一种电动自行车电池监测与管理系统

1.本发明涉及电动自行车领域，具体是一种电动自行车电池监测与管理系统。


背景技术：

2.电动自行车具有出行便捷、低碳环保等优势，已经成为当前人们的重要交通工具。但在日常使用过程中，人们通常容易忽略安全常识而导致电动车火灾时有发生。电动自行车的起火通常是在充电过程中发生。锂电池是整车的动力能量来源，绝大多数电动自行车火灾与锂电池都有着密不可分的关系。锂电池在过充电、高温或者意外原因发生短路等情况下，容易引起安全事故。
3.当前电动自行车在充电过程的保护管理功能主要依靠充电器来实现。当前使用最普遍的是三段式充电器，此类充电器智能化程度低，故障率高。在使用此类充电器充电过程中，主要是通过人为操作来控制电池的充电时间。如果充电器发生故障，将会导致锂电池的充电状态异常。最常见的问题是电芯过充电。当电芯过充时，电解液会分解生产大量的气体，将会大大增加火灾风险。此外，电动车锂电池水份含量过高、内部老化、内部或者外部短路，都是电动自行车发生火灾的重要原因。
4.由于在充电过程中智能化程度低，充电装置无法准确判断电池的电压、电流、温度以及剩余电量等状态，主要通过人为观察或者操作对自行车充电过程的状态进行控制。如果锂电池在充电过程中发生异常状态时，不能够得到及时的处理，进而导致起火或爆炸等恶性事故，需要改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种电动自行车电池监测与管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电动自行车电池监测与管理系统，包括：电池模块，用于存储电能；电源模块，用于提供合适的电压供给各个模块；监测模块，用于监测电池模块充电时的温度、电压、电流状况；保护控制模块，用于在电池模块充电出现故障时切断电路；蓝牙模块，用于实现数据通信，短距离内可使用手机对电动自行车电池状态的实时监控；显示模块，用于显示电池模块充电时电压、电流、温度以及剩余电量等参数；stm32单片机模块，用于对监测模块得到的电压、电流以及温度等数据进行分析处理，如果数据状态正常，主控制器将数据通过蓝牙模块发送至手机端，并通过显示模块进行实时显示；如果数据状态异常，主控制器将立即做出决策并反馈至保护控制模块进行断电处理；主控制器采用扩展卡尔曼滤波算法实现电池剩余电量的实时估计，并将电池剩余电
量通过显示屏及进行实时显示；电池模块连接监测模块、电源模块，电源模块连接监测模块、stm32单片机模块、蓝牙模块、显示模块，监测模块连接stm32单片机模块，stm32单片机模块连接蓝牙模块、显示模块、保护控制模块，保护控制模块连接电池模块。
7.作为本发明再进一步的方案：stm32单片机模块包括stm32f103c8t6芯片。
8.作为本发明再进一步的方案：监测模块包括bq76930芯片，bq76930芯片的4号引脚连接stm32f103c8t6芯片的46号引脚，bq76930芯片的5号引脚连接stm32f103c8t6芯片的45号引脚。
9.作为本发明再进一步的方案：监测模块包括ntc热敏电阻。
10.作为本发明再进一步的方案：电源模块包括一次降压电路，采用mp9486a芯片。
11.作为本发明再进一步的方案：电源模块包括二次降压5v电路，采用ams1117芯片。
12.作为本发明再进一步的方案：电源模块包括二次降压3.3v电路，采用ams1117芯片。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以有效预防电动自行车在日常使用过程中出现的突发火灾事故的发生，增加电动车在静止无人值守充电过程中的安全性能；使电动自行车更加智能化，使用户在使用过程中能够时刻准确掌握电动自行车的电池健康状态，增加电动自行车使用过程中的舒适感。
14.附图说明
15.图1为一种电动自行车电池监测与管理系统的原理图。
16.图2为一种电动自行车电池监测与管理系统的流程图。
17.图3为stm32单片机模块的电路图。
18.图4为监测模块的电路图。
19.图5为一次降压电路的电路图。
20.图6为二次降压5v电路的电路图。
