一种电动自行车电池智能管理方法及系统

本发明涉及电动自行车电池充放电，具体为一种电动自行车电池智能管理方法及系统。

背景技术：

1、随着电动自行车的不断普及，作为其核心的电池组的充放电管理成了目前的关键技术之一，在电动自行车数量逐年攀升的过程中，人们也在不断研究锂电池组的充放电管理系统，现有的管理办法仍然存在以下难题急需解决：目前对电动自行车的电池组的状态监控措施不够全面，用户无法实时观测到电池组的状态，尤其是无法对可能造成安全问题的电池的电压、电流及温度等参数的及时观测，由于每个锂电池内部电化学状态不同，这可能导致电池组使用寿命的减少，因此需要对电池组的每个状态不一的电池状态进行均衡控制，由于充电场所和用户居住点分离，大部分时候电动自行车电池的充电都处于无人监管环境中，需要提供电池数据上网的手段，便于用户远程监管，综上，目前电动自行车电池充放电管理方面仍存在许多不足，因此急需引入更为高效的电池充放电管理系统，

2、新系统应提供全面的电池参数监控，包括电压、电流、温度、soc等，以便用户可以实时了解电池状态，此外，应该有强化的异常检测和预警机制，以便及时处理潜在的安全问题，应该实施有效的均衡控制策略，以确保电池组内的每个电池都能够平衡充放电，从而延长整个电池组的寿命，引入远程监管工具，使用户能够随时远程访问电池数据，确保电池充电过程的安全性和性能，这可以通过物联网技术和云计算来实现，总之，新一代电池充放电管理系统需要更全面、智能、可远程监管，以满足不断增长的电动自行车市场的需求，并解决现有系统的不足之处。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的电动自行车电池充放电方法存在时效性低，可靠性低，智能化低，以及如何对电动自行车的电池组的状态实现实时监控的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电动自行车电池智能管理方法，包括通过电池管理系统bms，采集实时电池组数据，进行电池组的电路保护与控制；基于车前人机交互系统以及云平台管理系统，进行实时监测电池组数据和故障报警；将监测的电池组数据和故障报警信息反馈给数据库进行管理。

4、作为本发明所述的电动自行车电池智能管理方法的一种优选方案，其中：所述电池管理系统bms包括数据采集单元、均衡控制单元、保护单元以及微控制器mcu，电池管理系统bms中的数据采集单元、均衡控制单元、保护单元以及微控制器muc由分布式拓扑机构集成在pcb电路板上，用屏蔽外界干扰信号的塑料外壳封装，整体置于电池组一侧的方形槽中，独立的模块分别与微控制器进行信息传递，bms程序控制系统通过编程实现硬件功能。

5、作为本发明所述的电动自行车电池智能管理方法的一种优选方案，其中：所述电池管理系统bms还包括数据采集单元包括电压采集单元、电流采集单元以及温度采集单元，电压采集单元实时采集电池组中每个单体电池的电压，电流采集单元实时采集电池组中每个单体电池的电流，温度采集单元实时采集电池组中每个单体电池的温度，电压采集单元采用分电路进行电压采集，在测得电池两端的模拟电压差后，把电压转化为对地电压，通过放大电路和滤波电路进行处理，计算每块电池的电压，并通过串口方式与微控制器进行信息交互，电流采集单元采用acs712霍尔电流传感器进行电流采集，电流传感器将获取到的电流信息通过串口方式与微控制器进行交互，温度采集单元采用ds18b20数字温度传感器进行采集，将温度信号转化为电信号传输给微控制器，均衡控制单元采用被动均衡电路进行均衡控制，通过耗能式均衡方式，使每个电池都在额定功率下运行，保护单元包括保护单路，微控制器就数据采集单元采集的电压、电流以及温度进行计算，超出电池额定数值的20％，启动保护电路，微控制器mcu采用mk60fx512，电池组件包括电池组和安装框架，电池组采用6块额定电压为12v的磷酸锂铁电池，6块电池组成1个电池组，电动自行车电池内嵌于车体内部座椅下方的金属方形安装框架中，并使用金属卡扣固定。

6、作为本发明所述的电动自行车电池智能管理方法的一种优选方案，其中：所述车前人机交互系统以及云平台管理系统包括车前人机交互系统基于win10操作系统，使用easybuilder8000编译，触摸屏向微控制器发出数据请求指令，微控制器对指令进行校验，校验通过后向触摸屏发送电池电压、电流以及温度的数据。

7、云平台管理系统包括设备层、云平台以及web应用程序，设备层为电池组和电池管理系统bms，云平台与web服务器采用api接口交互，web服务器通过web界面显示云平台数据，web应用程序中包含服务器、数据库、脚本语言以及web显示界面。

