CN102623761A - 一种电池组管理系统及其管理方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池组管理系统，包括由N个电池包组成的电池组和N个电池管理器，每个电池管理器分别连接一个电池包，所述每个电池管理器均包括数据采集单元、处理单元和通讯单元，所述数据采集单元和通讯单元分别与所述处理单元电连接。本发明还提供了一种电池组管理系统的管理方法。本发明的电池组管理系统及其管理方法，设置了多个电池管理器，每个电池管理器分别连接管理一个电池包，每个电池管理器分别采集所连接管理的电池包中的单体电池的数据信号并与其它电池管理器进行数据通讯，从而实现了对电池组的实时监控，而且不需要每节单体电池对应一个电池管理器，从而有效降低了成本。

Description

一种电池组管理系统及其管理方法
技术领域
 本发明涉及一种电池组管理系统及其管理方法。
背景技术
在电动汽车的研究开发与产业化过程中，动力电池及其管理系统作为主要动力源是其中至为重要的一环，电池管理系统的优劣直接决定了电池组的使用寿命，一个合适的电池管理系统能够在充分发挥电池优越性能的同时，给予电池最佳的保护。电池管理器可以监控电池组的状态如可以检测电池组（或单体电池）的最大电压、最小电压、充放电电流和漏电信号等信息并反馈给车载ECU等控制器，从而实现对电池组的管理。
目前，现有的电池管理系统主要为以下两种方式：
一种是集中式电池管理系统：如图1所示，集中式电池管理系统的所有单体电池共同连接一个电池管理器（如单片机），对于电池组（或1-n节单体电池，其中，n为大于1的整数）的电压、电流、温度等信号都是通过一个单片机进行采样，采样完成后单片机进行数据分析，根据电池组的具体情况进行相应的保护及控制动作。但这种电池管理系统是通过多根信号线获取单体电池的电压及温度值，随着电池组电压需求的升高，电池单体数量必定增加，需要电池管理器提供更多的接口资源，则增加大量线束的同时硬件电路板也需增大，占用整车较大空间。并且一个单片机对较多节数电池进行电压、温度、电流采样循环时间较长，不能对电池组进行实时监控。
另一种是分布式电池管理系统：如图2所示，分布式电池管理系统的每一节单体电池都分别连接一个电池管理器（如单片机），所有的电池管理器再分别与一个上位的电池管理器连接，对于1-n节（其中，n为大于1的整数）单体电池的电压、电流、温度信号都是由分布式下位机进行采样，将采样后的数据通过CAN总线发送给上位机，上位机对每一个下位机所发送的数据进行综合分析后执行相关的电池组保护及控制动作。随着单体电池数量的增加，电池管理器的接口资源易于扩充，线束问题及管理器体积大小问题易于解决，虽然数据传输还是有延迟，但当电池节数较多时比集中式电池管理系统能进行更好的实时监控和管理。虽然分布式电池管理系统能在性能上很好地满足要求，但是实际应用却很少，因为分布式电池管理系统相当于每一节电池都有一个独立的电池管理器对其进行管理，所以成本过高，很难实现批量生产应用。
发明内容
本发明为解决现有电池管理系统不能对电池组进行实时监控或者成本过高的技术问题，提供一种可对电池组进行实时监控且成本较低的电池组管理系统及其管理方法。
本发明一方面提供了一种电池组管理系统，包括由N个电池包组成的电池组，每个电池包均包括至少一节单体电池，其中，N为大于1的整数，其中，所述电池组管理系统还包括N个电池管理器，每个电池管理器分别连接一个电池包，所述每个电池管理器均包括数据采集单元、处理单元和通讯单元，所述数据采集单元和通讯单元分别与所述处理单元电连接，
所述数据采集单元用于采集电池包中每节单体电池的电压、电流和温度信号；
所述处理单元用于对数据采集单元采集的数据信号进行分析处理并得出该电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度；
所述通讯单元用于与其它电池管理器的通讯单元进行数据通讯；
所述每个电池管理器利用所述通讯单元与其它所有的电池管理器进行数据通讯，所述处理单元还用于对所有电池管理器得出的各自所连接电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度进行分析处理以得出电池组的最大电压、最小电压、平均充放电电流和平均温度。
