CN112003340A - 一种大容量储能电池管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大容量储能电池管理系统及方法，包括单体电池电压检测与处理模块、主控制器、电流检测电路、温度检测电路、充电控制电路和放电控制电路；本发明通过实时采集单体电池电压、充放电电流、电池的温度、通过判断电池的温度、电流和电压状态估算电池当前电量，对电池进行充放电保护，避免出现过充、过放的现象，并在应用中均衡各电池电量；另外，在采集电压时对单体电池的电压和温度进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较，提高管理效率，进而提高大容量储能电池的使用寿命。

Description

一种大容量储能电池管理系统及方法
技术领域
本发明涉及电池充放电管理技术领域，特别是一种大容量储能电池管理系统及方法。
背景技术
在电池管理系统中，连接电池单体的汇流条的阻抗非常低。然而，汇流条的阻抗由于电池电流而引起电压降，导致由于所述阻抗而可能使电池单体的测量的电压值出现误差。
每个电池单体的这样的电压测量误差不大，但是电压测量误差在管理几十个至几百个电池单体的电池组管理系统中累积，使测量准确度变差。因此，针对电池单体之间的平衡操作或者电池单体的充电/放电操作，在计算的SOC值和实际的SOC值之间出现误差，从而减小电池组的容量并缩短电池组的循环寿命。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种大容量储能电池管理系统及方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种大容量储能电池管理系统，包括：单体电池电压检测与处理模块、主控制器、电流检测电路、温度检测电路、充电控制电路和放电控制电路；
单体电池电压检测与处理模块实时采集每个单体电池电压，对单体电池的电压进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，将采集到的电压信号输出到主控制器，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较；
电流检测电路分别检测电池的充电电流和放电电流，将电流信号转换为电压信号，再进行AD转换，将AD转换后的信号输出到主控制器对电池当前电量进行估算；
温度检测电路检测电池的温度，将采集到的信号输出到主控制器；
充电控制电路接收主控制器输出的信号，当微处理检测到电池处于放电状态时，充电控制电路导通；
放电控制电路接收主控制器输出的信号，当电池电量低于设定值时或当负载发生短路或过流时，放电控制电路断开；
主控制器，用于接收单体电池电压检测与处理模块、电流检测电路、温度检测电路输出的信号，对电池当前电量进行估算，接收单体电池电压检测与处理模块输出的信号，进行处理后分别输出信号到单体电池电压检测与处理模块、充电控制电路和放电控制电路。
进一步，本发明的技术方案中，还包括短路保护电路，所述电流检测电路的输出端连接短路保护电路的输入端，短路保护电路的输出端连接到主控制器，所述短路保护电路用于接收电流检测电路输出的电压信号，与参考电压进行比较，并将比较结果输出到主控制器。
进一步，本发明的技术方案中，所述短路保护电路包括比较器；比较器将电流检测电路输出的电压信号与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生；并将比较结果输出到主控制。
还包括通过CAN总线与主控制器连接的显示屏，所述显示屏用于显示电压、电流信息。
所述显示屏为触摸显示屏。
另外，本发明还提供了一种大容量储能电池管理方法，包括以下步骤：
S1、单体电池电压检测与处理模块实时采集每个单体电池电压，对单体电池的电压进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，将采集到的电压信号输出到主控制器，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较；
S2、电流检测电路分别检测电池的充电电流和放电电流，将电流信号转换为电压信号，再进行AD转换，将AD转换后的信号输出到主控制器进行SOC估算；同时将放电电流信号转换为电压信号后输出到短路保护电路；
S3、短路保护电路接收电流检测电路输出的电压信号，与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生，并将比较结果输出到主控制器；如果发生短路故障，则触发主控制器的中断响应，快速断开充电控制电路和放电控制电路；
S4、主控制器接收电流检测电路输出的信号，同时接收主控制器输出的电池信息，对电池当前电量进行估算，当前电池电量估算采用安时积分法，并在电池充放电过程中，结合温度检测电路检测电池的温度和电池实际特性曲线，实时的更新电池在当前状态下可充放总电量；当电池达到满充时，且电池电量为100％，根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池达到满充时，且电池电量为大于100％或者小于100％时，则需要将总电量增加1％或者减少1％后再根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池从满充持续放电到电量为0时，则更新总电量，并根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池不是从满充状态开始放电时，如果当前电量为0时，则根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正，如果当前电量大于0或者小于0时，则将总电量减少1％或者增加1％后再根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；主控制器接收单体电池电压检测与处理模块输出的信号，进行处理后分别输出信号到单体电池电压检测与处理模块、充电控制电路和放电控制电路；
