CN110783969A

CN110783969A - 电池管理系统和电池系统

Info

Publication number: CN110783969A
Application number: CN201810847847.1A
Authority: CN
Inventors: 苟江锋; 符策健
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: CN110783969B

Abstract

本公开涉及一种电池管理系统和电池系统，属于电子技术领域，能够减小电池管理系统的成本以及克服现有电池管理策略不准确的缺陷。该电池管理系统应用于电池模组的管理，所述电池模组包括N个电芯，每个所述电芯包括第一电极和第二电极，所有所述电芯的第一电极连接在一起，所述电池管理系统包括：N个1级DC/DC转换器，所述N个1级DC/DC转换器与所述N个电芯一一对应，每个所述1级DC/DC转换器的两个输入分别连接到与其相对应的电芯的第一电极和第二电极；2级DC/DC转换器，所述N个1级DC/DC转换器的输出都连接到所述2级DC/DC转换器的输入，所述2级DC/DC转换器的输出作为所述电池管理系统的输出。

Description

电池管理系统和电池系统

技术领域

本公开涉及电子技术领域，具体地，涉及一种电池管理系统和电池系统。

背景技术

目前的电池模组均是由多个电芯串联构成的。对电池模组进行管理的电池管理系统会采集每节电芯的电压、电流和温度等，对采集到的数据进行处理，以实现电池模组的管理控制，例如充放电、均衡的开启关闭、主开关的闭合、保护控制、荷电状态(State ofCharge，SOC)的计算等。

图1示出了现有电池管理系统和电池模组的示意电路图。其存在着如下几个缺陷。

首先，由于电芯之间是串联的，存在着共模应力，所以现有的电池管理系统需要采用专用的模拟前端芯片来采样电芯电压，增加了电池管理系统的成本。

其次，由于电芯之间的容量、内阻、老化、自放电等特性的不一致性，会导致目前针对电芯串联形式的电池模组的电池管理策略存在着很大的不准确性。例如，目前的均衡策略基本都是基于电芯之间的电压压差，而均衡的目的是使电芯之间的SOC保持一致，SOC又和开路情况下稳定后的电芯电动势对应，但所采集的电芯电压并不是开路情况下稳定后的电芯电动势，这样在均衡判断上就会引起误差，导致均衡能力不足或者错误的开启均衡，导致电池模组的容量反而减少，违背了均衡的目的。

发明内容

本公开的目的是提供一种电池管理系统和电池系统，能够减小电池管理系统的成本以及克服现有电池管理策略不准确的缺陷。

根据本公开的第一实施例，提供一种电池管理系统，该系统应用于电池模组的管理，所述电池模组包括N个电芯，每个所述电芯包括第一电极和第二电极，所有所述电芯的第一电极连接在一起，所述电池管理系统包括：N个1级DC/DC转换器，所述N个1级DC/DC转换器与所述N个电芯一一对应，每个所述1级DC/DC转换器的两个输入分别连接到与其相对应的电芯的第一电极和第二电极；2级DC/DC转换器，所述N个1级DC/DC转换器的输出都连接到所述2级DC/DC转换器的输入，所述2级DC/DC转换器的输出作为所述电池管理系统的输出。

可选地，该系统还包括：电流检测模块，用于检测每个所述电芯的电流；电压检测模块，用于检测每个所述电芯的电压；温度检测模块，用于检测每个所述电芯的温度；控制模块，用于基于检测到的电流、电压和温度来调整所述N个1级DC/DC转换器的电压给定值。

可选地，所述控制模块还用于基于检测到的电流、电压和温度计算每个所述电芯的当前剩余容量，基于所计算的每个所述电芯的当前剩余容量计算所述N个电芯的平均剩余容量，计算每个所述电芯的当前剩余容量与所述平均剩余容量之间的容量差值，将所计算的容量差值转换成电压差值，以及基于转换得到的电压差值来调整相对应的1级DC/DC转换器的电压给定值。

可选地，所述控制模块还用于，计算每个所述1级DC/DC转换器的输出功率，基于所计算的每个所述1级DC/DC转换器的输出功率计算所述N个1级DC/DC转换器的平均输出功率，计算每个所述1级DC/DC转换器的输出功率与所述平均输出功率之间的功率差值，以及如果所计算的功率差值大于预设功率阈值，则限制相对应的1级DC/DC转换器的输出功率。

可选地，该系统还包括保护模块，用于断开输出发生短路的所述1级DC/DC转换器与所述2级DC/DC转换器之间的连接。

可选地，所述保护模块包括多个保险丝，其中所述多个保险丝一一对应地连接在各个所述1级DC/DC转换器与所述2级DC/DC转换器之间。

可选地，该系统还包括第一辅助电源，用于为所述N个1级DC/DC转换器、所述2级DC/DC转换器和所述控制模块供电；该系统还包括第二辅助电源和第三辅助电源中的至少一者，其中：至少部分所述N个电芯的第二电极分别被解耦之后连接在一起作为所述第二辅助电源的输入；所述第三辅助电源的输入与所述2级DC/DC转换器的输出连接；所述第一辅助电源的输入连接到所述N个1级DC/DC转换器的输出、所述第二辅助电源的输出和所述第三辅助电源的输出。

