CN107994640A - 被动触发式充电限流的电池管理系统及其管理办法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种被动触发式充电限流的电池管理系统及其管理办法，具备常规的保护功能：过充电保护功能、过放电保护功能、短路保护功能、温度保护功能、数据记录及传输通信功能、报警功能、内部均衡功能外，还具主动充电限流功能，即被动触发式限流功能的锂离子电池组BT管理系统。本发明可以确保电池在充电过程中保证电池能够达到0.5C以上的充电电流，避免出现过流保护等雪崩问题；从而解决倍率充电电流的难题，降低电池管理系统充电限流的损耗热量，有利于电池性能提升，改善电池组BT寿命及安全。
Description
技术领域
本发明涉及属于电学技术领域，具体涉及锂离子电池及其多组电池并联充电应用，特别涉及一种被动触发式充电限流的电池管理系统及其管理办法。
背景技术
随着国际与国内通信电源技术的快速发展，特别是近年来4G+、5G业务的发展，运营商对于基站的电源供电方式越来越多样性，并且对与电池的充放电接受能力、可靠性、智能化要求也越来越高，部分站点建设初期配置的电池组BT已经不能满足备电要求，特别是在西部、山区等电网不发达、自然灾害频繁的地区，要求实现1h～3h内将电池组BT充满电。在这种情况下，需要配置接受能力更高的电池管理系统以保证通信基站电源快速恢复备电。但这也就难免会出现电池管理系统限流能力有限、可靠性差的问题。
另外，现有技术中电池组BT均为硬件限流，通过PWM的方式，将充电电流限制在某个固定值；由于现有技术方案限制，在限流过程中，线圈及MOS管会释放热量，对锂离子电池寿命产生不利的影响；同时，如果发热量过大，也有可能会烧坏采样线，安全性和可靠性低。因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
为了满足快速充电的可靠性、安全性等，最常用的办法是增加充电限流模块，即把多个充电限流模块进行并联充电，但此方面性价比低，一方面增加了内部占用空间，内部热量也大大增加；充电模块并联后总的系统功率也不能持续加大等缺陷较多，始终不能得到推广。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种在满足锂离子电池组BT多组并联条件下，能够实现大电流充电，是为了保证锂离子电池组BT供电的电源快速充电、稳定、可靠，能实现多组冗余并机，提供一种不受充电限制及并联数量限制的被动触发式充电限流的电池管理系统及其管理办法。
实现本发明目的的技术方案是：一种被动触发式充电限流的电池管理系统，具有电池管理系统主板；所述电池管理系统主板包括常规的过充电保护电路、过放电保护电路、短路保护电路、温度保护电路、数据记录及传输通信电路、报警电路和内部均衡电路；还具有主动充电限流电路；所述主动充电限流电路包括电流采样电阻Rsen、放电Mos管M3、主板充电Mos管M2、主动限流模块充电Mos管M1、限流板限流电感L1、微控制单元MCU和BMS限流板；所述电流采样电阻Rsen的一端通过电池组BT接电流采集端p+，另一端接放电Mos管M3的源极S，同时，电流采样电阻Rsen的两端分别接至微控制单元MCU上对应的接线端；所述放电Mos管M3的漏极D接主板充电Mos管M2的漏极D，放电Mos管M3的栅极G接微控制单元MCU上对应的接线端；所述主板充电Mos管M2的源极S接电流采集端p-，主板充电Mos管M2的栅极G接微控制单元MCU上对应的接线端；所述主动限流模块充电Mos管M1的源极S接电流采集端p-，其漏极D通过限流板限流电感L1接至放电Mos管M3的漏极D，其栅极G与BMS限流板相连；所述BMS限流板与微控制单元MCU相连。
一种被动触发式充电限流的电池管理系统的管理办法，包括以下步骤：
（1）电池组BT上电并接入充电设备，
（2）通过软件进行控制限流功能的触发与解除，电流大小的切换，实现锂电池的倍率电流充电；
（3）通过采集P+、P-端电流与电池管理系统设定的阀值对比，同时实时对比充电端的电流，对比进行分析统计，形成历史数据记录。
上述技术方案所述步骤（2）具体为：
1）电池组BT根据充电电流大小，对电池组BT进行持续充电，充电电流从主板上的MOS管经过；
2）当充电电流达到BMS限流板设定的过流告警值时，微控制单元MCU将切换为限流工作，并且持续充电；当限流模块连续工作时间至设置时间时，微控制单元MCU检测充电端与电池段电压，并切换回主回路到的充电MOS管工作；若充电管测试到仍存在充电电流告警,则继续切换至限流模式工作。
上述技术方案所述步骤2）具体为：
①当电流I2正常时，限流电路关闭：充电回路是I2，通过主回路的主板充电Mos管M2，电池直接充电；
②当触发充电过流告警与保护时，限流电路开启时：充电电流回路是 I1，通过限流回路的限流板限流电感L1和主动限流模块充电Mos管M1，系统执行PWM模式下的限流充电；
③当充电过流告警与保护恢复时，限流电路开启时：充电回路是I2，恢复通过主回路的主板充电Mos管M2，电池直接充电。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
（1）本发明可以确保电池在充电过程中保证电池能够达到0.5C以上的充电电流，避免出现过流保护等雪崩问题；从而解决倍率充电电流的难题，降低电池管理系统充电限流的损耗热量，有利于电池性能提升，改善电池组BT寿命及安全。
（2）本发明在满足锂离子电池组BT多组并联条件下，能够实现大电流充电，是为了保证锂离子电池组BT供电的电源快速充电、稳定、可靠，能实现多组冗余并机。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的主动充电限流电路图。
