一種電動摩託車電池管理系統的製作方法

2023-04-26 09:31:26 1

專利名稱：一種電動摩託車電池管理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電池組的管理裝置，尤其涉及一種電動摩託車電池管理系統。
背景技術：
現有的電動摩託車中的電池都l又有一組主電池，因此電動摩託車對電池的 管理系統很簡單。
一般的，電動摩託車的車頭錶盤處有一個指示電池組的電壓
的電壓表；以及一個速度表，該速度表採樣在車輪上的發電繞組的電壓來指示 摩託車的運行速度。當電動摩託車有多組主電池時，現有的電動摩託車電池管 理系統便不能有效管理電池。比如，電池在充電的同時也供電給摩託車電機， 這樣會存在安全隱患。

實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種電動摩託車電池管理系統，旨在解決現有 技術下，電動摩託車的電池沒有得到有效管理的問題。
本實用新型是這樣實現的， 一種電動摩託車電池管理系統，所述電動摩託 車電池管理系統包括含有多個用於裝入電池的電池槽，所述電池槽有與裝入 電池匹配的接口並將電池電源提供給電動摩託車；
與所述電池槽的接口中的通信接口及控制接口連接的主控制模塊，用於在 摩託車啟動後通過通信接口讀取電池的信息，然後根據電池的信息選擇其中一 個電池作為電源輸出，和將其它電池置於無電壓輸出且不能被充電狀態；及與主控制模塊連接的顯示模塊，用於顯示主控制模塊獲取到的電池信息。
本實用新型的有益效果是，電動摩託車電池管理系統管理裝入的電池，在
摩託車啟動後使裝入的電池中只有一個電池輸出電壓，並且將其它電池置於無
電壓輸出也不能被充電狀態。這樣使多個電池在摩託車啟動後只有一個電池輸
出電壓， 卩芻泉


圖1是本實用新型實施例提供的一種電動摩託車電池管理系統的電路結構
圖2是本實用新型實施例提供的一種電動摩託車電池管理系統中主控制模 塊的電路結構圖3是本實用新型實施例提供的一種主控制模塊中充電識別電路的具體結 構圖4是本實用新型實施例^是供的一種電動摩託車電池管理系統中鉛酸電池 管理模塊的電路結構圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖 及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體 實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
在本實用新型中，電動摩託車電池管理系統在啟動後，通過主控制模塊獲 取裝入電池信息，然後根據電池信息選擇其中一個電池輸出電壓並將其它電池置於無電壓輸出且不能被充電狀態。從而使多個裝入電池有序地輸出電壓，並且避免了電池間相互充電而產生的安全隱患。
圖1示出了本實用新型實施例提供的一種電動摩託車電池管理系統的電路
結構。在本實用新型實施例中的電動摩託車電池管理系統的電池槽6可以裝入4個電池。電池槽6設有與裝入電池匹配的接口；電池槽6的控制接口和通信接口連接到主控制模塊1,主控制模塊1通過電池槽6的通信接口獲取裝入的電池信息，並通過電池槽6的控制接口控制電池的工作狀態；主控制模塊1還連接顯示模塊4，以將電池等信息顯示給用戶。
在電動摩託車啟動後，主控制模塊1通過電池槽6的通信接口獲取電池信息，然後根據獲取的電池信息選取其中一個電池輸出電壓，通過電池槽的控制接口控制選中的電池輸出電壓並控制其它電池無電壓輸出和將電池全置於不能充電的狀態。從而實現控制裝入的電池有序輸出電壓，和避免了電池間相互充電而引起的安全隱患。
