[发明专利]一种新型智能电机电池控制系统

说明书

一、所属技术领域

本发明涉及直流有刷电机、直流无刷电机、交流同步电机等电机及铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等蓄电池的控制系统，所述电机用于电动自行车、电动摩托车、或电动汽车的驱动装置，所述电池用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车的动力电源装置。

二、背景技术

通常，由蓄电池给电机和控制器供电，所述蓄电池包括铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等蓄电池等动力源装置；所述电机包括直流有刷电机、直流无刷电机、交流同步电机等驱动装置；所述控制器包括根据指令值输出控制电机停止与运转的控制单元。

图1为表明现有技术电机电池控制系统的结构框图。图1中1为电动自行车、电动摩托车或电动汽车上使用的蓄电池组，根据不同的使用状况，蓄电池组有不同的电池规格，2为车用电机，3为控制器。

运行时，蓄电池组给控制器和电机提供电源，控制器则根据外部指令信号来驱动或者停止电机的运转。蓄电池作为动力源，电机作为驱动装置，控制器则根据外部指令驱动电机的运转与停止。

整个系统存在的不足在于：

(1)蓄电池的能量状态不能准确显示，可能会由于大电流放电，过放电及过充电引起的蓄电池的寿命严重缩水；

(2)电机的效率状态及发热状况没有能够实时指示，导致电机不能以最佳状况运行；

(3)控制器不能够充分发挥其功能。

导致这些缺陷的原因如下：

(1)蓄电池的放电量的大小是和其寿命密切相关的，长时间大电流的放电会降低每次蓄电池能够使用的容量，从而直接减少其使用寿命，无疑增加使用成本。同时，镍氢电池和锂离子电池本身价格比较昂贵，所以，尽可能保护蓄电池不要因为使用的原因导致寿命缩短成为必须。

(2)电机工作在低效率状况下，会导致发热比较多，使电机温度升高，对于无刷直流电机的位置信号，磁钢的磁性能都是比较严重的威胁，同时，在能源日趋枯竭的情况下，节能，高效率化也迫在眉睫。

(3)在尽可能降低成本的前提下，要保证整个控制系统的全面性能的优良，必须在控制器的功率管、功率管驱动及电源IC等方面的控制上面着手解决，但是，由于成本的限制，目前使用在电动自行车控制系统上的芯片为单片机，进行高级的控制算法时，资源不太充足。

三、发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明所提供的方法所要解决的技术问题是：通过监视电池的能量状态，控制电池的最大放电量、充放电程度，及放电过程中的瞬间充电来延长其循环使用寿命；根据所使用的电机的T-n(转矩-转速)特性曲线，在电机内部设计其状态检测器，全面表示电机的状态并在适当的时候控制电机运行在最佳状态，并将这些状态数据送给控制器，由控制器的通信控制模块来协调电机和蓄电池，使控制器、电机、蓄电池三者工作在最佳状态。

蓄电池管理系统作为本发明中延长蓄电池使用寿命的一种实施手段，配合电机和控制器三位一体化，具有节能、节省成本的优点。当前，尤其是镍氢电池和锂离子电池，由于其电池芯本身价格比较高，单体电压低(镍氢电池1.2V，锂电池3.7V)，需要串联使用。电池芯在生产制备过程中，生产工艺的控制，原材料的品质差异，生产时间，等等的差异均会导致单体电池出现或大或小的差异性，而且，即使电池在出厂时平衡控制得比较好，在串联使用时，串联方式不同，各单体的散热条件的差异性会导致单体间的性能差异，这些性能差异包括：单体电压，容量，导电材质等等，最终导致蓄电池组内出现单体间差异性变大，容量一致性变差，每次充电容量衰减，放电使用时间也变短，从而电池的寿命变短。而电池管理系统能够最大限度的缓解这种由于单体的不平衡性导致的寿命缩短缺陷。

电机的状态监视及控制模块与电机设计成一体，作为本发明中提升电机的运行效率的状态监视器，从而提高整个电动车/电动摩托车/电动自行车系统的能量利用率，减少日消费。电机的损耗主要在于铁损、铜损及杂散损耗，如何减少这些损耗，成为提高电机效率的关键。但是电机的材料，绕线方式，等等在电机出厂时已经成为定数，而且综合考虑电机的成本、性能之后，电机的整体性能也会有限制。所以，本发明中所述的电机状态监视及控制模块对电机的运行状态进行实时检测，尽可能保证电机运行在其高效率平台区域。提高了电动车/电动摩托车/电动自行车整体的能量利用率。

控制器包括了通信控制模块，由它来全面协调电机和蓄电池的工作状况，并检测整车系统的运行状况，确保整体运行在最佳状态。

以上蓄电池管理系统、电机的状态监视及控制模块以及控制器一体化结构能够最大可能的提高系统的效率，延长整体使用寿命，降低成本，节省能源。