进一步地，每个电池包中的单体电池的数目相等。
所述通讯单元为CAN通讯单元，每个电池管理器均连接到CAN总线以进行CAN通讯。
所述每个电池管理器还包括开关控制单元，所述处理单元还用于根据数据采集单元采集的数据信号输出开关控制信号给所述开关控制单元，所述开关控制单元用于根据开关控制信号控制开关的导通或截止。
所述每个电池管理器还与其它所有的电池管理器交换各自输出的开关控制信号，所述处理单元还用于比较所有电池管理器输出的开关控制信号是否相同并根据比较结果控制所述开关控制单元工作：
当所有电池管理器输出的开关控制信号均相同时，所述处理单元控制所述开关控制单元根据开关控制信号控制开关导通或截止；
当所有电池管理器输出的开关控制信号不相同时，所述处理单元控制所述开关控制单元停止工作并报警。
所述每个电池管理器还监测其它电池管理器的工作状态，当其它电池管理器的工作状态异常时则报警。
电池管理器的工作状态异常包括：所述数据采集单元所采集的数据信号不在正常采样范围以及所述通讯单元无法发送数据信号或开关控制信号。
本发明另一方面还提供了一种电池组管理系统的管理方法，所述电池组管理系统包括由N个电池包组成的电池组，每个电池包均包括至少一节单体电池，其中，N为大于1的整数，所述电池组管理系统还包括N个电池管理器，每个电池管理器分别连接一个电池包，所述每个电池管理器均包括数据采集单元、处理单元和通讯单元，其中，所述管理方法包括：
所述数据采集单元采集电池包中每节单体电池的电压、电流和温度信号；
所述处理单元对数据采集单元采集的数据信号进行分析处理并得出该电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度；
所述每个电池管理器利用所述通讯单元与其它所有的电池管理器进行数据通讯；
所述处理单元还对所有电池管理器得出的各自所连接电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度进行分析处理以得出电池组的最大电压、最小电压、平均充放电电流和平均温度。
进一步地，所述每个电池管理器还包括开关控制单元，所述管理方法还包括开关控制步骤，所述开关控制步骤包括：
所述处理单元根据数据采集单元采集的数据信号输出开关控制信号给所述开关控制单元，所述开关控制单元根据开关控制信号控制开关的导通或截止。
所述每个电池管理器还与其它所有的电池管理器交换各自输出的开关控制信号，所述开关控制步骤还包括安全保护步骤，所述安全保护步骤包括：
所述处理单元还比较所有电池管理器输出的开关控制信号是否相同并根据比较结果控制所述开关控制单元工作：
当所有电池管理器输出的开关控制信号均相同时，所述处理单元控制所述开关控制单元根据开关控制信号控制开关导通或截止；
当所有电池管理器输出的开关控制信号不相同时，所述处理单元控制所述开关控制单元停止工作并报警。
所述管理方法还包括监控步骤，所述监控步骤包括：
所述每个电池管理器还监测其它电池管理器的工作状态，当其它电池管理器的工作状态异常时则报警。
电池管理器的工作状态异常包括：所述数据采集单元所采集的数据信号不在正常采样范围以及所述通讯单元无法发送数据信号或开关控制信号。
本发明的电池组管理系统及其管理方法，设置了多个电池管理器，每个电池管理器分别连接管理一个电池包，每个电池管理器分别采集所连接管理的电池包中的单体电池的数据信号并与其它电池管理器进行数据通讯，从而实现了对电池组的实时监控，而且不需要每节单体电池对应一个电池管理器，从而有效降低了成本。
附图说明
图1是现有技术提供的集中式电池管理系统的示意图；
图2是现有技术提供的分布式电池管理系统的示意图
图3是本发明实施例提供的电池组管理系统的示意图；
图4是本发明实施例提供的电池组管理系统的电池管理器的示意图；