本領域的技術人員可以理解，主控制模塊1對電池的選擇可以是用預先設置好的任意方法對裝入電池進行選擇；如可以根據電池的溫度信息在摩託車啟動時選擇當前溫度最低的電池作為輸出電壓的電池，直到該電池消耗完後再選擇另 一個溫度最低的電池作為輸出電壓的電池，這樣方便控制電池槽中電池的溫度；也可以根據電池的電壓信息選擇當前電壓最低且未消耗完成的電池作為輸出電壓的電池，方便逐個將電池消耗完成。主控制模塊還連接到顯示模塊4，以顯示電池的電壓、溫度和類型等信息，顯示模塊4可以顯示電池的電壓、溫度和類型等信息中一種信息或者多種信息。用戶可以通過顯示模塊4 了解電池信息，可以更加靈活健康地使用電池。
主控制模塊1還連接至電機的霍爾信號線2;所述主控制模塊1根據霍爾信號線2上的電壓脈衝數計算出摩託車車輪轉動的圈悽t,在根據車輪轉動的圈數和預先輸入的車輪的半徑或周長從而計算出摩託車的運行速度和或行駛路程並
由顯示模塊4輸出。 一般的6相無刷電機每轉動一圈，霍爾接口會輸出10個脈衝。因此，主控制模塊1對霍爾信號線2上的脈衝寬度進行測量及脈沖進行計數，再通過計算就可獲得運行速度及行走裡程信息。
主控制模塊1還連接電機控制器的開關信號端，電機控制器根據主控制模塊輸出的信號控制摩託車電機與電源的連接或斷開。具體如下所述。
主控制模塊1還連接電池充電埠 8。主控制模塊1根據讀取的電池信息或者用戶預先設置決定先進行充電的電池，在充電器連接上電池充電接口對電池充電時，輸出需要充電的電池的類型給充電器。充電器根據電池的類型通過電池充電埠 8輸出匹配的電壓以給對應電池充電。
電動摩託車電池管理系統還包括模式選擇開關5，用於將電池的控制模式在主控制模塊控制和手動控制開關控制之間進行切換。這樣可以在主模塊的微處理器軟體工作異常時，應急切換到手動控制開關控制，使用手動控制開關選擇合適的電池給摩託車供電。手動控制開關模式優先級高於主控制模塊控制自動
模式，切換到手動控制開關模式後，電動摩託車便按照手動控制開關模式運行。電動摩託車電池管理系統的電池槽可以是裝鋰電池的電池槽與裝鉛酸電池
的電池槽的組合。鋰電池內置有電量管理電路及安全保護電路，主控制模塊可
以直接讀取鋰電池信息及執行相關控制，所以裝鋰電池的電池槽只需要配置與
鋰電池匹配的接口就可以實現對電池的管理。電動摩託車電池管理系統使用鉛
酸電池可以節省成本，但是鉛酸電池沒有保護及電量管理電路，因此需要在電
池槽內增加鉛酸電池管理模塊，使其具有與鋰電池一樣的輸出接口與電量管理、
控制等功能，這樣主控制模塊1才能對電池進行統一的管理。鉛酸電池管理模塊的具體電^各可以如下所述。
電動摩託車電池管理系統包括有裝鉛酸電池的電池槽時，可以還包括鉛酸電池充電模塊19,用於當輸出電源為鋰電池組且鋰電池組容量大於預定值時，
主控制模塊控制該鉛酸電池充電模塊19工作，把鋰電池的輸出電壓進行隔離升
降壓及限流後，對鉛酸電池充電。
當4皮選用的一組電池組是鋰電池組，且該電池組的容量大於預定值時(通
