电池控制系统及方法与流程

1.本发明涉及电池控制领域，具体涉及一种电池控制系统及方法。


背景技术：

2.随着新能源技术的发展，各种电池设备层出不穷，给人民生活带来了极大的方便。特别是电动自行车便捷灵活、节能环保、经济实惠，深受广大市民欢迎。然而在街头巷尾，经常会遇见电动自行车电池被盗的现象，虽然大多数电动自行车自带防盗警报，但是在电池被盗的那一刻，任何防盗警报都将立刻失去意义。对于这种现象，究其根本在于电池的可重复使用，一颗电池可以替代到任何一辆相同规格的电动自行车上或做其它用途，即电池被盗后还能继续使用，无法做到专一性匹配，进一步增加了电池的偷盗现象。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种电池控制系统及方法，实现了电池与主设备的自动匹配，每个电池使用权限的自动控制，极大地提高了电池使用的专一性。
4.本发明采取如下技术方案实现上述目的，电池控制系统，包括：
5.电池控制单元，所述电池控制单元内存放有电池本体的唯一id以及第一加密id；电池控制单元上电后，与外部主设备进行通信，电池控制单元将电池本体的唯一id发送给外部主设备，外部主设备收到电池本体的唯一id后，将第二加密id发送给电池控制单元，电池控制单元将第一加密id与第二加密id进行匹配，匹配成功后，电池与主设备绑定，主设备对电池进行相应控制。
6.进一步的是，所述电池控制单元内存放有电池本体的唯一id以及第一加密id具体包括：所述电池控制单元通过内置或外置flash的安全寄存器中写入并锁存电池本体的唯一id及第一加密id。
7.进一步的是，电池控制单元还用于收到主设备发送的放弃控制权指令、重启或失去主设备后，通过关闭电源输出的方式防止主设备发生变更，需重新匹配加密信息才能重新给与控制权。
8.进一步的是，所述电池控制系统还包括usb接口，电池控制单元上电后，通过usb接口与外部主设备的ubs_hub连接通信。
9.进一步的是，所述控制系统还包括双刀双掷的机械开关，其中一路开关的一端与电池正极连接，另一端通过电压转换模块分别与电池控制单元与电压输出端连接；另一路开关的一端与电池负极连接，另一端接地。
10.所述控制系统还包括电子开关，电子开关连接在电池正极与正极接线柱之间，电池控制单元通过控制驱动电路与电子开关连接。
11.进一步的是，当电池为多个串联时，电池正极与另外一个电池的负极相连，只将负极末端的电池的配置开关接通，其余电池配置开关保持断开状态，最后将usb接口与usb集线器连接。
12.进一步的是，当电池为多个并联时，电池接线柱的正极与其他电池正极相连，电池负极与其他电池负极相连，将任意一个或多个电池的电池配置开关接通，最后usb接口与usb集线器连接。
13.电池控制方法，包括：
14.步骤1、电池的控制单元上电后开始初始化；
15.步骤2、初始化完成后，按照设定频率检测是否有主设备存在，若无，则继续检测，若有，则进入步骤3；
16.步骤3、电池控制单元将电池本体的唯一id发送给外部主设备，外部主设备收到电池本体的唯一id后，将第二加密id发送给电池控制单元；
17.步骤4、电池控制单元将第一加密id与第二加密id进行匹配，匹配成功后，电池与主设备绑定。
18.进一步的是，该方法还包括：
19.步骤5、重新生成第一加密id，将设备设置为已绑定状态，并将重新生成的第一加密id以及匹配成功的消息返回主设备。
20.本发明的有益效果为：
21.本发明使主设备与电池握手通信，实现每个电池使用权限的自动管理，使每一颗电池座到专车专用，即使被偷盗也无法使用，从而实现对电池专一化管理及防盗。
附图说明
22.图1为本发明实施例提供的电池内部控制结构示意图；
23.图2为本发明实施例提供的多个电池串联连接示意图；
