CN111277009A - 一种电池管理控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电池管理控制系统，其包括：多个模拟检测模块、多个数字检测模块、多个旁路模块、多个切换控制模块、升降压模块、电池信息采集模块、电池管理模块以及及主控模块，通过增设多个切换控制模块、多个旁路模块与各个电池模组构成电池包，当某个电池模组出现故障或者电压检测信号低于第一预设值时，切换控制模块控制该电池模组断开连接，并且切换接通与该电池模组对应的旁路模块，从而使其余电池模组能够与旁路模块形成通路，进而使电池包继续进行正常的充放电，使该电池管理控制系统在一个或多个电池模组发生故障仍能继续正常工作，不仅降低了单体电池的成组难度，提高了电池模组的利用率，还能够实现充电或放电实时动态平衡。

Description

一种电池管理控制系统和控制方法

技术领域

本发明属于电池充放电管理技术领域，尤其涉及一种电池管理控制系统和控制方法。

背景技术

目前，单体电池在不同温度、充放电倍率、荷电状态等条件下工作，或者随着电池充放电次数的增加，都会造成其电压、容量、内阻以及自放电率各有差异，使得电池模组在充放电过程中难以控制，容易发生过充和过放现象，不仅影响了整个电池模组的寿命，还增加了电池单体成组难度；此外，当某个或者多个电池模组出现故障时，会使整个电池管理控制系统处于瘫痪状态，导致全部电池模组均无法正常投入工作，降低了电池模组的利用率。

因此，传统的技术方案中存在的电池管理控制系统存在当某个电池模组发生故障时导致全部电池模组均无法正常投入工作的问题。

发明内容

本发明提供一种电池管理控制系统和控制方法，旨在解决传统的技术方案中存在的电池管理控制系统存在当某个电池模组发生故障时导致全部电池模组均无法正常投入工作的问题。

本发明是这样实现的，一种电池管理控制系统，包括：

分别与每个电池模组一一对应连接，多个用于检测各自对应的所述电池模组两端的电压并输出电压检测信号，并根据电压检测信号输出第一开关控制信号的模拟检测模块；

分别与各自对应的所述模拟检测模块连接，多个用于将所述电压检测信号转化为数字信号的数字检测模块；

与各自对应的所述电池模组并联连接，多个用于提供备用通道的旁路模块；

分别与各自对应的所述模拟检测模块连接，多个用于根据所述第一开关控制信号控制切换其中一个或者多个所述电池模组或者所述旁路模块工作的切换控制模块；其中，每个所述切换控制模块还分别与各自对应的所述电池模组和所述旁路模块连接以构成电池组；多个所述电池组串联连接以形成电池包；

与所述电池包连接，用于当给外部设备供电时，根据控制指令和所述电池包的电压生成第一总电压和第一总电压检测信号，当给所述电池包充电时，根据所述控制指令和输入直流电生成第二总电压和第二总电压检测信号的升降压模块；

用于采集所述电池包的状态信息的电池信息采集模块；

与所述数字检测模块、所述电池信息采集模块以及升降压模块连接，用于转发所述数字信号、所述状态信息、所述控制指令、所述第一总电压检测信号以及所述第二总电压检测信号的电池管理模块；及

与所述电池管理模块连接，用于根据所述数字信号、所述状态信息、所述第一总电压检测信号以及所述第二总电压检测信号生成所述控制指令的主控模块。

此外，还提供一种电池管理控制系统的控制方法，包括：

每个模拟检测模块检测各自对应的电池模组两端的电压以生成电压检测信号并根据所述电压检测信号生成第一开关控制信号；

数字检测模块转发所述电压检测信号至所述电池管理模块；

每个切换控制模块根据的所述第一开关控制信号控制切换各自对应所述电池模组或所述旁路模块工作；其中，每个所述切换控制模块分别与各自对应的所述电池模组和所述旁路模块连接以构成电池组；多个所述电池组串联连接以形成电池包；

电池信息采集模块检测所述电池包的状态信息；

所述电池管理模块转发所述电压检测信号和状态信息至所述主控模块，

所述主控模块根据所述电压检测信号和所述状态信息生成所述控制指令；

所述电池管理模块转发所述控制指令；

所述升降压模块在给外部设备供电时根据控制指令和所述电池包的电压生成第一总电压以对所述外部设备进行供电，在给所述电池包充电时根据所述控制指令和输入直流电生成第二总电压以对所述电池包进行充电。

