CN107181289A

CN107181289A - 模块化智能电池管理系统

Info

Publication number: CN107181289A
Application number: CN201610136416.5A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-19

Abstract

模块化智能电池管理系统涉及一种模块化的智能电池管理系统及其驱动方法。主电池管理系统通过多条串联充放电线路串联子电池管理系统，并且以多条并联充电线路连接子电池管理系统；主电池管理系统可以依据子电池管理系统所安装的并联电池组的实际状态进行最优化的充放电，同时保持系统连线的简洁。可以放宽对电池组中单体电池性能参数一致性的要求，从而减低整车电池采购成本。完全模块化的电池结构可以降低维修保养得难度与成本。灵活的充放电方式，可以在实现快速充电同时，尽可能的延长电池循环寿命。

Description

模块化智能电池管理系统

技术领域

本发明涉及一种模块化智能电池管理系统及其驱动方法，可以同时对不同的电池组的以不同的参数进行充放电。

背景技术

现有电动车辆大多以电池电能为能源驱动车辆行走，由于电池技术的局限通常以数量巨大的单体电池通过并联、串联成组后为车辆提供能源。

用于构成电池组的单体电池需要进行严格挑选以确保所有单体电池的性能参数一致。如果单体电池之间彼此的性能参数差异过大，会导致在经过一段时间使用后电池组的储能急剧下降。同时，对于由数量巨大的单体电池构成的电池组进行维护也是非常费工费时的行为。

此外对电池组的进行快速充电时，充电速度与电池寿命的权衡也是困扰电动车行业的重要难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以针对并联单体电池组的个体差异进行最优化充电，的模块化智能电池管理系统（BMS）及其驱动方法。这种电池管理系统可以适当的放宽对单体电池的性能参数要求，从而实现更低的电池采购成本；电池管理系统可以针对并联单体电池组的个体差异进行最优化充电，从而更好地达到在快速充电时平衡好充电速度与电池寿命两者的关系。

本发明所述的电池管理系统（BMS）包括：一个主电池管理系统以及至少两个子电池管理系统。

单个的子电池管理系统中，若干个单体电池并联成组后称为并联电池组，其正负极连接到子电池管理系统上用于连接电池的端子上，并联电池组可以方便的实现与子电池管理系统的连接与分离。

主电池管理系统通过充放电线路、控制总线等线路连接子电池管理系统，充放电线路包括两个以上并联充电线路以及至少一条串联充放电线路；这里所说的并联充电线路主要是指用于以并联方式连接安装在子电池管理系统上的并联电池组的一组线路，并联充电线路主要用于为并联电池组充电；这里所说的串联充放电线路是指将主电池管理系统与所有子电池管理系统连接成成一闭合环的线路，主电池管理系统可以通过该线路为安装在子电池管理系统上的并联电池组充电与放电。

控制总线可以双向通信，主电池管理系统与子电池管理系统均连接到控制总线上，子电池管理系统内有检测控制单元，可以检测电池组的工作参数，并将检测到的数据通过控制总线传送给主电池管理系统。

子电池管理系统内有受检测控制单元的操作的内部线路，可以将子电池管理系统内的并联电池组正负极连接到任意的并联充电线路或串联充放电线路上；也可以切断子电池管理系统内的并联电池组正负极与任意的并联充电线路或串联充放电线路的连接；还可以短接经过本子电池管理系统的串联充放电线路，以确保串联充放电线路的通畅。

电池管理系统充电时，主电池管理系统通过各并联充电线路与串联充放电线路向各子电池管理系统连接的并联电池组提供充电电流，各子电池管理系统连可以更改内部线路的连接状态，确保并联电池组被连接到正确的适合于该并联电池组的充电线路上去；各并联充电线路与串联充放电线路上的充电参数由主电池管理系统根据各子电池管理系统传回的子电池管理系统内的电池组的工作参数决定。

电池管理系统放电时，主电池管理系统通过各串联充放电线路接收并联电池组电能，在进行相应的电压变换后提供给用电设备；各子电池管理系统可以更改内部线路的连接状态，将并联电池组与各并联充电线路的连接断开，在保证各串联充放电线路连接正常的情况下将所属的并联电池组连接到某条串联充放电线路上或从某条串联充放电线路上脱离出来。

