專利名稱：電動自行車控制系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動車的控制系統(tǒng)及方法，特別是涉及一種電動自行車控制系統(tǒng)及方法。
背景技術：
如今隨著新能源技術的逐步發(fā)展，電動車已成為汽車行業(yè)的熱門發(fā)展趨勢。眾所周知，電動車是以電力取代傳統(tǒng)的燃油以驅(qū)動前進。電池作為電動車的能量來源一般包括多個電池單元，每個電池單元提供例如2V的電池單元電壓，所述多個電池單元串聯(lián)和/或并聯(lián)以電池包的封裝形式裝設于電動車 中，從而提供例如36V、72V、144V等較高的電池包電壓以驅(qū)動電動車。其中，所述電池可包括但不限于鋰電池、鉛酸電池、鎳氫電池等類型的可充電電池。電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，簡稱BMS)作為電池保護和管理的核心部件，不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發(fā)揮電池的能力和延長電池使用壽命，作為電池與駕駛者之間的橋梁，BMS對于電動車的性能起著越來越關鍵的作用?，F(xiàn)有技術的BMS通過實時監(jiān)測電池單元的工作狀況(例如，電池單元電壓、工作電流、電池溫度等)從而實現(xiàn)對電池包的智能管理，避免電池單元在異常條件下(例如，過放、過充、過溫等)發(fā)生不可恢復的損壞，甚至引發(fā)整個電池包爆炸等可能危害駕駛者人身安全的事故。此外，BMS能夠在充/放電過程中實現(xiàn)對于電池包內(nèi)多個電池單元一致性的均衡管理，從而延長電池包壽命。BMS已成為電動車領域的一項關鍵技術，目前業(yè)內(nèi)尚無成熟一致的BMS技術，而國內(nèi)外的電動汽車廠商、芯片廠商都將BMS作為主力研發(fā)項目。此外，除了電動汽車之外，電動自行車作為一種綠色環(huán)保又相對低廉的交通工具也越來越多的出現(xiàn)在人們的生活中。一般而言，由于電動自行車的電池包包括的電池單元相對較少，因此為了控制電動自行車的低廉成本，電動自行車中一般不包括BMS，而且由于電動汽車中的BMS與電動自行車中的BMS有著如下明顯的區(qū)別也不能直接把現(xiàn)有技術的電動汽車的BMS移用至電動自行車中I、由于電動汽車的BMS涉及到電動汽車的控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、能量動力系統(tǒng)等各個方面，且電動汽車的電池包包括較多的電池單元，因為電動汽車的BMS不可能獨立于整車單獨設計，必須在設計之初便作為整車不可分割的一部分進行研發(fā)。而電動自行車的結(jié)構(gòu)相對簡單，電動自行車的BMS通常只是一個部件，在設計時完全可以獨立進行，只需要結(jié)合電動自行車原有的電機控制器，就能夠?qū)崿F(xiàn)基于電池單元的使用狀態(tài)控制電動自行車的目的；2、結(jié)構(gòu)原理方面，由于電動汽車的BMS作為電動汽車不可分割的一部分則不能隨意拆卸，而電動自行車的BMS是以部件的形式設計，因此可以獨立安裝拆卸，不會影響整車正常行駛。電機作為電動自行車的動力裝備，用于將電能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動電動自行車。電機控制器主要用于控制電機的正常運作，同時也提供例如報警、儀表顯示等其他電動自行車系統(tǒng)相關的功能?，F(xiàn)有技術中，當電動自行車沒有采用BMS時，電機控制器對電機的控制都是基于整個電動自行車的電池包的工作狀況來實現(xiàn)，例如，根據(jù)電池包的電壓提醒駕駛者當前電動自行車的電瓶是否即將能量耗盡以及需要及時充電等。然而當電池包多次充放電之后，由于電池包內(nèi)多個電池單元之間的不均衡而導致出現(xiàn)異常工作的電池單元時，由于電機控制器只能檢測到整個電池包的狀況，而無法精確地偵測所述單個電池單元的異常，因此很可能給整個電動自行車系統(tǒng)造成無法挽回的損害。圖I所示為現(xiàn)有技術的一種電動自行車控制系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。電池管理系統(tǒng)104和電機控制器108分別對電池包106和電機110進行監(jiān)測和控制，電池包106負責向電機110提供電能，電動自行車的駕駛者102通過控制電機控制器108的輸出功率進而控制電機110。電池管理系統(tǒng)104和電機控制器108之間沒有直接的聯(lián)系,對電機控制器108的控制完全由駕駛者102自己進行判斷和操作。這樣對駕駛者102的經(jīng)驗和駕駛時所花費的精力提出了太高的要求，如果駕駛者102進行了不恰當?shù)牟僮?，很容易對電池包造成損害，明顯降低電池包的使用壽命。而如今，電池的使用壽命是制約電動車進一步發(fā)展的 瓶頸問題。綜上所述，現(xiàn)有技術中尚無一種能夠結(jié)合BMS以實現(xiàn)安全可靠的電動自行車電機控制的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種控制電動自行車的方法以及使用該電動自行車控制方法的電動自行車，其利用電池管理系統(tǒng)實時和智能地監(jiān)測電動自行車電池包，并根據(jù)電池包中單個電池單元的狀態(tài)對電機控制器進行控制，從而有效保護了電池，延長了電池使用壽命。