CN113054701A - 一种内置的多电池并联管理系统及其管理方法 - Google Patents

一种内置的多电池并联管理系统及其管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内置的多电池并联管理系统及其管理方法，所述系统包括至少两个并联的电池模组；每个所述电池模组均包括一个电池管理系统和一个电芯模组；每个电池管理系统之间相互通信连接；每个电池管理系统用于管理对应的电池模组，且其中有一个电池管理系统被设置为主控电池管理系统，用于管理其他电池管理系统。本发明通过取消肖特基二极管，并在原有的电池管理系统中选择一个主控电池管理系统，以对每个电池模组进行统一管理，有效降低电路功耗和减少发热，从而提高电池效率。

Description

一种内置的多电池并联管理系统及其管理方法
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种内置的多电池并联管理系统及其管理方法。
背景技术
锂电池由于具有能量比高、使用寿命长、额定电压高、自放电率低和温度适应性强等优点，而被广泛使用。在使用过程中，为了达到更大容量和更高电压，一般还会将多个单电池模组并联成多电池模组来使用。
在现有技术中，一般采用肖特基管组成二极管与门电路控制每个单电池模组的对外输出，这种方式虽然方便管理多电池模组，但是肖特基管的压降会导致电路功耗很高，发热严重，例如在30A的情况下功耗约为18W，从而导致电池效率不高。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种内置的多电池并联管理系统及其管理方法，通过取消肖特基二极管，并在原有的电池管理系统中选择一个主控电池管理系统，以对每个电池模组进行统一管理，有效降低电路功耗和减少发热，从而提高电池效率。
为实现上述目的，本发明第一实施例提供了一种内置的多电池并联管理系统，包括至少两个并联的电池模组；每个所述电池模组均包括一个电池管理系统和一个电芯模组；每个电池管理系统之间相互通信连接；每个电池管理系统用于管理对应的电池模组，且其中有一个电池管理系统被设置为主控电池管理系统，用于管理其他电池管理系统。
优选地，每个电池管理系统被配置有对应的标识码；其中，所述主控电池管理系统的标识码与其他电池管理系统的标识码不同。
优选地，每个所述电池模组均设有均衡控制模块，用于调节所述电池模组的电压，以与其他电池模组达到均衡充放电。
优选地，所述电池管理系统包括开关，所述开关用于控制对应的电芯模组是否进行充放电。
优选地，每个所述电芯模组的串数均相同。
本发明第二实施例提供了一种如第一实施例任一项所述的内置的多电池并联管理系统的管理方法，所述管理方法由主控电池管理系统执行，包括：
向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令；
接收其他电池管理系统的返回的电压信息，以及获取所述主控电池管理系统对应的电芯模组的电压信息；
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第一阈值；
若是，向所述主控电池管理系统和其他电池管理系统发送均衡放电指令，控制每个电芯模组均衡放电；
若否，向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电。
优选地，所述向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电，具体包括：
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；
若是，则向电压较高的电池管理系统发送电压调节指令，以降低对应的电芯模组的电压，实现与其他电芯模组均衡放电；
若否，则向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电。
优选地，在所述向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令之前，还包括：
扫描检测所有电池模组，判断能投入使用的电池模组的数量是否大于1；
若是，则继续向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令，并根据接收到的电压信息对所述多电池并联管理系统进行管理；
若否，则控制所述多电池并联管理系统进入单电池工作模式。
本发明第三实施例提供了一种如第一实施例任一项所述的内置的多电池并联管理系统的管理方法，包括：
向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令；
接收其他电池管理系统的返回的电压信息，以及获取所述主控电池管理系统对应的电芯模组的电压信息；
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第三阈值；