电池管理系统工作时，主电池管理系统随时采集子电池管理系统通过信号传输线路反馈的电池组工作参数，根据这些参数向各子电池管理系统发送控制命令，各子电池管理系统依据接受到的控制命令更改内部线路的连接状态，可以将子电池管理系统内的并联电池组正负极连接到相应的并联充电线路或串联充放电线路上、依据相应的命令切断电池管理系统内的电池组正负极与相应的并联充电线路或串联充放电线路的连接、依据相应的命令短接经过本子电池管理系统的指定串联充放电线路以保证串联充放电线路的通畅。

当某子电池管理系统内的并联电池组出现异常时，子电池管理系统可以主动切断该子电池管理系统内的并联电池组正负极与所有的并联充电线路或串联充放电线路的连接，或在向主电池管理系统发送报警信号后，在主电池管理系统命令下切断该子电池管理系统内的电池组正负极与所有的并联充电线路或串联充放电线路的连接；并短接经过该子电池管理系统的串联充放电线路，使该子电池管理系统内的并联电池组隔离出电池管理系统，从而避免并联电池组异常情况继续恶化，降低了系统危险。

附图说明

图1为电池管理系统的结构框图。

图2为子电池管理系统的连线原理图。

S1、S2为串联充放电线路，P1、P2、PGND为电力总线，其中PGND为地线，C1为控制总线，100为主电池管理系统，200为子电池管理系统，210为检测控制单元，300为并联电池组。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明所示的电池管理系统由一个主电池管理系统100以及n个子电池管理系统200构成，主电池管理系统100与子电池管理系统200之间通过若干串联充放电线路、并联充电线路以及控制总线相连接。

如图2所示，子电池管理系统200有检测控制单元210，检测控制单元210通过端子c_bus与控制总线C1相连接，主电池管理系统100通过端子C_bus与控制总线C1相连接。

检测控制单元210可以接受主电池管理系统100经控制总线C1的命令控制子电池管理系统200内所有开关的开合状态。

如图1所示，主电池管理系统100通过串联充放电线路S1、串联充放电线路S2串联连接所有子电池管理系统200，其起点分别是主电池管理系统100的S_out1、S_out2端子，终点分别是主电池管理系统100的S_in1、S_in2端子，中间依次连接各子电池管理系统200。

以图1中的串联充放电线路S1为例：“子电池管理系统1”的s_in1端子与主电池管理系统的S_out1端子连接，“子电池管理系统1”的s_out1端子与“子电池管理系统2”的s_in1端子连接，如此重复，直到“子电池管理系统n”的s_out1端子与主电池管理系统的S_in1端子连接，从而构成一条串联充放电线路。

串联充放电线路S2与串联充放电线路S1的连接相类似。

串联充放电线路S1、串联充放电线路S2之间没有交叉现象。

主电池管理系统100通过三条电力总线P1、P2、PGND连接各子电池管理系统200，其中电力总线PGND为地线；电力总线P1与主电池管理系统100的P_out1端子连接，电力总线P2与主电池管理系统100的P_out2端子连接，电力总线PGND与主电池管理系统100的P_gnd端子连接；电力总线P1与各子电池管理系统200的p_in1端子连接，电力总线P2与各子电池管理系统200的p_in2端子连接，电力总线PGND与各子电池管理系统200的p_gnd端子连接。

电力总线P1与电力总线PGND构成并联充电线路1；电力总线P2与电力总线PGND构成并联充电线路2。

如图2所示：子电池管理系统200有端子W_t1，用于连接并联电池组300的正极；子电池管理系统200有端子W_t2，用于连接并联电池组300的负极。

子电池管理系统200有端子s_in1、s_out1，属于串联充放电线路S1的一部分。

子电池管理系统200的端子s_in1经过开关X_sin1连接到端子W_t1，端子s_out1经过开关X_sout1连接到端子W_t2，开关X_sin1、X_sout1在子电池管理系统200内的检测控制单元210的控制下开合。