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種電動自行車控制系統(tǒng)，其包括具有多個電池單元的電池包、電池管理系統(tǒng)、電機控制器以及電機，所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)單個電池單元的狀態(tài)調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)進一步包括前端模塊，用以監(jiān)測所述電池包中各個電池單元的狀態(tài)；以及微控制器單元，用于根據(jù)所述各個電池單元的狀態(tài)產(chǎn)生控制信號。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)還包括通訊模塊，用于將所述控制信號發(fā)送給所述電機控制器。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，所述電機控制器進一步包括微控制器單元，用于根據(jù)所述控制信號進一步產(chǎn)生輸出功率調(diào)節(jié)信號；以及輸出功率調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述輸出功率調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生功率調(diào)節(jié)指令，以調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，所述電機控制器還包括通訊模塊，用于接收所述控制信號。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，所述控制信號是PWM信號。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，根據(jù)所述PWM信號的占空比，調(diào)節(jié)電機控制器輸出電流的上限值，進而調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，所述控制信號是電平信號。
本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，當所述電平信號為第一狀態(tài)時，表示所述電池包中各個電池單元處于正常狀態(tài)；當所述電平信號為第二狀態(tài)時，表示所述電池包滿足放電保護條件。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，當所述電機控制器接收到表示電池包滿足放電保護條件的電平信號時，降低所述電機的最大輸出功率。本發(fā)明所述的電動自行車控制系統(tǒng)，降低所述電機的最大輸出功率采用分檔位的形式。本發(fā)明還提供了一種電動自行車的控制方法，所述電動自行車包括具有多個電池單元的電池包、電池管理系統(tǒng)、電機控制器以及電機，其特征在于，所述電動自行車的控制方法包括下列步驟通過所述電池管理系統(tǒng)監(jiān)測所述電池包中各個電池單元的狀態(tài)；以及根據(jù)所述單個電池單元的狀態(tài)調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。本發(fā)明所述的電動自行車的控制方法還包括根據(jù)所述各個電池單元的狀態(tài)產(chǎn)生控制信號，并將所述控制信號發(fā)送給所述電機控制器。·本發(fā)明所述的電動自行車的控制方法還包括根據(jù)所述控制信號進一步產(chǎn)生輸出功率調(diào)節(jié)信號；以及根據(jù)所述輸出功率調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生功率調(diào)節(jié)指令，以調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。本發(fā)明所述的電動自行車的控制方法還包括所述控制信號是PWM信號。本發(fā)明所述的電動自行車的控制方法還包括根據(jù)所述PWM信號的占空比，調(diào)節(jié)電機控制器輸出電流的上限值，進而調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。本發(fā)明所述的電動自行車的控制方法還包括所述控制信號是電平信號。本發(fā)明所述的電動自行車的控制方法還包括當所述電平信號為第一狀態(tài)時，表示所述電池包中各個電池單元處于正常狀態(tài)；當所述電平信號為第二狀態(tài)時，表示所述電池包滿足放電保護條件。本發(fā)明所述的電動自行車的控制方法還包括當所述電機控制器接收到表示電池包滿足放電保護條件的電平信號時，降低所述電機的最大輸出功率。本發(fā)明所述的電動自行車的控制方法還包括降低所述電機的最大輸出功率采用分檔位的形式。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中電源管理系統(tǒng)能夠根據(jù)單個電池單元的狀態(tài)生成相應控制信號并直接發(fā)送給電機控制器，所述電機控制器根據(jù)接收到的控制信號智能地控制電機的輸出功率，減少了電動車駕駛?cè)藛T駕駛過程中所需要考慮的因素，并有效地保護了電池。