上述的电池管理控制系统，通过增设多个切换控制模块和多个旁路模块，使每个切换控制模块分别与各自对应的电池模组和旁路模块连接以构成电池组，多个电池组串联连接以形成电池包，当某个电池模组出现故障或者电压检测信号低于第一预设值时，与该电池模组对应的切换控制模块控制断开与该电池模组的连接，并且接通与该电池模组对应的旁路模块，从而使其余电池组能够通过该旁路模块形成通路，进而使电池包继续进行正常的充放电，该电池管理控制系统在一个或者多个电池模组发生故障还能够继续正常工作，不仅降低了单体电池的成组难度，还提高了电池模组的利用率；此外，模拟检测模块通过数字检测模块与电池管理模块通讯，可以知道具体哪个电池模组出现故障而进行动态无损柔性调整，从而使电池包在充电或放电时实现实时动态平衡，提高电池的平衡性，也延长了电池的寿命。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的电池管理控制系统的模块示意图；

图2为本发明另一实施例提供的电池管理控制系统的模块示意图；

图3为本发明一实施例提供的电池管理控制系统中的电池包的模块示意图；

图4为本发明另一实施例提供的电池管理控制系统中的电池包的模块示意图；

图5为本发明另一实施例提供的电池管理控制系统中的电池包的模块示意图；

图6为本发明一实施例提供的电池管理控制系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明较佳实施例提供的电池管理控制系统的模块示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

参考图1，电池管理控制系统包括：多个模拟检测模块20、多个数字检测模块30、多个旁路模块102、多个切换控制模块103、升降压模块50、电池信息采集模块70、电池管理模块40以及主控模块60。

其中，模拟检测模块20分别与每个电池模组101一一对应连接，多个用于检测对应的电池模组101两端的电压并输出电压检测信号，并根据电压检测信号输出第一开关控制信号，第一开关控制信号包括第一断开控制信号和第一导通控制信号；数字检测模块30分别与各自对应的模拟检测模块20连接，多个用于将电压检测信号转化为数字信号；旁路模块102与各自对应的电池模组101并联连接，多个用于提供备用通道；切换控制模块103分别与各自对应的模拟检测模块20连接，多个用于根据第一开关控制信号控制切换其中一个或者多个电池模组101或者旁路模块102工作；其中，每个切换控制模块103还分别与各自对应的电池模组101和旁路模块102连接以构成电池组100；多个电池组100串联连接以形成电池包10；升降压模块50与电池包10连接，用于当给外部设备供电时，根据控制指令和电池包10的电压生成第一总电压和第一总电压检测信号，当给电池包10充电时，根据控制指令和输入直流电生成第二总电压和第二总电压检测信号；电池信息采集模块70用于采集电池包10的状态信息；电池管理模块40与数字检测模块30、电池信息采集模块70以及升降压模块50连接，用于转发数字信号、状态信息、控制指令、第一总电压以及第二总电压；主控模块60与电池管理模块40连接，用于根据数字信号、状态信息、所述第一总电压检测信号以及所述第二总电压检测信号生成控制指令。在具体的实施例中，模拟检测模块20可以采用电压检测芯片实现，模拟检测模块20可以采用模拟/数字转换器实现，切换控制模块103可以采用机械开关、电子开关或者切换电路实现，电池管理模块40可以采用电池管理单元实现，主控模块60可以采用整车控制器实现，升降压模块50可以采用DC-DC转换电路实现。

在本实施例中，通过增设多个切换控制模块103和多个旁路模块102，使每个切换控制模块103分别与各自对应的电池模组101和旁路模块102连接以构成电池组100，多个电池组100串联连接以形成电池包10，当某个电池模组101出现故障或者电压检测信号低于第一预设值时，切换控制模块103控制该电池模组101断开连接，并且切换接通与该电池模组101对应的旁路模块102，从而使其余电池模组101能够与该旁路模块102形成通路，进而使电池包10继续进行正常的充放电，该电池管理控制系统在一个或者多个电池模组101发生故障还能够继续正常工作，不仅降低了单体电池的成组难度，还提高了电池模组101的利用率；此外，模拟检测模块20通过数字检测模块30与电池管理模块40通讯，可以知道具体哪个电池模组101出现故障而进行动态调整，从而使电池包10在充电或放电时实现实时动态无损柔性平衡，提高电池的平衡性，也延长了电池的寿命。

在其中一个实施例中，参考图1，每个旁路模块102的第一端与每个旁路模块102各自对应的电池模组101的第一端连接，每个电池模组101的第二端与每个电池模组101各自对应的切换控制模块103的第一端连接，每个旁路模块102的第二端与每个旁路模块102各自对应的切换控制模块103的第二端连接，每个切换控制模块103的第三端与每个切换控制模块103各自对应的模拟检测模块20的控制端连接。本实施例可以实现在一个或者多个电池模组发生故障还能够继续正常工作，提高了电池模组的利用率。

