CN107069898A - 一种锂电池组的控制系统及具有其的锂电池组装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池组的控制系统及具有其的锂电池组装置，包括从控模块以及主控模块，所述的从控模块通过检测锂电池的状态后输出两路电平信号，所述的主控模块接收上述两路电平信号进行判断，之后输出控制信号来改变锂电池组的状态。锂电池组装置通过若干锂电池组并联、串联或者混联组成。主要通过两路电平信号进行充放电以及内部温度的判断，简化了判断标准，提高效率；锂电池的控制系统具有完善的保护功能，可以有效的保护锂电池可靠、安全的工作；并且电池系统实现标准化、模块化，系统模块可以任意的组合串联、并联以及混联，具有成本低、可靠性高、便于规模化和标准化生产的优点，有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其是涉及一种锂电池组的控制系统及具有其的锂电池组装置。
背景技术
随着新能源产业的发展，锂电池得到了更加广泛的应用，锂电池具有高容量、长寿命、重量轻、绿色环保的优点，在锂电池的成本逐步降低，性能不断提高条件下，锂电池在各种动力系统中得到了更加广泛的应用。
锂电池自身的电压只有3.6V或者3.7V，通常情况下单体容量在几个Ah或者几十个Ah，在实际应用中，需要将电池进行串联或者并联组合，以达到用电设备所需的工作电压或工作容量。目前常规的应用场景都是根据客户对电池系统容量、电压的不同需求，根据客户提供的空间，定制化开发针对不同用户需求的不同形状的电池组。由于针对特定产品开发，这类锂电池组只适用于特定产品，一般不具有通用性的特点，造成产品的开发成本比较高，开发周期都比较长，产品无法形成模块化和通用化，只能针对批量的特定产品使用。
在传统动力电池应用领域，铅酸电池占据了很大的份额。铅酸电池具有成本低，使用简单的优点，铅酸电池存在重金属污染的环境危险。常规的铅酸电池，一般具有6V、8V、12V几种常规的电压系列，容量方面有不同的固定系列，产品外形已经形成标准化，在行业中实际使用中铅酸电池具有可以任意串并联混联组合，具有成组方便，电压组合方便的优点。而锂电池在实际应用中，通常设计成为一个固定的箱体，采用一体设计，实际成组后的锂电池组，无法采用直接串联、并联的方式来提高电压和增加容量，在实际使用中无法像铅酸电池一样采用标准化模组进行串并联组合，从而大大限制了锂电池的应用。
锂电池在使用中需要增加电池保护系统，从技术原理上讲，采用常规保护板的锂电池组，多个电池系统直接串联后，其中一个保护电路在过放电保护后，该电池系统虽然可以关掉自身的放电回路，但面临电池系统耐压倍增的压力，非常容易由于保护IC的耐压不足导致其保护电路受损，进而危害整个电池组的安全，同时，由于需要在每一个电池组中都使用一套保护开关控制MOS系统，其成本压力也不容忽视。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可进行标准化的随意串并联并且降低成本的锂电池组的控制系统及具有其的锂电池组装置。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种锂电池组的控制系统，包括用于检测锂电池组状态的从控模块以及接收从控模块信号并对锂电池组进行相应控制的主控模块，所述的从控模块通过检测锂电池的状态后输出两路电平信号，所述的主控模块接收上述两路电平信号进行判断，之后输出控制信号来改变锂电池组的状态。
进一步具体的，所述的两路电平信号分别为充电电平信号和放电电平信号，当锂电池组处于正常工作状态时，充电电平信号为高电平，放电电平信号为低电平；在充电过程中，锂电池组内的电压高于设定的充电阙值，充电电平信号从高电平转为低电平；在放电或搁置过程中，锂电池组内的电压低于设定的放电阙值，放电电平信号从低电平转为高电平。
进一步具体的，所述的路电平信号分别为充电电平信号和放电电平信号，当锂电池组处于正常工作状态时，充电电平信号为高电平，放电电平信号为低电平；所述的从控模块对锂电池组内部的温度进行检测，当检测到的温度高于设定的高温阙值或者低于设定的低温阙值时，充电电平信号从高电平转为低电平，同时放电电平信号从低电平转为高电平。
进一步具体的，所述的主控模块对锂电池组外部环境温度进行检测，并将检测到的环境温度信号与设定的环境温度阙值进行比较，当环境温度高于设定的环境高温阙值时，主控模块切断充电回路以及放电回路；当环境温度低于设定的环境低温阙值时，主控模块切断充电回路。
进一步具体的，所述的主控模块与从控模块之间通过光耦隔离传输的方式进行传输信号。
进一步具体的，所述的主控模块包括信号处理控制单元以及与信号处理控制单元连接的放电电流检测单元、短路检测单元、过放电保护单元、过充电保护单元、过电流保护单元。