附图中标号为：RSEN是电流采样电阻，M3是放电Mos管，M2是主板充电Mos管，M1是主动限流模块充电Mos管，L1是限流板限流电感。
具体实施方式
（实施例1）
见图1和图2，本发明具有电池管理系统主板；电池管理系统主板包括常规的过充电保护电路、过放电保护电路、短路保护电路、温度保护电路、数据记录及传输通信电路、报警电路和内部均衡电路；还具有主动充电限流电路；主动充电限流电路包括电流采样电阻Rsen、放电Mos管M3、主板充电Mos管M2、主动限流模块充电Mos管M1、限流板限流电感L1、微控制单元MCU和BMS限流板；电流采样电阻Rsen的一端通过电池组BT接电流采集端p+，另一端接放电Mos管M3的源极S，同时，电流采样电阻Rsen的两端分别接至微控制单元MCU上对应的接线端；放电Mos管M3的漏极D接主板充电Mos管M2的漏极D，放电Mos管M3的栅极G接微控制单元MCU上对应的接线端；主板充电Mos管M2的源极S接电流采集端p-，主板充电Mos管M2的栅极G接微控制单元MCU上对应的接线端；主动限流模块充电Mos管M1的源极S接电流采集端p-，其漏极D通过限流板限流电感L1接至放电Mos管M3的漏极D，其栅极G与BMS限流板相连；BMS限流板与微控制单元MCU相连。
一种被动触发式充电限流的电池管理系统的管理办法，包括以下步骤：
（1）电池组BT上电并接入充电设备；
（2）通过软件 battery studio上位机进行控制限流功能的触发与解除，电流大小的切换，实现锂电池的倍率电流充电；
（3）通过采集P+、P-端电流与电池管理系统设定的阀值对比，同时实时对比充电端的电流，对比进行分析统计，形成历史数据记录。
步骤（2）具体为：
1）电池组BT根据充电电流大小，对电池组BT进行持续充电，充电电流从主板上的MOS管经过；
2）当充电电流达到BMS限流板设定的过流告警值时，微控制单元MCU将切换为限流工作，并且持续充电；当限流模块连续工作时间30min([5min,600min]可设置)时，微控制单元MCU检测充电端与电池段电压，并切换回主回路到的充电MOS管工作；若充电管测试到仍存在充电电流告警,则继续切换至限流模式工作。
步骤2）具体为：
①当电流I2正常时，限流电路关闭：充电回路是I2，通过主回路的主板充电Mos管M2，电池直接充电；
②当触发充电过流告警与保护时，限流电路开启时：充电电流回路是 I1，通过限流回路的限流板限流电感L1和主动限流模块充电Mos管M1，系统执行PWM模式下的限流充电；
③当充电过流告警与保护恢复时，限流电路开启时：充电回路是I2，恢复通过主回路的主板充电Mos管M2，电池直接充电。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种被动触发式充电限流的电池管理系统，具有电池管理系统主板；所述电池管理系统主板包括常规的过充电保护电路、过放电保护电路、短路保护电路、温度保护电路、数据记录及传输通信电路、报警电路和内部均衡电路；其特征在于：还具有主动充电限流电路；所述主动充电限流电路包括电流采样电阻Rsen、放电Mos管M3、主板充电Mos管M2、主动限流模块充电Mos管M1、限流板限流电感L1、微控制单元MCU和BMS限流板；所述电流采样电阻Rsen的一端通过电池组BT接电流采集端p+，另一端接放电Mos管M3的源极S，同时，电流采样电阻Rsen的两端分别接至微控制单元MCU上对应的接线端；所述放电Mos管M3的漏极D接主板充电Mos管M2的漏极D，放电Mos管M3的栅极G接微控制单元MCU上对应的接线端；所述主板充电Mos管M2的源极S接电流采集端p-，主板充电Mos管M2的栅极G接微控制单元MCU上对应的接线端；所述主动限流模块充电Mos管M1的源极S接电流采集端p-，其漏极D通过限流板限流电感L1接至放电Mos管M3的漏极D，其栅极G与BMS限流板相连；所述BMS限流板与微控制单元MCU相连。
2.一种根据权利要求1所述的被动触发式充电限流的电池管理系统的管理办法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）电池组BT上电并接入充电设备，
（2）通过软件进行控制限流功能的触发与解除，电流大小的切换，实现锂电池的倍率电流充电；
（3）通过采集P+、P-端电流与电池管理系统设定的阀值对比，同时实时对比充电端的电流，对比进行分析统计，形成历史数据记录。
3.根据权利要求2所述的被动触发式充电限流的电池管理系统的管理办法，其特征在于：所述步骤（2）具体为：
1）电池组BT根据充电电流大小，对电池组BT进行持续充电，充电电流从主板上的MOS管经过；
2）当充电电流达到BMS限流板设定的过流告警值时，微控制单元MCU将切换为限流工作，并且持续充电；当限流模块连续工作时间至设置时间时，微控制单元MCU检测充电端与电池段电压，并切换回主回路到的充电MOS管工作；若充电管测试到仍存在充电电流告警,则继续切换至限流模式工作。
4.根据权利要求3所述的被动触发式充电限流的电池管理系统的管理办法，其特征在于：所述步骤2）具体为：
①当电流I2正常时，限流电路关闭：充电回路是I2，通过主回路的主板充电Mos管M2，电池直接充电；
②当触发充电过流告警与保护时，限流电路开启时：充电电流回路是 I1，通过限流回路的限流板限流电感L1和主动限流模块充电Mos管M1，系统执行PWM模式下的限流充电；
③当充电过流告警与保护恢复时，限流电路开启时：充电回路是I2，恢复通过主回路的主板充电Mos管M2，电池直接充电。
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