CN109273783B - 锂电池替换铅酸电池智能bms架构及使用方法 - Google Patents

锂电池替换铅酸电池智能bms架构及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种锂电池替换铅酸电池智能BMS架构，包括中心处理单元，以及分别与中心处理单元双向连接的采集装置、启动及电量显示单元、电量转换单元；所述采集单元对电池包的电池组单元电压、电流、温度、绝缘参数进行采集和处理，上传到中心处理单元做数据处理；所述启动及电量显示单元设有辅助开关，用于控制电池包的开关单元的闭合与断开；所述电量转换单元使整车接受并显示正确的电量值；所述电池包的开关单元使用的开关为继电器开关。本发明更适应电能需求端高负荷大电流的工作状况，且保证低功耗、安全、稳定运行；提供一种电量显示转换的方法，以实现原有装置铅酸电池的电能需求端替换锂电池后电量能够正确显示。

Description

锂电池替换铅酸电池智能BMS架构及使用方法
技术领域
本发明涉及锂电池安全保护技术领域，具体涉及一种电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)用锂电池替换铅酸电池时锂电池的放电能力提升和电量正确显示的方法和装置。
背景技术
铅酸电池由于发展技术成熟，性能稳定，安全性高，广泛作为电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)的动力能源。然而，由于铅酸电池生产过程中或废弃后处理不当容易造成环境的污染，电能需求端现有铅酸电池达到寿命后，用能量密度更高、无污染的锂电池替换成为了主流。
而传统的替换方式主要是用锂电池组成相近电压的电池包，引出正负极用于充放电，由于考虑到长期待机功耗问题，内部采用MOS进行过流保护，而没有使用耐电流更高的继电器，降低了电池包的放电能力。另外，替换锂电池的电池包后，电量显示需要额外外接仪表显示，原有电能需求端的仪表不能正常显示电量。这些都是进行锂电池替换铅酸电池时亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种锂电池替换铅酸电池智能BMS架构及使用方法,更适应电能需求端高负荷大电流的工作状况，且保证低功耗、安全、稳定运行；提供一种电量显示转换的方法，以实现原有装置铅酸电池的电能需求端替换锂电池后电量能够正确显示。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂电池替换铅酸电池智能BMS架构，包括中心处理单元，以及分别与中心处理单元双向连接的采集装置、启动及电量显示单元、电量转换单元；所述采集单元对电池包的电池组单元电压、电流、温度、绝缘参数进行采集和处理，上传到中心处理单元做数据处理；所述启动及电量显示单元设有辅助开关，用于控制电池包的开关单元的闭合与断开；所述电量转换单元用于将锂电池电量值转换为与整车原来的铅酸电池通讯协议相匹配的格式，进行D/A输出，形成CAN报文，再与整车通信，从而使整车接受并显示正确的电量值；所述电池包的开关单元使用的开关为继电器开关。
进一步的，所述采集装置通过模拟前端采集电池包每串电池的电压和温度，通过数据通信传送给中心处理单元，通过电流采集电路采集电池包总电流，通过数据通信传送给中心处理单元。
进一步的，所述启动及电量显示单元由开关按钮装置通过外部触发，提供给中心处理单元一个启动信号以唤醒和启动；再通过中心处理单元把电量的等级的处理结果发送以显示电量。
进一步的，所述电量转换单元由通信单元负责与BMS电池管理系统进行通信，低功耗供电单元负责供电，采集装置负责采集电池组电流计算SOC，将结果传输给中心处理单元经过内部阀值比较，公式计算，图表匹配，得出锂电池电量和铅酸电量的对应值提供给BMS电池管理系统和整车显示器。
本发明的另一方面，还提供了锂电池替换铅酸电池智能BMS使用方法，包括：
(1)通过通过采集装置对电池组单元电压，电流，温度，绝缘参数进行采集和处理后，上传到中心处理单元，中心处理单元做数据处理，包括：
将采集到的电池组单元电压，电流，温度，绝缘参数与中心处理单元内部设定的上下限阀值进行比较，得出初步结果，按照内部优先级顺序进行故障报警等级划分，将划分后的结果发送给整车和终端显示器方便用户和整车控制器判断电池状态；
(2)充电机设备接入到电池包时，开启启动及电量显示单元的辅助开关，控制电池包的开关单元打开开关进行充电；
(3)当电池包响应车辆控制单元的启动指令后，开启启动及电量显示单元的辅助开关，控制开关单元打开继电器开关，整车进入工作模式；
(4)整车工作期间的数据，包括运行时长，待机时长，工作时长，运行公里数，电池电量信息，通过中心处理单元发送给电量转换单元，电量转换单元将锂电池电量值转换为与整车原来的铅酸电池通讯协议相匹配的格式，进行D/A输出，形成CAN报文，再与整车通信，整车显示实时电量和各项数据；
(5)整车工作期间做数据处理和报警事件记录，处理报警状态。
进一步的，步骤(2)所述充电过程中的充电次数，故障，报警及时长等数据由中心处理单元记录，充电完成后由启动及电量显示单元显示完成。
进一步的，所述辅助开关为人工开关，启动时，人工按下辅助开关，中心处理单元检测到辅助开关导通，从而控制电池包的继电器开关单元的闭合和断开。
