電動自行車電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀的製作方法

2023-05-15 18:31:46

專利名稱：電動自行車電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於電動自行車的技術領域，是電子技術在電動自行車動力電池管理領域中的應用，涉及一種電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀。
背景技術：
電動自行車作為綠色交通工具，得到人們的廣泛使用。作為電動自行車的動力，電 池被大量使用，因此推動了電池的銷售與使用。但是由於技術的原因，對動力電池的售後 一般採用按時間(18個月)保修的政策，這種方式存在著弊端。比如某些用戶只是將電動 助力車作為短途代步工具，平時使用裡程較少，質保期內，其電池損耗非常少；而有些用戶 用電動助力車跑業務，如送快遞、送餐等，這些用戶的電動助力車常年累月的處於高負荷狀 態，電池極易損壞，這些用戶往往能夠在質保期內更換數次電池。這樣的質保政策保證了一 些不該享受超量質保的用戶的不正常服務，消弱了該享受正當質保的用戶的權益，也使得 銷售廠商需要為一些不合理的售後提供服務。因此，如何正確有效地估算電池使用程度，以 此為標準進行電池的售後服務，成為一個急需解決的問題。國內有關電動自行車電池充放電記錄、循環壽命測試的報導較多，分別具有不 同的特點，鄭霖(佛山市順德區順達電腦廠有限公司).電池放電時間記錄儀及方法.CN 101192689，2008-06-04,文獻公開了佛山市順德區順達電腦廠有限公司發明的一種電池放 電時間記錄的方法，該方法包括下述步驟預設電池放電結束電壓值；量測並開始記錄電 池放電時間，並予以顯示；採集電池放電時的電壓；傳送採集的電池放電時的電壓值及電 池放電時間至計算機；判斷預設的電池放電結束電壓值與自電池處讀取的放電之電壓值是 否相等，如果相等，則結束對電池放電時間的量測；如果預設的電池放電結束電壓值與自 電池處讀取的放電之電壓值不相等，則繼續對電池放電進行量測直至電池電壓放電完畢為 止。通過該發明可很方便的對電池的放電情況進行量測，且可直觀的觀察到電池的放電時 間，具有很好的實用價值。於江仁，王檀桂(浙江億源光電科技有限公司).一種電動自行車蓄電池電量顯示 系統.CN 200986955，2007-12-05，公開了浙江億源光電科技有限公司發明的一種電動自行 車蓄電池電量顯示系統，包括蓄電池，蓄電池上連接有電流採樣模塊，電流採樣模塊上連接 有電源管理晶片，電源管理晶片連通顯示模塊；電源管理晶片上設有用電量寄存器和剩餘 電量寄存器；剩餘電量寄存器計數的剩餘電量參數通過顯示模塊顯示。該系統能準確顯示 電動車蓄電池內的剩餘電量，可以廣泛適用於電動自行車行業。李小龍(華為技術有限公司).記錄電池工作信息的方法、電池及其電子產品與充 電器.CN 1858805，2006-11-08，公開了華為技術有限公司發明的一種記錄充電式電池工作 信息的方法、電池及其應用的電子產品及充電器，主要是通過在電子產品內設置至少一個 用於記錄充電式電池工作信息的記錄器，該記錄器記錄充電式電池的充電次數、充電時長 等與充電式電池相關的工作信息，通過查詢記錄器記錄的數值，可以確定充電式電池的工 作信息。通過該發明能較容易判斷電池是否到達使用壽命的期限或真正存在問題以及是由用戶的使用習慣所導致電池出現問題。江顯燦.一種電動自行車的電池電量檢測裝置.CN 2906637，2007-05-30，公開了 一種電動自行車的電池電量檢測裝置，包括電流檢測電路，與電池一極相連，其輸出端連 接乘法器；電壓檢測電路，接在乘法器與電池正極之間；時鐘發生器，與乘法器和累加器相 連接，為乘法器和累加器提供時鐘信號；乘法器，將電壓檢測電路測出的電壓值、電流檢測 電路測出的電流值以及時鐘發生器產生的時間間隔值三者進行相乘，乘積的輸出端連接累 加器；累加器，每隔一個時間間隔值將乘法器輸出的乘積累加，其結果由輸出端發送到顯 示 單元；電流方向檢測器，與電池一極相連，其輸出端連接累加器，用於控制累加器對當前數 據進行加或減的運算。該電池電量檢測裝置能正確的顯示電池電量，讓使用者準確的掌握 電動自行車的可工作時間。http://www.hzdk.com/ ？ action-viewnews-itemid_34 杭州得康蓄電池修復儀 有限公司「循環壽命測試儀DK36. 」報導了杭州得康蓄電池修復儀有限公司的蓄電池循環 壽命測試儀，適用於蓄電池組合性能測試，包括容量、循環壽命、充放電特性等。產品特點 運用單片機智能控制及精密測控技術；採用友好的中文液晶界面，便於人機對話；多種充、 放電工作流程可供選擇；循環次數及採樣間隔可靈活設置；具有列印功能和U盤數據接口。上海威銘電子機械設備有限公司.蓄電池電性能測試儀(循環壽命試驗機)， http //www. cps800. com/products/3078. htm報導了上海威銘電子機械設備有限公司的蓄 電池電性能測試儀(循環壽命試驗機)，適用於各種類型單個電池或蓄電池組的綜合性能 測試及壽命測試。對各種蓄電池和蓄電池(組)檢測電池容量、充電放電循環壽命、充電接 受能力、恆電壓限電流充電、恆電流充電，恆電流放電。林志琦，張訕通(長春工業大學).二次電池循環壽命檢測儀.電池，2008， 38(4) :244-246報導了長春工業大學設計了二次電池循環壽命檢測儀。檢測儀以單片機 C8051F320為核心，可對電池進行恆流充放電，通過測量端電壓，實現充放電的轉換，並實時 記錄、分析電壓信息，畫出放電曲線，對電池的循環壽命進行自動測試。綜上所述，國內未見使用片上系統技術、軟體控制和管理技術、硬體和軟體抗幹擾 技術以及數字顯示等技術研製開發的一種電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功 能記錄儀的文獻報導。

發明內容
本發明的目的是設計一種且造價低廉，具有較強的實用價值的電動自行車電子數 顯充放電循環累計多功能記錄儀，本發明的的核心內容是記錄電池的充放電循環次數、過 放次數和累計放電總量。為了達到本發明的目的提供一種電動自行車電子數顯充放電循環累計多功能記 錄儀，其特徵在於在記錄儀內部設置信號預處理、穩壓電路、實時鐘電路、單片機處理器、 LCD顯示電路、RS232電平轉換電路，其中單片機內部集成有AD轉換電路、存儲器、串行通訊 口。記錄儀與外部的電動自行車動力電池、控制器連接，也可以和PC機進行通訊。電動自行車的電池一般電壓為36V或者48V，不能直接供給記錄儀使用。穩壓電路 將電動自行車的電池提供的36V或48V電壓降壓至5V，提供給整個記錄儀使用。一般的電 動車電路包括有電池和控制器，記錄儀在原有的電路中取出電壓和電流信號。電壓電流信號進入信號預處理部分，通過3個電阻分壓輸入到運算放大器的輸入端。運算放大器將微 弱的電壓信號放大到O 5V之間。處理完的電壓進入到單片機處理器所包含的AD轉換器 中，AD轉換器在單片機處理器的控制下，每隔固定的時間間隔，將電壓信號變換為相應的數 據。單片機處理器按照一定的格式將數據存入Flash存儲器。實時鐘電路提供給單片機處 理器時間信息，單片機處理器可以按照設定的時間間隔進行數據轉換。LCD顯示電路將實時 的電壓電流信息及經過單片機處理器運算得到的電池容量值等顯示出來。串口可以連接記 錄儀與PC機，可以實時的將記錄儀保存的記錄發送給PC機。由於PC機串口電平與單片機 處理器串口電平不一致，所以在設計的時候通過電平轉換電路實現兩方的電平轉換。所述的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其特徵在於所述 的單片機的串口電平為TTL電平，PC機串口用的是RS232接口。
所述的電動自行車電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其特徵在於所述的單 片機處理器是基於片上系統的單片機。所述的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其特徵在於信號 預處理器由電阻分壓網絡和運算放大器組成。所述的電動自行車電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其特徵在於實時鐘電 路由外置晶振和實時鐘晶片組成。所述的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其特徵在於LCD 顯示電路由標準的HD44780兼容的液晶顯示模塊和背光碟機動電路組成。