可选地，所述控制模块还用于，在所述电池模组没有处于放电状态中的情况下或者在所述电池模组处于放电状态中且所述2级DC/DC转换器已经结束软启动的情况下，使能关闭所述第二辅助电源。

可选地，所述1级DC/DC转换器和所述2级DC/DC转换器均为双向DC/DC转换器。

可选地，所述1级DC/DC转换器包括：M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构、第一控制电路、第一输出电压采样电路、电芯电流采样电路和第一驱动电路，M为大于等于1的正整数，其中：每路所述第一非隔离半桥拓扑结构的两个输入均分别连接到与所述1级DC/DC转换器相对应的电芯的第一电极和第二电极，每路所述第一非隔离半桥拓扑结构的输出都连接到所述2级DC/DC转换器的输入；所述第一输出电压采样电路，用于采样所述1级DC/DC转换器的输出电压；所述电芯电流采样电路，用于采样与所述1级DC/DC转换器相对应的电芯的电流；所述第一控制电路，用于基于所述第一输出电压采样电路采样到的输出电压和所述电芯电流采样电路采样到的电芯电流以及所述控制模块调整后的电压给定值，来生成第一驱动控制信号；所述第一驱动电路，用于基于所述第一控制电路生成的第一驱动控制信号来控制所述M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构的工作。

可选地，在M大于1的情况下，所述第一驱动电路控制M路所述第一非隔离半桥拓扑结构相互交错的工作，并且交错的角度等于360度除以M。

可选地，所述1级DC/DC转换器还包括第一输入电压采样电路和/或电感电流采样电路，其中：所述第一输入电压采样电路，用于采样与所述1级DC/DC转换器相对应的电芯的电压；所述第一控制电路，还用于在所述第一输入电压采样电路采样到的电芯电压欠压或过压时执行欠压或过压保护；所述电感电流采样电路，用于采样所述M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构的电感电流；所述第一控制电路，还用于在所述感电流采样电路采样到的电感电流大于预设电感电流阈值时执行过流保护。

可选地，所述2级DC/DC转换器包括第二非隔离半桥拓扑结构、第二控制电路、第二输出电压采样电路和第二驱动电路，其中：所述第二非隔离半桥拓扑结构的输入连接到所述N个1级DC/DC转换器的输出，所述第二非隔离半桥拓扑结构的输出作为所述2级DC/DC转换器的输出；所述第二输出电压采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输出电压；所述第二控制电路，用于基于所述第二输出电压采样电路采样到的输出电压，来生成第二驱动控制信号；所述第二驱动电路，用于基于所述第二控制电路生成的第二驱动控制信号来控制所述第二非隔离半桥拓扑结构的工作。

可选地，所述2级DC/DC转换器还包括输入电流采样电路和/或第二输入电压采样电路，其中：所述输入电流采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输入电流；所述第二控制电路，还用于在所述输入电流采样电路采样到的输入电流大于预设输入电流阈值时执行过流保护；所述第二输入电压采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输入电压；所述第二控制电路，还用于在所述第二输入电压采样电路采样到的输入电压欠压或过压时执行欠压或过压保护。

可选地，所述2级DC/DC转换器包括隔离型拓扑结构、第二控制电路、第二输出电压采样电路和第二驱动电路，其中：所述隔离型拓扑结构的输入连接到所述N个1级DC/DC转换器的输出，所述隔离型拓扑结构的输出作为所述2级DC/DC转换器的输出；所述第二输出电压采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输出电压；所述第二控制电路，用于基于所述第二输出电压采样电路采样到的输出电压，来生成第二驱动控制信号；所述第二驱动电路，用于基于所述第二控制电路生成的第二驱动控制信号来控制所述隔离型拓扑结构的工作。

根据本公开的第二实施例，提供一种电池系统，该电池系统包括电池模组和电池管理系统，其中：所述电池模组包括N个电芯，每个所述电芯包括第一电极和第二电极，所有所述电芯的第一电极连接在一起；所述电池管理系统为根据本公开第一实施例所述的电池管理系统。

通过采用上述的技术方案，由于电池模组的电芯是并联结构，所以能够减小电池管理系统的成本以及克服现有电池管理策略不准确的缺陷。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据现有技术的电池模组和电池管理系统的示意框图。

