專利名稱：電動自行車的鋰離子電池管理系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池管理系統，尤其涉及一種電動自行車的鋰離子電池管理系統。
背景技術：
隨著人們環保意識的增強，新能源電動自行車得到了較大的發展。目前應用在新能源電動自行車上的電池類型有:鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰離子電池。其中，鋰離子電池由于具有體積小、能量密度高、儲存壽命長、無記憶效應和自放電率低等優點而被廣泛應用于新能源電動自行車領域。為了給電動自行車提供足夠的動力，一般需要將多節鋰離子電池串聯起來組成電池組使用。為了保證鋰離子電池系統的安全運作，并充分發揮鋰離子電池系統的性能，一般需要設置專門的電池管理系統對其進行有效的檢測和管控。具體的，電池管理系統通常是負責電池組中電池電量的計算、電池保護、電池間的電量平衡控制以及電池管理系統內外
的信號通信等。在現有技術中，電動自行車的鋰離子電池管理系統存在以下幾方面的缺陷:一是沒有充電記錄功能，或者充電記錄功能不全面。二是對七節以上的鋰離子電池組成的電池組的電量計算不準確。三是用于交通領域的鋰離子電池不能與儀表直接穩定、可靠地通訊。四是為了實現以上三項功能，需要花費的成本很高。有鑒于此，確有必要提供一種電動自行車的鋰離子電池管理系統，該管理系統具有完整的充電記錄功能，而且能夠對七節以上鋰離子電池組成的電池組實現準確的電量計算，此外，采用該管理系統的鋰離子電池組可以直接連接顯示儀表，并且通訊穩定可靠。而且該管理系統的成本較低。
發明內容
本發明的目的在于:針對現有技術的不足，而提供一種電動自行車的鋰離子電池管理系統，該管理系統具有完整的充電記錄功能，而且能夠對七節以上鋰離子電池組成的電池組實現準確的電量計算，此外，采用該管理系統的鋰離子電池組可以直接連接顯示儀表，并且通訊穩定可靠。而且該管理系統的成本較低。為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案:一種電動自行車的鋰離子電池管理系統，包括鋰離子電池保護芯片、電池充電歷史記錄及通訊模塊、面板IXD顯示模塊、PC顯示模塊和微控制單元，所述電池充電歷史記錄及通訊模塊包括電池電量計量芯片，所述電池電量計量芯片通過所述微控制單元對外通訊，所述電池電量計量芯片上記錄的數據通過I2C總線協議讀取并顯示在面板IXD顯示模塊上，所述電池充電歷史記錄及通訊模塊上記錄的數據通過I2C總線協議讀取并顯示在PC顯示模塊上 ，所述電池電量計量芯片通過所述鋰離子電池保護芯片與鋰離子電池組連接。
作為本發明電動自行車的鋰離子電池管理系統的一種改進，所述電池充電歷史記錄及通訊模塊還包括MSP430單片機、穩壓電源、電可擦可編程只讀存儲器、實時時鐘單元、報警單元、LED單元和按鍵單元，所述電池電量計量芯片、所述電可擦可編程只讀存儲器和所述實時時鐘單元均與所述MSP430單片機通訊，所述穩壓電源分別與所述MSP430單片機、所述電可擦可編程只讀存儲器、所述實時時鐘單元和所述電池電量計量芯片電連接，所述報警單元、所述LED單元和所述按鍵單元分別與所述MSP430單片機的輸出端電連接。作為本發明電動自行車的鋰離子電池管理系統的一種改進，所述面板LCD顯示模塊包括STM8單片機、LCD顯示單元和穩壓電源，所述穩壓電源分別與所述STM8單片機和所述IXD顯示單元電連接，所述STM8單片機和所述MSP430單片機通過UART總線實現通訊。作為本發明電動自行車的鋰離子電池管理系統的一種改進，所述PC顯示模塊包括相互連接的USB轉RS232單元和PC機界面顯示單元，所述USB轉RS232單元通過UART總線與MSP430單片機實現通訊。作為本發明電動自行車的鋰離子電池管理系統的一種改進，所述電池電量計量芯片的型號為BQ27541。作為本發明電動自行車的鋰離子電池管理系統的一種改進，所述鋰離子電池保護芯片的型號為S2804。作為本發明電動自行車的鋰離子電池管理系統的一種改進，所述電可擦可編程只讀存儲器的型號為AT24C02。作為本發明電動自行車的鋰離子電池管理系統的一種改進，所述PC顯示模塊上設置有I2C接口和UART接口。相對于現有技術，本發明采用鋰離子電池保護芯片、電池充電歷史記錄及通訊模塊和微控制單元來實現鋰離子電池組的可靠的硬件保護、精確的電量計算和穩定的通訊和全面的充電記錄功能，而且實現以上功能的成本很低。具體的，本發明采用電池電量計量芯片實現對七節以上的鋰離子電池組成的電池組的電量的準確計算，通過電池充電歷史記錄及通訊模塊來實現對七個以上鋰離子電池組成的電池組的電量的精確計算，并使用微控制單元來實現對內(池電量計量芯片)和對外(儀表等)的通訊連接，以達到穩定可靠的通訊要求。
