CN110764006A - 一种电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电池管理系统，系统包括：采集单元，电性耦接于电池，用于采集电池参数；主控单元，电性耦接于采集单元，用于控制采集单元采集电池参数并根据电池参数制定电池管理方案；告警指示单元，电性耦接于主控单元，用于在收到主控单元的告警指令后，发出告警信号；均衡及测量单元，分别电性耦接于采集单元和主控单元，用于根据电池参数测量电池的内阻，并根据电池管理方案均衡电池；通信单元，电性耦接于主控单元，用于和外部系统建立通信连接，并接收外部系统的指令以及将本地数据发送给外部系统；低压差供电单元，电性耦接于电池，用于给电池管理系统供电，以及根据所述电池的电压对所述电池进行升压与降压处理。

Description

一种电池管理系统
技术领域
本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种电池管理系统。
背景技术
锂电池在众多应用领域中最为典型的应用：储能。锂电池在储能系统中相对于电动汽车的应用环境而言较为稳定，其没有较高的温度阶跃，没有较大的电流阶跃，没有复杂的电磁兼容问题等。但是锂电池安全性能要差一点，严重的时候会酿成惨剧，无论锂电池应用于何种领域都需要为其配备可靠的管理单元/系统以防止意外发生。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种电池管理系统，用以监控电池以及及时调节电池均衡性的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种电池管理系统，系统包括：采集单元，电性耦接于电池，用于采集电池参数；主控单元，电性耦接于采集单元，用于控制采集单元采集电池参数并根据电池参数制定电池管理方案；告警指示单元，电性耦接于主控单元，用于在收到主控单元的告警指令后，发出告警信号；均衡及内阻测量单元，分别电性耦接于采集单元和主控单元，用于根据电池参数测量电池的内阻，并根据电池管理方案均衡电池；通信单元，电性耦接于主控单元，用于和外部系统建立通信连接，并接收外部系统的指令以及将本地数据发送给外部系统；低压差供电单元，电性耦接于电池，用于给电池管理系统供电，以及根据电池的电压对电池进行升压与降压处理；其中，主控单元控制采集单元采集电池参数并根据电池参数制定电池管理方案包括：通过通信单元接收外部系统的采集指令；根据采集指令，判定电池的采集形式；根据采集形式，控制采集单元对电池进行单点采集或同步采集；对采集单元采集到的电池参数进行检测；当检测到电池参数超过预设值时，通过告警指示单元生成报警信息。
在可选的实施方式中，电池参数包括电池的电芯电压、电芯内阻、健康状态、电芯温度和/或饱和度。
在可选的实施方式中，采集单元包括：电芯电压采集模块，电性耦接于电池，用于采集电芯电压；电芯内阻采集模块，电性耦接于电池，用于采集电芯内阻；电芯温度采集模块，电性耦接于电池，用于采集电芯温度。
在可选的实施方式中，采集单元电性耦接于低压差供电单元。
在可选的实施方式中，均衡及内阻测量单元与主控单元之间设置有通信接口，均衡及内阻测量单元电性耦接于通信接口一端，通信接口另一端电性耦接于主控单元。
在可选的实施方式中，通信接口使用通用异步收发传输器传输逻辑门电路信号。
在可选的实施方式中，主控单元监测通信单元接收外部系统的指令的时间间隔，当时间间隔大于预设时间时，主控单元控制系统开启低功耗模式。
在可选的实施方式中，当系统进入低功耗模式，主控单元检测通信单元接收外部系统的指令，当通信单元接收到外部系统的指令时，主控单元控制系统关闭低功耗模式。
在可选的实施方式中，低压差供电单元还电性耦接于通信单元、均衡及内阻测量单元，用于给通信单元、均衡及内阻测量单元。
在可选的实施方式中，低压差供电单元为低压差线性稳压器。
在上述实现过程中，宽电压范围可工作，温度监测点，内阻检测可实现100%覆盖。单模块电池管理系统实时采集并计算每节电池的信息后，通过通信方式上传主控系统总线，主控系统再将数据与服务器/数据中心对接。当超时未收到主控系统的通信信号，单模块即进入低功耗休眠模式，收到通信信号即唤醒。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本申请实施例提供的一种电池管理系统的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种电池管理方法的流程图；
图3是图1所示采集单元的示意图；
图4是图2所示步骤S100的具体流程图；
图5是本申请实施例提供的另一种电池管理系统的示意图；
