CN109546242A - 一种动力电池组智能bms管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动力电池组智能BMS管理系统，供电降压管理模块用于连接外部电压输入；所述采集前端电压检测模块用于检测电池组中各单节电池的电压动态状况，并处理电池组的异常；所述充放电控制模块用于控制电池组的充放电；所述温度检测模块用于实时检测电池组的电芯及充放电控制模块的温度，并将检测结果传至MCU控制模块；所述异常处理模块用于保存及记录电池组的异常信息，并警示异常；所述数据传输通信模块用于获取MCU控制模块的数据并上传至云端，同时还接收云端下发的指令至MCU控制模块以控制其他模块工作。本发明通过云端后台服务器电池组信息采集积累，有效监控电池组的寿命或故障，以便于及时进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池管理技术领域，尤其涉及一种动力电池组智能BMS管理系统。
背景技术
随着社会的不断进步，石油资源的日益减少，大气环境的污染严重，新能源爆发性兴起，锂电池作为新能源突发性增长，锂电池的应用在中国以及海外逐步发展波及，如电动小轿车、电动公交车、电动面包车、电动货车、电动出租车、两轮电动单车、储能等，并已逐步投入市场。BMS管理系统是锂电池保护的一道生命线，能提前把控着锂电池出现异常防止危险性发生，从而延长锂电池的使用寿命，具有广阔的市场潜力和发展空间。但是，目前的BMS管理系统无法及时并有效地监控锂电池的使用寿命或故障，以及时进行处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力电池组智能BMS管理系统，通过云端后台服务器电池组信息采集积累，有效监控电池组的寿命或故障，以便于及时进行处理。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种动力电池组智能BMS管理系统，包括MCU控制模块、供电降压管理模块、采集前端电压检测模块、充放电控制模块、温度检测模块、异常处理模块、数据传输通信模块；所述MCU控制模块用于分别控制供电降压管理模块、采集前端电压检测模块、充放电控制模块、温度检测模块、异常处理模块、数据传输通信模块工作；所述供电降压管理模块用于连接外部电压输入；所述采集前端电压检测模块用于检测电池组中各单节电池的电压动态状况，并处理电池组的异常；所述充放电控制模块用于控制电池组的充放电；所述温度检测模块用于实时检测电池组的电芯及充放电控制模块的温度，并将检测结果传至MCU控制模块；所述异常处理模块用于保存及记录电池组的异常信息，并警示异常；所述数据传输通信模块用于获取MCU控制模块的数据并上传至云端，同时还接收云端下发的指令至MCU控制模块以控制其他模块工作。
较佳地，所述充放电控制模块包括充放电控制单元、预放电单元；所述充放电控制单元用于控制电池组充放电；所述预放电单元一端与MCU控制模块连接，另一端与充放电控制单元电性连接。
较佳地，所述动力电池组智能BMS管理系统还包括充放电管失效检测模块；所述充放电管失效检测模块包括充电管失效检测单元、放电管失效检测单元，分别用于检测充放电控制单元的充电管、放电管是否被击穿损坏。
较佳地，所述温度检测模块包括充放电管温度检测单元、电芯温度检测单元；所述充放电管温度检测单元用于检测充放电控制单元的充放电管温度，并将检测结果传至MCU控制模块；所述电芯温度检测单元用于检测电池组电芯的温度，并将检测结果传至MCU控制模块。
较佳地，所述异常处理模块包括分别与MCU控制模块电性连接的RTC计时单元、故障信息履历记录单元、异常故障报警单元；所述RTC计时单元用于记录电池组故障发生的时间，故障信息履历记录单元用于记录并保存电池组的异常时间及内容；所述异常故障报警单元用于警示电池组的异常。
较佳地，所述采集前端电压检测模块包括电芯单节电压检测单元、外部均衡单元、电压采集管理单元；所述电芯单节电压检测单元用于检测电池组中各单节电池的电压动态状况；所述外部均衡单元一端与电芯单节电压检测单元电性连接，另一端与电压采集管理单元电性连接，外部均衡单元用于主动均衡处理电池组中各单节电池的异常；所述电压采集管理单元还与电芯单节电压检测单元电性连接。