圖1為本發明的整體框架圖。圖2為本發明中MSP430單片機的硬件連接示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明提供的一種電動自行車的鋰離子電池管理系統，包括鋰離子電池保護芯片1、電池充電歷史記錄及通訊模塊2、面板IXD顯示模塊3、PC顯示模塊4和微控制單元5，電池充電歷史記錄及通訊模塊2包括電池電量計量芯片，電池電量計量芯片通過微控制單元5對外通訊，電池電量計量芯片上記錄的數據通過I2C總線協議讀取并顯示在面板IXD顯示模塊3上，電池充電歷史記錄及通訊模塊2上記錄的數據通過I2C總線協議讀取并顯示在PC顯示模塊4上，電池電量計量芯片通過鋰離子電池保護芯片I與鋰離子電池組連接。其中，電池充電歷史記錄及通訊模塊2封裝在鋰離子電池組中，面板IXD顯示模塊3設置在電動自行車的前面，供使用者獲取信息，而PC顯示模塊4則用于供生產廠商測試用。電池充電歷史記錄及通訊模塊2還包括MSP430單片機、穩壓電源、電可擦可編程只讀存儲器(EEPR0M)、實時時鐘單元、報警單元、LED單元和按鍵單元，電池電量計量芯片、電可擦可編程只讀存儲器和實時時鐘單元均與MSP430單片機通訊，穩壓電源分別與MSP430單片機、電可擦可編程只讀存儲器、實時時鐘單元和電池電量計量芯片電連接，報警單元、LED單元和按鍵單元分別與MSP430單片機的輸出端電連接。MSP430單片機的硬件連接示意圖如圖2所示，其中，穩壓電源將36V電壓轉化為3.3V電壓供給其他單元，鋰離子電池組經過鋰離子電池保護芯片(型號為S2804)和電池電量計量芯片(型號為BQ27541)，然后出來四根線:36V，SCL_MSP, SDA_MSP 和 GND。MSP430 單片機通過 SCL_MSP 和 SDA_MSP 兩根I2C數據線獲取BQ27541里的電壓、電流和剩余容量等信息。圖2中，Pl.0為控制LED報警電路，Pl.4為開關控制電路，P2.5控制RS485接口工作狀況，P2.4控制實時時鐘單元的電源開關，以便不工作時，處于斷電狀態，節約耗電量。電池充電歷史記錄及通訊模塊的工作原理如下:MSP430單片機的工作電壓范圍為1.8-3.6V，其具有超低功耗的優點，活動模式時電流為330 μ A，待機模式時只有1.1 μ Α，關閉模式時則只有0.2 μ A。MSP430單片機的看門狗作為定時器每過1.5s，就檢測平均電流的大小，若大于50mA則表明此次處于充電狀態，同時上次充電標志位為未充電則讀取實時時鐘單兀的時刻及電壓。若小于20mA則表明此次處于未充電狀態，同時上次充電標志位為充電則讀取實時時鐘單元的時刻及電壓。若未充電時的電壓低于3.2V或持續時間超過2個月，則通過LED燈閃爍報警；當充電器接上后則解除報警。其中，實時時鐘單元的功能是計時，當檢測到電流的值大于50mA時可以判斷此時處于充電狀態，MSP430單片機讀取此時實時時鐘單元中時刻的值并將該數據保存到電可擦可編程只讀存儲器中，當檢測到電流的值小于20mA時可以判斷此時電路處于充電結束時間，同樣MPS430讀取此時實時時鐘單元中時刻的值并將該數據保存到電可擦可編程只讀存儲器中。面板IXD顯示模塊3包括STM8單片機、IXD顯示單元和穩壓電源，穩壓電源分別與STM8單片機和IXD顯示單元電連接，STM8單片機和MSP430單片機通過UART總線實現通訊，讀取MSP430中電池的信息如電壓、電流、循環次數、健康狀態和剩余容量等，STM8再將這些數據顯示在IXD顯示單元上。PC顯示模塊4包括相互連接的USB轉RS232單元和PC機界面顯示單元，USB轉RS232單元通過UART總線與MSP430單片機實現通訊。電可擦可編程只讀存儲器的型號為AT24C02，其通過I2C總線協議與MSP430單片機通訊，MSP430單片機作為主機，AT24C02作為從機，其通訊的協議為:首先MSP430單片機發送AT24C02的設備地址0χΑ0/0χΑ1，0χΑ0表示寫數據到從機中，OxAl表示讀取從機的數據。然后發送AT24C02存儲單元地址，最后就是發送要寫的數據或讀取選中單元地址的數據。AT24C02的功能是存儲10次充電開始、充電結束時刻以及開始和結束的電壓。同理，BQ27541也作為從機通過I2C協議通訊，其通訊原理與AT24C02相同，其作為從機的地址為OxAA/OxAB。