图6是本申请实施例提供的另一种电池管理系统的示意图；
图7是本申请实施例提供的电芯电压采集模块的电路图；
图8是本申请实施例提供的均衡及内阻采集单元的电路图；
图9是本申请实施例提供的低压差供电单元的电路图。
图标：电池管理系统10，电池20，采集单元100，主控单元200，均衡及内阻测量单元300，电芯电压采集模块110，电芯内阻采集模块120，电芯温度采集模块130，低压差供电单元400，低压差线性稳压器410，通信单元500，通信接口600，告警指示单元700。
具体实施方式
在本案说明书全文及权利要求中所使用的「耦接」一词可指任何直接或间接的耦接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接耦接于该第二装置，或者该第一装置可以透过其他装置或某种耦接手段而间接地耦接至该第二装置。另外，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的组件/构件/步骤可以相互参照相关说明。
图1是本申请实施例提供的一种电池管理系统的示意图，电池管理系统10包括采集单元100、主控单元200、均衡及内阻测量单元300、低压差供电单元400、通信单元500以及告警指示单元700，其中采集单元100电性耦接于电池20，主控单元200电性耦接于采集单元100，告警指示单元700电性耦接于主控单元200，均衡及内阻测量单元300分别电性耦接于采集单元100和主控单元200，低压差供电单元400分别电性耦接于电池20和主控单元200。
于一实施例中，采集单元100用于采集电池参数，主控单元200单元用于控制采集单元100采集电池参数并根据电池参数制定电池管理方案，均衡及内阻测量单元300用于根据电池管理方案均衡电池20，以及测量电池20内阻，低压差供电单元400用于提供单模块系统的供电电源，通信单元500用于连接主控系统通信总线，告警指示单元700用于在收到主控单元200的告警指令后，发出告警信号。
于一实施例中，电池管理方案包括以下步骤：
步骤1：通过通信单元500接收外部系统的采集指令。
在本步骤中，主控单元200用过通信单元500接收外部系统发送的各种指令，主控单元接收到指令后，根据指令内容控制电池管理系统10中的各个单元进行工作。于一实施例中，当外部系统通过通信单元500向主控单元200发送采集指令时，主控单元200控制采集单元100对电池20的电池参数进行采集。
步骤2：根据采集指令，判定电池20的采集形式。
在本步骤中，电池20可以是单电芯的锂电池或多个单电芯锂电池组成电池组。针对每个单电芯的锂电池进行采集时，可以逐个进行电池参数采集，或者按照预设的编号对应采集单一个锂电池的电池参数，还可以根据同步采集指令对电池组中的所有单体电池进行同步采集。
步骤3：根据采集形式，控制采集单元100对电池20进行单点采集或同步采集。
在本步骤中，根据确定的采集形式，控制采集单元100进行电池参数采集。
步骤4：对采集单元100采集到的电池参数进行检测。
步骤5：当检测到电池参数超过预设值时，通过告警指示单元700生成报警信息。
在本步骤中，对电池参数进行检测是否超过预设值，预设值可以是根据电池属性制定的相关阈值，例如电池20在充放电过程中，电池20的电压、温度和内阻应当在安全工作的范围内，安全工作范围可以根据电池20出厂的设定或者结合电池20的物理化学特征进行标定。
于一实施例中，电池可以为锂电池，或磷酸铁锂电池。
于一实施例中，本申请的电池管理系统在宽电压范围内可以工作，对温度监测点，内阻检测可实现100%覆盖。其工作方式是：此单模块的电池管理系统实时采集并计算每节锂电池的信息后，通过通信方式上传主控系统总线，主控系统再将数据与服务器/数据中心对接。当超时未收到主控系统的通信信号，单模块即进入低功耗休眠模式，收到通信信号即唤醒。
于一实施例中，电池参数包括电池20的电芯电压、电芯内阻、健康状态、锂电池内阻、电芯温度和/或饱和度。健康状态是指电池电芯的健康状态（SOH，State Of Health），任一电池20的满充容量相对其额定容量的百分比。饱和度是指SOC，全称是State of Charge，电池荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池20使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示。其一般用一个字节也就是两位的十六进制表示（取值范围为0~100），含义是剩余电量为0%~100%，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=100%时表示电池20完全充满。
