CN106532163A - 一种电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池管理系统，包括：主控制模块，用于电池管理系统与外部通信、采集从控制模块数据，根据从控制模块数据对电池进行综合判断，一台主控制模块实现对多个从控制模块的管理和通信；从控制模块，用于采集电池信息，每个从控制模块单独对每串电池进行管理，每一串电池组配备一个能通过电池管理系统进行关断操作的直流断路器，每个从控制模块根据电池信息及主控制模块信号完成对直流断路器的控制，以达到电池组并入或退出工作模式的目的。本发明实现电池组先串后并的组合方式大大提高了电池组的利用效率，当其中一组电池出现故障可以自动退出而不影响其他电池组正常工作，大大提高了系统的工作效率。

Description

一种电池管理系统
技术领域
本发明涉及一种电池管理系统，具体地，涉及一种电池组先串后并成组的电池管理系统。
背景技术
随着新能源技术的发展，动力电池(尤其是锂电池)在电动汽车等领域运用越来越广泛。为了保证电池使用的安全可靠性，在电池制作本身技术提高的同时，电池管理系统也逐渐成为动力电池正常工作的一个重要技术保证。
电池管理系统是连接动力电池和负载的重要纽带，一般功能包括：电池物理参数采集、电池状态估计、充、放电与预充控制、均衡管理和通信等。
比如，申请号为CN201510684205.0的发明专利申请，公开了一种电池管理系统，包括CPU、电池温度采集单元、电池电压采集单元、电池电流采集单元、电池保护单元、热量管理控制单元、模块电压采集单元以及电子开关单元。但是该专利中电池组经电子开关单元与模块电压采集单元连接，所述模块电压采集单元与CPU连接，CPU分别与热量管理控制单元和电池保护单元连接，无法解决电池组先串后并成组中单串电池自动管理的问题。
又如，申请号为CN201210227492.9的发明申请，公开了一种电池管理系统，适用于一电池组，上述电池组包括以串联方式连接的多个电池芯。上述电池管理系统包括一分压器、多个开关单元以及一检测电路。每一上述开关单元耦接于上述分压器以及对应的上述电池芯的阳极之间。上述检测电路耦接于上述分压器。当一控制信号控制上述多个开关单元的一个为导通时，上述分压器分压上述开关单元所传递的一电压差以得到一分压信号，并将上述分压信号传递至上述检测电路。上述检测电路根据上述分压信号检测上述电压差。上述电压差为被导通的上述开关单元对应的上述电池芯的阳极与一接地端之间的电压差。
但是上述专利存在以下不足：
1、采样单元与控制单元整合在一起，不能对电池组串数进行自由增减；
2、从控制模块不具备操作直流断路器的功能，使整组电池工作的安全性降低；
3、从控制模块不能实现对电池组电流、电压的采样，从而导致多组电池之间容易出现电压差，对电池组的安全性造成一定隐患。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电池管理系统，旨在解决电池组先串后并成组中单串电池自动管理的问题，提高电池包的使用效率，降低故障率。
为实现上述目的，本发明所述电池管理系统，包括：
主控制模块，用于电池管理系统与外部通信、采集从控制模块数据，根据从控制模块数据对电池进行综合判读，并将电池告警存储到以备后续查询，一台主控制模块可以实现对多个从控制模块的管理和通信；
从控制模块，用于采集电池信息，所述信息包含电池单体电压信息、电池温度信息、电池组电流信息，每个从控制模块单独对每串电池进行管理，每一串电池组配备一个能通过电池管理系统进行关断操作的直流断路器，每个从控制模块根据电池信息及主控制模块信号完成对直流断路器的控制，以达到电池组并入或退出工作模式的目的。
本发明突出解决了电池组先串后并的问题，突破以往电池管理系统先并后串的局限。以往电池管理系统先并后串，电池的串数都被限定了，如果增加电池串数需要重新设计电池管理系统，而本发明增加电池串数只需增加采样单元即可，方便快捷。本发明实现电池组先串后并的组合方式大大提高了电池组的利用效率，当其中一组电池出现故障可以自动退出而不影响其他电池组正常工作，大大提高了系统的工作效率。
进一步的，所述从控制模块包括：采样单元与控制单元，所述采样单元与控制单元分离，其中所述采样单元用于采集电池信息，并将采集的信息发送到所述主控制模块；所述主控制模块根据收集到的电池电压、温度、电流等信息对整组电池工作状况进行判断，当电池组出现故障时主控制模块发出告警信息并通知从控制模块进行相应的操作同时在人机界面进行相应的故障信息显示。