若是，向所述主控电池管理系统和其他电池管理系统发送均衡充电指令，控制每个电芯模组均衡充电；
若否，向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电。
优选地，所述向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电，具体包括：
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第四阈值；其中，所述第四阈值大于所述第三阈值；
若是，则向电压较高的电池管理系统发送电压调节指令，以降低对应的电芯模组的电压，实现与其他电芯模组均衡充电；
若否，则向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种内置的多电池并联管理系统及其管理方法，通过取消肖特基二极管，并在原有的电池管理系统中选择一个主控电池管理系统，以对每个电池模组进行统一管理，有效降低电路功耗和减少发热，从而提高电池效率。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种电池模组间的通讯的示意图；
图3是本发明一实施例提供的一种设有均衡控制的电池模组的结构示意图；
图4是本发明一实施例提供的一种内置的多电池并联管理系统的管理方法的流程示意图；
图5是本发明一实施例提供的一种内置的多电池并联管理系统的管理方法的简化流程示意图；
图6是本发明另一实施例提供的一种电池管理系统的管理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明该实施例提供的一种内置的多电池并联管理系统的结构示意图，所述多电池并联管理系统包括至少两个并联的电池模组；每个所述电池模组均包括一个电池管理系统和一个电芯模组；每个电池管理系统之间相互通信连接；每个电池管理系统用于管理对应的电池模组，且其中有一个电池管理系统被设置为主控电池管理系统，用于管理其他电池管理系统。
具体地，多电池并联管理系统包括至少两个并联的电池模组，每个电池模组的正极与其他电池模组的正极连接在一起，组成多电池并联管理系统的正极输出端。每个电池模组的负极与其他电池模组的负极连接在一起，组成多电池并联管理系统的负极输出端；每个电池模组均包括一个电池管理系统(Battery Management System，BMS)和一个电芯模组，即每个电池模组是一个整体。每个电池管理系统之间相互通信连接。优选地，每个电池管理系统之间通过can总线或无线网络或其它通讯方式进行通讯。每个电池管理系统用于管理对应的电池模组，例如监测电池的荷电状态(state of charge，SOC)和电压状况，控制电池模组是否对外输出等。且其中有一个电池管理系统被设置为主控电池管理系统，用于管理其他电池管理系统，当一个电池模组被设置为主控电池管理系统时，相当于在原来的电池管理系统上增加一个dBMS(Dual Battery Management System)。主控电池管理系统通过控制其他电池管理系统，而实现对整个多电池并联管理系统的管理。
本发明该实施例通过提供一种内置的多电池并联管理系统，通过取消肖特基二极管，并在原有的电池管理系统中选择一个主控电池管理系统，以对每个电池模组进行统一管理，有效降低电路功耗和减少发热，从而提高电池效率。
作为上述方案的改进，每个电池管理系统被配置有对应的标识码；其中，所述主控电池管理系统的标识码与其他电池管理系统的标识码不同。
具体地，每个电池管理系统被配置有对应的标识码；其中，主控电池管理系统的标识码与其他电池管理系统的标识码不同，例如标识码为物理地址，多电池并联管理系统可以通过获取不同电池管理系统的物理地址来识别其是否为主控电池管理系统，或者标识码为数据包标识，主控电池管理系统发送的数据包带有其独特的标识码，从而与其他电池管理系统区分开。参见图2，是本发明该实施例提供的一种电池模组间的通讯的示意图，图2的通讯示例采用的是物理地址识别法，每个电池模组设有两个通讯接口，一个接地，一个接电源VCC，两个通讯接口的通讯信号相同，但物理地址不同。为了方便区分主控电池管理系统和其他电池管理系统，优选地将组间通讯配线的一端与主控电池管理系统接电源的通讯接口连接，另一端与其他电池管理系统接地的通讯接口连接。电池模组间能相互通讯，在接收通讯指令时，若识别到通讯指令中的物理地址与主控电池管理系统的物理地址一样，则要对该通讯指令进行响应。
当然除了根据物理地址不同来区分主从电池管理系统，还可以根据其他方式，例如给数据包设置标识码等。
作为上述方案的改进，每个所述电池模组均设有均衡控制模块，用于调节所述电池模组的电压，以与其他电池模组达到均衡充放电。