于一实施例中，电池管理方案是根据当前电池电芯采集的电池参数做出的调节过程，例如在一蓄电池电池组中，采集单元100采集到其中一个电池20的电芯电压高于平均值或者目标值，主控单元200则控制均衡及内阻测量单元300对这个电池电芯进行放电，降低该电池电芯的电压，以此完成均衡这一动作。
于一实施例中，主控单元200可以是中央处理器、微控制单元或其他等同功能的芯片及集成电路，主控单元200可以与外部数据库建立通信连接，将采集单元100采集的电池参数上传至数据库，也可以建立本地数据库。
存储电池参数的参数数据库可以是具有存储功能的存储介质，存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
获取参数数据库的参数数据可以通过无线连接通信方式或有线连接通信方式，无线连接的通信方式包括：使用协议IEEE802.11 a/b/c/n/g/ac进行无线通信（Wi-Fi，WirelessFidelity）的无线网络传输方式；使用蓝牙设备或具有蓝牙协议功能的传输设备进行的无线网络传输方式或射频传输方式；使用全球移动通讯系统（GSM，Global Systemfor Mobile Communications）、码分多址（CDMA）、宽带码分多址（WCDMA）、时分同步码分多址（TD-SCDMA）、基于正交频分复用（OFDM）等进行通信的移动网络通信技术。
有线连接的通信方式包括：使用光纤、网线、电线等具有连通功能的传输线路或具有等同于光纤、网线、电线传输数据信号能力的其他形式以实现通信目的的方式。
图2是本申请实施例提供的一种电池管理方法的流程图，包括：
步骤S100：藉由主控单元200控制采集单元100采集电池参数。
步骤S200：藉由主控单元200根据电池参数制定电池管理方案。
步骤S300：藉由均衡及内阻测量单元300根据电池管理方案处理电池。
于一实施例中，主控单元200控制整个系统中的所有单元，当系统开启时，主控单元200唤醒采集单元100以及均衡及内阻测量单元300，采集单元100被唤醒后进行采集电池参数，均衡及内阻测量单元300被唤醒后根据主控单元200做出的电池管理方案对电池电芯进行均衡。
图3是图1所示采集单元100的示意图，采集单元100包括：电芯电压采集模块110、电芯内阻采集模块120和电芯温度采集模块130，其中，电芯电压采集模块110电性耦接于电池20；电芯内阻采集模块120电性耦接于电池20；电芯温度采集模块130电性耦接于电池20。
于一实施例中，电芯电压采集模块110用于采集电芯电压，电芯内阻采集模块120用于采集电芯内阻，电芯温度采集模块130用于采集电芯温度。
图4是图2所示步骤S100的具体流程图，步骤S100包括：
步骤S110:藉由电芯电压采集模块110采集电芯电压。
步骤S120：藉由电芯内阻采集模块120采集电芯内阻。
步骤S130：藉由电芯温度采集模块130采集电芯温度。
于一实施例中，主控单元200输出一个10Hz~1kHz脉冲/正弦波形至采集单元100，检测电芯电压采集模块110和电芯内阻采集模块120反馈回的电压、电流信息，通过算法计算出锂电池的内阻，检测每节锂电池的健康情况。
于一实施例中，精确测量电池20的电芯温度，保证±1%的温度精度，0.1℃的分辨率。电芯温度代表电池20的运行状态是否安全。
图5是本申请实施例提供的另一种电池管理系统的示意图，电池管理系统10还可以设置低压差线性稳压器410，采集单元100电性耦接于低压差线性稳压器410，低压差线性稳压器410电性耦接于电池20。
于一实施例中，使用低压差线性稳压器410在其线性区域内运行的晶体管或场效应管（FET），从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV左右；与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。
于一实施例中，低压差供电单元400还可以分别电性耦接于均衡及内阻测量单元300、通信单元500，用于给均衡及内阻测量单元300、通信单元500供电，根据电池20的电压对电池进行升压与降压处理。
图6是本申请实施例提供的另一种电池管理系统的示意图，电池管理系统10还可以设置通信接口600，均衡及内阻测量单元300电性耦接于通信接口600一端，通信接口600另一端电性耦接于主控单元200。
于一实施例中，通信单元500与主控单元200通信的为标准的UART-TTL信号，为了抑制干扰，将该UART-TTL信号进行隔离放大调制电池管理系统10发出TXD波形，经过光耦后调制为峰值5V的波形输出给主控，外部输入到电池管理系统10接收RXD波形，先调制为12V的波形以降低总线干扰，再经过光耦调制为主控单元200可识别的TTL电平，以应对多节电池组成的储能系统需求。