图5是本发明实施例提供的电池组管理系统的管理方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明的一种实施方式，如图3所示，本发明一方面提供了一种电池组管理系统，包括由N个电池包组成的电池组，每个电池包均包括至少一节单体电池，其中，N为大于1的整数，其中，该电池组管理系统还包括N个电池管理器，每个电池管理器分别连接一个电池包，每个电池管理器均包括数据采集单元、处理单元和通讯单元，数据采集单元和通讯单元分别与处理单元电连接，
数据采集单元用于采集电池包中每节单体电池的电压、电流和温度信号；
处理单元用于对数据采集单元采集的数据信号进行分析处理并得出该电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度；
通讯单元用于与其它电池管理器的通讯单元进行数据通讯；
每个电池管理器利用所述通讯单元与其它所有的电池管理器进行数据通讯，处理单元还用于对所有电池管理器得出的各自所连接电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度进行分析处理以得出电池组的最大电压、最小电压、平均充放电电流和平均温度。
对于一个由1-n节（其中，n为大于1的整数）单体电池串联组成的电池组，为了便于管理，将n节单体电池划分为N个电池包，每个电池包包括至少一节单体电池，同时设置N个电池管理器，每个电池管理器对应连接管理一个电池包。
为了便于管理，简化控制程序，进一步地，每个电池管理器连接并管理的单体电池的数目相等，即每个电池包中的单体电池的数目相等。这样，各个电池管理器可以完全相同，从而有利于节约成本。
例如对于有300节单体电池的电池组来说，可以设置3个电池管理器，每个电池管理器分别连接管理100节单体电池，3个电池管理器之间进行数据通讯（如通过CAN总线进行通讯）。
为了更好地控制各个开关（该开关可以为各种合适的接触器或其它电控开关），每个电池管理器还包括开关控制单元，处理单元还用于根据数据采集单元采集的数据信号输出开关控制信号给开关控制单元，开关控制单元用于根据开关控制信号控制开关的导通或截止。
每个电池管理器的结构相同，分别对所连接的单体电池进行管理即采集数据、监控单体电池状态等。电池管理器尤其是处理单元还可以根据预先设定的故障阀值进行报警或故障判断工作等。电池管理器可以选用本领域各种合适的用于对电池进行管理的装置。
根据本发明的一种实施方式，如图4所示，电池管理器包括数据采集单元、通讯单元、开关控制单元和处理单元，数据采集单元、通讯单元和开关控制单元分别与处理单元电连接。
数据采集单元可以包括电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块，以分别用来检测电池包中单体电池的电压、电流和温度。当然，该数据采集单元还可以根据需要包括漏电检测模块、湿度检测模块等，以分别检测漏电信号、湿度等信号。
处理单元可以采用各种合适的数据处理装置，如控制芯片等。
各个电池管理器之间进行数据通讯，如可以利用各种合适的通讯协议进行通讯，根据本发明的一种实施方式，通讯单元为CAN通讯单元，每个电池管理器均连接到CAN总线以进行CAN通讯。
由于电池管理器根据采样值所进行的电池组保护和控制动作对整车的安全可靠行驶有重要作用，所以对电池管理器的保护和控制动作的正确有效性就显得非常重要。倘若电池管理器由于干扰等其它原因导致程序运行异常，对接触器等开关控制进行错误的判断，从而会执行错误的动作，例如整车正以较高速度行驶过程中，若电池管理器出现异常突然将控制电池包放电的接触器断开，则整车将无动力输出，会存在很大的安全隐患。
为了起到更好的保护作用，增强安全，每个电池管理器还与其它所有的电池管理器交换各自输出的开关控制信号，处理单元还用于比较所有电池管理器输出的开关控制信号是否相同并根据比较结果控制开关控制单元工作：
当所有电池管理器输出的开关控制信号均相同时，处理单元控制开关控制单元根据开关控制信号控制开关导通或截止；
当所有电池管理器输出的开关控制信号不相同时，处理单元控制开关控制单元停止工作并报警。
其中，所有电池管理器输出的开关控制信号不相同包括电池管理器输出的开关控制信号不完全相同或者完全不相同两种情况，即只要有一个电池管理器的开关控制信号与其它电池管理器的开关控制信号不同，即报警并使得开关控制单元停止工作，此时，各个开关无法接收到开关控制单元的控制信号而保持原来的状态。
