CN108032745B - 一种适用于低温工作的电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于低温工作的电池管理系统，包括检控模块、充调模块、副组硬件模块和保护模块，检控模块包括用于蓄电池组的电压电流的检测模块和温度传感器组，检测模块的数据信号通过检控模块中的控制单元进行数据分析，并同预设数据值进行对比，控制单元将对比后的执行信号传至充调模块中的均衡电路模块，控制单元将温度传感器组的检测数据分析后通过电信号驱动副组硬件模块工作，并将数据信息和执行过程打包成日志文件，发送到控制单元，控制单元通过单片机提供的TTL转接口实现数据通信，通过对蓄电池充放电过程的全面检测和电路干涉，并由副组硬件模块，实现蓄电池的有效制热保温，从而使得蓄电池保持良好的工作状态。

Description

一种适用于低温工作的电池管理系统
技术领域
本发明涉及电池管理系统技术领域，具体为一种适用于低温工作的电池管理系统。
背景技术
电动汽车凭借低能耗和零排放双重优势，正逐步取代传统燃油汽车成为主要交通运输工具，电动汽车相对于燃油汽车在温室气体排放上可以减少20％，提供电能所产生的排放物中，CO2、CO、NOx排放量分别为燃油汽车排放量的76％，2％和56％,电动汽车的动力由车载动力电池放电提供，动力电池性能受到其工作温度制约,电池在高温环境下工作会使电池温度过高而导致热失控，严重时甚至会使电池发生爆炸；在低温环境下，由于电解液粘度增加，阻碍电荷载体的移动，影响电流产生，极端情况下，电解液甚至冻结，造成电池无法放电，使电动汽车无法启动,因此，为保证电池的正常输出功率、延长电池循环寿命，必须对电池进行热管理，维持电池的正常工作温度，提高低温环境下电动汽车的整体性能；
申请号为20161104102.9的一种低温环境下电池智能管理系统及方法提供的技术解决方案是用控制系统运行控制单元，控制单元分别信号连接用于获取系统运行状态数据的检测数据和上位机，检测模块信号连接电池组，同时通过电池组配备的均衡处理模块，实现其电池的检测，该方案通过简单的检测和均衡模块的调节实现电池组的低温环境管理，并不能对低温环境对蓄电池组本省受到低温环境的状况进行解决问题，只是检测和均衡模块，从而加速蓄电池本身的电解液消耗，从而缩短电池的受用寿命。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种适用于低温工作的电池管理系统，检控模块和充调模块对蓄电池充放电过程的全面检测和电路干涉，并通过副组硬件模块，实现蓄电池的有效制热保温，从而使得蓄电池保持良好的工作状态，通过消耗副组硬件模块的中的隔源脉冲电池组能够有效保持蓄电池本省的充放电状态，延长其低温环境下的使用寿命，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：一种适用于低温工作的电池管理系统，包括检控模块、充调模块、副组硬件模块和保护模块，所述检控模块包括用于蓄电池组的电压电流的检测模块和温度传感器组，所述检测模块的数据信号通过检控模块中的控制单元进行数据分析，并同预设数据值进行对比，控制单元将对比后的执行信号传至充调模块中的均衡电路模块，且控制单元将温度传感器组的检测数据分析后通过电信号驱动副组硬件模块工作，同时通过保护模块电路实时检测和监测充调模块和副组硬件模块的工作状态，并将数据信息和执行过程打包成日志文件，发送到控制单元，控制单元通过单片机提供的TTL转接口实现数据通信。
作为本发明一种优选的技术方案，所述副组硬件模块包括对角穿插在蓄电池组中的隔源脉冲电池组、DC-DC变换器和辅控电路模块，辅控电路模块接收来自控制单元的执行信号和传感器检测数据，使DC-DC变换器将隔源脉冲电池组保持在适当的充放电均衡状态。