较佳地，所述供电降压管理模块包括浪涌电压输入缓冲单元、Buck降压单元、线性降压单元、开关切换器件、第一线性稳压单元；所述浪涌电压输入缓冲单元一端接外部电压输入，另一端分别与Buck降压单元、线性降压单元连接，浪涌电压输入缓冲单元用于缓冲外部电压输入的瞬间脉动尖峰；所述开关切换器件用于切换Buck降压单元或线性降压单元供电；所述第一线性稳压单元一端与开关切换器件电性连接，另一端与MCU控制模块电性连接。
较佳地，所述线性降压单元包括依次电性连接的线性降压电路、过流及短路保护电路、第二线性稳压电路；所述线性降压电路一端接入浪涌电压输入缓冲单元缓冲后的电压，第二线性稳压电路一端与开关切换器件电性连接。
较佳地，所述动力电池组智能BMS管理系统还包括分别与MCU控制模块电性连接的隔离电源模块、隔离电源通信模块；所述隔离电源通信模块用于控制隔离电源模块的输出或关闭；所述隔离电源模块还与Buck降压单元电性连接。
较佳地，所述动力电池组智能BMS管理系统还包括LED显示驱动模块、GPS定位模块；所述LED显示驱动模块、GPS定位模块均由Buck降压单元降压供电；所述LED显示驱动模块用于获取MCU控制模块的信息并显示；所述GPS定位模块用于实时跟踪定位电池组的运动轨迹，并将定位信息传至MCU控制模块。
采用上述方案，本发明的有益效果是：
在电池组开始投入使用后，本发明实时监测电池组的温度、电压等信息，通过数据传输通信模块上传云端后台服务器进行电池组信息的采集积累，云端后台服务器实时监控着电池组的健康状态，有效监控电池组的寿命或故障，有助于电池的回收利用；同时，可以对电池组的异常进行处理、记录、保存，并报警警示用户，提高电池组使用的安全性。
附图说明
图1为本发明的原理性框图；
图2为本发明的MCU控制模块电路图；
图3为本发明的供电降压管理模块电路图；
图4为本发明的采集前端电压检测模块电路图；
图5为本发明的充放电控制模块电路图；
图6为本发明的RTC计时单元电路图；
图7为本发明的故障信息履历记录单元电路图；
图8为本发明的异常故障报警单元电路图；
图9为本发明的数据传输通信模块、GPS定位模块电路图；
图10为本发明的隔离电源通信模块电路图；
图11为本发明的LED显示驱动模块电路图；
其中，附图标识说明：
1—MCU控制模块， 2—供电降压管理模块，
3—采集前端电压检测模块， 4—充放电控制模块，
5—温度检测模块， 6—异常处理模块，
7—数据传输通信模块， 8—充放电管失效检测模块，
9—隔离电源模块， 10—隔离电源通信模块，
11—LED显示驱动模块， 12—GPS定位模块，
21—浪涌电压输入缓冲单元， 22—Buck降压单元，
23—线性降压单元， 24—开关切换器件，
25—第一线性稳压单元， 31—电芯单节电压检测单元，
32—外部均衡单元， 33—电压采集管理单元，
41—充放电控制单元， 42—预放电单元，
51—充放电管温度检测单元， 52—电芯温度检测单元，
61—RTC计时单元， 62—故障信息履历记录单元，
63—异常故障报警单元， 81—充电管失效检测单元，
82—放电管失效检测单元， 231—线性降压电路，
232—过流及短路保护电路， 233—第二线性稳压电路。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
参照图1至11所示，本发明提供一种动力电池组智能BMS管理系统，包括MCU控制模块1、供电降压管理模块2、采集前端电压检测模块3、充放电控制模块4、温度检测模块5、异常处理模块6、数据传输通信模块7；所述MCU控制模块1用于分别控制供电降压管理模块2、采集前端电压检测模块3、充放电控制模块4、温度检测模块5、异常处理模块6、数据传输通信模块7工作；所述供电降压管理模块2用于连接外部电压输入；所述采集前端电压检测模块3用于检测电池组中各单节电池的电压动态状况，并处理电池组的异常；所述充放电控制模块4用于控制电池组的充放电；所述温度检测模块5用于实时检测电池组的电芯及充放电控制模块4的温度，并将检测结果传至MCU控制模块1；所述异常处理模块6用于保存及记录电池组的异常信息，并警示异常；所述数据传输通信模块7用于获取MCU控制模块1的数据并上传至云端，同时还接收云端下发的指令至MCU控制模块1以控制其他模块工作。