即，当所有电池管理器输出的开关控制信号均相同时，处理单元才控制开关控制单元根据开关控制信号控制开关导通或截止，否则（即除此之外的其它情况），处理单元控制开关控制单元停止工作并报警。
为了防止其中的一个电池管理器出现故障而出现问题，进一步地，每个电池管理器还监测其它电池管理器的工作状态，当其它电池管理器的工作状态异常时则报警。
电池管理器的工作状态异常包括：数据采集单元所采集的数据信号不在正常采样范围以及通讯单元无法发送数据信号或开关控制信号。
当然，还可以保护其它异常的工作状态，本领域技术人员可以根据需要合理确定电池管理器工作状态的异常情况。
根据本发明的一种实施方式，如图5所示，本发明另一方面还提供了一种电池组管理系统的管理方法，该电池组管理系统包括由N个电池包组成的电池组，每个电池包均包括至少一节单体电池，其中，N为大于1的整数，该电池组管理系统还包括N个电池管理器，每个电池管理器分别连接一个电池包，每个电池管理器均包括数据采集单元、处理单元和通讯单元，其中，该管理方法包括：
数据采集单元采集电池包中每节单体电池的电压、电流和温度信号；
处理单元对数据采集单元采集的数据信号进行分析处理并得出该电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度；
每个电池管理器利用所述通讯单元与其它所有的电池管理器进行数据通讯；
处理单元还对所有电池管理器得出的各自所连接电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度进行分析处理以得出电池组的最大电压、最小电压、平均充放电电流和平均温度。
进一步地，该每个电池管理器还包括开关控制单元，该管理方法还包括开关控制步骤，该开关控制步骤包括：
该处理单元根据数据采集单元采集的数据信号输出开关控制信号给开关控制单元，开关控制单元根据开关控制信号控制开关的导通或截止。
为了提供开关控制的精度，增强安全性，进一步地，该每个电池管理器还与其它所有的电池管理器交换各自输出的开关控制信号，该开关控制步骤还包括安全保护步骤，该安全保护步骤包括：
处理单元还比较所有电池管理器输出的开关控制信号是否相同并根据比较结果控制开关控制单元工作：
当所有电池管理器输出的开关控制信号均相同时，处理单元控制开关控制单元根据开关控制信号控制开关导通或截止；
当所有电池管理器输出的开关控制信号不相同时，处理单元控制开关控制单元停止工作并报警。
为了保障行车安全，防止因电池管理器发出错误命令，进一步地，该管理方法还包括监控步骤，该监控步骤包括：
每个电池管理器还监测其它电池管理器的工作状态，当其它电池管理器的工作状态异常时则报警。
电池管理器的工作状态异常包括：数据采集单元所采集的数据信号不在正常采样范围以及通讯单元无法发送数据信号或开关控制信号。
当然，在车辆运行或者电池管理系统运行的整个过程中随时都可以对其它电池管理器进行监控，当某一个电池管理器异常时，就进行报警以提示相关人员及时采取相应措施，从而有效保障安全。
本发明的电池组管理系统及其管理方法，设置了多个电池管理器，每个电池管理器分别连接管理一个电池包，每个电池管理器分别采集所连接管理的电池包中的单体电池的数据信号并与其它电池管理器进行数据通讯，从而实现了对电池组的实时监控，而且不需要每节单体电池对应一个电池管理器，从而有效降低了成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电池组管理系统，包括由N个电池包组成的电池组，每个电池包均包括至少一节单体电池，其中，N为大于1的整数，其特征在于，所述电池组管理系统还包括N个电池管理器，每个电池管理器分别连接一个电池包，所述每个电池管理器均包括数据采集单元、处理单元和通讯单元，所述数据采集单元和通讯单元分别与所述处理单元电连接，
所述数据采集单元用于采集电池包中每节单体电池的电压、电流和温度信号；
所述处理单元用于对数据采集单元采集的数据信号进行分析处理并得出该电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度；