图2示出了根据本公开一种实施例的电池管理系统的示意框图。

图3示出了根据本公开又一实施例的电池管理系统的示意框图。

图4示出了根据本公开实施例的电池管理系统中的电流检测模块的其中一种实现方式。

图5示出了根据本公开又一实施例的电池管理系统的示意框图。

图6示出了根据本公开又一实施例的电池管理系统的示意框图。

图7示出了根据本公开又一实施例的电池管理系统的示意框图。

图8示出了根据本公开一种实施例的电池管理系统中的1级DC/DC转换器的示意框图。

图9示出了1级DC/DC转换器中的第一控制电路的示意框图。

图10示出了根据本公开一种实施例的电池管理系统中的2级DC/DC转换器的示意框图。

图11示出了2级DC/DC转换器中的第二控制电路的示意框图。

图12示出了根据本公开一种实施例的电池系统的示意框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图2示出了根据本公开一种实施例的电池管理系统2的示意框图，该电池管理系统2可以应用于电池模组1的管理，尤其适用于如下电池模组1的管理，也即：电池模组1包括N个电芯，每个电芯都包括第一电极和第二电极，所有电芯的第一电极均连接在一起。在图2中，示意性地示出了第一电极是负极，第二电极是正极，也即是所有电芯的负极均连接在一起。但是本领域技术人员应当理解的是，在实际应用中，也可以替换成是所有电芯的正极均连接在一起。

如图2所示，该电池管理系统2可以包括N个1级DC/DC转换器21和2级DC/DC转换器22。其中，N个1级DC/DC转换器21与电池模组1的N个电芯一一对应，每个1级DC/DC转换器21的两个输入分别连接到与其相对应的电芯的第一电极和第二电极；N个1级DC/DC转换器21的输出都连接在一起之后再连接到2级DC/DC转换器22的输入，2级DC/DC转换器22的输出则作为电池管理系统2的输出。另外，N个1级DC/DC转换器21的输出都连接在一起，可以构成例如1级母线。

图2所示的技术方案具有如下优点：

(1)由于所有电芯的第一电极是连接在一起的，所以电芯电压就变得非常简单，通过由电阻电容构成的简单的低通滤波电路就能够对电芯电压进行采样，而不是像现有技术那样，必须采用专用的模拟前端芯片才能采样电芯电压，因此相比于现有而言，成本大大降低。

(2)由于每节电芯都独立连接有1个1级DC/DC转换器21，所以通过分别控制每节电芯对应的1级DC/DC转换器21的输出能力，就可以确保每节电芯都放完电以及充满电，使得在容量利用上完全可以实现100％的电池模组容量利用，提升了电池模组1的容量利用率。而且，还可以确保每节电芯的充放电深度完全一致，使得能够实现每节电芯的寿命、容量衰减的同步性，延长了电池模组1的寿命。另外，与现有技术相比，由于电池模组1的容量取决于所有电芯容量的平均值，所以可以减小电池模组1的容量配置，减小电池模组1的成本。另外，也省掉了被动均衡的功能，大大简化了电池管理系统2的复杂程度，提高了电池管理系统2的控制可靠性。

而在现有技术中，由于电池模组是电芯串联结构，所以电池模组的容量取决于最小电芯的可用容量，那么在放电时，如果某一节电芯达到截止电压点，则整个电池模组就会关断，导致其他没有放完电的电芯容量不可继续被利用，而在电芯充电时，由于电芯之间的差异，在充电到末端时小容量的电芯会触发过压保护而导致其它大容量的电芯没有被充满电，这些都会导致电池模组的容量利用率不高以及电芯之间充放电深度的不一致，还会进一步导致为了满足客户的容量要求而选择更大容量的电芯进而增加成本的问题以及电芯衰减不一致进而缩短电池模组寿命的问题。另外，还会在均衡判断上引起误差，导致均衡能力不足或者错误的开启均衡，导致电池模组的容量反而减少，违背了均衡的目的，而且由于通常采用的被动均衡电流很小，一般小于200mA，所以会导致没办法做到均衡的满电均衡的目的。

(3)在现有技术中，如果客户的电压需求发生变化，那么就需要通过增加或减小串联电芯的数量来满足客户的电压需求，这有可能会导致模拟前端芯片的变更、电池模组的设计变更，大大增加了开发成本。而在本申请中，通过调整2级DC/DC转换器22的输出电压大小就可以满足客户的电压需求变化；而且在面对不同客户容量需求的情况下，仅仅通过调整电芯以及对应的1级DC/DC转换器21的数量就可以实现不同的客户容量需求。

(4)在现有技术中，由于电池模组是电芯串联的结构，所以如果其中一节电芯失效，就会导致整个电池模组都失效，而且更换失效的电芯也是非常困难的，因为每节电芯都是通过连接铝带激光焊接在电芯的正负极柱上，拆卸失效的电芯几乎变的不可能，这样就会导致整个电池模组的更换，维护成本非常昂贵。而在本申请中，由于电池模组是电芯并联的结构，所以其中一节电芯失效并不会导致整个电池模组1的失效，而且单个电芯的更换相比于现有技术而言也是非常简单的。

图3示出了根据本公开又一实施例的电池管理系统2的示意框图，如图3所示，在图2的基础上，该电池管理系统2还可以包括电流检测模块23、电压检测模块24、温度检测模块25和控制模块26。