于一实施例中，通信的为标准的UART-TTL（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter-Time To Live，通用异步收发传输器-逻辑门电路）信号，为了抑制干扰，将该UART-TTL信号进行隔离放大调制，以应对多节电池组成的储能系统需求。兼顾了可靠性的同时保证了采样数据交互通信的实时性。避免了CAN（Controller Area Network，控制器局域网络），菊花链这种高成本的通信模式。
图7是本申请实施例提供的电芯电压采集模块的电路图，电阻R5的一端与电池连接，电容C2的两端与主控单元200连接，主控单元200获取电池20电压。
图8是本申请实施例提供的均衡及内阻采集单元300的电路图，电阻R13的一端与电池连接，主控单元200藉由均衡及内阻采集单元300实施电池均衡方案。
图9是本申请实施例提供的低压差供电单元的电路图，低压差线性稳压器的输入端和使能端与电池连接，低压差供电单元的输出端与主控单元的正极连接。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，系统包括：
采集单元，电性耦接于电池，用于采集电池参数；
主控单元，电性耦接于所述采集单元，用于控制采集单元采集电池参数并根据所述电池参数制定电池管理方案；
告警指示单元，电性耦接于所述主控单元，用于在收到所述主控单元的告警指令后，发出告警信号；
均衡及内阻测量单元，分别电性耦接于所述采集单元和主控单元，用于根据所述电池参数测量所述电池的内阻，并根据电池管理方案均衡电池；
通信单元，电性耦接于所述主控单元，用于和外部系统建立通信连接，并接收所述外部系统的指令以及将本地数据发送给所述外部系统；
低压差供电单元，分别电性耦接于所述电池和所述主控单元，用于给所述电池管理系统供电，以及根据所述电池的电压对所述电池进行升压与降压处理；其中，
所述主控单元控制采集单元采集电池参数并根据所述电池参数制定电池管理方案包括：
通过所述通信单元接收外部系统的采集指令；
根据所述采集指令，判定所述电池的采集形式；
根据所述采集形式，控制所述采集单元对所述电池进行单点采集或同步采集；
对所述采集单元采集到的所述电池参数进行检测；
当检测到所述电池参数超过预设值时，通过告警指示单元生成报警信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池参数包括所述电池的电芯电压、电芯内阻、健康状态、电芯温度和/或饱和度。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述采集单元包括：
电芯电压采集模块，电性耦接于所述电池，用于采集电芯电压；
电芯内阻采集模块，电性耦接于所述电池，用于采集电芯内阻；
电芯温度采集模块，电性耦接于所述电池，用于采集电芯温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集单元电性耦接于所述低压差供电单元。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述均衡及内阻测量单元与所述主控单元之间设置有通信接口，所述均衡及内阻测量单元电性耦接于所述通信接口一端，所述通信接口另一端电性耦接于所述主控单元。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述通信接口使用通用异步收发传输器传输逻辑门电路信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控单元监测所述通信单元接收所述外部系统的指令的时间间隔，当所述时间间隔大于预设时间时，所述主控单元控制所述系统开启低功耗模式。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，当所述系统进入低功耗模式，所述主控单元检测所述通信单元接收所述外部系统的指令，当所述通信单元接收到所述外部系统的指令时，所述主控单元控制所述系统关闭所述低功耗模式。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低压差供电单元还电性耦接于所述通信单元、所述均衡及内阻测量单元，用于给所述通信单元、所述均衡及内阻测量单元。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低压差供电单元为低压差线性稳压器。
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