作为本发明一种优选的技术方案，所述隔源脉冲电池组包括交换组A和交换组B，且所述交换组A和交换组B交叉设置在蓄电池组的两侧，且所述DC-DC变换器电性连接在交换组A和交换组B之间的电路上。
作为本发明一种优选的技术方案，所述充调模块中的均衡电路模块包括若干个子调节模块，且所述子调节模块以两个电池芯为工作控制单位，相邻的子调节模块之间设置有连调模块，从而实现树状拓扑结构的逐级均衡调节。
作为本发明一种优选的技术方案，所述温度传感器组包括内传感器和外传感器，所述内传感器均匀设置在蓄电池组的电芯附近。
作为本发明一种优选的技术方案，所述保护模块包括电流保护电路和二级保护电路，且所述保护模块设置有独立的探测模块和决策模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过检控模块和充调模块对蓄电池充放电过程的全面检测和电路干涉，并通过副组硬件模块，实现蓄电池的有效制热保温，从而使得蓄电池保持良好的工作状态，通过消耗副组硬件模块的中的隔源脉冲电池组能够有效保持蓄电池本省的充放电状态，，和蓄电池组分离的独立辅控电路模块对隔源脉冲电池组进行充放电转换，辅控电路模块对监控模块的数据处理，从而有效的监测蓄电池组各个部分的电池内部的温度变化，从而在某时刻温度较低时，交换组A为放电状态，交换组B为充电状态，在下一刻通过DC-DC变换器的转换，使得交换组A为充电状态，交换组B为放电状态，如此反复，同时DC-DC变换器也将蓄电池组在充放电的同时，避免检控模块中的均衡电路模块将使得电池内部的温度改变造成的电压改变，使得交换组A或交换组B瞬变成放电组的输出电压提升至适合充电组的充电电压，该转换模式，使得蓄电池组在充电的过程中更加稳定，受到低温的影响更小，同时交换组A或交换组B反复变换的，提高了蓄电池组自身的加热效率，对隔源脉冲电池组的消耗，降低对蓄电池组的电池容量消耗，交换组A和交换组B的交叉式设计，能够很好地提供电池的加热状态和加热均匀性，使得蓄电池组的整体温度保持在一定的状态，便于充调模块，实现蓄电池组的快速有效充电延长其低温环境下的使用寿命，同时副组模块和蓄电池模块通过电流保护模块和二级保护模块的双重保护，更加安全和智能。
附图说明
图1为本发明的系统模块框图；
图2为本发明的蓄电池组结构简图；
图3为本发明的隔源脉冲电池组等效电路图；
图4为本发明的保护模块执行电路图。
图中：1-检控模块；2-充调模块；3-副组硬件模块；4-保护模块；5-蓄电池组；6-检测模块；7-温度传感器组；8-控制单元；9-均衡电路模块；10-TTL转接口；301-隔源脉冲电池组；302-DC-DC变换器；303-辅控电路模块；3011-交换组A；3012-交换组B；401-电流保护电路；402-二级保护电路；701-内传感器；702-外传感器；901-子调节模块；902-连调模块。
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、图2、图3和图4所示，本发明提供了一种适用于低温工作的电池管理系统，包括检控模块1、充调模块2、副组硬件模块3和保护模块4，所述检控模块1包括用于蓄电池组5的电压电流的检测模块6和温度传感器组7，所述检测模块6的数据信号通过检控模块1中的控制单元8进行数据分析，并同预设数据值进行对比，控制单元8将对比后的执行信号传至充调模块2中的均衡电路模块9，且控制单元8将温度传感器组7的检测数据分析后通过电信号驱动副组硬件模块3工作，同时通过保护模块电路实时检测和监测充调模块2和副组硬件模块3的工作状态，并将数据信息和执行过程打包成日志文件，发送到控制单元8，控制单元8通过单片机提供的TTL转接口10实现数据通信；