电流检测模块23，用于检测每个所述电芯的电流。例如，电流检测模块23可以通过检测每个1级DC/DC转换器21的输入电流来检测每个电芯的电流。图4示出了电流检测模块23的其中一种实现方式，也即其可以包括串联在每个1级DC/DC转换器21的输入上的电流传感器23₁～23_n，这样就能够通过检测每个1级DC/DC转换器21的输入电流来检测每个电芯的电流。

电压检测模块24，用于检测每个所述电芯的电压。优选地，电压检测模块24可以通过由电阻电容构成的简单的低通滤波来实现，其结构非常简单。

温度检测模块25，用于检测每个所述电芯的温度。其中，温度检测模块25可以使用负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)温度采样电阻或者其他类型的温度传感器来实现。

控制模块26，用于基于电流检测模块23检测到的电流、电压检测模块24检测到的电压和温度检测模块25检测到的温度来调整N个1级DC/DC转换器21的电压给定值。

其中，控制模块26可以通过控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线、局部互联网络(Local Interconnect Network，LIN)总线、485通信接口等通信方式与N个1级DC/DC转换器21进行通信，以便对N个1级DC/DC转换器21的电压给定值进行调整。

而且，控制模块26可以采用多种实现方式来实现基于电流检测模块23检测到的电流、电压检测模块24检测到的电压和温度检测模块25检测到的温度对N个1级DC/DC转换器21的电压给定值的调整。其中一种实现方式可以是例如：首先，基于电流检测模块23检测到的电流、电压检测模块24检测到的电压和温度检测模块25检测到的温度计算每个电芯的当前剩余容量；然后基于所计算的每个电芯的当前剩余容量计算N个电芯的平均剩余容量；然后，计算每个电芯的当前剩余容量与平均剩余容量之间的容量差值；然后，将所计算的容量差值转换成电压差值，例如借助关于剩余容量与电芯电动势的数据表进行转换，或者通过剩余容量与电芯电动势之间的函数关系进行转换；最后，基于转换得到的电压差值来调整相对应的1级DC/DC转换器的电压给定值。

图3所示的技术方案具有如下优点：(1)电压检测模块24的结构相比于现有技术而言非常简单，其可以通过由电阻电容构成的简单的低通滤波来实现，而在现有技术中却需要使用专用的模拟前端芯片来实现，因此相比于现有技术，这大大简化了采样电路的结构，降低了成本并提高了采样通路的可靠性。(2)相比于现有技术而言，省去了被动均衡的功能，因此大大降低了控制模块26的控制复杂度。

在一种可能的实施方式中，由于控制模块26基于转换得到的电压差值调整相对应的1级DC/DC转换器21的电压给定值会导致该相对应的1级DC/DC转换器21的输出功率发生改变，所以控制模块26还可以优选地用于计算每个1级DC/DC转换器21的输出功率，基于所计算的每个1级DC/DC转换器21的输出功率计算N个1级DC/DC转换器21的平均输出功率，计算每个1级DC/DC转换器21的输出功率与平均输出功率之间的功率差值，以及如果所计算的功率差值大于预设功率阈值，则限制相对应的1级DC/DC转换器21的输出功率，例如如果所计算的功率差值大于平均输出功率的1.2％，则限制相对应的1级DC/DC转换器21的输出功率。这样，就能够避免相对应的1级DC/DC转换器21因输出功率过大而损坏。

另外，假设1级DC/DC转换器21的环路带宽是T，则要求评估剩余容量以及调整1级DC/DC转换器21的电压给定值的周期大于N倍的环路带宽，其中N为大于1的正整数，例如N为100。例如，假设1级DC/DC转换器21的环路带宽是1ms，则要求评估剩余容量以及调整1级DC/DC转换器21的电压给定值的周期大于100ms。这样，就能够确保环路的稳定性。

在一种可能的实施方式中，控制模块26还可以用于基于客户需求来调整2级DC/DC转换器22的输出电压。其中，控制模块26可以通过CAN总线、LIN总线、485通信接口等通信方式与2级DC/DC转换器22进行通信，以便告诉2级DC/DC转换器22需要输出多大的电压才能满足客户的需求。这样，在客户的电压需求发生变化的情况下，只需要通过调整2级DC/DC转换器22的输出电压大小就可以满足客户的电压需求变化，非常的简单方便。

图5示出了根据本公开又一实施例的电池管理系统2的示意框图。如图5所示，在前面描述的附图的基础上，电池管理系统2还可以包括保护模块27，用于断开输出发生短路的1级DC/DC转换器21与2级DC/DC转换器22之间的连接。例如，如果第1个1级DC/DC转换器21的输出发生了短路，则保护模块27会将第1个1级DC/DC转换器21与2级DC/DC转换器22之间的连接断开。通过这样的技术方案，能够使1级母线脱离开有故障的1级DC/DC转换器21，保证电池管理系统2在其中部分1级DC/DC转换器发生故障的情况下仍然能够正常运行。