24.图3为本发明实施例提供的多个电池并联连接示意图；
25.图4为本发明实施例提供的电池控制的流程图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
27.本发明电池控制系统，包括：
28.电池控制单元，所述电池控制单元内存放有电池本体的唯一id以及第一加密id；电池控制单元上电后，与外部主设备进行通信，电池控制单元将电池本体的唯一id发送给外部主设备，外部主设备收到电池本体的唯一id后，将第二加密id发送给电池控制单元，电池控制单元将第一加密id与第二加密id进行匹配，匹配成功后，电池与主设备绑定，主设备对电池进行相应控制。
29.在本发明的一种实施例中，电池控制单元内存放电池本体的唯一id以及第一加密id具体包括：所述电池控制单元通过内置或外置flash的安全寄存器中写入并锁存电池本体的唯一id及第一加密id。
30.电池控制单元还用于收到主设备发送的放弃控制权指令、重启或失去主设备后，
通过关闭电源输出的方式防止主设备发生变更，需重新匹配加密信息才能重新给与控制权。
31.在本发明的一种实施例中，电池控制系统还包括usb接口，电池控制单元上电后，通过usb接口与外部主设备的ubs_hub连接通信。
32.电池控制系统还包括双刀双掷的机械开关，其中一路开关的一端与电池正极连接，另一端通过电压转换模块分别与电池控制单元mcu与电压输出端(输出5v的电压)连接；另一路开关的一端与电池负极连接，另一端接地。
33.电池控制系统还包括电子开关，电子开关连接在电池正极与正极接线柱之间，电池控制单元通过控制驱动电路与电子开关连接。
34.当电池为多个串联时，电池正极与另外一个电池的负极相连，只将负极末端的电池的配置开关接通，其余电池配置开关保持断开状态，最后将usb接口与usb集线器连接。
35.当电池为多个并联时，电池接线柱的正极与其他电池正极相连，电池负极与其他电池负极相连，将任意一个或多个电池的电池配置开关接通，最后usb接口与usb集线器连接。
36.电池控制方法，包括：
37.步骤1、电池的控制单元上电后开始初始化；
38.步骤2、初始化完成后，按照设定频率检测是否有主设备存在，若无，则继续检测，若有，则进入步骤3；
39.步骤3、电池控制单元将电池本体的唯一id发送给外部主设备，外部主设备收到电池本体的唯一id后，将第二加密id发送给电池控制单元；
40.步骤4、电池控制单元将第一加密id与第二加密id进行匹配，匹配成功后，电池与主设备绑定。
41.步骤5、重新生成第一加密id，将设备设置为已绑定状态，并将重新生成的第一加密id以及匹配成功的消息返回主设备。
42.本发明实现了电池在单颗或多颗电池串联、并联使用时电池组与使用装置即主设备之间通信及电池电源输出控制等问题，实现了每颗电池使用权限的自动管理，能简单高效的对电池进行管理控制，通信方式为总线协议方式，通过一个主设备与一个或多个从设备通信，本发明以usb总线协议为具体实施例，其实施方式具体包括：
43.电池配置开关及电压转换系统：
44.如图1所示，本发明电池配置开关为双刀双掷的机械开关，两路分别与电池正极、负极接通，实现电源、负极线路的通断，为自身及电池组的控制系统、主设备控制系统供电，当电池单颗使用时，接通双刀双掷开关即可，当电池组并联使用时，接通任意组合数量的双刀双掷开关，当电池组串联使用时，接通负极最后一组双刀双掷开关即可。
45.电压转换系统实际上为直流-直流电压转换电路，将电池电压转换为直流5v等目标电压，为电池控制单元以及主设备控制系统电源使用，当电池组串联或并联使用时，只需其中一颗或多颗电池即可对整个控制系统供电。
46.电池通信电路及输出控制：
