CN108565512A - 电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池管理系统，用于对相互串联的电池组中各电池串的性能进行均衡保护管理，包括管理模块及至少两个功能模块，管理模块及至少两个功能模块之间无线连接；至少两个功能模块分别并联于各电池串上，对相应的电池串补充电能。该系统采用无线传输的方式实现了功能模块与管理模块之间的通信，省去了繁杂的接线，使得整个系统的体积更小。

Description

电池管理系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池管理系统。
背景技术
目前，串联的电池组因可以提供高电压，而广泛应用于电动汽车、蓄能电网系统等领域中。但电池组是在多个并联的单体电芯的基础上再串联而组成的，在电池组工作过程中，由于单体电芯之间存在差异，连续的循环充放电将会导致各单体电芯容量不均衡，具体表现为某些单体电芯容量的急剧衰减。而电池组的容量由最小容量的单体电芯决定，因此单体电芯容量不均衡将使电池组的循环寿命急剧衰减。传统技术主要采用大电流主动均衡技术解决单体电芯容量不均衡的问题，该技术的特点是通过与电池组并联的监控模块来实时监控每一组电池的物理变量、环境温度，并在线诊断和预警，从而控制电池组的充放电性能。但由于监控模块与电池组之间、监控模块与管理模块之间的接线条数多且繁杂，使得整个电池均衡管理系统的体积比较庞大。
发明内容
基于此，有必要针对监控模块与电池组之间、监控模块与管理模块之间的接线条数多且繁杂的问题，提供一种电池管理系统。
一种电池管理系统，对相互串联的电池组中各电池串的性能进行均衡保护管理，所述系统由管理模块和至少两个功能模块组成，所述管理模块和所述功能模块之间无线连接；所述至少两个功能模块分别并联于各电池串上，对相应的电池串补充电能。
在其中一个实施例中，所述功能模块包括采样单元、处理单元、第一无线收发单元、控制单元及电源单元；所述电源单元是恒流隔离电源。
在其中一个实施例中，所述管理模块包括第二无线收发单元及管理单元。
在其中一个实施例中，所述系统还包括电源转换模块；所述电源转换模块与相互串联的电池组并联，所述电源转换模块的输出端与各功能模块连接，为功能模块提供电源。
在其中一个实施例中，所述系统还包括电池监管模块，监控整个电池组的电压、电流等参数，提供给管理模块。
在其中一个实施例中，相互串联的电池组中连接有若干个第一开关单元，在系统不工作时，将整个电池组分解为安全电压；所述管理模块还包括第二开关单元用于保护、控制整个电池组的运行。
在其中一个实施例中，所述系统还包括电池监管模块，管理模块与电池组温度控制部分相连，并根据若干功能模块提供的温度信息，控制电池组降温或升温。
在其中一个实施例中，所述至少两个功能模块分别并联于各电池串上，用于对各电池串的物理参数进行检测，得到检测结果，并将所述检测结果无线发送至所述管理模块，所述至少两个功能模块还用于无线接收所述管理模块发送的参考值，对相应的电池串补充电能；
所述管理模块用于无线接收所述检测结果，并从所述检测结果中选取参考值，再将所述参考值分别无线发送至各所述至少两个功能模块。
在其中一个实施例中，所述采样单元用于对电池串的物理参数进行采样，得到采样结果，并将所述采样结果发送至所述处理单元；
所述处理单元用于对所述采样结果进行处理，并将处理后的采样结果发送至所述第一无线收发单元，还用于接收所述第一无线收发单元发送的所述参考值，并将所述参考值与处理后的采样结果进行比较，得到比较结果，且将所述比较结果发送至所述控制单元；
所述第一无线收发单元用于接收处理后的采样结果，并对处理后的采样结果进行传输，还用于接收所述管理模块发送的所述参考值，并对所述参考值进行传输；
所述电源单元用于为所述采样单元、所述处理单元及所述第一无线收发单元提供电能；
所述控制单元用于接收所述处理单元发送的比较结果，并根据所述比较结果控制电池串与所述电源单元之间的导通或断开。
在其中一个实施例中，所述物理参数包括电池串的电压。
上述电池均衡管理系统，通过功能模块与管理模块之间的无线传输，实现将各电池串的物理参数无线发送至管理模块，同样管理模块也可将所筛选出来的参考值无线发送至功能模块，从而使功能模块可根据自身所检测电池串的物理参数与该参考值进行比较，从而决定是否需要对该电池串进行充放电。因此，该电池均衡系统采用无线传输的方式实现了功能模块与管理模块之间的通信，从而省去了很多繁杂的接线，使得整个系统的体积更小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一实施方式提供的电池管理系统的电路框图；
图2为图1所示实施方式的电池管理系统中功能模块的其中一个实施例的电路框图；
图3为图1所示实施方式的电池管理系统中管理模块的其中一个实施例的电路框图；
图4为图1所示实施方式的电池管理系统中电源转换模块的其中一个实施例的电路框图；