所述保护模块4包括电流保护电路401和二级保护电路402，且所述保护模块设置有独立的探测模块和决策模块，独立的探测模块和决策模块402将绕过系统的检测模块6的数据传递，从而更快捷的检测和实现实时的保护，在充电过程中电流保护电路401保护电路的正常充电工作，并且为了防止MCU四季等异常而出现保护失效，将检控模块1的检测模块6检测的电压值实时的传至保护模块和相应的预设值进行比较，如果出现异常，将启动二级保护电路402，熔断三端保险丝，阻止事故发生，保护之星动的执行机构由CH充电控制开关和D I SCH放电控制开关控制，充电控制开关和放电控制开关正常工作时均为低电平，当低温充电环境时，由于低温造成蓄电池组5电解质的结构形态变换，造成的充放电环境不稳定，充调模块2容易出现放电过流、过放电状态或者充电过流和过充的状态，探测模块能够实现避免系统检测模块6的信息传递，决策模块能够立即响应，当出现放电过流、过放电状态状态时保护模块4中D I SCH放电控制开关则变为高电平，当出现充电过流和过充的状态时，CH充电控制开关则变为高电平，完成保护；
值得补充的是，检控模块1中采用低功耗单片机MSP430，电压基准采用了REF3325，对工作电流交单的间隙性工作电路增加了电源管理，降低能耗，检控模块1中的检测模块6周期性采集各组电芯的电压，控制单元8根据电压的大小给保护模块4发出指令，均衡电路模块9均采用单片机和三极管实现，检控模块1中包含电量检测计，用于对实时的电量检测和充放电计算，同时检控模块1会把电压电流和温度的最值，电池使用时间和充放电时间，剩余电量和异常执行信息记录，并提供TTL转接口10和TTLRS232转换，读取设备中的日志。
所述副组硬件模块3包括对角穿插在蓄电池组中的隔源脉冲电池组301、DC-DC变换器302和辅控电路模块303，辅控电路模块303接收来自控制单元8的执行信号和温度传感器组7的检测数据，使DC-DC变换器302将隔源脉冲电池组301保持在适当的充放电均衡状态，所述隔源脉冲电池301组包括交换组A3011和交换组B3012，且所述交换组A3011和交换组B3012交叉设置在蓄电池组的两侧，且所述DC-DC变换器302电性连接在交换组A3011和交换组B3012之间的电路上；
通过和蓄电池组5分离的独立辅控电路模块303对隔源脉冲电池组301进行充放电转换，辅控电路模块303对监控模块的数据处理，从而有效的监测蓄电池组5各个部分的电池内部的温度变化，从而在某时刻温度较低时，交换组A3011为放电状态，交换组B3012为充电状态，在下一刻通过DC-DC变换器的转换，使得交换组A3011为充电状态，交换组B3012为放电状态，如此反复，同时DC-DC变换器也将蓄电池组5在充放电的同时，避免检控模块1中的均衡电路模块9将使得电池内部的温度改变造成的电压改变，使得交换组A3011或交换组B3012瞬变成放电组的输出电压提升至适合充电组的充电电压，该转换模式，使得蓄电池组5在充电的过程中更加稳定，受到低温的影响更小，同时交换组A3011或交换组B3012反复变换的，提高了蓄电池组5自身的加热效率，对隔源脉冲电池组301的消耗，降低对蓄电池组5的电池容量消耗，交换组A和交换组B的交叉式设计，能够很好地提供电池的加热状态和加热均匀性，使得蓄电池组5的整体温度保持在一定的状态，便于充调模块，实现蓄电池组5的快速有效充电；
所述充调模块2中的均衡电路模块9包括若干个子调节模块901，且所述子调节模块901以两个电池芯为工作控制单位，相邻的子调节模块901之间设置有连调模块902，为了使得单元充电面积最小化，均衡电路模块9采用简单的被动式电路，通过单个简单的被动式电路组成的子调节模块901控制蓄电池组5的部分，在有若干个子调节模块901对两个电池芯的充电情况进行ADC采样，并向上传递，从而实现树状拓扑结构的逐级和分布均衡调节，当出现三组以上的电芯同时过压时，子调节模块901电路关断，将已经加载的电压丢弃，避免了剩下的电芯分压造成的过热和电解液分解的现象，并通过连调模块902实现相邻两个电路之间的数据比较和调节，从而可实现充调模块2的稳定充放电；
所述温度传感器组7包括内传感器701和外传感器702，所述内传感器701均匀设置在蓄电池组5的电芯附近。