进一步具体的，所述的从空模块包括与锂电池组连接信号处理单元以及与信号处理单元连接的内部温度检测单元、隔离传输单元。
进一步具体的，所述的从控单元至少一个，所述的主控单元至少一个。
一种采用上述控制系统的锂电池组装置，由若干锂电池组构成，若干所述的锂电池组之间通过串联或者并联或者混联的方式进行连接，所述的锂电池组的个数与从控模块的个数一致，每个所述的锂电池组对应连接一个从控模块。
进一步具体的，每个所述的锂电池组由若干个相同的单体锂电池并联形成模组并由若干个模组串联后组成。
本发明的有益效果是：主要通过两路电平信号进行充放电以及内部温度的判断，简化了判断标准，提高效率；锂电池的控制系统具有完善的保护功能，可以有效的保护锂电池可靠、安全的工作；并且电池系统实现标准化、模块化，系统模块可以任意的组合串联、并联以及混联，具有成本低、可靠性高、便于规模化和标准化生产的优点，有很强的实用性。
附图说明
图1是本发明锂电池组的控制系统的原理框图；
图2是本发明主控模块的原理框图；
图3是本发明主控模块的原理图；
图4是本发明从控模块的原理框图；
图5是本发明从控模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示一种锂电池组的控制系统，包括用于检测锂电池组状态的从控模块以及接收从控模块信号并对锂电池组进行相应控制的主控模块，所述的从控模块通过检测锂电池的状态后输出两路电平信号，所述的主控模块接收上述两路电平信号进行判断，之后输出控制信号来改变锂电池组的状态。所述的两路电平信号分别为充电电平信号CO和放电电平信号DO，当锂电池组处于正常工作状态时，充电电平信号CO为高电平，放电电平信号DO为低电平；通过这两路电平的变化来实现对充电、放电以及内部温度的控制，在充电过程中，锂电池组内的电压高于设定的充电阙值，充电电平信号CO从高电平转为低电平；在放电或搁置过程中，锂电池组内的电压低于设定的放电阙值，放电电平信号DO从低电平转为高电平；从控模块通过设置在锂电池组内部的热敏电阻对锂电池组内部的温度进行检测，当检测到的温度高于设定的高温阙值或者低于设定的低温阙值时，充电电平信号CO从高电平转为低电平，同时放电电平信号DO从低电平转为高电平。
主控模块接收到从控模块发出的这三种信号之后对锂电池组的充电、放电以及内部温度异常进行切断控制。并且主控模块与从控模块之间采用光耦进行隔离式传输。
上述控制系统用于锂电池组装置内，锂电池组装置由若干锂电池组通过并联、串联或者混联（串联与并联都存在）组成，并且在没有锂电池组内均设置一个从控模块；若干相同的单体锂电池并联之后形成一个模组，将若干个模组串联起来之后形成锂电池组，之后将锂电池组B1～B8进行并联（如图1所示）；连接之后的电池组装置有两个端部为B+端与B-端；主控模块有四个端部分别为B+端与B-端、P+端与P-端；锂电池组的B+端与主控模块的B+端连接，锂电池组的B-端与主控模块的B-端连接，而主控模块的P+端与P-端为功率输出端用于连接用电设备。
如图2与图3所示为主控模块原理框图与原理图，主控制模块可以单独作为一个外设模块，也可以放置到系统中的某一个锂电池组内，其包括主控处理器（型号为STM8S105）以及与主控处理器连接的单电池过压保护电路、单电池欠压保护电路、过流保护信号放大电路、短路保护电路、放电驱动电路、充电驱动电路、串口通讯电路、电池电压侦测电路、低温高温保护电路、充电器侦测电路、DC-DC转化电路，与过流保护信号放大电路连接的电流侦测电路，与放电驱动电路连接的放电开关控制电路，与充电驱动电路连接的充电开关控制电路，短路保护电路与过流保护信号放大电路连接，电流侦测电路、放电开关控制电路、充电开关控制电路串联在主控模块的B-端与P-端，与从控模块连接的副板连接反馈信号输入端，副板连接反馈信号输入端将信号分别通过单电池过压保护电路、单电池欠压保护电路以及线束传递到主控处理器内；电流侦测电路检测到电流信号传递给过流保护信号放大电路，进行信号放大之后分为两路，一路直接传递给主控处理器，另一路通过短路保护电路之后传递给主控处理器；主控处理器的充电控制信号通过充电驱动电路传递给充电开关控制电路；主控处理器的放电控制信号通过放电驱动电路传递给放电开关控制电路；充电器侦测电路、低温高温保护电路、电池电压侦测电路将侦测的信号直接传递给主控处理器；主控处理器通过串口通讯电路与外接设备连接。