在图5中，示例性示出的是，保护模块27包括连接在各个1级DC/DC转换器21与2级DC/DC转换器22之间的保险丝，保险丝在与其相对应的1级DC/DC转换器21的输出发生短路的情况下会被熔断，从而断开该1级DC/DC转换器21与2级DC/DC转换器22之间的连接。但是，本领域技术人员应当理解的是，保险丝仅是示例，也就是说，保险丝可以被替换成继电器、半导体开关等器件。

图6示出了根据本公开又一实施例的电池管理系统2的示意框图。如图6所示，该电池管理系统2还可以包括第一辅助电源28，用于为N个1级DC/DC转换器21、2级DC/DC转换器22和控制模块26等供电。另外，第一辅助电源28还可以为诸如电流检测模块23、电压检测模块24、温度检测模块25等供电。这样，电池管理系统2就能够在没有外部电源供电的情况下仍然能够正常运行。

图7示出了根据本公开又一实施例的电池管理系统2的示意框图。如图7所示，该电池管理系统2还可以包括第二辅助电源29和第三辅助电源30中的至少一者。

如图7所示，至少部分N个电芯的第二电极分别被解耦之后连接在一起作为第二辅助电源29的输入，例如可以是N个电芯中的1个电芯的第二电极作为第二辅助电源29的输入，也可以是N个电芯中的部分电芯(例如N个电芯中的2个、6个电芯等，但是这里的2个、6个仅是举例。)的第二电极分别被解耦之后连接在一起作为第二辅助电源29的输入。在图7中，示意性地示出用二极管对N个电芯的第二电极进行解耦，但是本领域技术人员应当理解的是，二极管解耦的方式仅是示例，任何其他的解耦方式也是可行的，本公开对此不做限制。对N个电芯的第二电极进行解耦的目的是为了避免第二电极连接在一起，因为如果N个电芯的第二电极连接在一起了，则会出现N个电芯相互之间进行充放电的现象。

还如图7所示，第三辅助电源30的输入与2级DC/DC转换器22的输出连接，第一辅助电源28的输入连接到N个1级DC/DC转换器21的输出、第二辅助电源29的输出和第三辅助电源30的输出。在图7中，也是示意性地示出用二极管对N个1级DC/DC转换器21的输出(也即1级母线电压)、第二辅助电源29的输出和第三辅助电源30的输出进行解耦，但是本领域技术人员应当理解的是，二极管解耦的方式仅是示例，任何其他的解耦方式也是可行的，本公开对此不做限制。

图7的技术方案示出了三个辅助电源，这实际上是一种辅助电源冗余设计，其目的是为了能够在各种情况下都实现电池管理系统2的自供电以及节能。例如，当电池管理系统2开始启动时，此时1级母线和第三辅助电源30的输出都没有稳定的电能供给给第一辅助电源28，而此时第二辅助电源29却能够从电芯获取稳定的电能，所以此时第一辅助电源28就从第二辅助电源29获取电能，以便能够为N个1级DC/DC转换器21、2级DC/DC转换器22和控制模块26等供电。然后，当电池管理系统2稳定工作之后，此时，1级母线电压、第二辅助电源29和第三辅助电源30都能够为第一辅助电源28提供稳定的电能，所以此时第一辅助电源28可以从1级母线电压、第二辅助电源29和第三辅助电源30获取电能，以便能够为N个1级DC/DC转换器21、2级DC/DC转换器22和控制模块26等供电。

但是，更优选的是，控制模块26在电池模组1没有处于放电状态中的情况下或者在所述电池模组1处于放电状态中且2级DC/DC转换器22已经结束软启动的情况下，使能关闭第二辅助电源29，也即在上述情况下，控制模块26例如会向第二辅助电源29发送使能信号，来关闭第二辅助电源29。这样做的优点在于，由于第二辅助电源29的输入电压是由至少部分电芯提供的，如果在电池管理系统2工作期间，第二辅助电源29一直工作，则会导致电芯容量上的差异，所以第二辅助电源29只在电池管理系统2处于休眠唤醒、存储等工况下工作，而当出现上面描述的两种情况时，控制模块26就会使能关闭第二辅助电源29。

当然，还优选的是，控制模块26也可以向第三辅助电源30和第一辅助电源28发送使能信号，以控制这两个辅助电源的开启和关闭。

在一种可能的实施方式中，1级DC/DC转换器21和2级DC/DC转换器22均为双向DC/DC转换器。这样，既能够实现电池模组1的充电，又能够实现电池模组1的放电。而且，还可以根据不同的应用需求通过更新软件的方式实现充放电功能的配置，例如，可以配置1级DC/DC转换器21、2级DC/DC转换器22的输出电压大小，以便在放电时满足客户的电压需求，或者在充电时满足对电池模组1的满电电压的要求，还可以配置放电电流大小、充电电流大小等，这大大减小了开发时间和成本。而在现有技术中，则需要额外配置相对应的电池充电器对电池模组进行充电，如果系统电压、电流变更了，还需要重新开发或寻找相对应的电池充电器，这大大增加了开发时间以及成本。

