控制模块还连接到显示模块4，以显示电池的电压、温度和类型等信息，显示模块4可以显示电池的电压、温度和类型等信息中一种信息或者多种信息。用户可以通过显示模块4了解电池信息，可以更加灵活健康地使用电池。
主控制模块1还连接至电机的霍尔信号线2；所述主控制模块1根据霍尔信号线2上的电压脉冲数计算出摩托车车轮转动的圈数，在根据车轮转动的圈数和预先输入的车轮的半径或周长从而计算出摩托车的运行速度和或行驶路程并由显示模块4输出。一般的6相无刷电机每转动一圈，霍尔接口会输出10个脉冲。因此，主控制模块1对霍尔信号线2上的脉冲宽度进行测量及脉冲进行计数，再通过计算就可获得运行速度及行走里程信息。
主控制模块1还连接电机控制器的开关信号端，电机控制器根据主控制模块输出的信号控制摩托车电机与电源的连接或断开。具体如下所述。
主控制模块1还连接电池充电端口8。主控制模块1根据读取的电池信息或者用户预先设置决定先进行充电的电池，在充电器连接上电池充电接口对电池充电时，输出需要充电的电池的类型给充电器。充电器根据电池的类型通过电池充电端口8输出匹配的电压以给对应电池充电。
电动摩托车电池管理***还包括模式选择开关5，用于将电池的控制模式在主控制模块控制和手动控制开关控制之间进行切换。这样可以在主模块的微处理器软件工作异常时，应急切换到手动控制开关控制，使用手动控制开关选择合适的电池给摩托车供电。手动控制开关模式优先级高于主控制模块控制自动模式，切换到手动控制开关模式后，电动摩托车便按照手动控制开关模式运行。
电动摩托车电池管理***的电池槽可以是装锂电池的电池槽与装铅酸电池的电池槽的组合。锂电池内置有电量管理电路及安全保护电路，主控制模块可以直接读取锂电池信息及执行相关控制，所以装锂电池的电池槽只需要配置与锂电池匹配的接口就可以实现对电池的管理。电动摩托车电池管理***使用铅酸电池可以节省成本，但是铅酸电池没有保护及电量管理电路，因此需要在电池槽内增加铅酸电池管理模块，使其具有与锂电池一样的输出接口与电量管理、控制等功能，这样主控制模块1才能对电池进行统一的管理。铅酸电池管理模块的具体电路可以如下所述。
电动摩托车电池管理***包括有装铅酸电池的电池槽时，可以还包括铅酸电池充电模块19，用于当输出电源为锂电池组且锂电池组容量大于预定值时，主控制模块控制该铅酸电池充电模块19工作，把锂电池的输出电压进行隔离升降压及限流后，对铅酸电池充电。
当被选用的一组电池组是锂电池组，且该电池组的容量大于预定值时(通常设为10％)，主控制模块启动铅酸电池充电模块19对铅酸电池组进行充电。铅酸电池充电模块19的电源输入端IN+和IN-从摩托车电源线P+和P-获取电源；铅酸电池充电模块19的输出充电电压端“OUT+”和“OUT-”连接至铅酸电池输入接口11。铅酸电池充电模块19有两个控制端C_EN及C_DIS。当控制端C_EN有效及控制端C_DIS无效时，铅酸电池充电模块19启动。当主控制模块选用的电池是锂电池，且该锂电池容量大于10％时，主控制模块1设置控制端C_EN为有效，而此时铅酸电池组未被选用，使能端EN4无效，符合铅酸电池充电模块19的控制端C_EN有效及控制端C_DIS无效的启动条件，铅酸电池充电模块的电路工作。若电动摩托车电源线P+和P-的电压大于铅酸电池的电压，铅酸电池充电模块19工作在降压模式；若电动摩托车电源线P+和P-的电压小于铅酸电池的电压，铅酸电池充电模块19工作在升压模式，从而使铅酸电池充电模块19的充电输出电压及电流为一个定值。如：对于48V的铅酸电池，一般输出为60V/1A。铅酸电池充电模块19的控制端C_EN无效或控制端C_DIS有效时铅酸电池充电模块19均会被禁止工作。也即在所选择输出电压的锂电池组使用至容量小于10％时，主控制模块1设置C_EN信号为无效，从而使铅酸电池充电模块19被禁止工作；以及在铅酸电池组被选用时，EN4信号有效，从而使铅酸电池充电模块19被禁止工作。当铅酸电池充电模块19被禁止工作时，其输入及输出端电量消耗很小，不会对其输入端的摩托车电源线P+和P-及其输出端的铅酸电池有影响。
