一种电动自行车的电池管理电路的制作方法
【专利摘要】一种电动自行车的电池管理电路，包括数据采集电路、微控制器、电池平衡电路、电池保护电路、状态指示灯和电源电路，数据采集电路包括电压采集电路，电流采集电路和温度采集电路，电压采集电路与电池电连接，采集每个电池电压。电流采集电路包括运放和电流传感电阻。电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路都分别与微控制器电连接。电池平衡电路和电池保护电路与电池电连接。本实用新型能够对电池组中每节电池进行实时监控，为电池提供过充、过放、过流、短路和高低温保护，平衡电池电压并且提示用户电池状态，能延长电池使用寿命，降低用户使用成本。
【专利说明】—种电动自行车的电池管理电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电池管理电路，尤其是电动自行车的电池管理电路。
【背景技术】
[0002]现阶段，电动自行车已成为人们出行的重要交通工具，电池是电动自行车的主要动力源，铅蓄电池是电动自行车常用的一种电池。铅蓄电池在工作时，电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好、造价低，所以铅蓄电池在电动自行车中应用最为广泛，而且大多数电动自行车的电池都是由四节127的铅蓄电池串联而成。
[0003]铅蓄电池在使用过程中也会存在许多问题如过充、过放、过流、短路、电池间电压不平衡，电池之间相互影响，恶劣条件下使用受到限制等，这些问题会导致电池使用效率降低，电池寿命缩短，给用户的使用带来不便，还存在着安全隐患。所以电池管理电路在电动自行车行业的作用日渐突出，通过电池管理电路可以实现对电动自行车的电池进行监控和管理，保护电池，提高电池使用寿命，同时为其排除因环境因素导致的隐患。
[0004]现阶段也出现了很多电动车电池管理电路。大多数的电池管理电路功能都较为单一，有的只能实现过充保护，有的只能实现过放保护或者过流保护。而且常用的电池管理电路是将整个电池组作为检测对象，进行信息采集，判断和输出，并没有实现对单个电池的监控和管理，一旦单个电池损坏，则整个电池组都会报废，造成资源浪费，如果单个电池出现异常，长期使用，也会影响其它电池的正常工作，最终导致电池组中所有电池寿命缩短。
[0005]对于较为先进的电池管理电路，如申请号为⑶201220484601.0，名称为“一种蓄电池保护电路”的电池管理电路，它包括控制器、过流与短路保护单元、过充过放保护单元、集成芯片、充放电单元以及取样单元。该电路可以实现对每节电池充放电状态和工作状态的实时监控，对电池的过充、过放、过流和短路进行保护，但不能为电池提供高温、低温保护功能和实现电池平衡功能。如果电池处在高温或低温条件下使用，会极大的减少容量并严重的缩短电池寿命，甚至直接损坏。如果电池间的容量不均衡会影响电池的使用效率，在电动车中串联使用的情况下，电池组的容量是由电池组中容量最小的电池决定的，当容量最小的电池充满电后，电池组中其它电池也不能继续充电，但是整个电池组的总电压尚未达到额定值，现有的技术仍然会继续给电池组中所有的电池继续充电。当容量最小的电池放完电后，电池组中所有电池均需停止工作，但是整个电池组的总电压尚未达到额定值，电池组中所有电池仍会继续放电。出产时每节电池的容量都存在一定差异，按照现有的技术，多节电池串联使用，每节电池的电流始终相同，经过多次充放电，各节电池之间容量差异会越来越大，电池组的使用效率会逐渐降低。导致整个电池组使用寿命下降。该电路也不能提示用户各个电池的使用状态，交互性差，用户很难判断每个电池的状态好坏，不能及时的更换已经损坏的电池。只有当所有电池都接近损坏时，用户才能及时发现，并将整个电池组替换。
[0006]所以，现在电动自行车的电池管理电路存在的普遍问题是电路功能不完善，不能检测电池工作环境的温度，不能实现电池平衡功能，不能提示用户更换即将损坏的电池，难以有效保护电动自行车的电池，不能最大限度发挥电池的功能。
【发明内容】
[0007]为了解决上述问题，本实用新型公开了一种电动自行车的电池管理电路，该电路能够实现对电动自行车的每节铅蓄电池进行自动监控，提供过充、过放保护和过流、短路保护，提供电池平衡功能和高温、低温保护功能，并且能够实时地提示用户电池的状态。
[0008]本实用新型的技术方案是:一种电动自行车的电池管理电路，包括数据采集电路、微控制器、电池平衡电路、电池保护电路、状态指示灯和电源电路。
[0009]所述的数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路；
[0010]所述的温度采集电路包含温度传感器，温度传感器放在电池附近，与微控制器电连接；
