CN103904376B - 一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统，包括电池组、隔离开关单元、差分放大器、AD采样电路和MCU控制单元，所述电池组至少包括两节串联的电池，每节电池的两端都接出采样线，所述采样线连接至隔离开关单元的输入端，所述隔离开关单元的输出端依次连接差分放大器和AD采样电路，所述AD采样电路和所述隔离开关单元都连接至MCU控制单元。本发明设计的检测方案则实现了电池串数随意接和随时更换的功能，并且通过应用程序能够自行分析出接入的电池数量，不需要手动设置，可以适应变化多端的应用需求。

Description

一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统及方法。
背景技术
在使用锂电池的过程中我们需要对锂电池不断的进行充电放电，这样的过程中有可能会出现过分充电或过分放电的情况，最后导致电池损坏自燃等各种意外情况发生，因此我们需要对电池的实时状态进行监控以便于进行管理。电池管理系统(BMS)的主要功能是采集串联电池组的单体电压、温度信息，并对电池进行均衡管理，最后上报到人机界面为相关人员提供信息。
目前市面上出现的大部分单体电压采样技术都应用了各大集成芯片厂商比如TI，Linear，ADI，Maxim生产的集成芯片作为采集电池单体电压的前端，这类芯片能够检测的电池串数分别有4串、6串、12串不等，通过多个芯片累积叠加来实现更多串数电池的检测，这类芯片从电池取电作为自身的工作电源，在产品包装机械外壳之后，无法随时随意的更改事先已经约定好的电池串数，否则会导致芯片工作不正常，并且需要人为干预，告知MCU电池的具体串数，对现场工作来说极为不方便。
发明内容
本发明提出一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统及方法，本发明的设计的检测方案实现了电池串数随意接和随时更换的功能，并且通过应用程序能够自行分析出接入的电池数量，不需要手动设置，可以适应变化多端的应用需求。
本发明具体是通过以下技术方案来实现的：
一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统，包括电池组、隔离开关单元、差分放大器、AD采样电路和MCU控制单元，所述电池组至少包括两节串联的电池，每节电池的两端都接出采样线，所述采样线连接至隔离开关单元的输入端，所述隔离开关单元的输出端依次连接差分放大器和连接AD采样电路，所述AD采样电路和所述隔离开关单元都连接至MCU控制单元。
进一步地，所述隔离开关单元包含隔离开关，所述隔离开关的数量大于或等于所述采样线的数量，且每路采样线连接一个隔离开关；
进一步地，所述隔离开关单元、差分放大器、AD采样电路和MCU控制单元外接另一电源；
进一步地，所述AD采样电路分别采集两路相连的采集线之间的电池的采集信号；
进一步地，所述采集信号为电压值信号；
进一步地，所述采集信号为温度值信号；
进一步地，所述MCU控制单元可以控制隔离开关单元内的隔离开关的开合。
一种分布式电池管理系统自适应优化的控制方法，包括以下控制过程：
a、将串接在每节电池两端的采样线连接到隔离开关单元，
b、MCU控制单元根据接入采样线的串数，控制隔离开关单元内的隔离开关的处于闭合，所有采样线进行信号采集；
c、采样线的采集信号经过差分放大器放大，AD采样线路得出相邻两路采样线之间的电压值；
d、根据电压值的数据，若电压值处于极限值时，说明该相邻两路采样线之间没有装配电池或电池损坏；若电压值处于一个固定值，则依据该固定值的数量分析出已接入电池的串数。
本发明产生的有益效果为：本发明通过对多节电池两端的电池信号进行采集，并通过MCU控制单元分析处理控制隔离开关单元内的隔离开关的开合，然后将信号值放大，AD采样线路最终得出需要分析的电池的串数，另外本发明的系统中系统功能单元的电源不采用被检测的电池组为动力，另取电源，避免了现有技术一旦更改电池串数，控制芯片就会失去采集电压信息的功能而导致工作不正常的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
如图1所示，一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统，包括电池组1、隔离开关单元2、差分放大器4、AD采样电路5和MCU控制单元3，所述电池组1至少包括两节串联的电池，每节电池的两端都接出采样线，所述采样线连接至隔离开关单元2的输入端，所述隔离开关单元2的输出端依次连接差分放大器4和AD采样电路5，所述AD采样电路5和所述隔离开关单元2都连接至MCU控制单元3。
本控制系统中，隔离开关单元2、差分放大器4、AD采样电路5和MCU控制单元3外接另一电源，与现有的检测电源不使用同一电源，避免了现有技术一旦更改电池串数，控制芯片就会失去采集电压信息的功能而导致工作不正常的问题。进一步地，所述AD采样电路分别采集两路相连的采集线之间的电池的采集信号，所述采集信号可以为电压值信号，温度值信号。