其中，所述充放电控制模块4包括充放电控制单元41、预放电单元42；所述充放电控制单元41用于控制电池组充放电；所述预放电单元42一端与MCU控制模块1连接，另一端与充放电控制单元41电性连接。所述动力电池组智能BMS管理系统还包括充放电管失效检测模块8；所述充放电管失效检测模块8包括充电管失效检测单元81、放电管失效检测单元82，分别用于检测充放电控制单元41的充电管、放电管是否被击穿损坏。所述温度检测模块5包括充放电管温度检测单元51、电芯温度检测单元52；所述充放电管温度检测单元51用于检测充放电控制单元41的充放电管温度，并将检测结果传至MCU控制模块1；所述电芯温度检测单元52用于检测电池组电芯的温度，并将检测结果传至MCU控制模块1。
所述异常处理模块6包括分别与MCU控制模块1电性连接的RTC计时单元61、故障信息履历记录单元62、异常故障报警单元63；所述RTC计时单元61用于记录电池组故障发生的时间，故障信息履历记录单元62用于记录并保存电池组的异常时间及内容；所述异常故障报警单元63用于警示电池组的异常。所述采集前端电压检测模块3包括电芯单节电压检测单元31、外部均衡单元32、电压采集管理单元33；所述电芯单节电压检测单元31用于检测电池组中各单节电池的电压动态状况；所述外部均衡单元32一端与电芯单节电压检测单元31电性连接，另一端与电压采集管理单元33电性连接，外部均衡单元32用于主动均衡处理电池组中各单节电池的异常；所述电压采集管理单元33还与电芯单节电压检测单元31电性连接。
所述供电降压管理模块2包括浪涌电压输入缓冲单元21、Buck降压单元22、线性降压单元23、开关切换器件24、第一线性稳压单元25；所述浪涌电压输入缓冲单元21一端接外部电压输入，另一端分别与Buck降压单元22、线性降压单元23连接，浪涌电压输入缓冲单元21用于缓冲外部电压输入的瞬间脉动尖峰；所述开关切换器件24用于切换Buck降压单元22或线性降压单元23供电；所述第一线性稳压单元25一端与开关切换器件24电性连接，另一端与MCU控制模块1电性连接。所述线性降压单元23包括依次电性连接的线性降压电路231、过流及短路保护电路232、第二线性稳压电路233；所述线性降压电路231一端接入浪涌电压输入缓冲单元21缓冲后的电压，第二线性稳压电路233一端与开关切换器件24电性连接。
所述动力电池组智能BMS管理系统还包括分别与MCU控制模块1电性连接的隔离电源模块9、隔离电源通信模块10；所述隔离电源通信模块10用于控制隔离电源模块9的输出或关闭；所述隔离电源模块9还与Buck降压单元22电性连接。所述动力电池组智能BMS管理系统还包括LED显示驱动模块11、GPS定位模块12；所述LED显示驱动模块11、GPS定位模块12均由Buck降压单元22降压供电；所述LED显示驱动模块11用于获取MCU控制模块1的信息并显示；所述GPS定位模块12用于实时跟踪定位电池组的运动轨迹，并将定位信息传至MCU控制模块1。
本发明工作原理：
本发明可实现对24-60V高倍率动力锂电池组进行智能管理，针对故障或使用寿命到期的电池组，通过云端后台服务器电池组信息采集积累，以对这些电池组及时进行处理，如进行回收处理后重组再二次利用等。
MCU控制模块1：控制整个系统的神经中枢，各个功能模块的信息采集都传输给MCU自行进行智能逻辑分析、数据计算、行为判断，再传达给各个功能模块执行，是整个系统的大脑。
供电降压管理模块2：
浪涌电压输入缓冲单元21，电池组在充电器接入瞬间或电网电压不稳定波动时，有瞬间的脉动尖峰输入，或者如电机等感性负载在工作时产生反峰输入成后级电路如Buck降压芯片遭受电压尖峰冲击而损坏，使整个供电系统崩溃，浪涌电压输入缓冲单元21用以解决这些问题。
Buck降压单元22、线性降压单元23，系统采用双路降压特征在于宽压范围如24V-84V输入范围的工作时和静态休眠功耗时的转换效率，采用单一的线性降压单元23在工作时转换效率太低时使降压器件发烫，采用单一的Buck降压单元22在静态休眠功耗太大，电池组能量是有限，休眠功耗太大会造成电池组很快耗尽，故采用双路降压解决；同时，通过开关切换器件24在双路降压之间进行切换选择。