圖I所示為傳統(tǒng)的電動自行車控制系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電動車控制系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電動車控制系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的圖3所示的實施例的電動車控制方法400的流程圖；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的圖2所示的實施例的電動車控制方法500的流程圖。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的參考。盡管本發(fā)明通過這些實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。另外，為了更好的理解本發(fā)明，在下文的具體實施方式
中給出了眾多的具體細節(jié)。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的方法、步驟、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。本發(fā)明提供了一種電動自行車控制系統(tǒng)及方法，其由電池管理系統(tǒng)根據(jù)電池狀態(tài)直接向電機控制器發(fā)送相應的控制信號來控制電機的輸出功率。有利的是，電動車駕駛者 不需要根據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的電池狀態(tài)的信息去人為地控制電機的功率，減少了駕駛者在駕駛過程中所考慮的因素，使電機的最大功率能夠準確對應電池狀態(tài)，有效保護電池。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電動自行車控制系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)示意圖。電池管理系統(tǒng)204和電機控制器208分別對具有多個電池單元的電池包206和電機210進行監(jiān)測和控制，電池包206負責向電機210提供電能，電機控制器208可由駕駛者202進行控制。電池管理系統(tǒng)204進一步包括有微控制器單元214以及η個前端模塊212_1，
212_2......212_η(其中，η為電池單元數(shù))。電機控制器208進一步包括有微控制器單元
216以及輸出功率調(diào)節(jié)模塊218。在一個實施例中，電池管理系統(tǒng)204中的η個前端模塊
212_1，212_2......212_η用以分別對電池包206中的單個電池單元的狀態(tài)(例如，電池單
元的電壓、流過電池單元的電流以及電池單元的溫度等)進行檢測并生成相應的狀態(tài)信號傳輸給微控制器單元214。微控制器單元214根據(jù)所接收到的各個電池單元的狀態(tài)生成相應的控制信號，并進一步將所述控制信號發(fā)送給向電機控制器208。電機控制器208中的微控制器單元216根據(jù)接收到的控制信號進一步產(chǎn)生輸出功率調(diào)節(jié)信號。輸出功率調(diào)節(jié)模塊218用于根據(jù)所述輸出功率調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生功率調(diào)節(jié)指令，以調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。綜上所述，本發(fā)明的電動自行車控制系統(tǒng)能夠根據(jù)電池包中各個電池單元狀態(tài)控制電機的輸出功率，從而避免了由于單個電池異?？赡苷T發(fā)整個電動自行車的電池包的故障，實現(xiàn)智能化保護電池的作用。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的電動自行車控制系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3中與圖2有著同樣附圖標記的元件有著類似的功能。圖3將結(jié)合圖2進行描述。電池管理系統(tǒng)204中還包括耦接于微控制器單元214的通信模塊220，用以接收微控制器單元214發(fā)出的控制信號，并將所述控制信號傳輸至電機控制器208。電機控制器208中還包括通信模塊222，用以接收所述電池管理系統(tǒng)204的通訊模塊220傳送的控制信號，并將所述控制信號進一步傳送給微控制器單元216。圖4所示為根據(jù)本發(fā)明圖3所示的實施例的電動自行車的控制方法400的流程
圖。圖4將結(jié)合圖3進行說明。在步驟402中，前端模塊212_1，212_2......212_η監(jiān)測電