进一步的，所述电量转换单元的转换方法为：采集装置负责采集电池组电流计算SOC，将结果传输给中心处理单元经过内部阀值比较，公式计算，图表匹配。得出锂电池电量和铅酸电量的对应值提供给BMS电池管理系统和整车显示器。通过内部的合理转换达到可以无缝对接原有铅酸系统的目的。
进一步的，步骤(5)所述处理报警状态的流程为：检测到电池包发生过流，绝缘检测异常时，控制开关单元关闭开关，中心处理单元内部做数据处理和报警事件记录。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明把常用的MOSFET开关替换为继电器开关，利用继电器可以控制大电流等优点，保证了电池包更稳定、安全的供电，同时为了克服继电器开关有持续电流导通的问题，加设了一个辅助开关，当电能需求端启动时，人工按下辅助开关，单片机检测到开关导通，从而控制继电器开关的闭合和断开，这样就可以保证电池保护管理系统的低功耗特性；
(2)本发明通过电量转换单元，将锂电池电量值转换为与电动叉车原来的铅酸电池通讯协议相匹配的格式，从而使电能需求端接受到正确的电量值。保证了电能需求端锂电池替换铅酸电池后正确的电量显示。
附图说明
图1是本发明实施例的架构示意图；
图2是本发明实施例的采集装置结构示意图；
图3是本发明实施例的启动及电量显示单元结构示意图；
图4是本发明实施例的电量转换单元结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合附图来详细说明本发明。
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)上锂电池替换铅酸电池时的保护方法，更适应电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)高负荷大电流的工作状况，且保证低功耗、安全、稳定运行；提供一种电量显示转换的方法，以实现原有装置铅酸电池的电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)替换锂电池后电量能够正确显示。
由于电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)高负荷工作时需要电池包提供持续大电流，而传统锂电池替换铅酸电池时，都是用到多个MOSFET作为开关，本发明把MOSFET开关替换为继电器开关，利用继电器可以控制大电流等优点，保证了电池包更稳定、安全的供电。然而传统锂电池保护管理系统运用MOSFET开关不用继电器开关的主要原因是继电器开关有持续电流导通，这样如果电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)长时间处于停机状态，继电器开关会持续消耗电池包能源，导致电池包的馈电，甚至损坏。本发明加设了一个辅助开关装置，当电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)启动时，人工按下开关，单片机检测到开关导通，从而控制继电器的闭合和断开，这样就可以保证电池保护管理系统的低功耗特性。
电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)锂电池替换铅酸电池后，由于锂电池和铅酸电池的特性曲线不同，所以他们的电量统计方法也会不同，导致电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)不能正确显示电池电量。本发明经过算法计算出SOC后，通过BMS中转换电量模块，将电量值转换为与电动叉车原来的通讯协议相匹配，进行D/A输出，形成CAN报文，再与整车通信，从而使电动叉车接受到正确的电量值。保证了电能需求端(比如电动叉车，AGV，等)锂电池替换铅酸电池后正确的电量显示。
如图1所示，介绍了本发明智能BMS检测的架构：
智能BMSB01由低功耗供电单元A03供电，通过采集装置A01对电池组单元A06电压，电流，温度，绝缘参数进行采集和处理后，上传到中心处理单元A02，中心处理单元A02内部做数据处理，包括将采集到的电池组单元电压，电流，温度，绝缘参数与中心处理单元内部设定的上下限阀值进行比较，可以得出初步结果，按照内部优先级顺序进行故障报警等级划分，将划分后的结果发送给整车和终端显示器方便用户和整车控制器判断电池状态，从而达到简化数据，提高效率，减少错误判断的目的。
当充电机设备A08接入到电池PACKB02时，并开启启动及电量显示单元A11智能BMSB01进行充电操作，设置充电电流，智能BMSB01控制开关单元A05打开开关进行充电。
充电过程中的充电次数，故障，报警及时长等数据由智能BMSB01内部的中心处理单元A02，充电完成后由启动及电量显示单元A11显示完成。
当电池PACKB02响应车辆控制单元A09的启动指令后，开启启动及电量显示单元A11智能BMSB01控制开关单元A05打开开关。车辆进入工作模式，期间的电能需求端比如电动叉车，AGV，等运行时长，待机时长，工作时长，运行公里数，电池电量信息等数据都通过智能BMSB01内部的中心处理单元A02发送给电量转换单元A10，在发送给电能需求端比如电动叉车，AGV，等控制单元及显示单元A09，显示实时电量和各项数据。内部做数据处理和报警事件记录。
其中，电量转换单元A10的转换方法为：采集装置负责采集电池组电流计算SOC，将结果传输给中心处理单元C02经过内部阀值比较，公式计算，图表匹配。得出锂电池电量和铅酸电量的对应值提供给BMS电池管理系统和整车显示器。通过内部的合理转换达到可以无缝对接原有铅酸系统的目的。