具体地，每个电池模组均设有均衡控制模块，用于调节电池模组的电压，以与其他电池模组达到均衡充放电。参见图3，是本发明该实施例提供的一种设有均衡控制的电池模组的结构示意图。在图3中，电池模组采用Pack均衡，当某一电池模组的电压高于其他电池模组的电压时，可以开启Pack均衡，通过电阻放电或利用开关电源放电。当放电进行一段时间后，该电池模组的电压降至与其他电池模组的电压相近，此时可以开启电池模组间的均衡输出或输入。
作为上述方案的改进，所述电池管理系统包括开关，所述开关用于控制对应的电芯模组是否进行充放电。
具体地，电池管理系统包括开关，开关用于控制对应的电芯模组是否进行充放电。也就是说，开关的通断能控制对应的电芯模组是否投入使用。而开关的通断是由电池管理系统直接控制的。优选地，开关为MOS管或继电器，根据电平高低来控制通断。
作为上述方案的改进，每个所述电芯模组的串数均相同。
具体地，每个电芯模组的串数均相同。也就是说，每个电芯模组的串数必须相同，但并数可以不同，容量也可以不同。当电芯模组为nSxP，表示的是该电芯模组的串数为n，并数为x，则另一电芯模组为nSyP。
参见图4，是本发明该实施例提供的一种内置的多电池并联管理系统的管理方法的流程示意图，所述管理方法由主控电池管理系统执行，所述方法包括步骤S1至步骤S3：
S1、向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令；
S2、接收其他电池管理系统的返回的电压信息，以及获取所述主控电池管理系统对应的电芯模组的电压信息；
S3、判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第一阈值；
S4、若是，向所述主控电池管理系统和其他电池管理系统发送均衡放电指令，控制每个电芯模组均衡放电；
S5、若否，向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电。
具体地，该实施例对应的是放电过程，一般情况下，每个电池模组默认不对外输出。在需要对外放电时，主控电池管理系统向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令；其他电池管理系统接收到采集电压指令后，开始采集对应电芯模组的电压，然后将电压发送给主控电池管理系统。
主控电池管理系统接收其他电池管理系统的返回的电压信息，以及获取主控电池管理系统对应的电芯模组的电压信息。
获取每个电池模组的电压后，判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第一阈值；
若是，向主控电池管理系统和其他电池管理系统发送均衡放电指令，控制每个电芯模组均衡放电；
若否，向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电。
例如，当多电池并联管理系统只包括电池模组A和电池模组B，当电池模组A的电压高于电池模组B时，控制电池模组A对外输出，电池模组B此时处于关闭状态。当电池模组B的电压高于电池模组A时，控制电池模组B对外输出，电池模组A此时处于关闭状态。当电池模组A和电池模组B之间的压差小于第一阈值时，控制电池模组A和电池模组B均衡输出。
作为上述方案的改进，所述向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电，具体包括：
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；
若是，则向电压较高的电池管理系统发送电压调节指令，以降低对应的电芯模组的电压，实现与其他电芯模组均衡放电；
若否，则向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电。
具体地，因为每个电池模组内设有均衡调节机制，在电池模组间的压差相差不大时，可以进行微调，以使压差降至更小，从而实现电池模组间均衡。下面就是判断是否能进行电池模组内部的均衡微调的过程：
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第二阈值；其中，第二阈值大于第一阈值；
若是，则向电压较高的电池管理系统发送电压调节指令，以降低对应的电芯模组的电压，实现与其他电芯模组均衡放电。电池管理系统在接收到电压调节指令时，启动自身的均衡调节机制，进行pack均衡，利用电阻放电或DC-DC放电，从而降低电压，使电压差减少，达到可以与其他电池模组均衡放电。
若否，则向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电。当压差太大，电池模组自身的均衡调节机制无法克服时，则进入单电池工作模式，控制高电压的电池模组对外放电。
为了加深对本发明的理解，参见图5，是本发明该实施例提供的一种内置的多电池并联管理系统的管理方法的简化流程示意图。由图5可知，先判断是否可以均衡输出，不能的话再判断是否能均衡调节，再不能的话就控制单电池工作。
作为上述方案的改进，在所述向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令之前，还包括：