图5为图1所示实施方式的电池管理系统中电池监管模块的其中一个实施例的电路框图；
图6为图5所示实施例的电池监管模块的其中一个实施例的电路框图；
图7为图5所示实施例的电池管理系统中第一开关单元与第二开关单元的其中一个实施例的电路框图；
图8为图7所示实施例的电池管理系统中第二开关单元的其中一个实施例的电路框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和 /或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图1，一实施方式提供了一种电池管理系统。该电池管理系统用于对相互串联的电池组中各电池串的性能进行均衡保护管理。该系统包括管理模块 120及至少两个功能模块110。管理模块120及功能模块110之间无线连接。
至少两个功能模块110分别并联于各电池串上，对相应的电池串补充电能。具体地，一个电池串上并联一个功能模块110，该功能模块对相应的电池串补充电能。
在一实施例中，至少两个功能模块110用于对各电池串的物理参数进行检测，得到检测结果，并将检测结果无线发送至管理模块120。具体地，每一个功能模块110对与其并联的电池串的物理参数进行检测，检测后获得相应的检测结果，每一个功能模块110再将各自的检测结果分别无线发送至管理模块120。在一实施例中，物理参数包括电池串的电压。另外，物理参数也可以是电池串的电量、电池串温度及环境温度等。
至少两个功能模块110还用于无线接收管理模块120发送的参考值，对相应的电池串补充电能。具体地，每一个功能模块110均可以无线接收管理模块 120发送的参考值，并将该参考值与自身所测的检测结果相比较，如果判断出检测结果不等于该参考值，则相应的功能模块110会对其所并联的电池串补充电能。其中，该参考值是从各个功能模块110所发送的检测结果中按照一定条件筛选出来的。该参考值可以是一个具体数值，也可以是一个数值范围。在一实施例中，从各个功能模块110所发送的电压检测结果中选取最大的电压值，作为参考值。
管理模块120用于无线接收检测结果，并从检测结果中选取参考值，再将参考值分别无线发送至各至少两个功能模块110。具体地，管理模块120无线接收各个功能模块110所发送的检测结果，并从各个检测结果中按照一定条件筛选出参考值，再将该参考值无线发送至各个功能模块110中。在一实施例中，管理模块120无线接收各个功能模块110所发送的电压值，并从各个电压值中筛选出最大值，作为参考值，再将该最大的电压值无线发送至各个功能模块110 中。
上述电池均衡管理系统，通过各个功能模块110与管理模块120之间的无线传输，实现将各电池串的物理参数无线发送至管理模块120，同样管理模块 120也可将所筛选出来的参考值无线发送至各个功能模块110，从而使各个功能模块110可根据自身所检测电池串的物理参数与该参考值进行比较，从而决定是否需要对该电池串进行充放电。因此，该电池均衡系统采用无线传输的方式实现了各个功能模块110与管理模块120之间的通信，从而省去了很多繁杂的接线，使得整个系统的体积更小。
在一实施例中，请参考图2，功能模块110包括采样单元111、处理单元112、第一无线收发单元113、控制单元114及电源单元115。电源单元是恒流隔离电源。具体地，采样单元111连接于电池串的正负极两端，采样单元111、处理单元112、第一无线收发单元113及电源单元115依次并联，控制单元114的输入端、控制端及输出端分别对应连接电源单元115、处理单元112及电池串的正极。
在一实施例中，采样单元111用于对电池串的物理参数进行采样，得到采样结果，并将采样结果发送至处理单元112。具体地，采样单元111对与其连接的电池串的物理参数进行采样，获得相关的采样结果，再将所获得的采样结果发送至处理单元112。在一实施例中，采样单元111对电池串的电压进行采样，得到该电池串的电压值，再将该电压值发送至处理单元112。
处理单元112用于对采样结果进行处理，并将处理后的采样结果发送至第一无线收发单元113。具体地，处理单元112接收采样单元111发送的采样结果，并对该采样结果进行相应处理，再将处理后的采样结果发送至第一无线收发单元113。在一实施例中，处理单元112接收采样单元111发送的电压值，并对该电压值做相应处理，处理后的电压值再发送至第一无线收发单元113。
处理单元112还用于接收第一无线收发单元113发送的参考值，并将参考值与处理后的采样结果进行比较，得到比较结果，且将比较结果发送至控制单元114。具体地，处理单元112接收第一无线收发单元113发送的参考值，并将该参考值与处理后的采样结果行比较，得到对应的比较结果，还将该比较结果发送至控制单元114。在一实施例中，处理单元112接收第一无线收发单元113 发送的最大电压值，并将该最大电压值与处理后的电压值进行比较，得到最大电压值大于、等于或小于处理后的电压值这三种比较结果中的一种，并将其中一种比较结果发送至控制单元114。