本發明的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀的主要技術特 點在於①通過電池放電電流的積分得到累計放電電量，計算電池剩餘容量，比對預存的 電池容量值，計算電池充放電循環次數，並計算電池過放電次數。②記錄儀的數據可通過 RS232接口傳送給PC機。③使用ST公司的UPSD32XX系列晶片，保存實時測量的電流值，用 於電池使用狀態分析。④LCD顯示電池剩餘電量；充放電循環累計次數(可切換)；過放 電次數(可切換)；實時時鐘；日曆(可切換)；電量過低報警(蜂鳴)；累計放電電量。本 發明的的核心內容是記錄電池的充放電循環次數、過放次數和累計放電總量。記錄儀的電源部分由電動電池供電。同時動力電池部分的電流電壓信號接入系 統，電流電壓信號，經過信號預處理及變換電路變換為適當的輸入信號，再經過AD轉換電 路變換為相應的數位訊號。記錄儀的CPU按照一定的時間間隔(如1秒)從AD轉換器中 讀取數據，該數據經CPU轉換為實際的電流電壓值後，按照固定格式存入存儲器。記錄滿60 條後，CPU將數據進行匯總，計算前段時間電動車放電的電量和充入的電量，然後記錄儀取 出存儲器中的剩餘電量值和累計放電電量值，原有的剩餘電量值減去放電電量加上充入的 電量，計算得出新的剩餘電量，原有的累計放電電量加上放電電量得到新的累計放電電量。 當累計放電電量的計算值大於預先設定的一次充放電循環電量值時，充放電循環次數加1， 累計放電電量歸零。如果在使用過程中出現剩餘電量小於0時，記錄儀將會記錄一次異常 信息，表明電池經過過放的不當操作。充放電循環次數乘以預先設定的一次充放電循環電 量值即可得出累計放電總量，木發明的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記 錄儀解決了正確有效地估算電池使用程度，以此為標準進行電池的售後服務的問題。


圖1是本發明的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀組成框圖。圖2是本發明實施例的系統的信號預處理及變換結構圖。圖3是本發明實施例的系統的電平轉換電路結構圖。圖4是本發明實施例的系統的軟體功能框圖。圖5是本發明實施例的系統的實時鐘電路結構圖。
具體實施例方式圖1是本發明的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀組成框圖。圖2是本發明實施例的系統的信號預處理及變換結構圖。圖3是本發明實施例的系統 的電平轉換電路結構圖。圖4是本發明實施例的系統的軟體功能框圖。圖5是本發明實施 例的系統的實時鐘電路結構圖。如圖所示，本發明的電動自行車電池電子數顯充放電循環 累計多功能記錄儀在記錄儀內部設置信號預處理、穩壓電路、實時鐘電路、單片機、LCD顯示 電路、RS232電平轉換電路，其中單片機內部集成有AD轉換電路、存儲器、串行通訊口。記 錄儀與外部的電動自行車動力電池、控制器連接，也可以和PC機進行通訊。電動自行車的電池一般電壓為36V或者48V，不能直接供給記錄儀使用。穩壓電路 將電動自行車的電池提供的36V或48V電壓降壓至5V，提供給整個記錄儀使用。一般的電 動車電路包括有電池和控制器，記錄儀在原有的電路中取出電壓和電流信號。電壓電流信 號進入信號預處理部分，通過3個電阻分壓輸入到運算放大器的輸入端。運算放大器將微 弱的電壓信號放大到0 5V之間。處理完的電壓進入到單片機處理器所包含的AD轉換器 中，AD轉換器在單片機處理器的控制下，每隔固定的時間間隔，將電壓信號變換為相應的數 據。單片機處理器按照一定的格式將數據存入Flash存儲器。實時鐘電路提供給單片機處 理器時間信息，單片機處理器可以按照設定的時間間隔進行數據轉換。LCD顯示電路將實時 的電壓電流信息及經過單片機處理器運算得到的電池容量值等顯示出來。串口可以連接記 錄儀與PC機，可以實時的將記錄儀保存的記錄發送給PC機。由於PC機串口電平與單片機 處理器串口電平不一致，所以在設計的時候通過電平轉換電路實現兩方的電平轉換。其單片機的串口電平為TTL電平，PC機串口用的是RS232接口。其單片機處理器是基於片上系統的單片機。其信號預處理器由電阻分壓網絡和運算放大器組成。其實時鐘電路由外置晶振和實時鐘晶片組成。其IXD顯示電路由標準的HD44780兼容的液晶顯示模塊和背光碟機動電路組成。本設計的整體結構組成見圖1，其中電池、原控制器、PC機屬於設計外的部分。