47.电池控制单元，即内置的mcu及其控制驱动电路，通过gpio接口控制驱动电路实现电子开关(例如继电器、可控硅等隔离型电子开关)的通断，从而实现电池正极与正极接线
柱的导通，电池组串联使用时，只有当所有电池导通后才能输出大电流。初始状态下电池控制单元控制电子开关为关断状态，关闭电源输出。
48.电池控制单元上电后，通过usb接口与主设备通信，信号线路包括d 、d-、gnd，电池控制单元的usb接口配置为usb从设备模式，主设备为主模式。电池控制单元内的mcu通过内置或外置flash的安全寄存器中写入并锁存电池唯一id及加密id。
49.主设备可通过ubs_hub(usb集线器)与多个usb从设备即电池控制单元进行通信，电池控制单元将自身id发送给主设备，主设备将自身存储或从云端获取的加密id发送给电池控制单元，电池控制单元获取加密id后与自身存储的加密id进行匹配，匹配成功后，电池与主设备绑定，电池控制单元给与主设备控制权，从而执行主设备发送的控制指令，例如打开电源、关闭电源、解绑等指令。电池控制单元可通过每次收到主设备发送的放弃控制权指令、重启或失去主设备后，通过关闭电源输出的方式防止主设备发生变更，需重新匹配加密信息才能重新给与控制权。
50.电池串联、并联连接方式：
51.如图2所示，当需要多颗电池串联推高电压使用时，电池接线柱正极与另外一颗电池的负极相连，只将负极末端的电池的配置开关接通，其余电池配置开关保持断开状态，最后usb接口与usb集线器连接，并接通5v电源与gnd。
52.如图3所示，当多颗电池并联加强电流输出能力使用时，电池接线柱的正极与正极相连，负极与负极相连，只需将任意一个或多个电池的电池配置开关接通即可，最后usb接口与usb集线器连接，并接通5v电源与gnd。
53.电池控制流程：
54.如图4所示，具体包括：
55.电池组或电池的控制单元上电后开始初始化，即初始化设置usb接口，配置usb工作模式为从模式，打开usb接口，关闭电源输出等动作；
56.初始化完成后，开始按1s一次的频率检测是否有主设备存在，若无则等待下一次检测，若存在则执行下一步；
57.获取到主设备存在后，电池此时默认处于未绑定状态，向主设备发送准备完成消息，并在5s钟内等待主设备发送的绑定指令，若获取超时，则重新检测主设备，若获取成功执行下一步；
58.获取到绑定指令后，电池首先向主设备发送自身id，并获取主设备的发送成功的消息，若5s内未获取则判定发送超时，重新检测主设备，若获取成功则判定发送id成功并执行下一步；
59.发送电池自身id成功后，开始获取主设备发送的加密id，主设备的加密id可以是自身存储的加密id，也可以是从云端获取的加密id，若5s内未获取到加密id则判定获取超时，重新检测主设备，若获取成功则进行下一步；
60.获取到加密id后，开始与自身存储的加密id匹配，若匹配失败则重新检测主设备，重新开始绑定流程，若匹配成功则执行下一步
61.匹配成功后重新生成加密id，将设备设置为已绑定状态，并将重新加密后的id以及匹配成功的消息返回给主设备，并执行下一步；
62.返回绑定信息后，电池开始按10s为周期等待操作指令，指令响应流程如下：
63.若10s内获取到开关指定，则按指令打开或关闭主设备，并重新开始获取操作指令周期；
64.若10s内获取到解绑指令则关闭电池输出，设置为解绑状态，返回解绑信息，进行重新检测主设备流程；
65.若10s内未获取到指令，则检测主设备是否在线，若在线重新开始获取操作指令流程，若离线则关闭电池输出，设置为解绑状态，返回解绑信息，进行重新检测主设备流程。
66.综上所述，本发明无需外加控制电源的情况下，单颗或多颗电池串联、并联使用时电池组与使用装置即主设备之间的通信电路及电池输出控制等问题，实现了每颗电池使用权限的自动控制，极大地提高了电池使用的专一性，降低了电池被盗的概率。