本发明的控制系统中，隔离开关单元2包含隔离开关，隔离开关的数量大于或等于所述采样线的数量，且每路采样线连接一个隔离开关，MCU控制单元3可以控制隔离开关单元内的隔离开关的开合。在检测过程中每节电池两端都会接出采样线，如果有n串电池串联在一起，对应的采样线就是从采样线0～采样线n，采样线通过线对板连接器接到电路板后进入隔离开关，MCU控制单元控制隔离开关的每一路开关让它们断开或者导通，选择出需要检测的电池的两根采样线，让其接入到输出线P和输出线N进入差分放大器，后端AD采样电路便可得到相应的电压值。例如在采集电池1的电压时，MCU控制单元给出信号控制隔离开关，将采样线1接到输出线P，将采样线0接到输出线N，那么AD629型差分放大器监测到的就是电池1的电压，每一路电池都是以相同的方式分时进行电压采集。如果事先约定的电池串数为n串，在硬件上设置好的隔离开关数相应的也为n个，产品出货之后在现场装配的时候，如果串联电池组临时需要更换为n-1串或者更少串数，只需要将应该检测的电池对应的采样线接入到对应的隔离开关处，多余的切换开关保持悬空即可，不会造成任何额外的影响。在接好采样线之后，未使用到的采样通道会保持一个默认的极限值，MCU控制单元根据该极限值来判断有多少串电池接入了该设备中，处于极限值(一般为0)的通道判断为没有电池接入。
一般的检测方案则不具备该极限值，而是一个不固定的浮动值，因此无法依此来判断有没有电池接入，只能人为告知外部有多少串电池。在使用运行一段时间之后，需要更换电池，那么只需要再重复一次判断就可以和新装的电池配套使用，使用该方案后可以直接有效地分析出电池串数，不管是否告知电池串数。
一种分布式电池管理系统自适应优化的控制方法，包括以下控制过程：
a、将串接在每节电池两端的采样线连接到隔离开关单元，
b、MCU控制单元根据接入采样线的串数，控制隔离开关单元内的隔离开关的处于闭合，所有采样线进行信号采集；
c、采样线的采集信号经过差分放大器放大，AD采样线路得出相邻两路采样线之间的电压值；
d、根据电压值的数据，若电压值处于极限值时，说明该相邻两路采样线之间没有装配电池或电池损坏；若电压值处于一个固定值，则依据该固定值的数量分析出已接入电池的串数。
本系统中隔离开关、差分放大器、AD采样电路和MCU控制单元外接另一电池组，形成独立的供电，在更换检测的电池组或者检测的电池组供电不正常时依然能够正常工作，进行检测，可以应对多端应用的需求，避免现有技术中的芯片自取电池作为工作电源导致后续工作不正常的问题，且需要人为干预才能告知电池的具体串数的麻烦，在一些情况下，无法得知电池串数的情况下就更显的麻烦。另外AD采样电路分别采集两路相连的采集线之间的电池的采集信号，采集信号为电压值信号也可以同时检测温度值信号，满足现场工作的需要。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统，其特征在于，包括电池组、隔离开关单元、差分放大器、AD采样电路和MCU控制单元，所述电池组至少包括两节串联的电池，每节电池的两端都接出采样线，所述采样线连接至隔离开关单元的输入端，所述隔离开关单元的输出端依次连接差分放大器和AD采样电路，所述AD采样电路和所述隔离开关单元都连接至MCU控制单元，所述隔离开关单元包含隔离开关，所述隔离开关的数量大于或等于所述采样线的数量，且每路采样线连接一个隔离开关；所述隔离开关单元、差分放大器、AD采样电路和MCU控制单元外接另一电源。
2.如权利要求1所述的一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统，其特征在于，所述AD采样电路分别采集两路相连的采集线之间的电池的采集信号。
3.如权利要求2所述的一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统，其特征在于，所述采集信号为电压值信号。
4.如权利要求2所述的一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统，其特征在于，所述采集信号为温度值信号。
5.如权利要求1所述的一种分布式电池管理系统自适应优化的控制系统，其特征在于，所述MCU控制单元可以控制隔离开关单元内的隔离开关的开合。
6.基于权利要求1-5任一项的一种分布式电池管理系统自适应优化的控制方法，其特征在于，包括以下控制过程：
a、将串接在每节电池两端的采样线连接到隔离开关单元，
b、MCU控制单元根据接入采样线的串数，控制隔离开关单元内的隔离开关的处于闭合，所有采样线进行信号采集；
c、采样线的采集信号经过差分放大器放大，AD采样线路得出相邻两路采样线之间的电压值；
d、根据电压值的数据，若电压值处于极限值时，说明该相邻两路采样线之间没有装配电池或电池损坏；若电压值处于一个固定值，则依据该固定值的数量分析出已接入电池的串数，在检测过程中每节电池两端都会接出采样线，如果有n串电池串联在一起，对应的采样线就是从采样线0～采样线n，采样线通过线对板连接器接到电路板后进入隔离开关，MCU控制单元控制隔离开关的每一路开关让它们断开或者导通，选择出需要检测的电池的两根采样线，让其接入到输出线P和输出线N进入差分放大器，后端AD采样电路便可得到相应的电压值。
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