CN103208835B - 一种带无线充电的电池管理系统 - Google Patents

Abstract

一种带无线充电的电池管理系统，其主从控制板分为主控制板和从控制板。从控制板的一端和电池组连接，从控制板的另一端和充电线圈连接。一个电池组、一块从控制板和一组充电线圈构成一个电池包，从控制板负责本电池包中电池组容量的估算和充电线圈的开闭。电池组由从控制板通过选择有线或无线的方式来充放电。电池组内的电池单元连接充电线圈，充电线圈通过整流电路给电池组充电，由从控制板通过开关来控制线圈的开闭。多个电池包中的电池组荷电状态通过汽车通讯总线由主控制板传送至整车控制器。各个从控制板之间通过汽车通讯总线连接；从控制板和主控制板通过汽车通讯总线通讯，主控制板通过汽车通讯总线和整车控制器通讯。

Description

一种带无线充电的电池管理系统

技术领域

本发明涉及一种电池管理系统，特别涉及一种带有无线充电功能的电池管理系统。

背景技术

在需要大容量电能储备、供应的场合，如储能电站、电动车、通讯基站等地方，往往采用单体电池串并后成组使用，以得到大的电压和电流。电池的性能很复杂，不同类型的电池特性亦相差很大。由于电池间的不平衡性，往往使电池组的整体容量受到影响而影响其使用，电池管理系统设计旨在提高电池组的性能，降低其负面影响。

电池管理系统（BMS）的主要功能包括：准确估测动力电池组的荷电状态(State ofCharge，即SOC)；在电池充放电过程中，实时采集电池组中的每块电池的端电压、充放电电流及电池包总电压和温度，防止电池发生过充电或过放电现象；为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。这些措施都旨在提高电池的利用率，延长电池寿命。

目前的电池组的充电方式为整体充电的有线方式。当电池组需要充电时，外部电流的大小、开断由电池管理系统（BMS）控制器和充电设备通过通讯协议来约定。电池组内的电池的均衡控制由控制器来实现。当电池组内某一电池充电达到限值时，控制器通知充电设备停止工作，内部均衡电路开始工作，调整电池组荷电状态，然后通知充电设备再次开始工作。此过程用时较长，且对电池寿命有影响。

中国专利201220193976.1提出可调节充电功率的有线充电方式，提出了有线方式充电功率调节的方法，但未涉及电池间的均衡处理。

电池均衡可大致分为主动均衡式和被动均衡式。中国专利201110024897.8和中国专利201220371933.8均提出电池均衡的方法和装置。电池均衡过程中都不可避免地在电池间进行电量转移，此过程耗时长且对电池寿命有影响。

无线电能传输是新型电力传输方式。具有无接触，安全方便等特点。文献“无线充电技术及其在电动汽车上的应用初探”（王任，曲卫迎.科技创新导报[J].2010,10）和文献“非接触式锂离子电池充电电路的设计与实现”（胡新福.华南理工大学[D].2011）均对电池的无线充电做了探讨。

在电池包整体充电的方式中，电量如果不均衡，电池管理系统需要在整个电池包间或包内电池间做均衡管理，用时较长，效率不高，还影响电池的使用寿命。如果用硬连线在电池间做回路，实现单充，一是开关矩阵大而复杂，二是控制算法难度增加，差错率高。而采用电池外接线圈充电方式，由于线圈本身隔离，电池可依靠电磁感应方式来充电，可按照需要对单个电池进行充电，而对不需要充电的电池进行隔离。

发明内容

本发明的目的是克服现有电池组整体充电时必须要进行电池均衡的缺点，提供一种适用于电动车的带有无线充电功能的电池管理系统。本发明可对低容量的电池直接充电，同时隔离高容量的电池，扩展了电池充电方式的种类，提高了电池充电的效率，优化了电池的管理模式。