S5、充电控制电路接收主控制器输出的信号，当主控制器检测到电池处于放电状态时，充电控制电路导通，外部充电电源通过充电控制电路对电池充电；
S6、放电控制电路接收主控制器输出的信号，当电池电量低于设定值时或当负载发生短路或过流时，放电控制电路断开。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过实时采集单体电池电压、充放电电流、电池的温度、通过判断电池的温度、电流和电压状态估算电池当前电量，对电池进行充放电保护，避免出现过充、过放的现象，并在应用中均衡各电池电量；另外，在采集电压时对单体电池的电压和温度进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较，提高管理效率，进而提高大容量储能电池的使用寿命。本发明可以提高系统的可靠性和管理效率。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图。
图2为本发明的短路保护电路的一种电路结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
如图1所示，本实施例的一种大容量储能电池管理系统，包括：单体电池电压检测与处理模块、主控制器、电流检测电路、温度检测电路、充电控制电路和放电控制电路；供电电路为各电路单元供电。
其中，单体电池电压检测与处理模块实时采集每个单体电池电压，如图1所示，本实施例中的单体电池包括E1、E2、E3、E4、...En，对单体电池的电压进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，将采集到的电压信号输出到主控制器，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较；
电流检测电路分别检测电池的充电电流和放电电流，将电流信号转换为电压信号，再进行AD转换，将AD转换后的信号输出到主控制器对电池当前电量进行估算；
温度检测电路检测电池的温度，将采集到的信号输出到主控制器；
充电控制电路接收主控制器输出的信号，当微处理检测到电池处于放电状态时，充电控制电路导通；
放电控制电路接收主控制器输出的信号，当电池电量低于设定值时或当负载发生短路或过流时，放电控制电路断开；
需要说明的是，本实施例中的放电控制电路和充电控制电路均由开关电路和开关驱动电路构成；开关电路由多个N沟道MOSFET管并联构成；开关驱动电路接收微处理器2输出的控制信号，输出驱动信号到MOSFET管的栅极，控制MOSFET管导通和截。MOSFET管可以直接在市面上购买，其具体连接关系按照常规连接即可。
主控制器，用于接收单体电池电压检测与处理模块、电流检测电路、温度检测电路输出的信号，对电池当前电量进行估算，接收单体电池电压检测与处理模块输出的信号，进行处理后分别输出信号到单体电池电压检测与处理模块、充电控制电路和放电控制电路；
短路保护电路，所述电流检测电路的输出端连接短路保护电路的输入端，短路保护电路的输出端连接到主控制器，所述短路保护电路用于接收电流检测电路输出的电压信号，与参考电压进行比较，并将比较结果输出到主控制器。具体如图2所示为短路保护电路的一种电路结构图，当然本实施例并不限定该短路保护的电路；其中，IC1为电流传感器，IC1的输出电压与流过的电流成线性关系，电流越大输出电压越高。IC2为快速比较器，通过R1，R3合理设置参考电压，当电流传感器的输出电压超过参考电压时，比较器的输出将出现高电平，将比较器的输出接主控制器的外部中断IO口，如果有短路现象发生时微处理器2可在50微秒内响应。通过数次开关，可判断大电流产生是因为大负载电容充电还是发生了真正的短路。
进一步，本发明的技术方案中，所述短路保护电路包括比较器；比较器将电流检测电路输出的电压信号与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生；并将比较结果输出到主控制。
还包括通过CAN总线与主控制器连接的显示屏，所述显示屏用于显示电压、电流信息，显示屏为触摸显示屏，可以通过触摸显示屏来查看显示屏的显示电压、电量剩余等操作。
上述实施例的大容量储能电池管理系统可以实现大容量储能电池的管理，具体步骤如下：
1、单体电池电压检测与处理模块实时采集每个单体电池电压，对单体电池的电压进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，将采集到的电压信号输出到主控制器，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较；
2、电流检测电路分别检测电池的充电电流和放电电流，将电流信号转换为电压信号，再进行AD转换，将AD转换后的信号输出到主控制器进行SOC估算；同时将放电电流信号转换为电压信号后输出到短路保护电路；
3、短路保护电路接收电流检测电路输出的电压信号，与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生，并将比较结果输出到主控制器；如果发生短路故障，则触发主控制器的中断响应，快速断开充电控制电路和放电控制电路；
4、主控制器接收电流检测电路输出的信号，同时接收主控制器输出的电池信息，对电池当前电量进行估算，当前电池电量估算采用安时积分法，并在电池充放电过程中，结合温度检测电路检测电池的温度和电池实际特性曲线，实时的更新电池在当前状态下可充放总电量；当电池达到满充时，且电池电量为100％，根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池达到满充时，且电池电量为大于100％或者小于100％时，则需要将总电量增加1％或者减少1％后再根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池从满充持续放电到电量为0时，则更新总电量，并根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池不是从满充状态开始放电时，如果当前电量为0时，则根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正，如果当前电量大于0或者小于0时，则将总电量减少1％或者增加1％后再根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；主控制器接收单体电池电压检测与处理模块输出的信号，进行处理后分别输出信号到单体电池电压检测与处理模块、充电控制电路和放电控制电路；