PC顯示模塊上設置有 I2C接口和UART接口，這兩個接口都可以直接將鋰離子電池組的信息反映到PC機上，I2C接口通過STM8單片機獲取BQ27541數據，并將數據反映到PC機上，UART接口則是通過MSP430獲取數據信息并將信息通過UART轉USB直接將信息反映到PC機上。總之，本發明采用鋰離子電池保護芯片1、電池充電歷史記錄及通訊模塊2和微控制單元5來實現鋰離子電池組的可靠的硬件保護、精確的電量計算和穩定的通訊和全面的充電記錄功能，而且實現以上功能的成本很低。具體的，本發明采用電池電量計量芯片實現對七節以上的鋰離子電池組成的電池組的電量的準確計算，通過電池充電歷史記錄及通訊模塊2來實現對七個以上鋰離子電池組成的電池組的電量的精確計算，并使用微控制單元5來實現對內(池電量計量芯片)和對外(儀表等)的通訊連接，以達到穩定可靠的通訊要求。需要說明的是，根據上述說明書的揭示和闡述，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本發明的一些等同修改和變更也應當在本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。
權利要求
1.一種電動自行車的鋰離子電池管理系統，其特征在于:包括鋰離子電池保護芯片、電池充電歷史記錄及通訊模塊、面板LCD顯示模塊、PC顯示模塊和微控制單元，所述電池充電歷史記錄及通訊模塊包括電池電量計量芯片，所述電池電量計量芯片通過所述微控制單元對外通訊，所述電池電量計量芯片上記錄的數據通過I2C總線協議讀取并顯示在面板IXD顯示模塊上，所述電池充電歷史記錄及通訊模塊上記錄的數據通過I2C總線協議讀取并顯示在PC顯示模塊上，所述電池電量計量芯片通過所述鋰離子電池保護芯片與鋰離子電池組連接。
2.根據權利要求1所述的電動自行車的鋰離子電池管理系統，其特征在于:所述電池充電歷史記錄及通訊模塊還包括MSP430單片機、穩壓電源、電可擦可編程只讀存儲器、實時時鐘單元、報警單元、LED單元和按鍵單元，所述電池電量計量芯片、所述電可擦可編程只讀存儲器和所述實時時鐘單元均與所述MSP430單片機通訊，所述穩壓電源分別與所述MSP430單片機、所述電可擦可編程只讀存儲器、所述實時時鐘單元和所述電池電量計量芯片電連接，所述報警單元、所述LED單元和所述按鍵單元分別與所述MSP430單片機的輸出端電連接。
3.根據權利要求2所述的電動自行車的鋰離子電池管理系統，其特征在于:所述面板IXD顯示模塊包括STM8單片機、IXD顯示單元和穩壓電源，所述穩壓電源分別與所述STM8單片機和所述IXD顯示單元電連接，所述STM8單片機和所述MSP430單片機通過UART總線實現通訊。
4.根據權利要求3所述的電動自行車的鋰離子電池管理系統，其特征在于:所述PC顯示模塊包括相互連接的USB轉RS232單元和PC機界面顯示單元，所述USB轉RS232單元通過UART總線與MSP430單片機實現通訊。
5.根據權利要求1所述的電動自行車的鋰離子電池管理系統，其特征在于:所述電池電量計量芯片的型號為BQ 27541。
6.根據權利要求1所述的電動自行車的鋰離子電池管理系統，其特征在于:所述鋰離子電池保護芯片的型號為S2804。
7.根據權利要求2所述的電動自行車的鋰離子電池管理系統，其特征在于:所述電可擦可編程只讀存儲器的型號為AT24C02。
8.根據權利要求1所述的電動自行車的鋰離子電池管理系統，其特征在于:所述PC顯示模塊上設置有I2C接口和UART接口。
全文摘要
本發明涉及一種電池管理系統，尤其涉及一種電動自行車的鋰離子電池管理系統，包括鋰離子電池保護芯片、電池充電歷史記錄及通訊模塊、面板LCD顯示模塊、PC顯示模塊和微控制單元，電池充電歷史記錄及通訊模塊包括電池電量計量芯片，電池電量計量芯片通過微控制單元對外通訊，電池電量計量芯片上記錄的數據通過I2C總線協議讀取并顯示在面板LCD顯示模塊上，電池電量計量芯片通過鋰離子電池保護芯片與鋰離子電池組連接。相對于現有技術，本發明采用鋰離子電池保護芯片、電池充電歷史記錄及通訊模塊和微控制單元來實現鋰離子電池組的可靠的硬件保護、精確的電量計算和穩定的通訊和全面的充電記錄功能，而且實現以上功能的成本很低。
文檔編號H02J7/00GK103219759SQ20131007499
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月8日 優先權日2013年3月8日
發明者黎仕榮 申請人:東莞博力威電池有限公司