图8示出了根据本公开一种实施例的电池管理系统2中的1级DC/DC转换器21的示意框图。在根据本公开的实施例中，1级DC/DC转换器21通常被配置成将与其相对应的电芯的电压升压到位于第一电压范围内，例如位于5～12V的范围内。如此配置的原因是因为存在占空比的限制，所以1级DC/DC转换器21的升压比例优选不超过预设倍数，例如不超过6倍。

如图8所示，1级DC/DC转换器21可以包括M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构211、第一控制电路212、第一输出电压采样电路213、电芯电流采样电路214和第一驱动电路215，M为大于等于1的正整数。由于效率、尺寸、散热的最优设计，若单节电芯的容量小于第一预设容量阈值(例如50AH)，则M等于1，也即采用1路第一非隔离半桥拓扑结构是最优的，如果单节电芯的容量大于第一预设容量阈值(例如50AH)，则会根据单节电芯的容量来考虑第一非隔离半桥拓扑结构的路数。而且，如果M大于1，也即在采用至少两路第一非隔离半桥拓扑结构的情况下，第一驱动电路215控制M路第一非隔离半桥拓扑结构相互交错的工作，并且交错的角度等于360度除以M，这样就可以减少纹波电流，对效率、电容的选择也均有提升。

仍然参考图8。每路第一非隔离半桥拓扑结构的两个输入均分别连接到与1级DC/DC转换器相对应的电芯的第一电极和第二电极，每路第一非隔离半桥拓扑结构的输出都连接到2级DC/DC转换器的输入。第一输出电压采样电路213用于采样1级DC/DC转换器21的输出电压Vout1。电芯电流采样电路214用于采样与1级DC/DC转换器21相对应的电芯的电流Iin1。第一控制电路212用于基于第一输出电压采样电路213采样到的输出电压Vout1和电芯电流采样电路214采样到的电芯电流Iin1以及控制模块26调整后的电压给定值，来生成第一驱动控制信号。第一驱动电路215用于基于第一控制电路212生成的第一驱动控制信号来控制M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构211的工作。

其中，第一驱动电路215可以包括M个第一驱动子电路，这M个第一驱动子电路与M路第一非隔离半桥拓扑结构一一对应。

另外，在图8中，每一路第一非隔离半桥拓扑结构均包括两个开关管、1个电感和1个电阻。但是本领域技术人员应当理解的是，图8所示的非隔离半桥拓扑结构仅是示例，本公开对此不做限制。而且，开关管也并不局限于是MOS管，而是可以是任意类型的开关管。

仍然参考图8。1级DC/DC转换器21还可以包括第一输入电压采样电路216和电感电流采样电路217中的至少一者。第一输入电压采样电路216用于采样与1级DC/DC转换器21相对应的电芯的电压；第一控制电路212还用于在所述第一输入电压采样电路216采样到的电芯电压欠压或过压时执行欠压或过压保护。这起到了二级欠压、过压保护的作用，原因在于如果电池管理系统2的电压检测模块24失效，则1级DC/DC转换器21仍然能够实现过压、欠压保护，这种双重保护提供了电池管理系统2的可靠性。电感电流采样电路217用于采样M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构211的电感电流；第一控制电路212还用于在感电流采样电路217采样到的电感电流大于预设电感电流阈值时执行过流保护。

图9示出了1级DC/DC转换器21中的第一控制电路212的示意框图，其利用比例积分控制方式对第一输出电压采样电路213采样到的输出电压Vout1、电芯电流采样电路214采样到的电芯电流Iin1以及控制模块26调整后的电压给定值进行处理，以生成第一驱动控制信号，这样第一驱动电路215就能够基于该第一驱动控制信号控制M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构211中的开关管，从而达到输出电流、功率值的调节目的。但是，本领域技术人员应当理解的是，图9仅是示例，本公开不限制第一控制电路212的具体实现方式。

在一种可能的实施方式中，2级DC/DC转换器22的目的是把1级DC/DC转换器21的输出电压转换成客户所需的直流输出电压。如果客户所需的直流输出电压偏小，例如大于12V而小于60V，那么2级DC/DC转换器22的拓扑结构可以与1级DC/DC转换器21的拓扑结构一样，它们都采用非隔离半桥拓扑结构，而且两者的控制方式也一样，区别只在于2级DC/DC转换器22不需要从控制模块26接收电压给定值。也即，2级DC/DC转换器22可以包括第二非隔离半桥拓扑结构、第二控制电路、第二输出电压采样电路和第二驱动电路，其中：所述第二非隔离半桥拓扑结构的输入连接到所述N个1级DC/DC转换器的输出，所述第二非隔离半桥拓扑结构的输出作为所述2级DC/DC转换器的输出；所述第二输出电压采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输出电压；所述第二控制电路，用于基于所述第二输出电压采样电路采样到的输出电压，来生成第二驱动控制信号；所述第二驱动电路，用于基于所述第二控制电路生成的第二驱动控制信号来控制所述第二非隔离半桥拓扑结构的工作。而且，优选地，2级DC/DC转换器22还可以包括输入电流采样电路和/或第二输入电压采样电路，其中：所述输入电流采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输入电流；所述第二控制电路，还用于在所述输入电流采样电路采样到的输入电流大于预设输入电流阈值时执行过流保护；所述第二输入电压采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输入电压；所述第二控制电路，还用于在所述第二输入电压采样电路采样到的输入电压欠压或过压时执行欠压或过压保护。