池包206中多個電池單元的單格狀態(tài)，例如電池單元的電壓、流過電池單元的電流以及電池單元的溫度等，并生成相應的狀態(tài)信號傳送給電池管理系統(tǒng)204中的微控制器單元214。在步驟404中，電池管理系統(tǒng)204中的微控制器單元214根據(jù)接收到的狀態(tài)信號生成相應的PWM信號。在步驟406中，BMS中的通信模塊將生成的PWM信號傳送給電機控制器中的通信模塊。在步驟408中，電機控制器中的通信模塊將接收到的PWM信號傳送給電機控制器中的微控制單元。在步驟410中，電機控制器中的微控制器單元根據(jù)接收到的PWM信號調(diào)節(jié)電機控制器輸出電流的上限值。在一個實施例中，PWM信號的占空比越大，電機控制器的輸出電流的上限值越小。例如1檔占空比為50%,最大電流輸出2檔占空比為75%，電流降低輸出3檔占空比為90%，電流繼續(xù)降低4檔占空比為100%,即恒壓穩(wěn)態(tài),最低電流輸出然而本發(fā)明不限于上述示例，在另一個實施例中，PWM信號的占空比越大，電機控制器的輸出電流的上限值也越大。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的圖2所示的實施例的電動自行車的控制方法500的流程圖。圖5將結(jié)合圖2進行說明。電動自行車的運行過程中，在步驟502中，前端模塊212_1，
212_2......212_n監(jiān)測電池包206中的多個電池單元的單格狀態(tài)，并生成相應的狀態(tài)信號
傳送給電池管理系統(tǒng)204中的微控制器單元214。在步驟504中，電池管理系統(tǒng)204中的微控制器單元214根據(jù)所述狀態(tài)信號生成相應的電平信號。具體而言，在一個實施例中，當電池包206中的所有電池單元處于正常狀態(tài)時，所述電平信號為高電平；當電池包206中存在滿足放電保護條件的電池單元時，所述電平信號為低電平。在步驟508中，電機控制器208中的微控制器單元216識別來自電池管理系統(tǒng)204的電平信號是高電平還是低電平。如果是低電平，執(zhí)行步驟510。在步驟510中，電機控制器208降低電機的最大輸出功率，然后轉(zhuǎn)到步驟502。在一個實施例中，更進一步，采用分檔位的形式降低電機的最大輸出功率。如果微控制器單元216識別來自電池管理系統(tǒng)204的電平信號是高電平，那么直接轉(zhuǎn)到步驟502，電池管理系統(tǒng)204繼續(xù)監(jiān)測電池包206中各個電池單元的單格狀態(tài)，并生成相應的電平信號。在本發(fā)明的另一個實施例中，當電池包206中的所有電池單元處于正常狀態(tài)時，所述電平信號為低電平，當電池包206中存在滿足放電保護條件的電池單元時，所述電平信號為高電平。在步驟506中，微控制器單元214將所述電平信號傳送給微控制器單元216。此外，當電池管理系統(tǒng)204監(jiān)測到當前的電池包的狀態(tài)不能滿足繼續(xù)運行的條件時，由電池管理系統(tǒng)204發(fā)出告警信號，并進一步控制切斷整個電動自行車的電源，以避免電池單元的永久性損壞，此外，在這種條件下，電池管理系統(tǒng)204還可以將電機控制器的最大輸出功率限定為零或者某一預設的閾值，電機控制器208進一步控制關閉電機210，同時通知駕駛者202需要對電池包206充電。雖然之前的說明和附圖描述了本發(fā)明的實施例，應當理解在不脫離后附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明原理的精神和發(fā)明范圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發(fā)明在實際應用中可以根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不脫離發(fā)明準貝IJ的前提下在形式、結(jié)構(gòu)、布局、比例、材料、元素、組件及其他方面有所變化。因此，披露的實施例僅用于說明而非限制，本發(fā)明之范圍由后附權(quán)利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
權(quán)利要求
1.一種電動自行車控制系統(tǒng)，其包括具有多個電池單元的電池包、電池管理系統(tǒng)、電機控制器以及電機，其特征在于所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)單個電池單元的狀態(tài)調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電池管理系統(tǒng)進一步包括 前端模塊，用以監(jiān)測所述電池包中各個電池單元的狀態(tài)；以及微控制器單元，用于根據(jù)所述各個電池單元的狀態(tài)產(chǎn)生控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電池管理系統(tǒng)還包括通訊模塊，用于將所述控制信號發(fā)送給所述電機控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機控制器進一步包括 