常設為10%),主控制模塊啟動鉛酸電池充電模塊19對鉛酸電池組進行充電。鉛酸電池充電模塊19的電源輸入端IN+和IN-從摩託車電源線P+和P-獲取電源；鉛酸電池充電模塊19的輸出充電電壓端"OUT+"和"OUT-"連接至鉛酸電池輸入接口 11。鉛酸電池充電模塊19有兩個控制端C一EN及C—DIS。當控制端CLEN有效及控制端C—DIS無效時，鉛酸電池充電模塊19啟動。當主控制模塊選用的電池是鋰電池，且該鋰電池容量大於10%時，主控制模塊1設置控制端C—EN為有效，而此時鉛酸電池組未被選用，使能端EN4無效，符合鉛酸電池充電模塊19的控制端C一EN有效及控制端C—DIS無效的啟動條件，鉛酸電池充電模塊的電路工作。若電動摩託車電源線P+和P-的電壓大於鉛酸電池的電壓，鉛酸電池充電模塊19工作在降壓模式；若電動摩託車電源線P+和P-的電壓小於鉛酸電池的電壓，鉛酸電池充電模塊19工作在升壓模式，從而使鉛酸電池充電模塊19的充電輸出電壓及電流為一個定值。如對於48V的鉛酸電池， 一般輸出為60V/1A。鉛酸電池充電模塊19的控制端C一EN無效或控制端C—DIS有效時鉛酸電池充電模塊19均會被禁止工作。也即在所選擇輸出電壓的鋰電池組使用至容量小於10%時，主控制模塊1設置C一EN信號為無效，從而使鉛酸電池充電模塊19被禁止工作；以及在鉛酸電池組被選用時，EN4信號有效，從而使鉛酸電池充電模塊19被禁止工作。當鉛酸電池充電模塊19被禁止工作時，其輸入及輸出端電量消耗很小，不會對其輸入端的摩託車電源線P+和P-及其輸出端的鉛酸電池有影響。
本領域的技術人員可以理解，鉛酸電池充電模塊19的具體電路實現可以是在進行電壓隔離後先進行升降電壓電路選擇，升降電壓電路選擇的具體實現可
開升壓電路，降壓電路的降壓幅度也可以是由分壓電阻進行比例控制；當電池輸出電壓小於鉛酸電池的電壓且大於預定值時進入開通升壓模式並斷開降壓電路，升壓電路的升壓幅度也可以是由分壓電阻進行控制；在將電池輸出電壓進行升壓或降壓之後再進入限流電路，最後輸出給鉛酸電池充電。當然具體的電路實現可以是其它任意種,只要能實現鉛酸電池充電模塊19的功能即可。
設置按鍵模塊3可以設有3個按鍵設置/切換、上調、下調，用於設置摩託車車輪周長及切換LCD顯示的內容。設置/切換鍵長按5秒，會進入或退出設置狀態；短按設置/切換鍵，LCD顯示屏4顯示的內容在剩餘裡程、速度、已行裡程、電池電量之間切換等。進入設置狀態後，設置/切換鍵長按5秒會退出設置狀態，短按設置鍵可以在周長設置及單位設置兩種設置狀態間切換。在單位設置狀態下，上調與下調按鍵可以切換LCD顯示屏4顯示的單位；在周長設置狀態下，上調與下調按鍵可以增加、減小車輪周長。車輪周長設置準確後，主控制模塊1就可以通過電機霍爾信號接口 2得知電機轉動的圏數，再根據已設置的車輪周長，就可以計算出電動摩託車行走的速度及裡程。當LCD顯示屏4顯示已行裡程時，長按下調鍵可以將已行裡程清零，方便用戶測量下一個路段的裡程；當LCD顯示屏4顯示的是電池電量時，按上調或下調鍵，可以顯示上一組或下 一組電池的電量信息。
模式選擇開關5用於選擇管理系統的工作模式。在本實用新型實施例中設有5種工作模式自動、手動選擇電池l、手動選擇電池2、手動選擇電池3、手動選擇電池4。當使用自動模式時，主控制模塊(1 )會根據當前每組電池的信息，自動選擇一組電池作為輸出，當前電池因容量耗盡或異常等不可使用時，自動切換到下一組電池。當選擇手動模式時，主控制模塊會以指定的電池作為輸出，被選擇的電池電量耗盡等不可用時，不會自動切換到下一組電池。手動模式主要用於當主控制模塊的單片機軟體失效時，仍可通過人工選擇的方式，使摩託車工作。模式選擇部分由硬體電路實現，手動模式優先於自動模式。