更进一步的，所述从控制模块将采样单元与控制单元分离，极大的扩展了从控制模块可以监控的单体个数，以往的传统设计采样单元与控制单元集成在一起，这就从根源上限制了从控制模块可以监控的单体个数，极大的限制了可以成组的电池数量。本发明采用两者分离，所述控制单元可以级联多个采样单元，可以实现采用单元之间的级联，各采样单元实现电池单体电压、温度的采样，然后将信息汇集到控制单元，控制单元收集所有采样单元的信息进行组合整理，然后上传到主控制模块。
进一步的，所述从控制模块的控制单元与采样单元采用电力线载波通信，通过电力线载波通信将电池单体电压、温度信息传送到控制单元，大大提高了通信的可靠性和抗干扰性，从而扩展了电池单体的级联数量。
进一步的，所述从控制模块的控制单元配备有单独的电流采样模块，负责采集整串电池的电压、电流信息，根据整串电池的电流、电压信息，从控制模块控制直流断路器的关断与闭合，从而有效的解决了电池组并入和退出的问题，提高了电池包的利用率。
进一步的，所述主控制模块负责人机界面交互，将电池信息在人机界面进行展示，并突出告警信息方便工作人员进行检修与维护。
进一步的，所述电池管理系统自带时间继电器，从而有效避免了上电瞬间采集数据不稳的情况，提高了电磁管理系统的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过电池管理系统成功的解决电池组并入和退出的问题，同时也解决了电池先串后并安全的问题，方便了电池组进行任意的串并组合。电池组的串联数量增多只需增加采样单元即可，并联数量增多只需相应增加从控制模块即可，极大的方便了电池组之间的组合和成组方式。
本发明依据成组方式开发的电池管理系统，可以对每串电池进行单独管理，即使其中某一串出现故障，电池管理系统可以单独对其进行管理，将其断开而不影响整个电池包的使用，从而提高了电池包的使用效率，降低了电池包故障带来的潜在风险。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明电池管理系统总体原理框图；
图2为本发明电池管理系统主控制模块工作逻辑图；
图3为本发明电池管理系统从控制模块工作逻辑图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，一种电池管理系统，包括：主控制模块、从控制模块。其中主控制模块包含对外通信、故障存储、逻辑判断、人机交互四大部分。从控制模块主要包含数据采集、空开控制、与主控制模块通信等。具体的：
主控制模块：主要完成与外部通信，采集从控制模块数据，根据从控制模块数据对电池进行综合判读，并将电池告警存储到SD卡中以备后续查询。主控制模块负责人机界面交互，将电池信息在人机界面进行展示，并突出告警信息方便工作人员进行检修与维护。
从控制模块，用于采集电池信息，所述信息包含电池单体电压信息、电池温度信息、电池组电流信息，每个从控制模块单独对每串电池进行管理，每一串电池组配备一个能通过电池管理系统进行关断操作的直流断路器，每个从控制模块根据电池信息及主控制模块信号完成对直流断路器的控制，以达到电池组并入或退出工作模式的目的。
通过本发明可以单独对某一串电池进行管理，采集电池的电压、温度、电流等数据，同时每一串电池组配备一个可以直流开关，该直流开关可以通过电池管理系统进行关断操作，当某一串电池出现故障时，电池管理系统会自动将其关断，电池包降功率输出，不影响电池包的整车使用，以达到提高电池包的使用效率，降低故障率的目的。
如图2所示，所述主控制模块，上电之后根据时间继电器的延时，完成对从控制模块的上电等待准备时间，待等待完成收集每个从控制模块上传的电池单体电压、电流、温度信息，对所有从控制模块的信息进行分析，并在人机界面进行展示。
如图3所示，所述从控制模块包括：采样单元与控制单元，所述采样单元与控制单元分离，其中所述采样单元用于采集电池信息，并将采集的信息发送到所述主控制模块；所述主控制模块根据收集到的电池电压、温度、电流信息对整组电池工作状况进行判断，当电池组出现故障时主控制模块发出告警信息并通知从控制模块进行相应的操作同时在人机界面进行相应的故障信息显示。
本发明采用采样单元与控制单元分离，所述控制单元可以级联多个采样单元，各采样单元实现电池单体电压、温度的采样，然后将信息汇集到控制单元，控制单元收集所有采样单元的信息进行组合整理，然后上传到主控制模块，从而实现多组电池信息的采集包含温度、单体电压信息，通过采样单元的级联实现电池组数量的自由增减从而方便成组。
所述控制单元收集采样单元上传的电池单体电压、电温度信息，并对电池信息进行逻辑判断，当电池处于正常工作状态时闭合直流断路器，并实时采集本串电池的电流信息，完成对电池的监控功能。
基于上述描述，将本发明上述系统应用到一实验中：