子电池管理系统200有端子s_in2、s_out2，属于串联充放电线路S2的一部分。

子电池管理系统200的端子s_in2经过开关X_sin2连接到端子W_t1，端子s_out2经过开关X_out2连接到端子W_t2，开关X_sin2、X_sout2在子电池管理系统200内的检测控制单元210的控制下开合。

子电池管理系统200的端子s_in1经过开关X_s_sin1连接到端子s_out1，端子s_in2经过开关X_s_sin2连接到端子s_sout2，开关X_s_sin1、X_s_sin2在子电池管理系统200内的检测控制单元210的控制下开合。

子电池管理系统200有端子p_in1与电力总线P1相连接。

子电池管理系统200的端子p_in1经过开关X_pin1连接到端子W_t1，开关X_pin1在子电池管理系统200内的检测控制单元210的控制下开合。

子电池管理系统200有端子p_in2与电力总线P2相连接。

子电池管理系统200的端子p_in2经过开关X_pin2连接到端子W_t1，开关X_pin2在子电池管理系统200内的检测控制单元210的控制下开合。

子电池管理系统200有端子p_gnd与电力总线PGND相连接。

子电池管理系统200的端子p_gnd经过开关X_pgnd连接到端子W_t2，开关X_pgnd在子电池管理系统200内的检测控制单元210的控制下开合。

子电池管理系统200内的检测控制单元210可以监测并联电池组300的工作参数，将并联电池组300的工作参数通过控制总线C1传输到主电池管理系统。

子电池管理系统200内的检测控制单元210可以根据并联电池组300的工作参数，判定并联电池组300的工作状态，更改子电池管理系统200内部线路的连接状态，将并联电池组300与其他的充放电线路相隔离，避免并联电池组300在充放电过程中发生意外。

以下为本发明所示的电池管理系统的工作说明。

正常状态下，子电池管理系统200与并联电池组300一对一配对，子电池管理系统200的端子W_t1连接并联电池组300的正极；子电池管理系统200的端子W_t2连接并联电池组300的负极。

若某子电池管理系统200没有连接并联电池组300，或者并联电池组300不能正常工作，则该子电池管理系统200中的开关X_s_sin1、X_s_sin2闭合，而其他开关均断开；此时串联充放电线路S1、串联充放电线路S2中子电池管理系统200仅起一截导线的作用。

本发明所示的电池管理系统在充电工作状态时，系统内有串联充放电线路S1、串联充放电线路S2，两条线路可以以相同或不同的电流对电池进行充电；还有由电力总线P1与电力总线PGND构成的并联充电线路1；由电力总线P2与电力总线PGND构成的并联充电线路2。

主电池管理系统100可以根据子电池管理系统200从控制总线C1反馈的并联电池组300的参数，判定对应子电池管理系统200的并联电池组300应该接入的充放电线路，命令子电池管理系统200更改内部线路的连接状态，将并联电池组300正确地接入正确的充放电线路中。

以图1中的实施例来说，若串联充放电线路S1用于对并联电池组300的急速大电流充电、串联充放电线路S2用于对并联电池组300的中等电流充电、电力总线P1与电力总线PGND构成并联充电线路1用于对并联电池组300的恢复性预充电、电力总线P2与电力总线PGND构成并联充电线路2用于对并联电池组300的涓流充电，并且所有的线路上都有可能数目不等的并联电池组300处于充电状态时；明显的，任意一个并联电池组300在进行充电时一般只能接入其中一条充电线路。

当子电池管理系统200对应的对并联电池组300使用串联充放电线路S1进行急速大电流充电时，开关X_sin1、X_sout1、X_s_sin2闭合，而子电池管理系统200内其它所有开关均断开；此时并联电池组300接入串联充放电线路S1，而经过子电池管理系统200的串联充放电线路S2保持通畅。

当子电池管理系统200对应的对并联电池组300使用串联充放电线路S2进行中等电流充电时，开关X_sin2、X_sout2、X_s_sin1闭合，而子电池管理系统200内其它所有开关均断开；此时并联电池组300接入串联充放电线路S2，而经过子电池管理系统200的串联充放电线路S1保持通畅。