第一无线收发单元113用于接收处理后的采样结果，并对处理后的采样结果进行传输。具体地，第一无线收发单元113接收处理单元112处理后的采样结果，并将处理后的采样结果传输至管理模块120。第一无线收发单元113还用于接收管理模块120发送的参考值，并对参考值进行传输。具体地，第一无线收发单元113还接收管理模块120发送的参考值，并将该参考值再传输至处理单元112。在一实施例中，第一无线收发单元113接收处理单元112处理后的电压值，并将该电压值无线传输至管理模块120，还接收管理模块120发送的最大电压值，并将该最大电压值传输至处理单元112。
电源单元115用于为采样单元111、处理单元112及第一无线收发单元113 提供电能。其中，该电源可以是各种类型的电源，只要能为其他单元提供电能即可。
控制单元114用于接收处理单元112发送的比较结果，并根据比较结果控制电池串与电源单元115之间的导通或断开。在一实施例中，控制单元114接收处理单元112发送的最大电压值大于或小于处理后的电压值这一比较结果时，则控制电池串与电源单元115之间导通，从而对电池串进行充放电；控制单元 114接收处理单元112发送的最大电压值等于处理后的电压值这一比较结果时，则控制电池串与电源单元115之间断开。
在一实施例中，请参考图3，管理模块120包括第二无线收发单元121及管理单元122。具体地，第二无线收发单元121连接管理单元122。
在一实施例中，第二无线收发单元121用于接收至少一个功能模块110发送的检测结果，并对检测结果进行传输至管理单元122。还用于接收管理单元 122发送的参考值，并对参考值进行传输。具体地，第二无线收发单元121接收各个功能模块110发送的电压值，并将各个电压值传输至管理单元122。同时也接收管理单元122发送的最大电压值，并将该最大电压值无线传输至各个功能模块110。
管理单元122用于接收检测结果，并对检测结果进行比较，得到参考值，并将参考值发送至第二无线收发单元121。具体地，管理单元122接收各个功能模块110发送的检测结果，并将各检测结果之间进行比较，选取最大的检测结果作为参考值，再将所选取的参考值发送至第二无线收发单元121。
在一实施例中，请参考图4，该系统还包括电源转换模块130。电源转换模块130与相互串联的电池组并联，电源转换模块130的输出端与各功能模块110 连接，为功能模块110提供电源。具体地，电源转换模块130的正负极分别对应连接外部电源。各电池组之间相互串联从而为外部提供电能，而电源转换模块130与相互串联的电池组并联，同时该电源转换模块130的正负极与外部电源的正负极连接，从而将外部电源所提供的高电压转换为低电压。电源转换模块130用于降低外部电源所输入的电压，并将降低后的电压分别传输至至少一个功能模块110和管理模块120。具体地，电源转换模块130将外部电源所提供的高电压进行降低，再将降低后的电压传输至各个功能模块110和管理模块120 中。
在一实施例中，该系统还包括外部电源。外部电源分别与至少两个功能模块110及管理模块120连接。具体的，请继续参考图1，外部电源的正负极U+、 U-分别与各个功能模块110的正负极U+、U-、管理模块120的正负极U+、U- 相连。外部电源用于分别为至少两个功能模块110及管理模块120提供电能。其中外部电源可以是各个类型的电源，只要能为功能模块110和管理模块120 提供电源即可。另外，各功能模块110和管理模块120的电能也可由相互串联的电池串提供。
在一实施例中，请参考图5，该系统还包括电池监管模块140。电池监管模块140监控整个电池组的电压、电流等参数，提供给管理模块120。电池监管模块140与相互串联的电池组串联。电池监管模块140用于检测通过电池组的电压、电流等参数，得到电压值、电流值，并将电压值、电流值无线发送至管理模块120。具体地，请参考图6，电池监管模块140包括电流采样单元141、电流处理单元142、第三无线收发单元143及隔离电源144。
在一实施例中，请参考图7，相互串联的电池组中连接有若干个第一开关单元150，在系统不工作时，将整个电池组分解为安全电压；管理模块120还包括第二开关单元123，第二开关单元123用于保护、控制整个电池组的运行。相互串联的电池组之间连接有第一开关单元150，管理模块120还包括第二开关单元123。第二开关单元123对应连接第一开关单元150。第二开关单元123用于根据管理模块120接收的电流值断开或导通，进而控制第一开关单元150断开或导通。其中，请参考图8，第二开关单元123包括继电器，继电器包括线圈1231和开关1232，线圈1231连接管理单元122，开关1232对应连接第一开关单元 150。第一开关单元150包括接触器。具体地，n+1个电池组之间相互串联，各相邻的电池组之间连接有接触器，即有n个接触器。也就是说，各电池组之间通过接触器K1至Kn串联联结。每一个接触器对应连接一个继电器。管理模块 120在完成自检后开始工作，指挥继电器工作，同时带动K1至Kn工作，整个系统带电工作。在电池监管模块140检测到整个系统对外供电电路所传输的电流有异常，则将异常信息无线发送至管理模块120，管理模块120则会断开继电器，进而K1至Kn断电，整个系统失电保护。