本实验主要应用于上海**港码头运输集装箱的自动导引运输车(AGV)的动力总成部分，为AGV提供持续的动力，其中采用日本汤浅锂电池作为动力电池，整个电池的储存能量为330KWH。电池箱内包含150个电池单元，每个电池单元为50AH44V,由于电池单元数量较大，电池箱体结构尺寸为3000X3000X800(mm)，电池采用先串后并的组合方式，与传统的成组方式先并后串有较大区别，针对于此设计了全新的电池管理系统(BMS)。
所述电池管理系统包括：主控制模块、从控制模块，其中：
主控制模块，用于电池管理系统与外部通信、采集从控制模块数据，根据从控制模块数据对电池进行综合判读，并将电池告警存储到SD卡中以备后续查询；
从控制模块，用于采集电池信息，所述信息包含电池单体电压信息、电池温度信息、电池组电流信息，每个从控制模块单独对每串电池进行管理，每一串电池组配备一个能通过电池管理系统进行关断操作的直流断路器，每个从控制模块根据电池信息及主控制模块信号完成对直流断路器的控制，以达到电池组并入或退出工作模式的目的。
本发明依据成组方式开发的电池管理系统，可以对每串电池进行单独管理，即使其中某一串出现故障，电池管理系统可以单独对其进行管理，将其断开而不影响整个电池包的使用，从而提高了电池包的使用效率，降低了电池包故障带来的潜在风险。
电池管理系统从控制模块采样部分与MCU分离，极大的扩展了从控制模块可以监控的单体个数，以往的传统设计采样部分与MCU，这就从根源上限制了从控制模块可以监控的单体个数。
从控制模块MCU与采样部分采样电力线载波通信，大大提高了通信的可靠性和抗干扰性，从而扩展了电池单体的级联数量。
本实验通过上述全新的电池管理系统(BMS)，能很好的满足上海**港码头运输集装箱的自动导引运输车(AGV)的使用要求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：
主控制模块，用于电池管理系统与外部通信、采集从控制模块数据，根据从控制模块数据对电池进行综合判断，并将电池告警存储以备后续查询；一台主控制模块可以实现对多个从控制模块的管理和通信；
从控制模块，用于采集电池信息，所述信息包含电池单体电压信息、电池温度信息、电池组电流信息，每个从控制模块单独对每串电池进行管理，每一串电池组配备一个能通过电池管理系统进行关断操作的直流断路器，每个从控制模块根据电池信息及主控制模块信号完成对直流断路器的控制，以达到电池组并入或退出工作模式的目的。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述从控制模块包括：采样单元与控制单元，所述采样单元与控制单元分离，其中所述采样单元用于采集电池信息，并将采集的信息发送到所述主控制模块；所述主控制模块根据收集到的电池电压、温度、电流信息对整组电池工作状况进行判断，当电池组出现故障时主控制模块发出告警信息并通知从控制模块进行相应的操作同时在人机界面进行相应的故障信息显示。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制单元可以级联多个采样单元，各采样单元实现电池单体电压、温度的采样，然后将信息汇集到控制单元，控制单元收集所有采样单元的信息进行组合整理，然后上传到主控制模块，从而实现多组电池信息的采集包含温度、单体电压信息，通过采样单元的级联实现电池组数量的自由增减从而方便成组。
4.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制单元配备有单独的电流采样模块，负责采集整串电池的电压、电流信息，根据整串电池的电流、电压信息，从控制模块控制直流断路器的关断与闭合，从而有效的解决了电池组并入和退出的问题，提高了电池包的利用率。
5.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制单元与采样单元采用电力线载波通信，通过电力线载波通信将电池单体电压、温度信息传送到控制单元。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控制模块负责人机界面交互，将电池信息在人机界面进行展示，并突出告警信息方便工作人员进行检修与维护。
7.根据权利要求1-5任一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统自带时间继电器，有效避免了上电瞬间采集数据不稳的情况。
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