所述通讯单元用于与其它电池管理器的通讯单元进行数据通讯；
所述每个电池管理器利用所述通讯单元与其它所有的电池管理器进行数据通讯，所述处理单元还用于对所有电池管理器得出的各自所连接电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度进行分析处理以得出电池组的最大电压、最小电压、平均充放电电流和平均温度。
2.如权利要求1所述的电池组管理系统，其特征在于，每个电池包中的单体电池的数目相等。
3.如权利要求2所述的电池组管理系统，其特征在于，所述通讯单元为CAN通讯单元，每个电池管理器均连接到CAN总线以进行CAN通讯。
4.如权利要求3所述的电池组管理系统，其特征在于，所述每个电池管理器还包括开关控制单元，所述处理单元还用于根据数据采集单元采集的数据信号输出开关控制信号给所述开关控制单元，所述开关控制单元用于根据开关控制信号控制开关的导通或截止。
5.如权利要求4所述的电池组管理系统，其特征在于，所述每个电池管理器还与其它所有的电池管理器交换各自输出的开关控制信号，所述处理单元还用于比较所有电池管理器输出的开关控制信号是否相同并根据比较结果控制所述开关控制单元工作：
当所有电池管理器输出的开关控制信号均相同时，所述处理单元控制所述开关控制单元根据开关控制信号控制开关导通或截止；
当所有电池管理器输出的开关控制信号不相同时，所述处理单元控制所述开关控制单元停止工作并报警。
6.如权利要求5所述的电池组管理系统，其特征在于，所述每个电池管理器还监测其它电池管理器的工作状态，当其它电池管理器的工作状态异常时则报警。
7.如权利要求6所述的电池组管理系统，其特征在于，电池管理器的工作状态异常包括：所述数据采集单元所采集的数据信号不在正常采样范围以及所述通讯单元无法发送数据信号或开关控制信号。
8.一种电池组管理系统的管理方法，所述电池组管理系统包括由N个电池包组成的电池组，每个电池包均包括至少一节单体电池，其中，N为大于1的整数，所述电池组管理系统还包括N个电池管理器，每个电池管理器分别连接一个电池包，所述每个电池管理器均包括数据采集单元、处理单元和通讯单元，其特征在于，所述管理方法包括：
所述数据采集单元采集电池包中每节单体电池的电压、电流和温度信号；
所述处理单元对数据采集单元采集的数据信号进行分析处理并得出该电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度；
所述每个电池管理器利用所述通讯单元与其它所有的电池管理器进行数据通讯；
所述处理单元还对所有电池管理器得出的各自所连接电池包的最大电压、最小电压、充放电电流和平均温度进行分析处理以得出电池组的最大电压、最小电压、平均充放电电流和平均温度。
9.如权利要求8所述的管理方法，其特征在于，所述每个电池管理器还包括开关控制单元，所述管理方法还包括开关控制步骤，所述开关控制步骤包括：
所述处理单元根据数据采集单元采集的数据信号输出开关控制信号给所述开关控制单元，所述开关控制单元根据开关控制信号控制开关的导通或截止。
10.如权利要求9所述的管理方法，其特征在于，所述每个电池管理器还与其它所有的电池管理器交换各自输出的开关控制信号，所述开关控制步骤还包括安全保护步骤，所述安全保护步骤包括：
所述处理单元还比较所有电池管理器输出的开关控制信号是否相同并根据比较结果控制所述开关控制单元工作：
当所有电池管理器输出的开关控制信号均相同时，所述处理单元控制所述开关控制单元根据开关控制信号控制开关导通或截止；
当所有电池管理器输出的开关控制信号不相同时，所述处理单元控制所述开关控制单元停止工作并报警。
11.如权利要求10所述的管理方法，其特征在于，所述管理方法还包括监控步骤，所述监控步骤包括：所述每个电池管理器还监测其它电池管理器的工作状态，当其它电池管理器的工作状态异常时则报警。
12.如权利要求11所述的管理方法，其特征在于，电池管理器的工作状态异常包括：所述数据采集单元所采集的数据信号不在正常采样范围以及所述通讯单元无法发送数据信号或开关控制信号。
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