在一实施例中，管理模块120与电池组温度控制部分相连，并根据若干功能模块110提供的温度信息，控制电池组降温或升温。在本实施例中，管理模块120与电池串内的调温单元无线连接。调温单元用于获取电池串的温度信息，并将温度信息无线发送至管理模块120。调温单元还用于接收管理模块120发送的控制指令，并根据控制指令为电池串降温或升温。具体地，调温单元对各个电池串的温度进行监测，并将所监测到的温度信息无线发送至管理模块120。同时，调温单元还接收管理模块120发送的控制指令，在该控制指令的控制下为电池串升温或降温，以为电池串提供最佳的环境温度。在本实施例中，接收管理模块120发送的升温指令，在该升温指令下调温单元为电池串加热，以提高电池串的温度；或者接收管理模块120发送的降温指令，在该降温指令下调温单元为电池串通风，以降低电池串的温度。
管理模块120还用于接收温度信息，并将温度信息与设定值进行比较，得到比较结果，再根据比较结果生成相应的控制指令。具体地，管理模块120接收调温单元无线发送的温度信息，将该温度信息与设定值相比较，当该温度信息高于设定值时，则向调温单元发送降温指令；当该温度信息低于设定值时，则向调温单元发送升温指令。其中，设定值可以根据实际情况进行设定。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，对相互串联的电池组中各电池串的性能进行均衡保护管理，其特征在于，所述系统由管理模块和至少两个功能模块组成，所述管理模块和所述功能模块之间无线连接；所述至少两个功能模块分别并联于各电池串上，对相应的电池串补充电能。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述功能模块包括采样单元、处理单元、第一无线收发单元、控制单元及电源单元；所述电源单元是恒流隔离电源。
3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述管理模块包括第二无线收发单元及管理单元。
4.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述系统还包括电源转换模块；所述电源转换模块与相互串联的电池组并联，所述电源转换模块的输出端与各功能模块连接，为功能模块提供电源。
5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述系统还包括电池监管模块，监控整个电池组的电压、电流等参数，提供给管理模块。
6.根据权利要求1所述的所述的电池管理系统，其特征在于，相互串联的电池组中连接有若干个第一开关单元，在系统不工作时，将整个电池组分解为安全电压；所述管理模块还包括第二开关单元用于保护、控制整个电池组的运行。
7.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，管理模块与电池组温度控制部分相连，并根据若干功能模块提供的温度信息，控制电池组降温或升温。
8.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述至少两个功能模块分别并联于各电池串上，用于对各电池串的物理参数进行检测，得到检测结果，并将所述检测结果无线发送至所述管理模块，所述至少两个功能模块还用于无线接收所述管理模块发送的参考值，对相应的电池串补充电能；
所述管理模块用于无线接收所述检测结果，并从所述检测结果中选取参考值，再将所述参考值分别无线发送至各所述至少两个功能模块。
9.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述采样单元用于对电池串的物理参数进行采样，得到采样结果，并将所述采样结果发送至所述处理单元；
所述处理单元用于对所述采样结果进行处理，并将处理后的采样结果发送至所述第一无线收发单元，还用于接收所述第一无线收发单元发送的所述参考值，并将所述参考值与处理后的采样结果进行比较，得到比较结果，且将所述比较结果发送至所述控制单元；
所述第一无线收发单元用于接收处理后的采样结果，并对处理后的采样结果进行传输，还用于接收所述管理模块发送的所述参考值，并对所述参考值进行传输；
所述电源单元用于为所述采样单元、所述处理单元及所述第一无线收发单元提供电能；
所述控制单元用于接收所述处理单元发送的比较结果，并根据所述比较结果控制电池串与所述电源单元之间的导通或断开。
10.根据权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，所述物理参数包括电池串的电压。
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