当子电池管理系统200对应的对并联电池组300使用电力总线P1与电力总线PGND构成并联充电线路1进行恢复性预充电时，开关X_pin1、X_pgnd、X_s_sin1、X_s_sin2闭合，而子电池管理系统200内其它所有开关均断开；此时并联电池组300接入电力总线P1与电力总线PGND构成的并联充电线路1，而经过子电池管理系统200的串联充放电线路S1与S2保持通畅。

当子电池管理系统200对应的对并联电池组300使用电力总线P2与电力总线PGND构成并联充电线路2进行涓流充电时，开关X_pin2、X_pgnd、X_s_sin1、X_s_sin2闭合，而子电池管理系统200内其它所有开关均断开；此时并联电池组300接入电力总线P2与电力总线PGND构成的并联充电线路2，而经过子电池管理系统200的串联充放电线路S1与S2保持通畅。

当本发明所示的电池管理系统在充电工作状态时，若没有并联电池组300需要接入串联充放电线路S1充电，则主电池管理系统100不向串联充放电线路S1输入电流，以免串联充放电线路S1出现短路现象；若没有并联电池组300需要接入串联充放电线路S2充电，则主电池管理系统100不向串联充放电线路S2输入电流，以免串联充放电线路S2出现短路现象。

当本发明所示的电池管理系统工作在电池放电状态时，主电池管理系统100通过串联充放电线路S 1与串联充放电线路S2收集子电池管理系统传输的能量；此时子电池管理系统200中的开关X_pin1、X_pin2、X_pgnd均断开；若并联电池组300需要在串联充放电线路S1中放电，则开关X_sin1、X_out1闭合，而开关X_s_sin1断开；若并联电池组300不在串联充放电线路S1中放电，则开关X_sin1、X_out1断开，而开关X_s_sin1闭合；若并联电池组300需要在串联充放电线路S2中放电，则开关X_sin2、X_out2闭合，而开关X_s_sin2断开；若并联电池组300不在串联充放电线路S2中放电，则开关X_sin2、X_out2断开，而开关X_s_sin2闭合；若并联电池组300不能在任意串联充放电线路中放电时，则开关X_sin1、X_out1、X_sin2、X_out2均断开，而开关X_s_sin2、X_s_sin2均闭合。

Claims

1.模块化智能电池管理系统，由主电池管理系统（100）与若干子电池管理系统（200）组成，单体电池并联构成并联电池组（300）连接到子电池管理系统（200）上，其特征在于：子电池管理系统（200）连接的并联电池组（300）可以连接到不同的充放电线路中，进行充电；子电池管理系统（200）连接的并联电池组（300）也可以连接到不同的充放电线路中，进行放电。

2.如权利要求1所述的模块化智能电池管理系统，其特征在于：子电池管理系统（200）连接的并联电池组（300）可以通过一条以上的串联充放电线路连接到主电池管理系统（100），主电池管理系统（100）可以通过串联充放电线路对子电池管理系统（200）连接的并联电池组（300）进行充电和放电；主电池管理系统（100）与子电池管理系统（200）之间有三条以上电力总线，其中至少一条为地线（PGND），子电池管理系统（200）以并联的方式连接到这些电力总线上，构成两个以上的并联充电线路，主电池管理系统（100）通过并联充电线路为子电池管理系统（200）连接的并联电池组（300）充电。

3.如权利要求1所述的模块化智能电池管理系统，其特征在于：子电池管理系统（200）内有一组内部线路，子电池管理系统（200）内的检测控制单元（210）可以更改内部线路的连接状态将并联电池组（300）连接到不同的充放电线路上，检测控制单元（210）也可以将并联电池组（300）从正在连接的充放电线上路断开；子电池管理系统（200）内的检测控制单元（210）与主电池管理系统（100）共同连接在控制总线（C1）上，检测控制单元（210）向主电池管理系统（100）传输检测到的关于并联电池组（300）的状态参数，并接受主电池管理系统（100）的命令改变子电池管理系统（200）内部线路的连接状态。