综上所述，本发明的主要特点在于：本发明通过检控模块和充调模块对蓄电池充放电过程的全面检测和电路干涉，并通过副组硬件模块，实现蓄电池的有效制热保温，从而使得蓄电池保持良好的工作状态，通过消耗副组硬件模块的中的隔源脉冲电池组能够有效保持蓄电池本省的充放电状态，延长其低温环境下的使用寿命，同时副组模块和蓄电池模块通过电流保护模块和二级保护模块的双重保护，更加安全和智能。
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 (1)

1.一种适用于低温工作的电池管理系统，其特征在于：包括检控模块(1)、充调模块(2)、副组硬件模块(3)和保护模块(4)，所述检控模块(1)包括用于蓄电池组(5)的电压电流的检测模块(6)和温度传感器组(7)，所述检测模块(6)的数据信号通过检控模块(1)中设置有的控制单元(8)进行数据分析，并同预设数据值进行对比，控制单元(8)将对比后的执行信号传至充调模块(2)中的均衡电路模块(9)，且控制单元(8)将温度传感器组(7)的检测数据分析后通过电信号驱动副组硬件模块(3)工作，同时通过保护模块电路实时检测和监测充调模块(2)和副组硬件模块(3)的工作状态，并将数据信息和执行过程打包成日志文件，发送到控制单元(8)，控制单元(8)通过单片机提供的TTL转接口(10)实现数据通信；
所述副组硬件模块(3)包括对角穿插在蓄电池组(5)中的隔源脉冲电池组(301)、DC-DC变换器(302)和辅控电路模块(303)，辅控电路模块(303)接收来自控制单元(8)的执行信号和温度传感器组(7)的检测数据，使DC-DC变换器(302)将隔源脉冲电池组(301)保持在适当的充放电均衡状态；
所述隔源脉冲电池组(301)包括交换组A(3011)和交换组B(3012)，且所述交换组A(3011)和交换组B(3012)交叉设置在蓄电池组的两侧，且所述DC-DC变换器(302)电性连接在交换组A(3011)和交换组B(3012)之间的电路上；
通过和蓄电池组（5）分离的独立辅控电路模块（303）对隔源脉冲电池组（301）进行充放电转换，辅控电路模块（303）对监控模块的数据处理，从而有效的监测蓄电池组（5）各个部分的电池内部的温度变化，从而在某时刻温度较低时，交换组A（3011）为放电状态，交换组B（3012）为充电状态，在下一刻通过DC-DC变换器的转换，使得交换组A（3011）为充电状态，交换组B（3012）为放电状态，如此反复，同时DC-DC变换器也将蓄电池组（5）在充放电的同时，避免检控模块（1）中的均衡电路模块（9）将使得电池内部的温度改变造成的电压改变，使得交换组A（3011）或交换组B（3012）瞬变成放电组的输出电压提升至适合充电组的充电电压，该转换模式，使得蓄电池组（5）在充电的过程中更加稳定，受到低温的影响更小，同时交换组A（3011）或交换组B（3012）反复变换的，提高了蓄电池组（5）自身的加热效率，对隔源脉冲电池组（301）的消耗，降低对蓄电池组（5）的电池容量消耗，交换组A和交换组B的交叉式设计，能够很好地提供电池的加热状态和加热均匀性，使得蓄电池组（5）的整体温度保持在一定的状态，便于充调模块，实现蓄电池组（5）的快速有效充电；
所述充调模块(2)中的均衡电路模块(9)包括若干个子调节模块(901)，且所述子调节模块(901)以两个电池芯为工作控制单位，相邻的子调节模块(901)之间设置有连调模块(902)，从而实现树状拓扑结构的逐级均衡调节；
所述温度传感器组(7)包括内传感器(701)和外传感器(702)，所述内传感器(701)均匀设置在蓄电池组(5)的电芯附近；
所述保护模块(4)包括电流保护电路(401)和二级保护电路(402)，且所述保护模块设置有独立的探测模块和决策模块。
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