電池槽6中的所有電池電壓輸出端子並聯連接電機控制器7的電源輸入端P+與p_。電池槽6的電池連接埠的通訊電源線與地線分別連接至主控制模塊1輸出的+5V與GND埠；各電池連才妄的通訊端"D1" 、 "D2" 、 "D3" 、 "D4"與使能端"EN1" 、 "EN2" 、 "EN3" 、 "EN4"分別與主控制模塊的對應的通信端和使能端。主控制模塊1初始上電時，會將所有的使能端設為無效，所有電池均不可以充放電，同時主控制模塊1輸出+5V與GND電源至每個電池連接埠，使電池內部通訊部分線路工作。然後主控制才莫塊1通過通信埠定時與各個電池槽內的電池通訊，讀取電池的信息，並對信息進行處理， 一般每秒鐘會與每一個電池進行兩次通訊。主控制模塊1會才艮據一定的優先權算法，選用其中一個可用的電池。主控制模塊1通過使能埠把選中的電池設為有效。
被使能的電池輸出電壓至電機控制器7，用於摩託車供電。當使用中的電池被取出時，主控制模塊1與該電池槽位置不能通訊，主控制模塊1即可識別電池被取出；同理，電池槽有新電池插入時，主控制模塊1亦會即時檢測到電池插入。圖2示出了本實用新型實施例提供的一種電動摩託車的主控制模塊的電路結構。本領域的技術人員可以理解，該電路結構只是主控制模塊的一種實施電路，主控制模塊還可以使用其它等效的電路替代實現。以下簡單說明電路中各模塊的功能與工作流程。
模塊18是微處理器(Micro Process Unit,簡稱MCU)l,主要用於信息管理與電池通訊、檢測速度信號、設置充電ID電阻、設置車輪周長及顯示等功能，並與模塊12即微處理器2通訊，傳送電池的信息。模塊14即數據選擇器2由孩i處理器1分時接通電池組1至電池組4的通訊線Dl-D4，與每一組電池通訊。
微處理器2主要實現電池切換執行根據微處理器1發送的信息，控制使能信號是否有效，來實現電池的切換使用。多路復用器(multiplexer) 13, BCD解碼器15及與非門集成電路16組成可靠，快速的電池切換電路。該電路從硬體上保證任一時刻，只有一組電池被選中，避免不同電壓的電池同時輸出，在電池間相互充電的情形。BCD解碼器15的輸出埠 "Ql" 、 "Q2" 、 "Q4"和"Q8"連接至與非門集成電路的輸入埠 "B1" 、 "B2" 、 "B3"和"B4"。切換電路手動模式優先於自動模式當模式選擇開關5撥至自動檔時，"Q0"腳輸出低電平，BCD解碼器15輸出均為高電平，此時，BCD解碼器15對與非門集成電路16的輸出無影響。"Q0"為低電平使能數據選擇器13,與非門集成電路16的輸出取決於由微處理器2控制的數據選擇器13。如數據選擇器13的"XI"為低電平時，與與非門集成電路16的輸出端連接的使能輸出"EN1"有效。當模式選擇開關5撥至"手動1"時，BCD解碼器15的"Q0" 、 "Q2"、"Q4" "Q8，，輸出高電平，"Q1"腳輸出低電平。"Q0"輸出高電平，禁止數據選擇器13工作，數據選擇器13的輸出埠 "XI"至"X4"均輸出高電平，數據選擇器13對與非門集成電路16的輸出無影響，與非門集成電路16的輸出取決於BCD解碼器15的輸出狀態。
圖3示出了本實用新型實施例提供的一種主控制模塊中的充電識別電路的具體結構。