電 池是記錄儀的被檢測對象，同時也為記錄儀提供電源，電池經過穩壓電路給記錄儀供電，同 時電池的電壓信號、電流信號被取出，送入記錄儀的信號預處理部分。記錄儀記錄的各項數 據信息可以通過通訊埠傳給PC機。在記錄儀內部，電池的電壓、電流信號通過信號預處 理及變換電路處理後，進入單片機內部集成的AD轉換電路。實時鐘電路可以給系統提供詳 細的時間信息，單片機控制AD轉換器在特定的時間間隔(如1秒鐘)進行數據採樣。單片 機根據採樣的數據進行計算，得到實際的電壓、電流值，將數據保存到存儲器中。記錄儀每 隔一定的時間(如1分鐘)，會對採樣的數據進行計算，得出前一分鐘放電電量和充電電量，原有的剩餘電量值減去放電電量加上充入的電量計算得出新的剩餘電量，原有的累計放電電量加上放電電量得到新的累計放電電量，各項信息可送往LCD顯示。根據需要，記錄儀的 數據可傳送給PC機，單片機的串口電平為TTL電平，PC機串口用的是RS232接口，電路中 設計有一個電平轉換電路。硬體組成部分如下信號預處理電路的原理圖見附圖2。該電路按照附圖2接入 到電動車系統中。R13是一段康銅絲，電阻較小，對原來的電路影響很小，電池的電流流經 R13，根據U= I*R，R13上的壓降隨著電流的變化而變化，電壓通過運算放大器進行放大。 圖中R11、R12、R13串接在電源正極與地之間，R13較小，Rll、R12較大，同時Rll = R12，所 以運算放大器的反相輸入端(UlA的2腳)電壓U2 = 0. 5VCC+UE13,圖中R14、R15也是串接 在電源與地之間，同時R14 = R15，所以U3 = 0. 5VCC，由此可得運算放大器的第2腳與第3 腳之間的電壓差等於Um30 R7是運算放大器的反饋電阻，調整R7的阻值可以調整運算放大 器的放大倍數。運算放大器的輸出信號ADCO送入單片機內部集成的AD轉換器埠。圖中 C4、C5提高系統的抗幹擾性能。由於在動力系統中電池的電壓、電流信號變化較快，R8與 C3起到積分的作用，減少系統誤差。電平轉換電路如附圖3所示，採用的是通用的晶片max232，它將單片機輸出的TTL 電平信號轉換成RS232電平信號，使PC機能夠正常接收信息。LCD顯示電池剩餘電量；充放電循環累計次數(可切換)；過放電次數(可切 換)；實時鐘；日曆(可切換)；電量過低報警(蜂鳴)；累計放電電量。軟體包括以下部分系統初始化模塊、數據採樣解析模塊、數據匯總模塊、提示與 報警模塊、數據存儲模塊、通訊模塊。初始化模塊用於設定系統所需的各類原始信息，如電池容量、充電限制電壓、終止 電壓、額定電流、系統工作模式、初始電池剩餘容量、累計放電電量、最大循環次數、過充過 放次數等。數據採樣解析模塊用於控制AD轉換器進行模數轉換，計算得到實際數值，並將該 數值保存到存儲器中。數據匯總模塊將保存的數據進行匯總，得到相應時間段的放電電量和充電電量， 然後記錄儀取出存儲器中的剩餘電量值和累計放電電量值，原有的剩餘電量值減去放電電 量加上充入的電量計算得出新的剩餘電量，原有的累計放電電量加上放電電量得到新的累 計放電電量。當累計放電電量的計算值大於預先設定的一次充放電循環電量值時，充放電 循環次數加1，累計放電電量歸零。如果在使用過程中出現剩餘容量小於0時，記錄儀將會 記錄一次異常信息，表明電池經過過放的不當操作。本模塊也負責將相應的信息提供給提 示與報警模塊。通訊模塊是本系統與計算機進行通訊的橋梁，可以將數據傳給PC機。初始化模塊的工作流程如下讀取存儲器中的模式寄存器，如果顯示當前狀態為 初始化模式，進入設定，否則退出。設定狀態需要分別設定電池額定容量、充電限制電壓、終 止電壓、額定電流、系統工作模式、初始電池剩餘電量、電池累計放電電量、最大循環次數、 過充過放次數等信息，設定完畢後，程序將存儲器中的模式寄存器修改為工作狀態，然後退 出本模塊。數據採樣解析模塊工作流程如下判斷是否滿足時間間隔要求(間隔1秒1次)，不滿足就退出，滿足的話就發出指令，讓AD電路讀取運算放大器的輸出電壓，電流值，然後 根據放大倍率，偏移參數等計算實際電池電壓、電流值，最後將得到的數據保存到存儲器 中，退出本模塊。數據匯總模塊工作流程如下判斷是否滿足時間間隔要求(間隔1分鐘1次)，不 滿足就退出，滿足的話就讀取前一分鐘所有數據採樣解析模塊保存的電流值，將其中的負 值相加，得到的數值就是前一分鐘放電電量值，讀取存儲器中累計放電電量，將上述兩個電 量值相加，得到累計放電電量值。當累計放電電量的計算值大於預先設定的一次充放電循 環電量值時，充放電循環次數加1，累計放電電量歸零。將前一分鐘的所有採樣值(包括正 值和負值)與剩餘電量值相加，得到新的剩餘電量，如果剩餘電量小於0，記錄儀將會記錄 一次異常信息，表明電池經過過放的不當操作。充放電循環次數充放電循環次數乘以預先 設定的一次充放電循環電量值即可得出累計放電總量。通訊模塊採用中斷的方式工作。系統得到PC機傳來的指令後，模塊將讀取存儲中 的數據，將其發送到PC機。