本领域的技术人员可以理解，铅酸电池充电模块19的具体电路实现可以是在进行电压隔离后先进行升降电压电路选择，升降电压电路选择的具体实现可以是通过电阻分压，当电池输出电压大于铅酸电池的电压时开通降压电路并断开升压电路，降压电路的降压幅度也可以是由分压电阻进行比例控制；当电池输出电压小于铅酸电池的电压且大于预定值时进入开通升压模式并断开降压电路，升压电路的升压幅度也可以是由分压电阻进行控制；在将电池输出电压进行升压或降压之后再进入限流电路，最后输出给铅酸电池充电。当然具体的电路实现可以是其它任意种，只要能实现铅酸电池充电模块19的功能即可。
设置按键模块3可以设有3个按键：设置/切换、上调、下调，用于设置摩托车车轮周长及切换LCD显示的内容。设置/切换键长按5秒，会进入或退出设置状态；短按设置/切换键，LCD显示屏4显示的内容在剩余里程、速度、已行里程、电池电量之间切换等。进入设置状态后，设置/切换键长按5秒会退出设置状态，短按设置键可以在周长设置及单位设置两种设置状态间切换。在单位设置状态下，上调与下调按键可以切换LCD显示屏4显示的单位；在周长设置状态下，上调与下调按键可以增加、减小车轮周长。车轮周长设置准确后，主控制模块1就可以通过电机霍尔信号接口2得知电机转动的圈数，再根据已设置的车轮周长，就可以计算出电动摩托车行走的速度及里程。当LCD显示屏4显示已行里程时，长按下调键可以将已行里程清零，方便用户测量下一个路段的里程；当LCD显示屏4显示的是电池电量时，按上调或下调键，可以显示上一组或下一组电池的电量信息。
模式选择开关5用于选择管理***的工作模式。在本发明实施例中设有5种工作模式：自动、手动选择电池1、手动选择电池2、手动选择电池3、手动选择电池4。当使用自动模式时，主控制模块(1)会根据当前每组电池的信息，自动选择一组电池作为输出，当前电池因容量耗尽或异常等不可使用时，自动切换到下一组电池。当选择手动模式时，主控制模块会以指定的电池作为输出，被选择的电池电量耗尽等不可用时，不会自动切换到下一组电池。手动模式主要用于当主控制模块的单片机软件失效时，仍可通过人工选择的方式，使摩托车工作。模式选择部分由硬件电路实现，手动模式优先于自动模式。
电池槽6中的所有电池电压输出端子并联连接电机控制器7的电源输入端P+与P-。电池槽6的电池连接端口的通讯电源线与地线分别连接至主控制模块1输出的+5V与GND端口；各电池连接的通讯端“D1”、“D2”、“D3”、“D4”与使能端“EN1”、“EN2”、“EN3”、“EN4”分别与主控制模块的对应的通信端和使能端。主控制模块1初始上电时，会将所有的使能端设为无效，所有电池均不可以充放电，同时主控制模块1输出+5V与GND电源至每个电池连接端口，使电池内部通讯部分线路工作。然后主控制模块1通过通信端口定时与各个电池槽内的电池通讯，读取电池的信息，并对信息进行处理，一般每秒钟会与每一个电池进行两次通讯。主控制模块1会根据一定的优先权算法，选用其中一个可用的电池。主控制模块1通过使能端口把选中的电池设为有效。被使能的电池输出电压至电机控制器7，用于摩托车供电。当使用中的电池被取出时，主控制模块1与该电池槽位置不能通讯，主控制模块1即可识别电池被取出；同理，电池槽有新电池***时，主控制模块1亦会即时检测到电池***。
图2示出了本发明实施例提供的一种电动摩托车的主控制模块的电路结构。本领域的技术人员可以理解，该电路结构只是主控制模块的一种实施电路，主控制模块还可以使用其它等效的电路替代实现。以下简单说明电路中各模块的功能与工作流程。
模块18是微处理器(Micro Process Unit，简称MCU)1，主要用于信息管理：与电池通讯、检测速度信号、设置充电ID电阻、设置车轮周长及显示等功能，并与模块12即微处理器2通讯，传送电池的信息。模块14即数据选择器2由微处理器1分时接通电池组1至电池组4的通讯线D1-D4，与每一组电池通讯。