充電埠 8為充電器接入埠，包括有充電正極"CH+",充電負極"CH-，，及識別端子ID。充電器連接到充電接口後，識別端子ID在上電後相對"CH-"端為+5V電壓串接UK歐姆的電阻，CHG信號受充電器輸入ID端控制，當充電器輸入ID端為高電平時，CHG為低電平；當充電器的輸入ID端為低電平時，CHG為高電平。主控制模塊1通過檢測的CHG信號，可得知電池是否在充電。充電器的ID信號亦控制電機控制器7的開關信號，當充電器ID端有電壓時，控制主控制模塊1的輸出端ON/OFF與電機控制器的P+端斷開，電機控制器7的ON/OFF信號輸入端變成低電壓，電機控制器7處於停止狀態，不可以行車；當充電器與充電埠斷開連接時，ID端無電壓，控制主控制模塊1的"ON/OFF"與"P+"接通，電機控制器7 "ON/OFF"為"P+"高電壓，電機控制器7可以正常工作。當主控制模塊l檢測到有充電器連接時，會在LCD顯示屏4上顯示充電的標誌，表示正在充電。主控制模塊1根據電池的狀態決定要對其中一組電池充電。^f叚i殳A類型電池對應的ID電阻為圖3中的RJD1, B類型電池對應的ID電阻為R_ID2, C類型電池對應的ID電阻為R—ID3;如要對電池槽中的A類型電池組充電，主控制模塊1會先將圖3中的"IDCONl"設為高電平，使"Qr導通；"IDCON2"及"IDCON3"設為低電平，使"Q2" 、 "Q3"截止，使R—IDI電阻接到充電埠的CH-及ID端，供充電器4企測；然後，將使能端ENl設為高電平選中該電池使該電池可以充電。在充電器未檢測到ID電阻或ID阻值不在範圍時，不輸出充電電壓，R一ID1淨皮選用時，充電器^r測到R—IDI,隨即會輸出與A類型電池匹配的充電電壓給電池充電。同理，對B類型或C類型的電池充電，主控制模塊1會設置ID電阻為R—ID2或R—ID3，再將相應位置的使能端設為高電平，對相應電池槽的電池充電。主控制模塊1與鉛酸電池組進行通訊與控制時，要通過鉛酸電池管理模塊 IO來實現。圖4示出了本實用新型實施例提供的一種電動摩託車電池管理系統
中鉛酸電池管理模塊的電路結構。這裡將電池槽的B4位置作為鉛酸電池的電池槽。
鉛酸電池的正極先連接至電池槽6上的鉛酸電池輸入接口 11的正極，再分 別連接至電池槽B4的正端P4+;鉛酸電池的負極先連接至鉛酸電池組輸入接口 ll的負極，再連接至電流採樣電阻"RS",接著連接至功率場效應管10—2，最 後連接至電池槽B4的負端P4-。電流釆樣電阻"RS，，採集鉛酸電池組的充放電 電流，分壓電阻"R3"與"R4"採集鉛酸電池組的電壓，電量管理電路模塊10—5 對採集的充放電電流進行累積，結合電池組的電壓，即可獲得鉛酸電池的剩餘 電量信息。主控制模塊1通過電池槽B4的通信埠 D4及數字隔離電路模塊10—6 與電量管理電路模塊10_5進行通訊，獲取鉛酸電池的電量等信息。在主控制模 塊1未工作時，電量管理電路模塊10—5處於低功耗模式，低功耗穩壓電路10_1 給電量管理電路模塊10_5供電，以保持電量數據不丟失。當主控制模塊l與鉛 酸電池進行通訊或選用鉛酸電池作為輸出時，電量管理電路模塊10—5的功耗增 加，低功耗穩壓電路10—1提供的能源不足，電量管理電路模塊10—5改由穩壓 電路10—3供電。穩壓電路10—3是通過"0P1"電路和"D1"元件或"0P2"電 路和"D2"元件連接至鉛酸電池正極獲得電源。當主控制模塊1工作或選中鉛 酸電池作為輸出時，穩壓電路10—3均會得電工作。穩壓電路10_3同時給數字 隔離電路模塊10_6的VCC1端和VCC2端供電。數字隔離電路模塊10—6實現 當場效應管10一2不導通時通訊地電平的轉換，使得通訊可以正常進行。主控制 模塊1把電池槽B4的使能埠 EN4設置成高電壓時，"0P1"電鴻蕃通，鉛酸 電池正極通過電阻R2、 二極體D5和D6"給場效應管10—2提供驅動電壓，場