微控制器單元，用于根據(jù)所述控制信號進一步產(chǎn)生輸出功率調(diào)節(jié)信號；以及輸出功率調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述輸出功率調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生功率調(diào)節(jié)指令，以調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機控制器還包括通訊模塊，用于接收所述控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號是PWM信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)所述PWM信號的占空t匕，調(diào)節(jié)電機控制器輸出電流的上限值，進而調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號是電平信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，當所述電平信號為第一狀態(tài)時，表示所述電池包中各個電池單元處于正常狀態(tài)；當所述電平信號為第二狀態(tài)時，表示所述電池包滿足放電保護條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，當所述電機控制器接收到表示電池包滿足放電保護條件的電平信號時，降低所述電機的最大輸出功率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，降低所述電機的最大輸出功率采用分檔位的形式。
12.一種電動自行車的控制方法，所述電動自行車包括具有多個電池單元的電池包、電池管理系統(tǒng)、電機控制器以及電機，其特征在于，所述電動自行車的控制方法包括下列步驟 通過所述電池管理系統(tǒng)監(jiān)測所述電池包中各個電池單元的狀態(tài)；以及 根據(jù)所述單個電池單元的狀態(tài)調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動自行車的控制方法，其特征在于，所述電動自行車的控制方法還包括根據(jù)所述各個電池單元的狀態(tài)產(chǎn)生控制信號，并將所述控制信號發(fā)送給所述電機控制器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電動自行車的控制方法，其特征在于，所述電動自行車的控制方法還包括根據(jù)所述控制信號進一步產(chǎn)生輸出功率調(diào)節(jié)信號；以及 根據(jù)所述輸出功率調(diào)節(jié)信號產(chǎn)生功率調(diào)節(jié)指令，以調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電動自行車的控制方法，其特征在于，所述控制信號是PWM信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動自行車的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述PWM信號的占空比，調(diào)節(jié)電機控制器輸出電流的上限值，進而調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電動自行車的控制方法，其特征在于，所述控制信號是電平 目號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電動自行車的控制方法，其特征在于，當所述電平信號為第一狀態(tài)時，表示所述電池包中各個電池單元處于正常狀態(tài)；當所述電平信號為第二狀態(tài)時，表示所述電池包滿足放電保護條件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電動自行車的控制方法，其特征在于，當所述電機控制器接收到表示電池包滿足放電保護條件的電平信號時，降低所述電機的最大輸出功率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動自行車的控制方法，其特征在于，降低所述電機的最大輸出功率采用分檔位的形式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動自行車控制系統(tǒng)及方法。該電動自行車控制系統(tǒng)包括具有多個電池單元的電池包、電池管理系統(tǒng)、電機控制器以及電機，所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)單個電池單元的狀態(tài)調(diào)節(jié)所述電機的輸出功率。其利用電池管理系統(tǒng)實時和智能地監(jiān)測電動自行車電池包，并根據(jù)電池包中單個電池單元的狀態(tài)對電機控制器進行控制，從而有效保護了電池，延長了電池使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK102887200SQ201110204408
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者張文博, 崔文華, 張衛(wèi) 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司