扫描检测所有电池模组，判断能投入使用的电池模组的数量是否大于1；
若是，则继续向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令，并根据接收到的电压信息对所述多电池并联管理系统进行管理；
若否，则控制所述多电池并联管理系统进入单电池工作模式。
具体地，扫描检测所有电池模组，即向多电池并联管理系统中的所有电池模组发送检测指令，判断应答的电池模组的数量是否大于1，这是为了判断能投入工作的电池模组数量，若只有一个，则无需进行后续一系列的判断流程，直接进入单电池工作模式。
若是，则继续向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令，并根据接收到的电压信息对所述多电池并联管理系统进行管理。即当应答的电池模组的数量超过一个，需要进行本发明的图4的流程。
若否，则控制多电池并联管理系统进入单电池工作模式。因为此时系统中只有一个电池模组能使用。
参见图6，是本发明该实施例提供的一种电池管理系统的管理方法的流程示意图，所述管理方法由主控电池管理系统执行，所述方法包括步骤T1至步骤T5：
T1、向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令；
T2、接收其他电池管理系统的返回的电压信息，以及获取所述主控电池管理系统对应的电芯模组的电压信息；
T3、判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第三阈值；
T4、若是，向所述主控电池管理系统和其他电池管理系统发送均衡充电指令，控制每个电芯模组均衡充电；
T5、若否，向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电。
具体地，该实施例对应的是充电过程，一般情况下，每个电池模组默认不对内进行充电。在需要对内充电时，主控电池管理系统向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令；其他电池管理系统接收到采集电压指令后，开始采集对应电芯模组的电压，然后将电压发送给主控电池管理系统。
主控电池管理系统接收其他电池管理系统的返回的电压信息，以及获取主控电池管理系统对应的电芯模组的电压信息。
获取每个电池模组的电压后，判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第三阈值；
若是，向主控电池管理系统和其他电池管理系统发送均衡放电指令，控制每个电芯模组均衡充电；若否，向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电。
例如，当多电池并联管理系统只包括电池模组A和电池模组B，当电池模组A的电压高于电池模组B时，控制电池模组B进行充电，电池模组A此时处于关闭状态。当电池模组B的电压高于电池模组A时，控制电池模组A进行充电，电池模组B此时处于关闭状态。当电池模组A和电池模组B之间的压差小于第三阈值时，控制电池模组A和电池模组B均衡充电。
作为上述方案的改进，所述向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电，具体包括：
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第四阈值；其中，所述第四阈值大于所述第三阈值；
若是，则向电压较高的第二电池管理系统发送电压调节指令，以降低对应的电芯模组的电压，实现与其他电芯模组均衡充电；
若否，则向电压较低的第二电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电。
具体地，因为每个电池模组内设有均衡调节机制，在电池模组间的压差相差不大时，可以进行微调，以使压差降至更小，从而实现电池模组间均衡。下面就是判断是否能进行电池模组内部的均衡微调的过程：
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第四阈值；其中，第四阈值大于第三阈值；
若是，则向电压较高的电池管理系统发送电压调节指令，以降低对应的电芯模组的电压，实现与其他电芯模组均衡充电。电池管理系统在接收到电压调节指令时，启动自身的均衡调节机制，进行pack均衡，利用电阻放电或DC-DC放电，从而降低电压，使电压差减少，达到可以与其他电池模组均衡充电。
若否，则向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电。当压差太大，电池模组自身的均衡调节机制无法克服时，则进入单电池工作模式，控制低电压的电池模组对内充电。