13效應管10—2導通，鉛酸電池可以充;^文電。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型， 凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應 包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1、一種電動摩託車電池管理系統，其特徵在於，所述電動摩託車電池管理系統包括含有多個用於裝入電池的電池槽，所述電池槽有與裝入電池匹配的接口並將電池電源提供給電動摩託車；與所述電池槽的接口中的通信接口及控制接口連接的主控制模塊，用於在摩託車啟動後通過通信接口讀取電池信息，然後根據電池的信息選擇其中一個電池作為電源輸出，和將其它電池置於無電壓輸出且不能被充電狀態；及與主控制模塊連接的顯示模塊，用於顯示主控制模塊獲取到的電池信息。
2、 如權利要求1所述的電動摩託車電池管理系統，其特徵在於，所述主控 制模塊還連接至電機的霍爾信號線；所述主控制模塊根據霍爾信號線上的電壓 脈沖數計算出摩託車車輪轉動的圈數，再根據車輪轉動的圏數和預置的車輪的 半徑或周長計算出摩託車的運行速度和或行駛路程並由顯示模塊輸出。
3、 如權利要求1所述的電動摩託車電池管理系統，其特徵在於，所述電動 摩託車電池管理系統還包括開關信號埠與主控制模塊連接的電機控制器， 所述電機控制器還連接輸出電源和摩託車電機,由主控制模塊的指令控制電機控 制器運轉摩託車電機。
4、 如權利要求1所述的電動摩託車電池管理系統，其特徵在於，所述主控 制模塊還連接電池充電埠 ，所述電池充電埠用於將經所述主控制模塊選定 並使能的需要充電的電池的類型輸出給接入電池充電埠的充電器，充電器再 才艮據所述電池的類型通過電池充電埠輸出電壓給對應電池充電。
5、 如權利要求1所述的電動摩託車電池管理系統，其特徵在於，所述電動 摩託車電池管理系統還包括有模式選擇開關，用於將電池的控制模式在主控制 模塊控制和手動控制開關控制之間進行切換。
6、 如權利要求1所述的電動摩託車電池管理系統，其特徵在於，所述電池槽包括裝鋰電池的電池槽和或裝鉛酸電池的電池槽；所述裝鉛酸電池的電池槽 配有鉛酸電池管理模塊，用於配合主控制模塊對鉛酸電池進行管理。
7、 如權利要求6所述的電動摩託車電池管理系統，其特徵在於，所述裝鉛 酸電池的電池槽還配有鉛酸電池充電才莫塊，用於當輸出電源為鋰電池且鋰電池 的電量大於預定值時，由主控制模塊使能後把輸出電壓進行隔離升降壓及限流， 以對鉛酸電池充電。
8、 如權利要求1所述的電動摩託車電池管理系統，其特徵在於，所述主控 制模塊還連接設置按鍵模塊，用於設置和或切換所述顯示模塊所顯示的內容。
專利摘要本實用新型涉及電池組的管理裝置，提供了一種電動摩託車電池管理系統。所述電動摩託車電池管理系統包括含有多個用於裝入電池的電池槽，所述電池槽有與裝入電池匹配的接口並將電池電源提供給電動摩託車；與所述電池槽的接口中的通信接口及控制接口連接的主控制模塊，用於在摩託車啟動後通過通信接口讀取電池的信息，然後根據電池的信息選擇其中一個電池作為電源輸出，和將其它電池置於無電壓輸出且不能被充電狀態；及與主控制模塊連接的顯示模塊，用於顯示主控制模塊獲取到的電池信息。上述電動摩託車電池管理系統實現對裝入摩託車的多個電池進行管理，並避免了電池同時輸出電壓而產生的安全隱患。
文檔編號B60K1/04GK201414015SQ200920131969
公開日2010年2月24日 申請日期2009年5月20日 優先權日2009年5月20日
發明者智 李, 董超祺 申請人:常德毅力能源有限公司