CN111404240A - 一种电池管理系统及电动挖掘机 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种电池管理系统及电动挖掘机。电池管理系统包括：电池组、控制器、放电正端口、放电负端口、充电正端口和充电负端口。放电正端口、电池组以及放电负端口串联成放电回路；充电正端口、电池组以及充电负端口串联成充电回路；控制器、放电正端口、放电负端口、充电正端口以及充电负端口串联成高压互锁回路。控制器用于通过向高压互锁回路输出电信号，并接收高压互锁回路的反馈电信号；依据反馈电信号判断高压互锁回路是否发生故障，从而判断充电回路和放电回路是否发生故障。无需拆开电池箱，就能实时自检电路故障，节省人力物力。

Description

一种电池管理系统及电动挖掘机

技术领域

本申请涉及挖掘机领域，具体而言，涉及一种电池管理系统及电动挖掘机。

背景技术

随着科学技术发展，新能源技术被广泛地应用到各行各业，其中，包括有电动挖掘机。电动挖掘机含有低压和高压两个电压系统。其中，低压系统作为电动挖掘机的控制系统，高压系统作为电动挖掘机的能源提供系统、驱动系统、高压附件系统。高压系统具有电压高、电流大的特点，超出人员的安全电压范围。

电压系统的安全性关乎整机安全。但由于挖掘机的使用环境极为恶劣，防护等级要求高，因此，一旦电池箱装配密封完成，就不宜经常拆卸。基于此，如何对电压系统进行安全诊断和检测就成为当下需要解决的一个难题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种电池管理系统及电动挖掘机，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种电池管理系统，所述电池管理系统包括：电池组、控制器、放电正端口、放电负端口、充电正端口和充电负端口；

所述放电正端口、所述电池组以及所述放电负端口串联成放电回路；所述充电正端口、所述电池组以及所述充电负端口串联成充电回路；所述控制器、所述放电正端口、所述放电负端口、所述充电正端口以及所述充电负端口串联成高压互锁回路；

所述控制器用于通过向所述高压互锁回路输出电信号，并接收所述高压互锁回路的反馈电信号；依据所述反馈电信号判断所述充电回路和所述放电回路是否发生故障。

进一步地，所述电池组包括第一电池、第二电池以及手动维护开关，所述手动维护开关的两端分别连接于所述第一电池、所述第二电池；

所述控制器、所述手动维护开关、所述放电正端口、所述放电负端口、所述充电正端口以及所述充电负端口串联成高压互锁回路。

进一步地，所述手动维护开关包括第一熔断器。

进一步地，所述电池管理系统还包括第一继电器和第二继电器；

所述第一继电器的两端分别连接于所述电池组的正极和所述放电正端口；所述第二继电器的两端分别连接于所述电池组的负极和所述放电负端口；所述第一继电器的两端均与所述控制器连接；所述第二继电器的两端均与所述控制器连接；

所述第一继电器和所述第二继电器用于切换所述放电回路的导通状态；

所述控制器用于依据第一电压差判断所述第一继电器的开合状态；依据第二电压差判断所述第二继电器的开合状态；

其中，所述第一电压差为所述第一继电器两端的电压差；所述第二电压差为所述第二继电器两端的电压差。

进一步地，所述电池管理系统还包括第三继电器；所述第三继电器的两端分别连接于所述电池组的正极和所述充电正端口；所述第二继电器远离所述电池组的一端还连接于所述充电负端口；所述第三继电器的两端均与所述控制器连接；

所述第三继电器和所述第二继电器用于切换所述充电回路的导通状态；

所述控制器用于依据第三电压差判断所述第三继电器的开合状态；

其中，所述第三电压差为所述第三继电器两端的电压差。

进一步地，所述电池管理系统还包括第四继电器和加热片；所述电池组、所述第四继电器以及所述加热片串联成加热回路；所述第四继电器的两端均与所述控制器连接；

所述第四继电器用于切换所述加热回路的导通状态；

所述加热片用于当所述加热回路导通时对所述电池组进行加热。

所述控制器用于依据第四电压差判断所述第四继电器的开合状态；

其中，所述第四电压差为所述第四继电器两端的电压差。

进一步地，所述电池管理系统还包括第二继电器；所述第二继电器的两端分别连接于所述电池组的负极和所述放电负端口；所述电池组、所述第四继电器、所述加热片以及所述第二继电器串联成所述加热回路；

