CN108011414A - 一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，包括信号检测模块、驱动散热模块、均衡管理模块以及锂电池组，驱动散热系统包括驱动风机，驱动风机通过电机控制器进行独立控制，均衡管理模块包括电压检测单元、电流检测单元、核心处理器MPC5604B以及均衡电路，且电压检测单元、电流检测单元均与锂电池组电性连接进行数据检测，均衡电路与核心处理器MPC5604B输出端电性连接，核心处理器MPC5604B输入端电性连接有安全保护模块，且核心处理器MPC5604B输出端电性连接有上位机监控系统，核心处理器MPC5604B和上位机监控系统之间通过CAN总线电性连接并完成信息交互，整体有效避免单个电池在长时间使用时产生的过充、过放、过热等问题，延长了锂电池组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车电源技术领域，具体为一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统。
背景技术
电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟，电动汽车的种类包括纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)、燃料电池汽车(FCEV)，目前的电动汽车主要采用锂电池作为动力源，但是一般会采用多个锂电池叠加使用以满足要求。
尽管电池生产工艺进步迅速，但电池单体之间差异不会消除，其差异性不但不会随电池的使用趋于消失，相反还会在这个工程中不断加剧。以电池容量为例，当电池组中有电流通过时，容量大的单体总是处于小电流浅充浅放的状态，而容量小的单体总是处于大电流过充过放的阶段。前者有利于电池寿命延长，后者则会导致电池寿命缩短。除了影响寿命外，过充还会带来更大的安全威胁。过充中锂电池正极材料结构会发生变化使电解液分解，析出金属锂并释放大量气体，如果冲破电池壳体，锂与空气直接接触会导致电池燃烧，甚至爆炸。对电池组来讲，性能最差的单体电池决定着电池组的性能，因此对于电池组的均衡管理显得尤为重要。
同时在电池使用的过程中，有时候由于单体电池之间的差异，导致电池之间出现不均衡的情况，不仅不利于电池的长久使用，而且在使用时很容易导致电池出现损坏，同时电池在使用时会存在各种差异，因此需要对电池进行均衡管理。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，采用均衡管理模块对整个电池系统进行均衡管理，有效避免单个电池在长时间使用时产生的过充、过放、过热等问题，通过有效管理大大延长了电池组的使用寿命，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，包括信号检测模块、驱动散热模块、均衡管理模块以及锂电池组，所述驱动散热系统包括驱动风机，所述驱动风机通过电机控制器进行独立控制，所述均衡管理模块包括电压检测单元、电流检测单元、核心处理器MPC5604B以及均衡电路，且电压检测单元、电流检测单元均与锂电池组电性连接进行数据检测，所述均衡电路与核心处理器MPC5604B输出端电性连接，所述电压检测单元、电流检测单元检测到的信号分别传输到第一信号转换器并完成信号转换，所述第一信号转换器输出端与核心处理器MPC5604B输入端电性连接；
所述核心处理器MPC5604B输入端电性连接有安全保护模块，且核心处理器MPC5604B输出端电性连接有上位机监控系统，所述核心处理器MPC5604B和上位机监控系统之间通过CAN总线电性连接并完成信息交互。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信号检测模块包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器分别设置在锂电池组外壁，同时压力传感器、温度传感器均与第二信号转换器电性连接，同时第二信号转换器通过信号放大器将转换之后的信号放大反馈传输到核心处理器MPC5604B。
作为本发明一种优选的技术方案，所述驱动风机设置在锂电池组外部并进行物理散热，所述电机控制器与核心处理器MPC5604B电性连接进行控制。
作为本发明一种优选的技术方案，所述核心处理器MPC5604B输出端连接有反馈显示系统进行控制，所述反馈显示系统包括外接显示屏、语音播报器、报警器以及信号发射器，所述信号发射器通过第三信号转换器和核心处理器MPC5604B输出端电性连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述锂电池组分别通过充电电路外接电源进行充电，锂电池组通过放电电路外接负载进行放电。
作为本发明一种优选的技术方案，所述充电电路由充电芯片和外围电路组成，所述放电电路通过开关管与核心处理器MPC5604B电性连接进行控制。
作为本发明一种优选的技术方案，所述安全保护模块具体包括限流器和过压保护电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过均衡管理模块对锂电池组进行均衡管理，通过对充电电路和放电电路进行有效控制，合理避免出现过充或者过放的情况，同时采用双向Buck-boost电路及功率开关管组成的均衡电路，配合核心处理器MPC5604B控制均衡电路，对能量高的单体电池进行放电，对能量低的单体电池进行充电，使各单体电池状态趋于一致，避免系统中电池间的不一致性超出允许范围，造成电池性能和寿命的下降，对锂电池组的单体电池进行良好的保护，同时降低损耗。