过流及短路保护电路232，后级供电如器件损坏而出现功耗过大或短路，Buck降压单元22关闭后由线性降压单元23保持系统供电时，短路保护和过流保护功能启动，解决保护了线性降压单元23和后级电路进一步损坏。
采集前端电压检测模块3：
电芯单节电压检测单元31，为了实现高电压供电设备的标称额定电压平台，采用单颗电芯并联再串联制造工艺方案组成电池组，电芯单节电压检测单元31实时监测着串联每节电芯的电压动态状况，有效管控着电芯在使用过程中出现过充或欠压造成电芯的损坏或爆炸。
外部均衡单元32，在某节电芯出现损坏或组装电池组时因电芯容量不一致时，而出现某节电芯产生压差，外部均衡单元32在设定好均衡条件时开启，条件如：充电或静置、温度是否小于设定值、压差是否大于设定值，智能判断条件必须满足才开启均衡，主动均衡解决了传统的无论是否出现压差，电芯温度是否偏高，只要在充电状态下，只要电芯电压达到了就开启均衡这一瓶颈，外部均衡在于加大了均衡电流，解决了内部均衡的均衡电流局限性。
充放电控制模块4：
当电池组静置时，充放电控制单元41的放电主回路关闭，预放电单元42开启；当接入负载放电时，检测到预放电单元42有小电流流过，如小于1A以下，打开主放电回路，由主放电回路进行放电；充放电控制单元41增加预放电单元42，主要解决两个问题：1)接入负载瞬间因负载有容性负载存在，当接插件接触瞬间产生很大火花，使人产生一种恐惧感，同时接插件经常出现打火现象，使接插件接触面产生积碳而接触不良；2)接入负载瞬间因负载有容性负载存在，当接插件接触瞬间会误触发短路保护功能，误关断输出。
温度检测模块5：充放电管温度检测单元51用于检测充放电控制单元41中充电管、放电管的温度，电芯温度检测单元52用于检测电芯的温度，并反馈给MCU控制模块1实时处理。
充放电管失效检测模块8：用于实时检测充放电控制单元41的MOS管(充电管、放电管)是否被击穿损坏。
异常处理模块6：RTC计时单元61，有独立的日期，时间计时功能；故障信息履历记录单元62结合RTC计时单元61，能够准确地记录电池组发生的故障事件所出现的时间，并把时间及出现故障事件的内容记录下来并保存，为电池组售后处理提供了重要的分析条件；故障报警单元63采用蜂鸣器发出声音进行报警，当电池组出现故障时，即时发出对应的报警声音，使用户能够即时进行处理，避免危险发生。
数据传输通信模块7：采用2G通信模组，实现云端后台服务器数据交换进行云计算；采用2G通信模组与云端后台服务器建立了信息互联通道，通过2G网络把BMS管理系统采集电池组信息实时传输到云端进行云计算、存储、监控着整个电池组终身的使用状况，也通过云端下发指令给BMS管理系统执行控制、关闭输出、禁止充电，如出现异常故障或电池组达到了使用期限禁止使用等。
隔离电源模块9、隔离电源通信模块10：隔离电源通信模块10采用485通信，与上位机或中控之间通信传递电池组信息，可控制485供电的隔离电源模块9输出与关闭，BMS管理系统工作时输出供电，休眠时关闭输出，从而降低整个系统的功耗，BMS管理系统休眠后可485通信唤醒，打开隔离电源模块9供电，电芯信息数据进行传输。隔离电源通信模块10采用了容隔离芯片+普通光耦结合隔离方案，既解决了常温、高温、低温数据高速传输波形不失真，传输数据不丢失，又解决了功耗和成本问题。
LED显示驱动模块11：获取MCU控制模块1的数据，显示电池组剩余容量等内容。
GPS定位模块12：实时对电池组进行GPS定位，实时追踪定位电池组的地理位置，跟踪电池组运动轨迹，随时随地知道电池组的地理位置。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，包括MCU控制模块、供电降压管理模块、采集前端电压检测模块、充放电控制模块、温度检测模块、异常处理模块、数据传输通信模块；所述MCU控制模块用于分别控制供电降压管理模块、采集前端电压检测模块、充放电控制模块、温度检测模块、异常处理模块、数据传输通信模块工作；所述供电降压管理模块用于连接外部电压输入；所述采集前端电压检测模块用于检测电池组中各单节电池的电压动态状况，并处理电池组的异常；所述充放电控制模块用于控制电池组的充放电；所述温度检测模块用于实时检测电池组的电芯及充放电控制模块的温度，并将检测结果传至MCU控制模块；所述异常处理模块用于保存及记录电池组的异常信息，并警示异常；所述数据传输通信模块用于获取MCU控制模块的数据并上传至云端，同时还接收云端下发的指令至MCU控制模块以控制其他模块工作。