所述第二继电器用于切换所述加热回路和所述放电回路的导通状态。

进一步地，所述电池管理系统还包括第二熔断器；所述电池组、所述第四继电器、所述第二熔断器、所述加热片以及所述第二继电器串联成加热回路。

进一步地，所述控制器与整车处理器通信连接。

第二方面，本申请实施例提供一种电动挖掘机，所述电动挖掘机包括上述的电池管理系统。

相对于现有技术，本申请实施例所提供的一种电池管理系统及电动挖掘机的有益效果为：电池管理系统包括：电池组、控制器、放电正端口、放电负端口、充电正端口和充电负端口。放电正端口、电池组以及放电负端口串联成放电回路；充电正端口、电池组以及充电负端口串联成充电回路；控制器、放电正端口、放电负端口、充电正端口以及充电负端口串联成高压互锁回路。控制器用于通过向高压互锁回路输出电信号，并接收高压互锁回路的反馈电信号；依据反馈电信号判断高压互锁回路是否发生故障，从而判断充电回路和放电回路是否发生故障。无需拆开电池箱，就能实时自检电路故障，节省人力物力。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的电池管理系统的连接示意图；

图2为本申请实施例提供的电池管理系统的连接示意图之二；

图3为本申请实施例提供的电池管理系统的连接示意图之三；

图4为本申请实施例提供的电池管理系统的连接示意图之四；

图5为本申请实施例提供的电池管理系统的连接示意图之五；

图6为本申请实施例提供的电池管理系统的连接示意图之六。

图中：10-控制器；20-电池组；30-加热片；40-第二熔断器；201-第一电池；202-第二电池；203-手动维护开关；第一继电器-k1；第二继电器-k2；第三继电器-k3；第四继电器-k4；放电正端口-P+；放负电正端口-P-；充电正端口-C+；充电负端口-C-。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本申请实施例提供了一种电池管理系统，如图1所示，电池管理系统包括：电池组20、控制器10、放电正端口P+、放电负端口P-、充电正端口C+和充电负端口C-。

请参考图1(a)部分，放电正端口P+、电池组20以及放电负端口P-串联成放电回路。可能地，放电正端口P+和放电负端口P-均与外部的端子连接。

请继续参考图1(a)部分，充电正端口C+、电池组20以及充电负端口C-串联成充电回路。可能地，充电正端口C+和充电负端口C均与外部的端子连接。

请参考图1(b)部分，控制器10、放电正端口P+、放电负端口P-、充电正端口C+以及充电负端口C-串联成高压互锁回路。

需要说明的是，上放电回路用于电池组20对外供能，其中的电流为电池组20提供的高压电；充电回路用于给电池组20充电，其中的电流为外界电源提供的高压电。

控制器10用于通过向高压互锁回路输出电信号，并接收高压互锁回路的反馈电信号；依据反馈电信号判断高压互锁回路是否发生故障。

可能地，控制器10还与低压电源连接。低压电源用于给控制器10供能。控制器10的输出电信号为低压电信号。图中1中高压互锁回路中各个器件的串联顺序仅是为了便于参考，在此并未限定其中各个器件的连接顺序。

当控制器10接收到的反馈电信号大于预设定的阈值时，表明高压互锁回路导通，即放电正端口P+、放电负端口P-、充电正端口C+和充电负端口C-均与外部的端子接触良好，充电回路和充电回路均正常。当控制器10接收到的反馈电信号小于或等于预设定的阈值时，表明高压互锁回路断开，即放电正端口P+、放电负端口P-、充电正端口C+和充电负端口C-均与外部的端子存在接触故障，充电回路和充电回路发生故障，不能正常工作。

综上所述，本申请实施例提供的电池管理系统中，电池管理系统包括：电池组、控制器、放电正端口、放电负端口、充电正端口和充电负端口。放电正端口、电池组以及放电负端口串联成放电回路；充电正端口、电池组以及充电负端口串联成充电回路；控制器、放电正端口、放电负端口、充电正端口以及充电负端口串联成高压互锁回路。控制器用于通过向高压互锁回路输出电信号，并接收高压互锁回路的反馈电信号；依据反馈电信号判断高压互锁回路是否发生故障，从而判断充电回路和放电回路是否发生故障。无需拆开电池箱，就能实时自检电路故障，节省人力物力。

在图1的基础上，关于电池组20，本申请实施例还提供了一种可能的结构，请参考图2，电池组20包括第一电池201、第二电池202以及手动维护开关203(简称，MSD)。