8、web应用程序开发模式采用b/s架构，采用apache服务器，与云平台进行信息交互，使用mysql数据库，接受和处理用户在web显示界面中输入的信息并储存在数据库中，使用php脚本语言进行服务器编程，使用thinkphp框架，采用mvc软件架构进行开发，web显示界面包括登录界面、用户中心界面、监控以及报警界面。

9、云平台后台管理系统中，电动管理系统bms通过4g模块，使用modbus-rtu协议传至云端，云端与服务器采用api接口进行交互。

10、作为本发明所述的电动自行车电池智能管理方法的一种优选方案，其中：所述进行实时监测电池组数据和故障报警包括车前人机交互系统对电池组均衡状态进行评估，计算电池组的均衡度量ebalance表示为：

11、

12、其中，n为电池组中的电池数量，ui为第i个电池的电压，ii为第i个电池的电流，ti为第i个电池的温度，f(δcycle)为电池组实时充放电自适应函数，g(δcycle)为组电池历史充放电自适应函数。

13、当出现异常情况时车前人机交互系统进行报警并启动保护电路，异常情况包括过压、过流、过温以及低电量。

14、当电压高于锂电池额定电压的10％时，系统判定为过压，当电流高于锂电池额定电压的10％时，系统判定为过流，当温度高于45摄氏度时系统判定为过温，当电量低于锂电池额定容量的10％时判定为低电量。

15、当系统排除异常情况时，基于电池组的均衡度量ebalance对电池电压进行均衡直至压差小于3v。

16、作为本发明所述的电动自行车电池智能管理方法的一种优选方案，其中：所述进行实时监测电池组数据和故障报警还包括基于电池历史充放电自适应函数g(δcycle)对异常情况进行分辨，电池组历史充放电自适应函数g(δcycle)表示为：

17、

18、其中，ω1为电池组电压权重系数，v为电池组电压，ω2为电池组电流权重系数，i为电池组电流，ω3为电池组温度权重系数，t为电池组温度，ω4为电池组剩余电量权重系数，s为电池组剩余电量。

19、当电池组历史充放电自适应函数值大于0.8时，异常情况为电池组本身硬件出现损坏，通过更换电池组进行异常情况排除，持续进行故障报警直至异常情况排除。

20、当电池组历史充放电自适应函数值小于0.8大于0.5时，异常情况为电池组本身硬件出现损坏或因环境因素导致故障报警，故障报警持续五分钟后停止报警，重新对电池组均衡状态进行评估并计算电池组的均衡度量ebalance，并进行电压均衡处理，重新计算电池组历史充放电自适应函数值。

21、当电池组历史充放电自适应函数值小于0.5时，异常情况为临时故障，故障报警持续10秒后停止报警，将报警日志上传至云平台管理系统进行登记。

22、作为本发明所述的电动自行车电池智能管理方法的一种优选方案，其中：所述数据库进行管理包括将实时监测的电池组数据和故障报警信息反馈给数据库，用户通过至云平台管理系统和电池管理系统bms进行管理，记录电池组数据以及故障报警内容。

23、本发明的另外一个目的是提供一种电动自行车电池智能管理系统，其能通过基于车前人机交互系统以及云平台管理系统，进行实时监测电池组数据和故障报警，解决了目前的电动自行车电池充放电含有时效性低的问题。

24、作为本发明所述的电动自行车电池智能管理系统的一种优选方案，其中：包括电池管理模块，监测报警模块，信息反馈模块；所述电池管理模块用于通过电池管理系统bms，采集实时电池组数据，进行电池组的电路保护与控制；所述监测报警模块用于基于车前人机交互系统以及云平台管理系统，进行实时监测电池组数据和故障报警；所述信息反馈模块用于将实时监测的电池组数据和故障报警信息反馈给数据库，用户通过至云平台管理系统和电池管理系统bms进行管理，记录电池组数据以及故障报警内容。

25、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序是实现电动自行车电池智能管理方法的步骤。

26、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现电动自行车电池智能管理方法的步骤。

27、本发明的有益效果：本发明提供的电动自行车电池智能管理方法通过电池管理系统bms，采集实时电池组数据，进行电池组的电路保护与控制，确保电池组在各种工作条件下都能安全可靠地运行，提高了整个系统的稳定性和可靠性；通过均衡状态评估，计算ebalance指标来了解电池单体的电压均衡情况，同时，该系统检测异常情况，如过压、过流、过温和低电量，并在出现异常时报警并启动保护机制，电池均衡控制确保电池单体的电压均匀，以提高电池组性能和寿命；通过数据库管理，建立历史数据，分析电池组的长期性能，为改进设计、提高电池组效率提供依据，并为车辆的维护提供了便利，提高了维护效率，本发明在稳定性、时效性以及效率方面都取得更加良好的效果。