2.根据权利要求1所述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述充放电控制模块包括充放电控制单元、预放电单元；所述充放电控制单元用于控制电池组充放电；所述预放电单元一端与MCU控制模块连接，另一端与充放电控制单元电性连接。
3.根据权利要求2述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述动力电池组智能BMS管理系统还包括充放电管失效检测模块；所述充放电管失效检测模块包括充电管失效检测单元、放电管失效检测单元，分别用于检测充放电控制单元的充电管、放电管是否被击穿损坏。
4.根据权利要求2所述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述温度检测模块包括充放电管温度检测单元、电芯温度检测单元；所述充放电管温度检测单元用于检测充放电控制单元的充放电管温度，并将检测结果传至MCU控制模块；所述电芯温度检测单元用于检测电池组电芯的温度，并将检测结果传至MCU控制模块。
5.根据权利要求1所述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述异常处理模块包括分别与MCU控制模块电性连接的RTC计时单元、故障信息履历记录单元、异常故障报警单元；所述RTC计时单元用于记录电池组故障发生的时间，故障信息履历记录单元用于记录并保存电池组的异常时间及内容；所述异常故障报警单元用于警示电池组的异常。
6.根据权利要求1所述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述采集前端电压检测模块包括电芯单节电压检测单元、外部均衡单元、电压采集管理单元；所述电芯单节电压检测单元用于检测电池组中各单节电池的电压动态状况；所述外部均衡单元一端与电芯单节电压检测单元电性连接，另一端与电压采集管理单元电性连接，外部均衡单元用于主动均衡处理电池组中各单节电池的异常；所述电压采集管理单元还与电芯单节电压检测单元电性连接。
7.根据权利要求1所述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述供电降压管理模块包括浪涌电压输入缓冲单元、Buck降压单元、线性降压单元、开关切换器件、第一线性稳压单元；所述浪涌电压输入缓冲单元一端接外部电压输入，另一端分别与Buck降压单元、线性降压单元连接，浪涌电压输入缓冲单元用于缓冲外部电压输入的瞬间脉动尖峰；所述开关切换器件用于切换Buck降压单元或线性降压单元供电；所述第一线性稳压单元一端与开关切换器件电性连接，另一端与MCU控制模块电性连接。
8.根据权利要求7所述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述线性降压单元包括依次电性连接的线性降压电路、过流及短路保护电路、第二线性稳压电路；所述线性降压电路一端接入浪涌电压输入缓冲单元缓冲后的电压，第二线性稳压电路一端与开关切换器件电性连接。
9.根据权利要求7所述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述动力电池组智能BMS管理系统还包括分别与MCU控制模块电性连接的隔离电源模块、隔离电源通信模块；所述隔离电源通信模块用于控制隔离电源模块的输出或关闭；所述隔离电源模块还与Buck降压单元电性连接。
10.根据权利要求7所述的动力电池组智能BMS管理系统，其特征在于，所述动力电池组智能BMS管理系统还包括LED显示驱动模块、GPS定位模块；所述LED显示驱动模块、GPS定位模块均由Buck降压单元降压供电；所述LED显示驱动模块用于获取MCU控制模块的信息并显示；所述GPS定位模块用于实时跟踪定位电池组的运动轨迹，并将定位信息传至MCU控制模块。
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