(2)本发明采用上位机监控系统对锂电池组进行实时监测，同时通过反馈显示系统将监测的数据和信息及时反馈出来，不仅可以实现有效预警，而且可以远程通知，实现远程监控。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明的均衡电路结构示意图；
图3为本发明的信号检测模块工作流程示意图。
图中：1-信号检测模块；2-反馈显示系统；3-驱动散热系统；4-均衡管理模块；5-第二信号转换器；6-安全保护模块；7-上位机监控系统；8-CAN总线；9-锂电池组；10-充电电路；11-放电电路；12-信号放大器；13-开关管；14-过压保护电路；15-限流器；16-驱动风机；17-电机控制器；
101-压力传感器；102-温度传感器；
201-外接显示屏；202-语音播报器；203-报警器；204-第三信号转换器；205-信号发射器；
401-电压检测单元；402-电流检测单元；403-核心处理器MPC5604B；404-均衡电路；405-第一信号转换器。
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。
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：
如图1至图3所示，本发明提供了一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，包括信号检测模块1、驱动散热模块3、均衡管理模块4以及锂电池组9，所述驱动散热系统3包括驱动风机16，所述驱动风机16通过电机控制器17进行独立控制，所述均衡管理模块4包括电压检测单元401、电流检测单元402、核心处理器MPC5604B403以及均衡电路404，且电压检测单元401、电流检测单元402均与锂电池组9电性连接进行数据检测，所述均衡电路404与核心处理器MPC5604B403输出端电性连接，所述电压检测单元401具体通过多个电压传感器同时对锂电池组9的各个单个电池的电压进行检测，同时电流检测单元402具体通过多个电流传感器同时对锂电池组9的各个单个电池进行电流大小的检测，从而完成对锂电池组9的电池的具体的电压电流的实时监测，而均衡电路404具体和锂电池组9的单个电池进行连接实现充放电的独立控制。
所述电压检测单元401、电流检测单元402检测到的信号分别传输到第一信号转换器405并完成信号转换，所述第一信号转换器405输出端与核心处理器MPC5604B403输入端电性连接，当电压检测单元401、电流检测单元402检测到的电压电流信号传输到核心处理器MPC5604B403之后，经过核心处理器MPC5604B403处理之后，核心处理器MPC5604B403发出指令，利用均衡电路404合理的控制各个独立电池进行充放电，使得各个独立电池的电压和电流状态趋于稳定一致，避免出现单个电池工作参数不一致而影响整个锂电池组9的情况。
所述核心处理器MPC5604B403输入端电性连接有安全保护模块6，所述安全保护模块16具体包括限流器15和过压保护电路14，利用限流器15和过压保护器14对锂电池组9的电流和电压进行限制，避免超出界限而损坏，同时有效避免安全事故的产生，起到良好的保护作用，通过安全保护模块6对电池组进行过压、欠压、过流、短路等保护，使电池组工作在安全区域。
且核心处理器MPC5604B403输出端电性连接有上位机监控系统7，所述核心处理器MPC5604B403和上位机监控系统7之间通过CAN总线8电性连接并完成信息交互，利用上位机监控系统7对核心处理器MPC5604B403所测得的数据进行实时监控，便于及时了解整个管理系统的工作情况，里外监控相互结合，有效规避事故的产生。
所述信号检测模块1包括压力传感器101和温度传感器102，所述压力传感器101和温度传感器102分别设置在锂电池组9外壁，同时压力传感器101、温度传感器102均与第二信号转换器5电性连接，同时第二信号转换器5通过信号放大器12将转换之后的信号放大反馈传输到核心处理器MPC5604B403，同时通过信号检测模块1实时检测锂电池组9外部的物理情况，压力传感器101和温度传感器102分别检测压力和温度情况，避免出现高低温或者受到外部冲击产生的压力，当出现温度过高容易出现危险，引发安全事故，同时当温度过低时很容易影响锂电池内部的工作情况，降低电池的寿命，因此在出现温度过高或者过低的情况时，核心处理器MPC5604B403接收到信号及时断开锂电池组9的供电，起到了良好的保护作用，有效避免出现锂电池组9因为不良的工作环境出现损坏的情况。
值得说明的是，所述驱动风机16设置在锂电池组9外部并进行物理散热，所述电机控制器17与核心处理器MPC5604B403电性连接进行控制，由于电池经常需要长时间工作，发热现象时有发生，利用驱动散热系统3进行散热处理，当信号检测模块1检测到温度过高时，核心处理器MPC5604B403接收到信号之后，通过电机控制器17直接控制驱动风机16启动，加快锂电池组9表面的空气流动，从而通过物理方式加快散热，实现降温处理，有效减少避免温度过高的情况产生。