[0011]所述的电压采集电路包括运算放大器和电阻，并与电池电连接，与微控制器电连接；
[0012]所述的电流采集电路包括电流传感电阻和运算放大器，并与电池电连接，与微控制器电连接；
[0013]所述的电池平衡电路包括继电器和三极管，电池平衡电路与电池电连接；
[0014]所述的电池保护电路包括继电器和三极管，分别串接在充电电路和放电电路中；
[0015]所述的微控制器与电池平衡电路、电池保护电路、状态指示灯和电源电路电连接；
[0016]所述的电源电路分别与电池正极、电池平衡电路、电池保护电路电连接，为单片机提供电源。
[0017]本实用新型的有益效果是:用集成了内部八/0转换的微控制器，不仅降低了成本而且还能够实现对信息的快速转换和处理。该电路不仅可以对每节电池进行监控和管理，提供充放电保护、过流短路保护和高温、低温保护功能，还提供电池平衡功能并且能够实时地告知用户各节电池的状态，提示用户更换电池组中容量较低的电池。该电路功能完善，稳定性强，能延长电池使用寿命，降低用户使用成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的原理框图。
[0019]图2为本实用新型实施例的数据采集电路。
[0020]图3为本实用新型实施例的微控制器和指示灯。
[0021]图4为本实用新型实施例的电池保护和电池平衡电路。
[0022]图5为本实用新型实施例的电源电路。
[0023]图中1.数据采集电路，2.微控制器，3.电池平衡电路，4.电池保护电路，5.状态指示灯，6.电源电路。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施对本实用新型做进一步说明。
[0025]如图1所示，一种电动自行车的电池管理电路，包括数据采集电路、微控制器、电池平衡电路、电池保护电路、状态指示灯和电源电路。
[0026]图2中，数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路。电压采集电路和电流采集电路中的运算放大器采用型号为1(^6001，其可以在〖V电压下工作，轨至轨输入，单电源5乂供电时，输出电压范围为0.37-4.7乂。
[0027]电压采集电路和电流采集电路中运放分别与可变电阻、固定电阻电连接，通过调节滑动变阻器使电路达到很高的共模抑制比，即使乂0、V1、乂2、V〗、乂4超过了运放的电源电压，电路仍然能够正常工作。电路中反馈电阻的阻值决定了运放的放大倍数，使输入电压按照一定的倍数放大或者缩小，使输出电压在5乂以内。各个运放的输出端口都分别与单片机八IX:输入口电连接。
[0028]电压采集电路的四路运放的输入电压是各个电池两端的电压，它们分别与单片机电连接。
[0029]电流采集电路的电流敏感电阻串接在充电和放电电路中，将充放电电流信息转换为电压信息，送至运算放大器并与单片机电连接。
[0030]温度采集电路的温度传感器采用型号为0318820，其为可编程分辨率的单总线数字温度计，在7501118内可将温度转换为12位数字，精度高，实时性好。温度传感器靠近电池，采集电池的工作温度，转换为数字信号。
[0031]数据采集电路采集的电压、电流以及温度信息都送至单片机中处理。
[0032]图3中的微控制器采用型号为31(:12(?八6032的单片机，工作电压为3.5^-5.5^,内部尺#振荡器频率为:111--17册12，自带10位八/0转换器，转换速度可达2501(/1
[0033]如图4是电池平衡电路和电池保护电路，单片机与电池平衡电路和电池保护电路电连接。电池平衡电路和电池保护电路中的继电器型号为凡电池平衡电路中有四组由继电器和三极管构成的电池平衡单元，它们分别与电池组的四个电池并联，继电器经三极管与单片机1/0 口电连接，通过单片机控制继电器闭合或断开。闭合表示对该平衡单元对应的电池进行电压平衡操作。电池保护电路中的继电器串接在放电电路和充电电路中，它们经三极管与单片机电连接，当出现过充、过放、过流或高温、低温情况时，单片机控制继电器断开。
[0034]图5中，电源电路的降压芯片采用的型号是八8499，其输入电压范围为87-507，输入电压范围广，输出电压可调范围为1.27-247。该电源电路为数据采集电路、微控制器、电池平衡电路和电池保护电路供电。
[0035]单片机与[￡0指示灯01-09电连接。
[0036]01是蓝色[￡0灯，点亮，表示电池充放电正常工作。
[0037]02是绿色[￡0灯，点亮，表示电池既未充电也未放电，系统处于待机状态。
[0038]03是红色[￡0灯，点亮，表示电池充电或放电过流。
[0039]04是红色[￡0灯，点亮，表示电池充电或放电短路。