其中，参考图2和3，当模拟检测模块20检测到对应的电池模组101的电压检测信号低于第一预设值或者发生故障时，模拟检测模块20输出第一关断控制信号，切换控制模块103根据第一关断控制信号控制切换控制模块103与对应的电池模组101断开连接，并且控制切换控制模块103与对应的旁路模块102连接，以使电池包10正常工作。

参考图4，当模拟检测模块20检测到对应的电池模组101的电压检测信号不低于第一预设值时，模拟检测模块20输出第一导通控制信号，切换控制模块103根据第一导通控制信号控制切换控制模块103与对应的电池模组101连接，并且控制切换控制模块103与对应的旁路模块102断开连接，以使电池包10正常工作。可以理解的是，当电池模组101与切换控制模块103处于接通状态时，切换控制模块103收到导通控制信号，电池模组101与切换控制模块103继续保持接通。

在其中一个实施例中，模拟检测模块20分别与电池模组101中的各个单体电池连接，用于检测各个单体电池两端的电压并分别输出各个单体电池的电压检测信号。本实施例中的各个单体电池的电压检测信号的总和为电池模组101的电压检测信号。

在其中一个实施例中，电池信息采集模块70包括：电压采集单元、电流采集单元以及绝缘检测单元。其中，电压采集单元与电池管理模块40连接，用于采集电池包10的总电压；电流采集单元与电池管理模块40连接，用于采集电池包10的总电流，可以通过升降压模块50调节电池包10的充电电流和放电电流和防止过流损坏电池包10，从而实现充电或放电实时动态平衡；绝缘检测单元与电池管理模块40连接，用于检测电池包10的绝缘状态，绝缘状态指的是电池包10是否漏洞。在具体的实施例中，电压采集单元为电压传感器，电流采集单元位电流传感器。

在其中一个实施例中，电池信息采集模块70还包括：温度采集单元，温度采集单元与电池管理模块40连接，用于采集电池包10的温度。

在其中一个实施例中，参考图5，电池管理控制系统还包括：开关控制模块80，该开关控制模块80与升降压模块50和电池管理模块40连接，用于根据总开关信号导通或关断。在具体的实施例中，开关控制模块80为继电器。主控模块60还具体用于将第一总电压或第二总电压与第二预设值进行比较以生成总开关指令。本实施例可以实现在第一总电压或者第二总电压低于设定值时，通过主控模块60控制继电器断开以切断总电压的输入输出，实现了内外双环控制，提高了该电池管理控制系统的可靠性，同时保护了电池模组101不被损坏。

在其中一个实施例中，电池管理模块40还用于转发第一总电压检测信号或者第二总电压检测信号，并且根据总开关指令生成总开关信号，总开关信号包括总关断信号和总导通信号。主控模块60还用于根据第一总电压检测信号或者第二总电压检测信号生成总开关指令。主控模块60还具体用于将第一总电压或第二总电压与第二预设值进行比较以生成总开关指令。本实施例可以实现在第一总电压或者第二总电压低于设定值时，通过主控模块60控制继电器断开以切断总电压的输入输出，实现了内外双环控制，提高了该电池管理控制系统的可靠性，同时保护了电池模组101不被损坏。

下面以图2至5所示的模块示意图为例对本发明的电池管理控制系统的工作原理进行说明，详述如下：

各个模拟检测模块20检测检测相应的电池模组101两端的电压，并将电压检测信号与第一预设值进行比较，同时将电压检测信号输出至数字检测模块30，当检测到某个电池模组101的电压检测信号小于第一预设值或者电池模组101发生故障时，如图4和5所示，模拟检测模块20向与该电池模组101对应的切换控制模块103输出第一关断控制信号，进而控制切换控制模块103与该电池模组101断开连接，并且控制该切换控制模块103与该切换控制模块103对应旁路模块102连接，使其余电池组100与该电池模组101对应的切换控制模块103和旁路模块102构成通路；当电压检测信号不小于低于第一预设值时，如图3所示，模拟检测模块20向切换控制模块103输出第一导通控制信号，进而控制切换控制模块103与电池模组101连接，并且控制切换控制模块103与旁路模块102断开连接，使电池模组101与切换控制模块103串联连接。