手动维护开关203的两端分别连接于第一电池201、第二电池202。即手动维护开关203设置于第一电池201、第二电池202之间。在电池箱维护时，用于可以手动将手动维护开关203，以切断电池箱内的高压电流，以保障维护安全。

在一种可能的实现方式中，手动维护开关203包括第一熔断器。第一熔断器用于在电池组20出现短路故障时，熔断，以断开电路，保护器件安全。

高压互锁回路还包括手动维护开关203。如图2所示，控制器10、手动维护开关203、放电正端口P+、放电负端口P-、充电正端口C+以及充电负端口C-串联成高压互锁回路。

控制器10还用于依据反馈电信号判断手动维护开关203是否正常闭合，当手动维护开关203断开时，即不能完成放电和充电，此时充电回路和放电回路存在故障。

本申请实施例中，手动维护开关203的两端分别连接于第一电池201的负极和第二电池202的正极。

在图2的基础上，关于如何切换放电回路的导通状态，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图3，电池管理系统还包括第一继电器k1和第二继电器k2。

第一继电器k1的两端分别接于电池组20的正极和放电正端口P+；第二继电器k2的两端分别连接于电池组20的负极和放电负端口P-；第一继电器k1的两端均与控制器10连接；第二继电器k2的两端均与控制器10连接。

第一继电器k1和第二继电器k2用于切换放电回路的导通状态。当第一继电器k1和第二继电器k2任意一个断开时，放电回路均处于断开状态。

因为继电器可能发生粘连故障，即继电器受控制切换开合状态。例如，当回路中仅存在第一继电器k1时，可能会因为第一继电器k1发生粘连故障，不能正常断开，此时可能导致电池组20一直处于放电状态，电路不受控。通过设置第二继电器k2，当k1发生故障时，k2可以断开，仍然可以切断放电回路，降低电路不受控的概率，提升电路的安全性。

控制器10采集第一继电器k1两端的第一电压差和第二继电器k2两端的第二电压差。

具体地，当继电器断开时，继电器靠近电池组20的一端的电压值与远离电池组20的一端的电压值的差值大于预设定的电压阈值；当继电器闭合时，继电器两端的电压差小于预设定的电压阈值。控制器10用于依据第一电压差判断第一继电器k1的开合状态；依据第二电压差判断第二继电器k2的开合状态。控制器10可以结合继电器的预期状态和实际状态，判断继电器是否发生故障(例如粘连故障)。

继续参考图3，关于如何切换充电回路的导通状态，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，电池管理系统还包括第三继电器k3。

第三继电器k3的两端分别连接于电池组20的正极和充电正端口C+；第二继电器k2远离电池组20的一端还连接于充电负端口C-；第三继电器k3的两端均与控制器10连接。

第三继电器k3和第二继电器k2用于切换充电回路的导通状态。

当第一继电器k3和第二继电器k2任意一个断开时，充电回路均处于断开状态。

此处充电回路和放电回路共用第二继电器k2，既能降低电路不受控的概率，提升电路的安全性，又能适当地节省电路成本。

控制器10采集第三继电器k3两端的第三电压差。

控制器10用于依据第三电压差判断第三继电器k3的开合状态。与第一继电器k1和第二继电器k2同理。

在图1的基础上，关于如何解决电池温度过低的问题，本申请实施例还提供了一种可能的电池管理系统，请参考图4，该电池管理系统还包括第四继电器k4和加热片30。

电池组20、第四继电器k4以及加热片30串联成加热回路。第四继电器k4的两端均与控制器10连接。

第四继电器k4用于切换加热回路的导通状态。当第四继电器k4闭合时，加热回路导通。

加热片30用于当加热回路导通时对电池组20进行加热。

控制器10用于依据第四电压差判断第四继电器k4的开合状态；其中，第四电压差为第四继电器k4两端的电压差。此处与k1、k2和k3同理。

在图4的基础上，关于如何防止第四继电器发生故障，导致加热电路持续导通，从而导致电池温度过高，引发安全事故，本申请实施例还提供了一种可能的电池管理系统，请参考图5，电池管理系统还包括第二继电器k2。