综上，本发明实施例所提供的一种内置的多电池并联管理系统及其管理方法，通过取消肖特基二极管，并在原有的电池管理系统中选择一个主控电池管理系统，以对每个电池模组进行统一管理，有效降低电路功耗和减少发热，从而提高电池效率。该发明的设计较为简单，不需要额外配置设备，只需要在原来设备的基础进行程序改进，易于操作。本发明能适应于多种工作场景，例如单电池模组、两个电压不匹配的电池模组、使用过程中增加新的电池模组和任意减少电池模组等，灵活方便、可以达到智能管理的目的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内置的多电池并联管理系统，其特征在于，包括至少两个并联的电池模组；每个所述电池模组均包括一个电池管理系统和一个电芯模组；每个电池管理系统之间相互通信连接；每个电池管理系统用于管理对应的电池模组，且其中有一个电池管理系统被设置为主控电池管理系统，用于管理其他电池管理系统。
2.如权利要求1所述的内置的多电池并联管理系统，其特征在于，每个电池管理系统被配置有对应的标识码；其中，所述主控电池管理系统的标识码与其他电池管理系统的标识码不同。
3.如权利要求1所述的内置的多电池并联管理系统，其特征在于，每个所述电池模组均设有均衡控制模块，用于调节所述电池模组的电压，以与其他电池模组达到均衡充放电。
4.如权利要求1所述的内置的多电池并联管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括开关，所述开关用于控制对应的电芯模组是否进行充放电。
5.如权利要求1所述的内置的多电池并联管理系统，其特征在于，每个所述电芯模组的串数均相同。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的内置的多电池并联管理系统的管理方法，所述管理方法由主控电池管理系统执行，其特征在于，包括：
向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令；
接收其他电池管理系统的返回的电压信息，以及获取所述主控电池管理系统对应的电芯模组的电压信息；
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第一阈值；
若是，向所述主控电池管理系统和其他电池管理系统发送均衡放电指令，控制每个电芯模组均衡放电；
若否，向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电。
7.如权利要求6所述的内置的多电池并联管理系统的管理方法，其特征在于，所述向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电，具体包括：
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；
若是，则向电压较高的电池管理系统发送电压调节指令，以降低对应的电芯模组的电压，实现与其他电芯模组均衡放电；
若否，则向电压较高的电池管理系统发送放电指令，控制对应的电芯模组对外放电。
8.如权利要求6所述的内置的多电池并联管理系统的管理方法，其特征在于，在所述向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令之前，还包括：
扫描检测所有电池模组，判断能投入使用的电池模组的数量是否大于1；
若是，则继续向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令，并根据接收到的电压信息对所述多电池并联管理系统进行管理；
若否，则控制所述多电池并联管理系统进入单电池工作模式。
9.一种如权利要求1至5任一项所述的内置的多电池并联管理系统的管理方法，所述管理方法由主控电池管理系统执行，其特征在于，包括：
向其他电池管理系统发送采集电芯模组的电压信息的指令；
接收其他电池管理系统的返回的电压信息，以及获取所述主控电池管理系统对应的电芯模组的电压信息；
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第三阈值；
若是，向所述主控电池管理系统和其他电池管理系统发送均衡充电指令，控制每个电芯模组均衡充电；
若否，向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电。
10.如权利要求9所述的内置的多电池并联管理系统的管理方法，其特征在于，所述向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电，具体包括：
判断任意两个电芯模组之间的压差是否小于预设的第四阈值；其中，所述第四阈值大于所述第三阈值；
若是，则向电压较高的电池管理系统发送电压调节指令，以降低对应的电芯模组的电压，实现与其他电芯模组均衡充电；
若否，则向电压较低的电池管理系统发送充电指令，控制对应的电芯模组进行充电。
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