所述核心处理器MPC5604B403输出端连接有反馈显示系统2进行控制，所述反馈显示系统2包括外接显示屏201、语音播报器202、报警器203以及信号发射器205，所述信号发射器205通过第三信号转换器204和核心处理器MPC5604B403输出端电性连接，同时在进行实时检测的过程中，利用核心处理器MPC5604B403将检测到的数据及时反馈到外接显示屏201和语音播报器202，以便于人们及时了解到锂电池组9内部的实时情况，同时在出现问题时，通过报警器203进行快速报警，使得锂电池组9工作更加安全稳定，同时在检测之后的数据通过第三信号转换器204将核心处理器MPC5604B403的数字信号转换为模拟信号，并通过信号发射器205发射出去，和外部的通信系统进行信息交换完成信息传递，即可在远程接收到锂电池组9内部的信息数据，实现远程监测。
所述锂电池组9分别通过充电电路10外接电源进行充电，锂电池组9通过放电电路11外接负载进行放电，所述充电电路10由充电芯片和外围电路组成，所述放电电路11通过开关管13与核心处理器MPC5604B403电性连接进行控制，均衡电路404分别和放电电路11、充电电路10电性连接，均衡电路404各个独立电池的电流和电压情况进行针对性的进行充电和放电处理，同时采用双向Buck-boost电路及功率开关管组成的均衡电路，配合核心处理器MPC5604B控制均衡电路，对能量高的单体电池进行放电，对能量低的单体电池进行充电，使各单体电池状态趋于一致，避免系统中电池间的不一致性超出允许范围，造成电池性能和寿命的下降，对锂电池组的单体电池进行良好的保护。
如图2所示，均衡电路404的工作过程如下：
Cell1和Cell2为相邻的2节电池，由与其连接的一个子电路实现均衡，L1为储能电感，R1为消磁电阻，Q1_a是N沟道电力场效应管，跨接在Cell2两端，Q1_b是P沟道电力场效应管，跨接在Cell1两端。两只电力场效应管相互配合，控制相邻2节电池均衡充电回路的通断；D1_a和D1_b是2个电力场效应管的二极管，构成均衡放电回路，，每个均衡子电路的工作不受干路电流的影响，因此可在电池组充电、放电或搁置等任意阶段工作，有效减少工作过程中产生的损耗；另外均衡子电路中能量流动是双向的，可以同时对电池组中多个相邻的电池对进行充放电均衡，以便缩短均衡时间，提高均衡效率
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，其特征在于：包括信号检测模块(1)、驱动散热模块(3)、均衡管理模块(4)以及锂电池组(9)，所述驱动散热系统(3)包括驱动风机(16)，所述驱动风机(16)通过电机控制器(17)进行独立控制，所述均衡管理模块(4)包括电压检测单元(401)、电流检测单元(402)、核心处理器MPC5604B(403)以及均衡电路(404)，且电压检测单元(401)、电流检测单元(402)均与锂电池组(9)电性连接进行数据检测，所述均衡电路(404)与核心处理器MPC5604B(403)输出端电性连接，所述电压检测单元(401)、电流检测单元(402)检测到的信号分别传输到第一信号转换器(405)并完成信号转换，所述第一信号转换器(405)输出端与核心处理器MPC5604B(403)输入端电性连接；
所述核心处理器MPC5604B(403)输入端电性连接有安全保护模块(6)，且核心处理器MPC5604B(403)输出端电性连接有上位机监控系统(7)，所述核心处理器MPC5604B(403)和上位机监控系统(7)之间通过CAN总线(8)电性连接并完成信息交互。
2.根据权利要求1所述的一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，其特征在于：所述信号检测模块(1)包括压力传感器(101)和温度传感器(102)，所述压力传感器(101)和温度传感器(102)分别设置在锂电池组(9)外壁，同时压力传感器(101)、温度传感器(102)均与第二信号转换器(5)电性连接，同时第二信号转换器(5)通过信号放大器(12)将转换之后的信号放大反馈传输到核心处理器MPC5604B(403)。
3.根据权利要求1所述的一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，其特征在于：所述驱动风机(16)设置在锂电池组(9)外部并进行物理散热，所述电机控制器(17)与核心处理器MPC5604B(403)电性连接进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，其特征在于：所述核心处理器MPC5604B(403)输出端连接有反馈显示系统(2)进行控制，所述反馈显示系统(2)包括外接显示屏(201)、语音播报器(202)、报警器(203)以及信号发射器(205)，所述信号发射器(205)通过第三信号转换器(204)和核心处理器MPC5604B(403)输出端电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，其特征在于：所述锂电池组(9)分别通过充电电路(10)外接电源进行充电，锂电池组(9)通过放电电路(11)外接负载进行放电。
6.根据权利要求5所述的一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，其特征在于：所述充电电路(10)由充电芯片和外围电路组成，所述放电电路(11)通过开关管(13)与核心处理器MPC5604B(403)电性连接进行控制。
7.根据权利要求1所述的一种设有无损均衡管理模块的电池管理系统，其特征在于：所述安全保护模块(6)具体包括限流器(15)和过压保护电路(14)。
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