本发明主要包括电池组，主从控制板和充电线圈三大部分。每个电池组由多个电池串并联组成。主从控制板根据功能分为主控制板和从控制板，主控制板通过汽车通讯总线和从控制板连接。从控制板的一端和电池组连接，从控制板的另一端和充电线圈连接。一个电池组、一块从控制板和一组充电线圈构成一个电池包，从控制板负责本电池包中电池组容量的估算和充电线圈的开闭。电池组由从控制板通过选择有线或无线的方式来充放电，电池组内电池单元连接充电线圈，充电线圈通过整流电路给电池组充电，由从控制板通过开关来控制线圈的开闭。一辆电动车可以有n个电池包（n≥1），主控制板负责管理所有n个电池包中的电池组荷电状态，n个电池包中的电池组荷电状态通过汽车通讯总线由主控制板传送至整车控制器。

各个从控制板之间通过汽车通讯总线连接。从控制板主要实现一个电池包内电池组的荷电检测和充放电的控制，以及与主控制板的通讯。从控制板和主控制板通过汽车通讯总线来通讯，主控制板通过汽车通讯总线和整车控制器来通讯。

从控制板包括供电电路、中央处理器、电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、汽车通讯总线、显示终端、开关控制电路和温度控制电路。中央处理器是数据运算和存储的单元，供电电路给中央处理器供电。电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块的一端分别和电池包连接，电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块的另一端和中央处理器连接。显示终端和中央处理器连接。电压检测模块，电流检测模块和温度监测模块检测电池包中的电池组的电压、电流和温度信号，将所检测的电压、电流和温度信号传送到中央处理器，经中央处理器处理后由显示终端显示。开关控制电路和温度控制电路的一端分别和电池包连接，开关控制电路和温度控制电路的另一端和中央处理器连接，中央处理器根据电池组的荷电状态和主控制板的命令，通过开关控制电路控制充电线圈的开关，实现对电池组的充放电管理，并通过温度控制电路来调节电池包的温度。各从控制板和主控制板均通过汽车通讯总线连接，并通过汽车通讯总线对数据进行双向传送。

所述的从控制板中，中央处理器对电压、电流和温度等信号进行数据的计算处理，将处理后的信息通过汽车通讯总线传送至主控制板，主控制板负责管理所有电池的电压、电流和温度等荷电状态信息，主控制板将所有电池包的电池组的电压、电流和温度信息汇总后通过汽车通讯总线传送给整车控制器。当从控制板检测到电池组需要充电时，可以不在荷电高和荷电低的电池间进行均衡，从控制板直接打开荷电容量低的电池的充电开关，对荷电容量低的电池充电，对不需充电的电池则不动作，将其隔离。

本发明在增加无线充电功能的同时，保留了原有的有线充电方式，充电线圈及整流充电电路是在原有线式充电电路基础上新增的。二者可以结合使用。

附图说明

图1本发明电池管理系统整体结构框图；

图2本发明电池管理系统控制板结构图；

图3本发明电池管理系统无线传能原理示意图。图中，D1为整流电路，K1为开关，B1为充电电池组，C1为电池包充电线圈，Cw为外部供电线圈，Pw为外部供电设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明电池管理系统包含电池组，主从控制板及充电线圈。每个电池组由多个电池串并联组成。主从控制板包括主控制板和从控制板，主控制板通过汽车通讯总线和从控制板连接。从控制板的一端和电池组连接，从控制板的另一端和充电线圈连接。一个电池组、一块从控制板和一组充电线圈构成一个电池包，从控制板负责本电池包中电池组容量的估算和充电线圈的开闭。一辆电动车可以有n个电池包（n≥1），主控制板负责管理所有n个电池包中的电池组荷电状态，n个电池包中的电池组荷电状态通过汽车通讯总线由主控制板传送至整车控制器。

各个从控制板之间通过汽车通讯总线连接，进行通讯。从控制板主要实现一个电池包内电池组的荷电检测和充放电的控制，以及与主控制板的通讯。

主控制板负责全部电池组电量的管理，主控制板将控制命令发送给从控制板，从控制板将电池组状态信息发送给主控制板。从控制板计算各电池的荷电容量，定位需要充电的电池，再控制对应的充电线圈开关来闭合对应的充电线圈，充电线圈将外部无线耦合产生的电流给电池充电，充电完成后再断开对应的充电线圈。电池组由多个电池串并而成，电池的正负端线连结至从控制板和充电线圈，由从控制板来检测各电池的电压电流和控制充电线圈的开闭。