然而，如果客户所需的直流输出电压偏大，例如大于60V，那么出于安全性以及升压比的考虑，2级DC/DC转换器22优选需要采用隔离型拓扑结构。图10示出了根据本公开一种实施例的电池管理系统2中的2级DC/DC转换器22的示意框图。如图10所示，2级DC/DC转换器22可以包括隔离型拓扑结构221、第二控制电路222、第二输出电压采样电路223和第二驱动电路224，其中：所述隔离型拓扑结构221的输入连接到N个1级DC/DC转换器21的输出，所述隔离型拓扑结构221的输出作为2级DC/DC转换器22的输出；第二输出电压采样电路223用于采样所述2级DC/DC转换器22的输出电压Vout2；所述第二控制电路222，用于基于所述第二输出电压采样电路223采样到的输出电压Vout2，来生成第二驱动控制信号；所述第二驱动电路224，用于基于所述第二控制电路222生成的第二驱动控制信号来控制所述隔离型拓扑结构221的工作。

图10只是示例性地示出了其中一种隔离型拓扑结构，其低压侧采用推挽拓扑，高压侧采用全桥拓扑，但是本领域技术人员应当理解的是，本公开不局限于此。也即，其它的隔离型拓扑结构也是可行的，例如高压侧采用半桥拓扑、推挽拓扑以及其它桥式拓扑的演化，例如LLC技术、移相技术、三电平技术等等。

仍然参考图10，2级DC/DC转换器22还可以包括输入电流采样电路225和第二输入电压采样电路226中的至少一者。输入电流采样电路225，用于采样所述2级DC/DC转换器22的输入电流；第二控制电路222还用于在所述输入电流采样电路225采样到的输入电流大于预设输入电流阈值时执行过流保护。第二输入电压采样电路226用于采样2级DC/DC转换器22的输入电压；第二控制电路222，还用于在第二输入电压采样电路226采样到的输入电压欠压或过压时执行欠压或过压保护。

第二控制电路222还可以与控制模块26进行通信，以从控制模块26接收用户的电压需求，以便能够输出适合用户需求的输出电压。

图11示出了2级DC/DC转换器22中的第二控制电路222的示意框图。其利用比例积分控制方式对第二输出电压采样电路223采样到的输出电压Vout2进行处理，以生成第二驱动控制信号，这样第二驱动电路224就能够基于该第二驱动控制信号控制隔离型拓扑结构221中的开关管的通断。而且，隔离型拓扑结构221的低压侧和高压侧的环路控制形式是一样的，但是低压侧和高压侧的环路是采用独立的PI补偿函数进行控制。另外，本领域技术人员应当理解的是，图11仅是示例，本公开不限制第二控制电路222的具体实现方式。

图12示出了根据本公开一种实施例的电池系统的示意框图，如图12所示，该电池系统可以包括电池模组1000和电池管理系统2000，其中：所述电池模组1000包括N个电芯，每个所述电芯包括第一电极和第二电极，所有所述电芯的第一电极连接在一起；所述电池管理系统2000为前面描述的根据本公开实施例的电池管理系统。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims

1.一种电池管理系统，其特征在于，该系统应用于电池模组的管理，所述电池模组包括N个电芯，每个所述电芯包括第一电极和第二电极，所有所述电芯的第一电极连接在一起，所述电池管理系统包括：

N个1级DC/DC转换器，所述N个1级DC/DC转换器与所述N个电芯一一对应，每个所述1级DC/DC转换器的两个输入分别连接到与其相对应的电芯的第一电极和第二电极；

2级DC/DC转换器，所述N个1级DC/DC转换器的输出都连接到所述2级DC/DC转换器的输入，所述2级DC/DC转换器的输出作为所述电池管理系统的输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

电流检测模块，用于检测每个所述电芯的电流；

电压检测模块，用于检测每个所述电芯的电压；

温度检测模块，用于检测每个所述电芯的温度；

控制模块，用于基于检测到的电流、电压和温度来调整所述N个1级DC/DC转换器的电压给定值。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制模块还用于基于检测到的电流、电压和温度计算每个所述电芯的当前剩余容量，基于所计算的每个所述电芯的当前剩余容量计算所述N个电芯的平均剩余容量，计算每个所述电芯的当前剩余容量与所述平均剩余容量之间的容量差值，将所计算的容量差值转换成电压差值，以及基于转换得到的电压差值来调整相对应的1级DC/DC转换器的电压给定值。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制模块还用于，计算每个所述1级DC/DC转换器的输出功率，基于所计算的每个所述1级DC/DC转换器的输出功率计算所述N个1级DC/DC转换器的平均输出功率，计算每个所述1级DC/DC转换器的输出功率与所述平均输出功率之间的功率差值，以及如果所计算的功率差值大于预设功率阈值，则限制相对应的1级DC/DC转换器的输出功率。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括保护模块，用于断开输出发生短路的所述1级DC/DC转换器与所述2级DC/DC转换器之间的连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述保护模块包括多个保险丝，其中所述多个保险丝一一对应地连接在各个所述1级DC/DC转换器与所述2级DC/DC转换器之间。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该系统还包括第一辅助电源，用于为所述N个1级DC/DC转换器、所述2级DC/DC转换器和所述控制模块供电；以及