数字检测模块30将接收到电压检测信号转换为数字信号通过CAN总线转发至电池管理模块40，电池信息采集模块70将采集到的电池包10的状态信息(包括总电压、总电流以及温度)发送给电池管理模块40，电池管理模块40将数字信号和状态信息通过CAN总线转发给主控模块60，主控模块60根据接收到的数字信号和状态信息向电池管理模块40控制指令，电池管理模块40转发该控制指令给升降压模块50。

当该电池管理控制系统用于给外部设备供电时，升降压模块50根据控制指令和电池包10的电压生成第一总电压并通过电池管理模块40转发至主控模块60，主控模块60根据该第一总电压生成总开关指令，使电池管理模块40根据总开关指令将第一总电压和第二预设值进行比较，当第一总电压低于第二预设值时生成总关断信号，开关控制模块80根据该总关断信号关断第一总电压输出，从而停止给外部设备供电；当第一总电压不低于第二预设值时生成总导通信号，开关控制模块80根据该总导通信号允许第一总电压输出，从而允许给外部设备供电。

当该电池管理控制系统在给电池包10充电时，升降压模块50根据控制指令和输入直流电生成第二总电压并通过电池管理模块40转发至主控模块60，主控模块60根据该第二总电压生成总开关指令，使电池管理模块40根据总开关指令将第二总电压和第二预设值进行比较，当第二总电压低于第二预设值时生成总导通信号，开关控制模块80根据该总导通信号允许第二总电压输入，从而允许给电池包10充电；当第二总电压不低于第二预设值时生成总关断信号，开关控制模块80根据该总关断信号断开第二总电压输入，从而停止给电池包10充电。

图6示出了本发明较佳实施例提供的电池管理控制系统的控制方法的流程图，电池管理控制系统的控制方法基上述的单电池管理控制系统，详述如下：

步骤S10，每个模拟检测模块检测各自对应的电池模组两端的电压以生成电压检测信号并根据电压检测信号生成第一开关控制信号。

步骤S20，数字检测模块转发电压检测信号至电池管理模块。

步骤S30，每个切换控制模块根据的第一开关控制信号控制切换各自对应电池模组或旁路模块工作；其中，每个切换控制模块分别与各自对应的电池模组和旁路模块连接以构成电池组；多个电池组串联连接以形成电池包。

步骤S40，电池信息采集模块检测电池包的状态信息。

步骤S50，电池管理模块转发电压检测信号和状态信息至主控模块。

步骤S60，主控模块根据电压检测信号和状态信息生成控制指令。

步骤S70，电池管理模块转发控制指令。

步骤S80，升降压模块在给外部设备供电时根据控制指令和电池包的电压生成第一总电压以对外部设备进行供电，在给电池包充电时根据控制指令和输入直流电生成第二总电压以对电池包进行充电。

本发明的有益效果：

(1)通过增设多个切换控制模块和多个旁路模块与各个电池模组构成电池包，使该电池管理控制系统在一个或者多个电池模组出现故障或者电压检测信号低于第一预设值时，切换控制模块控制该电池模组断开连接，并且切换接通与该电池模组对应的旁路模块，从而使其余电池模组能够与旁路模块形成通路，进而使电池包继续进行正常的充放电，不仅降低了单体电池的成组难度，还提高了电池模组的利用率。

(2)模拟检测模块通过数字检测模块与电池管理模块通讯，可以知道具体哪个电池模组出现故障而进行动态调整，从而使电池包在充电或放电时实现实时动态无损柔性平衡，提高电池的平衡性，也延长了电池的寿命。

(3)设置电池信息采集模块采集电池包的总电压，可以实现在总电压低于设定值时，通过电池管理模块控制继电器断开以切断总电压的输入输出，实现了内外双环控制，提高了该电池管理控制系统的可靠性，同时保护了电池模组不被损坏。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池管理控制系统，其特征在于，所述电池管理控制系统包括：

分别与每个电池模组一一对应连接，多个用于检测各自对应的所述电池模组两端的电压并输出电压检测信号，并根据电压检测信号输出第一开关控制信号的模拟检测模块；

分别与各自对应的所述模拟检测模块连接，多个用于将所述电压检测信号转化为数字信号的数字检测模块；

与各自对应的所述电池模组并联连接，多个用于提供备用通道的旁路模块；

分别与各自对应的所述模拟检测模块连接，多个用于根据所述第一开关控制信号控制切换其中一个或者多个所述电池模组或者所述旁路模块工作的切换控制模块；其中，每个所述切换控制模块还分别与各自对应的所述电池模组和所述旁路模块连接以构成电池组；多个所述电池组串联连接以形成电池包；