21.图7为二次降压3.3v电路的电路图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅图1，一种电动自行车电池监测与管理系统，包括：电池模块，用于存储电能；电源模块，用于提供合适的电压供给各个模块；监测模块，用于监测电池模块充电时的温度、电压、电流状况；保护控制模块，用于在电池模块充电出现故障时切断电路；蓝牙模块，用于实现数据通信，短距离内可使用手机对电动自行车电池状态的实
时监控；显示模块，用于通过显示屏显示电池模块充电时电压、电流、温度以及剩余电量等参数；stm32单片机模块，用于对监测模块得到的电压、电流以及温度等数据进行分析处理，如果数据状态正常，主控制器将数据通过蓝牙模块发送至手机端，并通过显示模块进行实时显示；如果数据状态异常，主控制器将立即做出决策并反馈至保护控制模块进行断电处理；主控制器采用扩展卡尔曼滤波算法实现电池剩余电量的实时估计，并将电池剩余电量通过显示屏及进行实时显示；电池模块连接监测模块、电源模块，电源模块连接监测模块、stm32单片机模块、蓝牙模块、显示模块，监测模块连接stm32单片机模块，stm32单片机模块连接蓝牙模块、显示模块、保护控制模块，保护控制模块连接电池模块。
24.在本实施例中：请参阅图3，stm32单片机模块包括stm32f103c8t6芯片。
25.stm32f103c8t6是一款基于arm cortex
‑
m 内核stm32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64kb，在本发明中作为主控制器，对监测模块输入的电压、电流以及温度等数据进行分析处理。
26.在本实施例中：请参阅图4，监测模块包括bq76930芯片，bq76930芯片的4号引脚连接stm32f103c8t6芯片的46号引脚，bq76930芯片的5号引脚连接stm32f103c8t6芯片的45号引脚。
27.充放电的监测、控制保护以及电压、电流与温度采样功能主要通过bq76930芯片进行实现。如果电动车在充放电过程中出现单体电池电压过压、电流过大以及电池内部温度过高的情况，主控制模块将通过控制保护功能切断相关电路。电压数据的监测是通过stm32对bq76930寄存器中的电压数据进行读取，通过显示屏实时显示。电流值通过外部中断每500ms读取一次电流数据，并通过显示屏实时显示。
28.在本实施例中：请参阅图4，监测模块包括ntc热敏电阻。
29.采用ntc热敏电阻对电池模块进行温度监测，通过读取热敏电阻上的电压值，将其转换为对应的温度值，并在显示屏实时显示。
30.在本实施例中：请参阅图5，电源模块包括一次降压电路，采用mp9486a芯片。
31.采用mp9486a芯片，对串联电池组电压进行一次降压，转换为12v电压。
32.在本实施例中：请参阅图6，电源模块包括二次降压5v电路，采用ams1117芯片。
33.一次降压转换后的12v电压通过ams1117芯片进行二次降压，转换为5v电压。
34.在本实施例中：请参阅图7，电源模块包括二次降压3.3v电路，采用ams1117芯片。
35.一次降压转换后的12v电压通过ams1117进行二次降压，转换为3.3v电压。
36.本发明的工作原理是：请参阅图2，电源模块为各个模块供电，系统上电开始启动，初始化成功后通过监测模块采集电池模块的电压、电流、温度数据，监测模块将采集的各项数据传输给stm32单片机模块，stm32单片机模块根据接收到的电压、电流、温度数据判断系统状态是否正常，不正常时，通过保护控制模块来进行故障保护，断开电池模块充电电路，同时stm32单片机模块发送故障信息给蓝牙模块和显示模块，在正常时，stm32单片机模块将温度、电压、电流、电池电量信息输出给蓝牙模块和显示模块，显示模块通过显示屏显示电压、电流、温度、电池电量数据，蓝牙模块通过串口与stm32实现数据通信，使得手机可监
控电动自行车的电池充电状态。
37.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
38.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。