5、充电控制电路接收主控制器输出的信号，当主控制器检测到电池处于放电状态时，充电控制电路导通，外部充电电源通过充电控制电路对电池充电；
6、放电控制电路接收主控制器输出的信号，当电池电量低于设定值时或当负载发生短路或过流时，放电控制电路断开。
通过实时采集单体电池电压、充放电电流、电池的温度、通过判断电池的温度、电流和电压状态估算电池当前电量，对电池进行充放电保护，避免出现过充、过放的现象，并在应用中均衡各电池电量；另外，在采集电压时对单体电池的电压和温度进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较，提高管理效率，进而提高大容量储能电池的使用寿命。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大容量储能电池管理系统，其特征在于，包括：单体电池电压检测与处理模块、主控制器、电流检测电路、温度检测电路、充电控制电路和放电控制电路；
单体电池电压检测与处理模块实时采集每个单体电池电压，对单体电池的电压进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，将采集到的电压信号输出到主控制器，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较；
电流检测电路分别检测电池的充电电流和放电电流，将电流信号转换为电压信号，再进行AD转换，将AD转换后的信号输出到主控制器对电池当前电量进行估算；
温度检测电路检测电池的温度，将采集到的信号输出到主控制器；
充电控制电路接收主控制器输出的信号，当微处理检测到电池处于放电状态时，充电控制电路导通；
放电控制电路接收主控制器输出的信号，当电池电量低于设定值时或当负载发生短路或过流时，放电控制电路断开；
主控制器，用于接收单体电池电压检测与处理模块、电流检测电路、温度检测电路输出的信号，对电池当前电量进行估算，接收单体电池电压检测与处理模块输出的信号，进行处理后分别输出信号到单体电池电压检测与处理模块、充电控制电路和放电控制电路。
2.根据权利要求1所述的大容量储能电池管理系统，其特征在于：还包括短路保护电路，所述电流检测电路的输出端连接短路保护电路的输入端，短路保护电路的输出端连接到主控制器，所述短路保护电路用于接收电流检测电路输出的电压信号，与参考电压进行比较，并将比较结果输出到主控制器。
3.根据权利要求1所述的大容量储能电池管理系统，其特征在于：所述短路保护电路包括比较器；比较器将电流检测电路输出的电压信号与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生；并将比较结果输出到主控制。
4.根据权利要求1所述的大容量储能电池管理系统，其特征在于：还包括通过CAN总线与主控制器连接的显示屏，所述显示屏用于显示电压、电流信息。
5.根据权利要求3所述的大容量储能电池管理系统，其特征在于：所述显示屏为触摸显示屏。
6.一种如权利要求2所述的大容量储能电池管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、单体电池电压检测与处理模块实时采集每个单体电池电压，对单体电池的电压进行比较，保留最大和最小值，丢弃中间值，将采集到的电压信号输出到主控制器，实现在传输的过程中自动对单体电池的电压和温度进行比较；
S2、电流检测电路分别检测电池的充电电流和放电电流，将电流信号转换为电压信号，再进行AD转换，将AD转换后的信号输出到主控制器进行SOC估算；同时将放电电流信号转换为电压信号后输出到短路保护电路；
S3、短路保护电路接收电流检测电路输出的电压信号，与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生，并将比较结果输出到主控制器；如果发生短路故障，则触发主控制器的中断响应，快速断开充电控制电路和放电控制电路；
S4、主控制器接收电流检测电路输出的信号，同时接收主控制器输出的电池信息，对电池当前电量进行估算，当前电池电量估算采用安时积分法，并在电池充放电过程中，结合温度检测电路检测电池的温度和电池实际特性曲线，实时的更新电池在当前状态下可充放总电量；当电池达到满充时，且电池电量为100％，根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池达到满充时，且电池电量为大于100％或者小于100％时，则需要将总电量增加1％或者减少1％后再根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池从满充持续放电到电量为0时，则更新总电量，并根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；如果电池不是从满充状态开始放电时，如果当前电量为0时，则根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正，如果当前电量大于0或者小于0时，则将总电量减少1％或者增加1％后再根据当前温度和电流对电池可充放电量进行修正；主控制器接收单体电池电压检测与处理模块输出的信号，进行处理后分别输出信号到单体电池电压检测与处理模块、充电控制电路和放电控制电路；
S5、充电控制电路接收主控制器输出的信号，当主控制器检测到电池处于放电状态时，充电控制电路导通，外部充电电源通过充电控制电路对电池充电；
S6、放电控制电路接收主控制器输出的信号，当电池电量低于设定值时或当负载发生短路或过流时，放电控制电路断开。
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