微处理器2主要实现电池切换执行：根据微处理器1发送的信息，控制使能信号是否有效，来实现电池的切换使用。多路复用器(multiplexer)13，BCD译码器15及与非门集成电路16组成可靠，快速的电池切换电路。该电路从硬件上保证任一时刻，只有一组电池被选中，避免不同电压的电池同时输出，在电池间相互充电的情形。BCD译码器15的输出端口“Q1”、“Q2”、“Q4”和“Q8”连接至与非门集成电路的输入端口“B1”、“B2”、“B3”和“B4”。切换电路手动模式优先于自动模式：当模式选择开关5拨至自动档时，“Q0”脚输出低电平，BCD译码器15输出均为高电平，此时，BCD译码器15对与非门集成电路16的输出无影响。“Q0”为低电平使能数据选择器13，与非门集成电路16的输出取决于由微处理器2控制的数据选择器13。如数据选择器13的“X1”为低电平时，与与非门集成电路16的输出端连接的使能输出“EN1”有效。当模式选择开关5拨至“手动1”时，BCD译码器15的“Q0”、“Q2”、“Q4”“Q8”输出高电平，“Q1”脚输出低电平。“Q0”输出高电平，禁止数据选择器13工作，数据选择器13的输出端口“X1”至“X4”均输出高电平，数据选择器13对与非门集成电路16的输出无影响，与非门集成电路16的输出取决于BCD译码器15的输出状态。
图3示出了本发明实施例提供的一种主控制模块中的充电识别电路的具体结构。
充电端口8为充电器接入端口，包括有充电正极“CH+”，充电负极“CH-”及识别端子ID。充电器连接到充电接口后，识别端子ID在上电后相对“CH-”端为+5V电压串接1.1K欧姆的电阻，CHG信号受充电器输入ID端控制，当充电器输入ID端为高电平时，CHG为低电平；当充电器的输入ID端为低电平时，CHG为高电平。主控制模块1通过检测的CHG信号，可得知电池是否在充电。充电器的ID信号亦控制电机控制器7的开关信号，当充电器ID端有电压时，控制主控制模块1的输出端ON/OFF与电机控制器的P+端断开，电机控制器7的ON/OFF信号输入端变成低电压，电机控制器7处于停止状态，不可以行车；当充电器与充电端口断开连接时，ID端无电压，控制主控制模块1的“ON/OFF”与“P+”接通，电机控制器7“ON/OFF”为“P+”高电压，电机控制器7可以正常工作。当主控制模块1检测到有充电器连接时，会在LCD显示屏4上显示充电的标志，表示正在充电。主控制模块1根据电池的状态决定要对其中一组电池充电。假设A类型电池对应的ID电阻为图3中的R_ID1，B类型电池对应的ID电阻为R_ID2，C类型电池对应的ID电阻为R_ID3；如要对电池槽中的A类型电池组充电，主控制模块1会先将图3中的“IDCON1”设为高电平，使“Q1”导通；“IDCON2”及“IDCON3”设为低电平，使“Q2”、“Q3”截止，使R_ID1电阻接到充电端口的CH-及ID端，供充电器检测；然后，将使能端EN1设为高电平选中该电池使该电池可以充电。在充电器未检测到ID电阻或ID阻值不在范围时，不输出充电电压，R_ID1被选用时，充电器检测到R_ID1，随即会输出与A类型电池匹配的充电电压给电池充电。同理，对B类型或C类型的电池充电，主控制模块1会设置ID电阻为R_ID2或R_ID3，再将相应位置的使能端设为高电平，对相应电池槽的电池充电。
主控制模块1与铅酸电池组进行通讯与控制时，要通过铅酸电池管理模块10来实现。图4示出了本发明实施例提供的一种电动摩托车电池管理***中铅酸电池管理模块的电路结构。这里将电池槽的B4位置作为铅酸电池的电池槽。