如图2所示，从控制板包括供电电路、中央处理器、电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、汽车通讯总线、显示终端、开关控制电路和温度控制电路。供电电路给中央处理器供电，电压检测模块检测电池的电压信号，电流检测模块检测电池的电流信号，温度检测模块检测电池包的温度，显示终端则用来显示上述参数。开关控制电路负责充电线圈的通断，温度控制电路负责调节电池包的温度。从控制板通过汽车通讯总线和外部进行通讯。从控制板的中央处理器对电压、电流和温度等信号进行数据计算处理，计算后的数据通过汽车通讯总线传送至主控制板，从控制板也接收主控制板发出的命令，同时根据电池荷电的计算结果，控制充电线圈开关给电池充电。

电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块的一端分别和电池包连接，电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块的另一端和中央处理器连接，中央处理器接收这三个模块采集的电池包中的电池组的电压、电流和温度信息。显示终端、开关控制电路和温度控制电路和中央处理器单向连接，开关控制电路和温度控制电路的另一端分别和电池包连接。中央处理器向显示终端发送显示信息，向开关控制电路和温度控制电路发送控制信号。汽车通讯总线和中央处理器双向连接，中央处理器通过汽车通讯总线和其余控制板交互信息。供电电路给中央处理器供电。

如图3所示，充电线圈C1的一端通过整流电路D1和电池组B1的正极连接，充电线圈C1的充电电流通过整流电路D1传送至电池组B1，电池组B1的负极通过开关K1和充电线圈C1的另一端连接；开关K1的开闭由从控制板控制。在需要充电时，从控制板首先断开电池包外部的正负极接触器，判定电池组B1为需充电的电池组，由从控制板中的开关控制电路控制开关K1的闭合，由外部供电设备Pw将所需电流通过外部充电线圈Cw耦合感应至充电线圈C1，感应产生的电流通过整流电路D1传输至充电电池组B1，充电的持续时间由控制板计算电池SOC容量来决定。当充电到额定容量时，断开开关K1，充电过程结束。有线充电方式和常规充电控制方式基本相同。只是在有线充电时，需要把充电线圈C1断开。

线圈的充电电流可以是交流电，也可以是脉冲直流电。线圈的尺寸和材料根据电池型号确定。

Claims (1)

1.一种带无线充电的电池管理系统，包括主从控制板、电池组(B1)、充电线圈(C1)和汽车通讯总线；每个电池组由多个电池串并联组成；一辆电动车有n个电池包，n≥1，主控制板负责管理所有n个电池包中的电池组荷电状态，n个电池包中的电池组荷电状态通过汽车通讯总线由主控制板传送至整车控制器；各个从控制板之间通过汽车通讯总线连接；从控制板和主控制板通过汽车通讯总线通讯，主控制板通过汽车通讯总线和整车控制器通讯，其特征在于：所述的主从控制板分为主控制板和从控制板，主控制板通过汽车通讯总线和从控制板连接；从控制板的一端和电池组连接，从控制板的另一端和充电线圈连接；一个电池组、一块从控制板和一组充电线圈构成一个电池包，从控制板负责本电池包中电池组容量的估算和充电线圈的开闭，电池组由从控制板通过选择有线或无线的方式来充放电；电池组内的电池单元连接充电线圈，充电线圈通过整流电路给电池组充电，由从控制板通过开关来控制充电线圈的开闭；当从控制板检测到电池组需要充电时，不在荷电高和荷电低的电池间进行均衡，从控制板直接打开荷电容量低的电池的充电开关，对荷电容量低的电池充电，对不需充电的电池则不动作，将其隔离；充电的持续时间由控制板计算电池SOC容量来决定；当充电达到额定容量时，断开开关，充电过程结束；所述的充电线圈在有线充电时断开；线圈的充电电流是交流电或脉冲直流电。