該記錄儀的電源部分由電動電池供電。同時動力電池部分的電流電壓信號接入系 統，電流電壓信號，經過信號預處理及變換電路變換為適當的輸入信號，再經過AD轉換電 路變換為相應的數位訊號。記錄儀的CPU按照一定的時間間隔(如1秒)從AD轉換器中 讀取數據，該數據經CPU轉換為實際的電流電壓值後，按照固定格式存入存儲器。記錄滿60 條後，CPU將數據進行匯總，計算前段時間電動車放電的電量和充入的電量，然後記錄儀取 出存儲器中的剩餘電量值和累計放電電量值，原有的剩餘電量值減去放電電量加上充入的 電量，計算得出新的剩餘電量，原有的累計放電電量加上放電電量得到新的累計放電電量。 當累計放電電量的計算值大於預先設定的一次充放電循環電量值時，充放電循環次數加1， 累計放電電量歸零。如果在使用過程中出現剩餘電量小於0時，記錄儀將會記錄一次異常 信息，表明電池經過過放的不當操作。充放循環次數乘以預先設定的一次充放電循環電量 值即可得出累計放電總量。設計參數指標用電壓範圍36V 48V ；容量估算誤差··< 5%； 使用範圍-20°C 50°C。該裝置具有以下功能(1)直接通過電動自行車電池進行供電。(2)內部包含實時 鍾電路，能夠給系統提供準確的時間信息。(3)電壓、電流、容量信息實時通過LCD顯示出 來。(4)數據可以通過串口連接PC機，可提供詳細的電池應用信息。
權利要求
一種電動自行車電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其特徵在於在記錄儀內部設置信號預處理、穩壓電路、實時鐘電路、單片機處理器、LCD顯示電路、RS232電平轉換電路，其中單片機內部集成有AD轉換電路、存儲器、串行通訊口；記錄儀與外部的電動自行車動力電池、控制器連接，也可以和PC機進行通訊。
2.根據權利要求1所述的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其 特徵在於所述的單片機的串口電平為TTL電平，PC機串口用的是RS232接口。
3.根據權利要求1所述的電動自行車電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其特徵 在於所述的單片機處理器是基於片上系統的單片機。
4.根據權利要求1所述的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其 特徵在於信號預處理器由電阻分壓網絡和運算放大器組成。
5.根據權利要求1所述的電動自行車電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其特徵 在於實時鐘電路由外置晶振和實時鐘晶片組成。
6.根據權利要求1所述的電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀，其 特徵在於IXD顯示電路由標準的HD44780兼容的液晶顯示模塊和背光碟機動電路組成。
全文摘要
本發明屬於電動自行車的技術領域，是電子技術在電動自行車動力電池管理領域中的應用，涉及一種電動自行車電池電子數顯充放電循環累計多功能記錄儀。在記錄儀內部設置信號預處理、穩壓電路、實時鐘電路、單片機、LCD顯示電路、RS232電平轉換電路，其中單片機內部集成有AD轉換電路、存儲器、串行通訊口。記錄儀與外部的電動自行車動力電池、控制器連接，也可以和PC機進行通訊。解決了正確有效地估算電池使用程度，以此為標準進行電池的售後服務的問題，且造價低廉，具有較強的實用價值。
文檔編號G07C5/08GK101826221SQ20091006800
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月3日 優先權日2009年3月3日
發明者孫峰, 賀君, 韓其睿 申請人:天津市睿芯隆科技有限公司