与所述电池包连接，用于当给外部设备供电时，根据控制指令和所述电池包的电压生成第一总电压和第一总电压检测信号，当给所述电池包充电时，根据所述控制指令和输入直流电生成第二总电压和第二总电压检测信号的升降压模块；

用于采集所述电池包的状态信息的电池信息采集模块；

与所述数字检测模块、所述电池信息采集模块以及升降压模块连接，用于转发所述数字信号、所述状态信息、所述控制指令、所述第一总电压检测信号以及所述第二总电压检测信号的电池管理模块；及

与所述电池管理模块连接，用于根据所述数字信号、所述状态信息、所述第一总电压检测信号以及所述第二总电压检测信号生成所述控制指令的主控模块。

2.如权利要求1所述的电池管理控制系统，其特征在于，每个所述旁路模块的第一端与每个所述旁路模块各自对应的所述电池模组的第一端连接，每个所述电池模组的第二端与每个所述电池模组各自对应的所述切换控制模块的第一端连接，每个所述旁路模块的第二端与每个所述旁路模块各自对应的所述切换控制模块的第二端连接，每个所述切换控制模块的第三端与每个所述切换控制模块各自对应的所述模拟检测模块的控制端连接；

其中，所述模拟检测模块具体用于当检测到对应的所述电池模组的所述电压检测信号低于所述第一预设值或者发生故障时，输出第一关断控制信号；当检测到对应的所述电池模组的所述电压检测信号不低于所述第一预设值时输出第一导通控制信号；

所述切换控制模块具体用于根据所述第一关断控制信号控制所述切换控制模块与对应的所述电池模组断开连接，并且控制所述切换控制模块与对应的所述旁路模块连接；根据所述第一导通控制信号控制所述切换控制模块与对应的所述电池模组连接，并且控制所述切换控制模块与对应的所述旁路模块断开连接。

3.如权利要求2所述的电池管理控制系统，其特征在于，所述模拟检测模块分别与所述电池模组中的各个单体电池连接，还用于检测各个所述单体电池两端的电压并分别输出各个所述单体电池的电压检测信号，并根据各个所述单体电池的电压检测信号生成所述电池模组的电压检测信号。

4.如权利要求3所述的电池管理控制系统，其特征在于，所述电池信息采集模块包括：

与所述电池管理模块连接，用于采集所述电池包的总电压的电压采集单元；和

与所述电池管理模块连接，用于采集所述电池包的总电流的电流采集单元。

5.如权利要求4所述的电池管理控制系统，其特征在于，所述电压采集单元为电压传感器。

6.如权利要求4所述的电池管理控制系统，其特征在于，所述电流采集单元位电流传感器。

7.如权利要求4所述的电池管理控制系统，其特征在于，所述电池管理控制系统还包括：

与所述升降压模块和所述电池管理模块连接，用于根据总开关信号导通或关断的开关控制模块；

所述电池管理模块还用于转发所述第一总电压检测信号或者所述第二总电压检测信号，并且根据总开关指令生成所述总开关信号；

所述主控模块还用于根据所述第一总电压检测信号或者所述第二总电压检测信号生成所述总开关指令。

8.如权利要求7所述的电池管理控制系统，其特征在于，所述开关控制模块为继电器。

9.如权利要求7所述的电池管理控制系统，其特征在于，所述主控模块还具体用于将所述第一总电压或所述第二总电压与第二预设值进行比较以生成总开关指令。

10.一种基于权利要求1至9任一项所述的电池管理控制系统的电池管理控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

每个模拟检测模块检测各自对应的电池模组两端的电压以生成电压检测信号并根据所述电压检测信号生成第一开关控制信号；

数字检测模块转发所述电压检测信号至所述电池管理模块；

每个切换控制模块根据的所述第一开关控制信号控制切换各自对应所述电池模组或所述旁路模块工作；其中，每个所述切换控制模块分别与各自对应的所述电池模组和所述旁路模块连接以构成电池组；多个所述电池组串联连接以形成电池包；

电池信息采集模块检测所述电池包的状态信息；

所述电池管理模块转发所述电压检测信号和状态信息至所述主控模块，

所述主控模块根据所述电压检测信号和所述状态信息生成所述控制指令；

所述电池管理模块转发所述控制指令；

所述升降压模块在给外部设备供电时根据控制指令和所述电池包的电压生成第一总电压以对所述外部设备进行供电，在给所述电池包充电时根据所述控制指令和输入直流电生成第二总电压以对所述电池包进行充电。

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