铅酸电池的正极先连接至电池槽6上的铅酸电池输入接口11的正极，再分别连接至电池槽B4的正端P4+；铅酸电池的负极先连接至铅酸电池组输入接口11的负极，再连接至电流采样电阻“RS”，接着连接至功率场效应管10_2，最后连接至电池槽B4的负端P4-。电流采样电阻“RS”采集铅酸电池组的充放电电流，分压电阻“R3”与“R4”采集铅酸电池组的电压，电量管理电路模块10_5对采集的充放电电流进行累积，结合电池组的电压，即可获得铅酸电池的剩余电量信息。主控制模块1通过电池槽B4的通信端口D4及数字隔离电路模块10_6与电量管理电路模块10_5进行通讯，获取铅酸电池的电量等信息。在主控制模块1未工作时，电量管理电路模块10_5处于低功耗模式，低功耗稳压电路10_1给电量管理电路模块10_5供电，以保持电量数据不丢失。当主控制模块1与铅酸电池进行通讯或选用铅酸电池作为输出时，电量管理电路模块10_5的功耗增加，低功耗稳压电路10_1提供的能源不足，电量管理电路模块10_5改由稳压电路10_3供电。稳压电路10_3是通过“OP1”电路和“D1”元件或“OP2”电路和“D2”元件连接至铅酸电池正极获得电源。当主控制模块1工作或选中铅酸电池作为输出时，稳压电路10_3均会得电工作。稳压电路10_3同时给数字隔离电路模块106的VCC1端和VCC2端供电。数字隔离电路模块10_6实现当场效应管10_2不导通时通讯地电平的转换，使得通讯可以正常进行。主控制模块1把电池槽B4的使能端口EN4设置成高电压时，“OP1”电路接通，铅酸电池正极通过电阻R2、二极管D5和D6”给场效应管10_2提供驱动电压，场效应管10_2导通，铅酸电池可以充放电。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动摩托车电池管理***，其特征在于，所述电动摩托车电池管理***包括：含有多个用于装入电池的电池槽，所述电池槽有与装入电池匹配的接口并将电池电源提供给电动摩托车；
与所述电池槽的接口中的通信接口及控制接口连接的主控制模块，用于在摩托车启动后通过通信接口读取电池信息，然后根据电池的信息选择其中一个电池作为电源输出，和将其它电池置于无电压输出且不能被充电状态；及与主控制模块连接的显示模块，用于显示主控制模块获取到的电池信息。
2.如权利要求1所述的电动摩托车电池管理***，其特征在于，所述主控制模块还连接至电机的霍尔信号线；所述主控制模块根据霍尔信号线上的电压脉冲数计算出摩托车车轮转动的圈数，再根据车轮转动的圈数和预置的车轮的半径或周长计算出摩托车的运行速度和/或行驶路程并由显示模块输出。
3.如权利要求1所述的电动摩托车电池管理***，其特征在于，所述电动摩托车电池管理***还包括：开关信号端口与主控制模块连接的电机控制器，所述电机控制器还连接输出电源和摩托车电机，由主控制模块的指令控制电机控制器运转摩托车电机。
4.如权利要求1所述的电动摩托车电池管理***，其特征在于，所述主控制模块还连接电池充电端口，所述电池充电端口用于将经所述主控制模块选定并使能的需要充电的电池的类型输出给接入电池充电端口的充电器，充电器再根据所述电池的类型通过电池充电端口输出电压给对应电池充电。
5.如权利要求1所述的电动摩托车电池管理***，其特征在于，所述电动摩托车电池管理***还包括有模式选择开关，用于将电池的控制模式在主控制模块控制和手动控制开关控制之间进行切换。
6.如权利要求1所述的电动摩托车电池管理***，其特征在于，所述电池槽包括装锂电池的电池槽和/或装铅酸电池的电池槽；所述装铅酸电池的电池槽配有铅酸电池管理模块，用于配合主控制模块对铅酸电池进行管理。
7.如权利要求6所述的电动摩托车电池管理***，其特征在于，所述装铅酸电池的电池槽还配有铅酸电池充电模块，用于当输出电源为锂电池且锂电池的电量大于预定值时，由主控制模块使能后把输出电压进行隔离升降压及限流，以对铅酸电池充电。
8.如权利要求1所述的电动摩托车电池管理***，其特征在于，所述主控制模块还连接设置按键模块，用于设置和/或切换所述显示模块所显示的内容。
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