第二继电器k2的两端分别连接于电池组20的负极和放电负端口P-；电池组20、第四继电器k4、加热片30以及第二继电器k2串联成加热回路。

第二继电器k2用于切述加热回路和所述放电回路的导通状态。

具体地，即放电回路和加热回路共用k2，既能降低电路不受控的概率，提升电路的安全性，又能适当地节省电路成本。

请继续参考图4或者图5，为了保障加热过程的安全，电池管理系统还包括第二熔断器40。电池组20、第四继电器k4、第二熔断器40、加热片30以及第二继电器k2串联成加热回路。

第二熔断器40用于加热回路电流过大时熔断，以保障电路安全。

本申请实施例还提供了一种可能的电池管理系统，如图6所示，其中放电回路、充电回路以及加热回路有多处共用的线路，通过切换继电器的开合状态，改变放电回路、充电回路以及加热回路的导通状态，节省了布线成本。

关于如何传输故障分析的结果，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，控制器10与整车处理器通信连接。控制器10可以将故障分析的结果发送给整车处理。

可能地，控制器10可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

可能地，控制器10可以包含主板和至少一个从板。控制器10可以实现温度采集、电流采集、绝缘检测、总压采集、预充电管理、继电器粘黏检测、故障的分级与报警，SOC、SOH估算、SOP管理等，能满足动力电池及整机的安全、EMC的要求。

本申请实施例还提供了一种电动挖掘机。该电动挖掘机包括上述的电池管理系统。

需要说明的是，本实施例所提供的电动挖掘机，其可以执行上述电池管理系统的功能用途，以实现对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也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，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，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。

所述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所述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(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括：电池组、控制器、放电正端口、放电负端口、充电正端口和充电负端口；

所述放电正端口、所述电池组以及所述放电负端口串联成放电回路；所述充电正端口、所述电池组以及所述充电负端口串联成充电回路；所述控制器、所述放电正端口、所述放电负端口、所述充电正端口以及所述充电负端口串联成高压互锁回路；

所述控制器用于通过向所述高压互锁回路输出电信号，并接收所述高压互锁回路的反馈电信号；依据所述反馈电信号判断所述充电回路和所述放电回路是否发生故障。

2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池组包括第一电池、第二电池以及手动维护开关，所述手动维护开关的两端分别连接于所述第一电池、所述第二电池；

所述控制器、所述手动维护开关、所述放电正端口、所述放电负端口、所述充电正端口以及所述充电负端口串联成高压互锁回路。

3.如权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述手动维护开关包括第一熔断器。

4.如权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括第一继电器和第二继电器；

所述第一继电器的两端分别连接于所述电池组的正极和所述放电正端口；所述第二继电器的两端分别连接于所述电池组的负极和所述放电负端口；所述第一继电器的两端均与所述控制器连接；所述第二继电器的两端均与所述控制器连接；

所述第一继电器和所述第二继电器用于切换所述放电回路的导通状态；

所述控制器用于依据第一电压差判断所述第一继电器的开合状态；依据第二电压差判断所述第二继电器的开合状态；

其中，所述第一电压差为所述第一继电器两端的电压差；所述第二电压差为所述第二继电器两端的电压差。

5.如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括第三继电器；所述第三继电器的两端分别连接于所述电池组的正极和所述充电正端口；所述第二继电器远离所述电池组的一端还连接于所述充电负端口；所述第三继电器的两端均与所述控制器连接；

所述第三继电器和所述第二继电器用于切换所述充电回路的导通状态；

所述控制器用于依据第三电压差判断所述第三继电器的开合状态；

其中，所述第三电压差为所述第三继电器两端的电压差。

6.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括第四继电器和加热片；所述电池组、所述第四继电器以及所述加热片串联成加热回路；所述第四继电器的两端均与所述控制器连接；

所述第四继电器用于切换所述加热回路的导通状态；

所述加热片用于当所述加热回路导通时对所述电池组进行加热；

所述控制器用于依据第四电压差判断所述第四继电器的开合状态；

其中，所述第四电压差为所述第四继电器两端的电压差。

7.如权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括第二继电器；所述第二继电器的两端分别连接于所述电池组的负极和所述放电负端口；所述电池组、所述第四继电器、所述加热片以及所述第二继电器串联成所述加热回路；

所述第二继电器用于切换所述加热回路和所述放电回路的导通状态。

8.如权利要求7所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括第二熔断器；所述电池组、所述第四继电器、所述第二熔断器、所述加热片以及所述第二继电器串联成加热回路。

9.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制器与整车处理器通信连接。

10.一种电动挖掘机，其特征在于，所述电动挖掘机包括权利要求1～9任意一项所述的电池管理系统。

Images