如图4所示为从控模块的原理框图，从控模块包括并联在锂电池组上的从控处理器、连接在从控处理器充电信号端的充电光耦隔离器U1、连接在从控处理器放电信号端的放电光耦隔离器U2，充电光耦隔离器U1与放电光耦隔离器U2的输出端连接在从控信号端子JP上；从控信号端子JP通过线束连接在副板连接反馈信号输入端上。如图5所示为从控模块的电路图，从控处理器采用型号为BM3451-BHDC_0的处理器，其中CO接口为充电电平信号输出端，DO接口为放电电平信号输出端，CO接口与DO接口各连接一型号为HCPL-073A-000E的光耦进行信号隔离传输，并通过从控信号端子JP传输至副板连接反馈信号输入端；图5中的电子元器件为集成电路的外围元件，在本案中采用的电路还有许多同类功能的其他电路可以使用。在系统的电压以及温度均处于正常工作状态下，从控处理器的CO接口输出为高电平，即充电光耦隔离器U1内部的发光二极管处于关断状态，从控信号端子JP的1脚输出为高电平，DO接口为低电平，即放电光耦隔离器U2内部的发光二极管处于导通状态，从控信号端子JP的2脚输出为低电平；从控信号端子JP的3脚接地。
过充电和过放电功能的实现：主控模块依据副板连接反馈信号输入端上J1到J8接收到的从控模块CO接口电平和DO接口电平判断电池的工作状态，在J1到J8输入的CO接口电平全部为高电平、DO接口电平全部为低电平时，主控模块判断所有从控模块工作正常，并打开充电回路以及放电回路，电池系统处于正常工作状态。当J1到J8中任意一个CO接口电平为低电平情况下，主控模块判断电池组处于过充电状态，主控模块关闭充电回路，当全部CO接口电平转换为高电平或者主控模块检测到有放电电流后，主控模块将恢复到正常工作状态；当J1到J8中任意一个DO接口电平从低电平转换为高电平时，主控模块判断电池组处于过放电状态并关闭放电回路，当J1到J8所有的DO接口电平全部转换为高电平或者主控模块检测到有充电电流时，主控模块将打开放电回路。
温度保护功能实现：在主控模块自身检测到环境温度超过设定阈值或者从控模块发出前面描述的温度异常后，主控模块同样将完成高温充放电保护和低温充电保护，在环境温度低于设定阈值情况下，将执行充电禁止但可以放电的保护功能，具体事项方式将由主控模块的主控处理器实现具体的管理工作。
综上，本系统具有完善的锂电池系统保护功能，可以有效的保护锂电池可靠、安全的工作。锂电池组装置可以标准化、模块化、模块可以任意的组合串并联，具有成本低、可靠性高、便于规模化和标准化生产的优点，具有很强的实用性。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种锂电池组的控制系统，其特征在于，包括用于检测锂电池组状态的从控模块以及接收从控模块信号并对锂电池组进行相应控制的主控模块，所述的从控模块通过检测锂电池的状态后输出两路电平信号，所述的主控模块接收上述两路电平信号进行判断，之后输出控制信号来改变锂电池组的状态。
2.根据权利要求1所述的锂电池组的控制系统，其特征在于，所述的两路电平信号分别为充电电平信号和放电电平信号，当锂电池组处于正常工作状态时，充电电平信号为高电平，放电电平信号为低电平；在充电过程中，锂电池组内的电压高于设定的充电阙值，充电电平信号从高电平转为低电平；在放电或搁置过程中，锂电池组内的电压低于设定的放电阙值，放电电平信号从低电平转为高电平。
3.根据权利要求1所述的锂电池组的控制系统，其特征在于，所述的路电平信号分别为充电电平信号和放电电平信号，当锂电池组处于正常工作状态时，充电电平信号为高电平，放电电平信号为低电平；所述的从控模块对锂电池组内部的温度进行检测，当检测到的温度高于设定的高温阙值或者低于设定的低温阙值时，充电电平信号从高电平转为低电平，同时放电电平信号从低电平转为高电平。
4.根据权利要求1所述的锂电池组的控制系统，其特征在于，所述的主控模块对锂电池组外部环境温度进行检测，并将检测到的环境温度信号与设定的环境温度阙值进行比较，当环境温度高于设定的环境高温阙值时，主控模块切断充电回路以及放电回路；当环境温度低于设定的环境低温阙值时，主控模块切断充电回路。
5.根据权利要求1所述的锂电池组的控制系统，其特征在于，所述的主控模块与从控模块之间通过光耦隔离传输的方式进行传输信号。
6.根据权利要求1所述的锂电池组的控制系统，其特征在于，所述的主控模块包括信号处理控制单元以及与信号处理控制单元连接的放电电流检测单元、短路检测单元、过放电保护单元、过充电保护单元、过电流保护单元。
7.根据权利要求1所述的锂电池组的控制系统，其特征在于，所述的从空模块包括与锂电池组连接信号处理单元以及与信号处理单元连接的内部温度检测单元、隔离传输单元。
8.根据权利要求1所述的锂电池组的控制系统，其特征在于，所述的从控单元至少一个，所述的主控单元至少一个。
9.一种采用权利要求1～8中任意一项控制系统的锂电池组装置，由若干锂电池组构成，其特征在于，若干所述的锂电池组之间通过串联或者并联或者混联的方式进行连接，所述的锂电池组的个数与从控模块的个数一致，每个所述的锂电池组对应连接一个从控模块。
10.根据权利要求9所述的锂电池组装置，其特征在于，每个所述的锂电池组由若干个相同的单体锂电池并联形成模组并由若干个模组串联后组成。
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