该系统还包括第二辅助电源和第三辅助电源中的至少一者，其中：

至少部分所述N个电芯的第二电极分别被解耦之后连接在一起作为所述第二辅助电源的输入；

所述第三辅助电源的输入与所述2级DC/DC转换器的输出连接；

所述第一辅助电源的输入连接到所述N个1级DC/DC转换器的输出、所述第二辅助电源的输出和所述第三辅助电源的输出。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制模块还用于，在所述电池模组没有处于放电状态中的情况下或者在所述电池模组处于放电状态中且所述2级DC/DC转换器已经结束软启动的情况下，使能关闭所述第二辅助电源。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述1级DC/DC转换器和所述2级DC/DC转换器均为双向DC/DC转换器。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述1级DC/DC转换器包括：M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构、第一控制电路、第一输出电压采样电路、电芯电流采样电路和第一驱动电路，M为大于等于1的正整数，其中：

每路所述第一非隔离半桥拓扑结构的两个输入均分别连接到与所述1级DC/DC转换器相对应的电芯的第一电极和第二电极，每路所述第一非隔离半桥拓扑结构的输出都连接到所述2级DC/DC转换器的输入；

所述第一输出电压采样电路，用于采样所述1级DC/DC转换器的输出电压；

所述电芯电流采样电路，用于采样与所述1级DC/DC转换器相对应的电芯的电流；

所述第一控制电路，用于基于所述第一输出电压采样电路采样到的输出电压和所述电芯电流采样电路采样到的电芯电流以及所述控制模块调整后的电压给定值，来生成第一驱动控制信号；

所述第一驱动电路，用于基于所述第一控制电路生成的第一驱动控制信号来控制所述M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构的工作。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，在M大于1的情况下，所述第一驱动电路控制M路所述第一非隔离半桥拓扑结构相互交错的工作，并且交错的角度等于360度除以M。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述1级DC/DC转换器还包括第一输入电压采样电路和/或电感电流采样电路，其中：

所述第一输入电压采样电路，用于采样与所述1级DC/DC转换器相对应的电芯的电压；

所述第一控制电路，还用于在所述第一输入电压采样电路采样到的电芯电压欠压或过压时执行欠压或过压保护；

所述电感电流采样电路，用于采样所述M路并联的第一非隔离半桥拓扑结构的电感电流；

所述第一控制电路，还用于在所述感电流采样电路采样到的电感电流大于预设电感电流阈值时执行过流保护。

13.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述2级DC/DC转换器包括第二非隔离半桥拓扑结构、第二控制电路、第二输出电压采样电路和第二驱动电路，其中：

所述第二非隔离半桥拓扑结构的输入连接到所述N个1级DC/DC转换器的输出，所述第二非隔离半桥拓扑结构的输出作为所述2级DC/DC转换器的输出；

所述第二输出电压采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输出电压；

所述第二控制电路，用于基于所述第二输出电压采样电路采样到的输出电压，来生成第二驱动控制信号；

所述第二驱动电路，用于基于所述第二控制电路生成的第二驱动控制信号来控制所述第二非隔离半桥拓扑结构的工作。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述2级DC/DC转换器还包括输入电流采样电路和/或第二输入电压采样电路，其中：

所述输入电流采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输入电流；

所述第二控制电路，还用于在所述输入电流采样电路采样到的输入电流大于预设输入电流阈值时执行过流保护；

所述第二输入电压采样电路，用于采样所述2级DC/DC转换器的输入电压；

所述第二控制电路，还用于在所述第二输入电压采样电路采样到的输入电压欠压或过压时执行欠压或过压保护。

15.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述2级DC/DC转换器包括隔离型拓扑结构、第二控制电路、第二输出电压采样电路和第二驱动电路，其中：

所述隔离型拓扑结构的输入连接到所述N个1级DC/DC转换器的输出，所述隔离型拓扑结构的输出作为所述2级DC/DC转换器的输出；

所述第二驱动电路，用于基于所述第二控制电路生成的第二驱动控制信号来控制所述隔离型拓扑结构的工作。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述2级DC/DC转换器还包括输入电流采样电路和/或第二输入电压采样电路，其中：

17.一种电池系统，其特征在于，该电池系统包括电池模组和电池管理系统，其中：

所述电池模组包括N个电芯，每个所述电芯包括第一电极和第二电极，所有所述电芯的第一电极连接在一起；

所述电池管理系统为根据权利要求1至16中任一权利要求所述的电池管理系统。