[0040]05是红色[￡0灯，点亮，表示电池组中的第一节电池出现异常。
[0041]06是红色[￡0灯，点亮，表示电池组中的第二节电池出现异常。
[0042]07是红色[￡0灯，点亮，表示电池组中的第三节电池出现异常。
[0043]08是红色[￡0灯，点亮，表示电池组中的第四节电池出现异常。
[0044]09是红色[￡0灯，点亮，表示电池温度过高或过低。
[0045]一种工作方式如下:
[0046](￡1)过流和短路:
[0047]电池在充、放电的时候，继电器关闭，电流敏感电阻上分别流过充电电流或放电电流，在该电阻上分别产生充电电压或放电电压，该电压经过运放变换以后输入至单片机中。单片机接收两路模拟信号，将两路信号用八/0转换器转换为数字信号，单片机再根据两路信号的值判断电路处于充电状态还是放电状态，再将它们与单片机内部设定的过流阈值和短路阈值进行比较，如果当前值处于过流范围内，则点亮相应的1^0，同时根据电路处于充电状态或放电状态结果的判断，断开电池保护电路中对应的继电器，单片机控制延时一段时间后再闭合，再采集电流信息，进行判断，如果小于阈值，则相应的[￡0熄灭，否则，断开继电器，如此循环；如果当前值处于短路范围内，则点亮相应的1^0，同时断开电池保护电路中对应的继电器，再进行与过流情况相似的操作过程。
[0048](6)过充和过放:
[0049]电压采集电路采集来自于四个电池的电压信息，并将信息通过八IX:的四个端口输入至单片机中，单片机再对其进行八/0转换。单片机会根据对电流信息的采集，判断电池处于充电状态还是放电状态，如果处于充电状态，则将当前的各路电压值与设定的充电阈值进行比较；如果处于放电状态，则将当前的各路电压值与设定的放电阈值进行比较。如果在设定值范围之外，则说明出现过充或过放的情况，断开继电器，判断是哪节电池出现异常，并点亮对应的[￡0灯。
[0050](0)电池电压不平衡:
[0051〕 单片机得到四路电池的电压信息，将各路电压信息进行比较，得到其中的最大值和最小值，当最大值与最小值之间的差值大于设定范围时，单片机就控制电池平衡电路的四组继电器执行电池平衡功能，在电池处于充电状态时，单片机会将最大值对应的那个继电器闭合，使得充电速度减慢；在电池处于放电状态时，单片机会将相应的继电器闭合，改变放电速度。
[0052]((1)高温条件下:
[0053]温度传感器靠近电池，输出数字温度信号给单片机，单片机将该信息与已设定的电动自行车安全工作温度阈值进行比较，超过该值，则判断为高温或者低温，点亮相应的120，同时，关断继电器，单片机延时一段时间闭合继电器，再采集温度信息进行判断，如果小于阈值，则关闭相应的1^0，否则，关断继电器，如此循环，直到温度恢复正常。
[0054](6)正常工作:
[0055]单片机内部提前设定一个电池充电饱和值和电池放电截止值，单片机对四节电池的电压进行判断，如果该值达到设定值，则说明电池充放电已完成，关断继电器，点亮相应的120灯。如果电路中没有出现过充、过放、过流、短路以及高温、低温情况时，也即相应的120灯没有点亮，且电阻上有电流，则说明电池正常工作，则点亮相应的[￡0灯。
[0056]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，以及部分的实施例，对于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，这些都属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种电动自行车的电池管理电路，包括数据采集电路、微控制器、电池平衡电路、电池保护电路、状态指示灯和电源电路；其特征是: 所述的数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路和温度采集电路； 所述的温度采集电路包含温度传感器，温度传感器放在电池附近，与微控制器电连接; 所述的电压采集电路包括运算放大器和电阻，并与电池电连接，与微控制器电连接；所述的电流采集电路包括电流传感电阻和运算放大器，并与电池电连接，与微控制器电连接； 所述的电池平衡电路包括继电器和三极管，电池平衡电路与电池电连接； 所述的电池保护电路包括继电器和三极管，分别串接在充电电路和放电电路中； 所述的微控制器与电池平衡电路、电池保护电路、状态指示灯和电源电路电连接； 所述的电源电路分别与电池正极、电池平衡电路、电池保护电路电连接。
【文档编号】H02J7/00GK204118807SQ201420564228
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】朱家俊, 陈瑾, 张学峰, 朱向冰, 桑坤, 杨宏运 申请人:安徽师范大学