处理报警状态的流程：当智能BMSB01检测到电池PACKB02发生过流，绝缘检测异常时，控制开关单元A05关闭开关。智能BMSB01内部的中心处理单元A02内部做数据处理和报警事件记录。
其中，如图2所示，采集装置A01通过模拟前端E01采集电池包每串电池的电压和温度，通过数据通信传送给中心处理单元A02。通过电流采集电路E02采集电池包总电流，通过数据通信传送给中心处理单元A02。达到采集电压，电流，温度的功能。
如图3所示，启动及电量显示单元A03，是由开关按钮装置通过外部触发，提供给中心处理单元A02一个启动信号，达到唤醒和启动的目的。再通过中心处理单元A02把电量的等级的处理结果发送给开关按钮装显示装置达到显示电量的目的。
如图4所示，电量转换单元A04是由通信单元C04负责与BMS电池管理系统进行通信，低功耗供电单元C03负责供电，采集装置负责采集电池组电流计算SOC，将结果传输给中心处理单元C02经过内部阀值比较，公式计算，图表匹配。得出锂电池电量和铅酸电量的对应值提供给BMS电池管理系统和整车显示器。通过内部的合理转换达到可以无缝对接原有铅酸系统的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电池替换铅酸电池智能BMS架构，其特征在于，包括中心处理单元，以及分别与中心处理单元双向连接的采集装置、启动及电量显示单元、电量转换单元；所述采集装置对电池包的电池组单元电压、电流、温度、绝缘参数进行采集和处理，上传到中心处理单元做数据处理；所述启动及电量显示单元设有辅助开关，用于控制电池包的开关单元的闭合与断开；所述电量转换单元用于将锂电池电量值转换为与整车原来的铅酸电池通讯协议相匹配的格式，进行D/A输出，形成CAN报文，再与整车通信，从而使整车接受并显示正确的电量值；所述电池包的开关单元使用的开关为继电器开关；所述电量转换单元包括通信单元(C04)、低功耗供电单元(C03)、中心处理单元(C02)、采集装置(C01)；由通信单元(C04)负责与BMS电池管理系统进行通信，低功耗供电单元(C03)负责供电，采集装置(C01)负责采集电池组电流计算SOC，将结果传输给中心处理单元(C02),处理得出锂电池电量和铅酸电量的对应值提供给BMS电池管理系统和整车显示器。
2.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述采集装置通过模拟前端采集电池包每串电池的电压和温度，通过数据通信传送给中心处理单元，通过电流采集电路采集电池包总电流，通过数据通信传送给中心处理单元。
3.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述启动及电量显示单元由开关按钮装置通过外部触发，提供给中心处理单元一个启动信号以唤醒和启动；再通过中心处理单元把电量的等级的处理结果发送以显示电量。
4.一种锂电池替换铅酸电池智能BMS架构使用方法，其特征在于，包括：
(1)通过采集装置对电池组单元电压，电流，温度，绝缘参数进行采集和处理后，上传到中心处理单元，中心处理单元做数据处理，包括：
将采集到的电池组单元电压，电流，温度，绝缘参数与中心处理单元内部设定的上下限阀值进行比较，得出初步结果，按照内部优先级顺序进行故障报警等级划分，将划分后的结果发送给整车和终端显示器方便用户和整车控制器判断电池状态；
(2)充电机设备接入到电池包时，开启启动及电量显示单元的辅助开关，控制电池包的开关单元打开开关进行充电；
(3)当电池包响应车辆控制单元的启动指令后，开启启动及电量显示单元的辅助开关，控制开关单元打开继电器开关，整车进入工作模式；
(4)整车工作期间的数据，包括运行时长，待机时长，工作时长，运行公里数，电池电量信息，通过中心处理单元发送给电量转换单元，电量转换单元将锂电池电量值转换为与整车原来的铅酸电池通讯协议相匹配的格式，进行D/A输出，形成CAN报文，再与整车通信，整车显示实时电量和各项数据；
(5)整车工作期间做数据处理和报警事件记录，处理报警状态。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述充电过程中的充电次数，故障，报警及时长数据由中心处理单元记录，充电完成后由启动及电量显示单元显示完成。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述辅助开关为人工开关，启动时，人工按下辅助开关，中心处理单元检测到辅助开关导通，从而控制电池包的继电器开关单元的闭合和断开。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电量转换单元的转换方法为：
采集装置负责采集电池组电流计算SOC，将结果传输给中心处理单元经过内部阀值比较，公式计算，图表匹配，得出锂电池电量和铅酸电量的对应值提供给BMS电池管理系统和整车显示器。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述处理报警状态的流程为：检测到电池包发生过流，绝缘检测异常时，控制开关单元关闭开关，中心处理单元内部做数据处理和报警事件记录。
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