CN113746175B - 锂电池并联管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂电池并联管理系统。该系统包括至少两节并联的锂电池，至少两个电池管理模块以及至少两个乔合里连接器；各所述电池管理模块之间通讯连接；所述锂电池透过所述乔合里连接器与一带有乔合里连接器的充电器或负载连接以实现充放电；各所述电池管理模块被配置为透过各自的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；或透过所述乔合里连接器判断是否有新的锂电池接入机位。本申请通过增加新的接口(乔合里连接器)来完成主从电池管理模块及新电池并机的判断，使得本申请的并联管理系统能够在电池管理模块彼此之间的通讯掉线的情况下，也能处理并机问题，从而保证电池的安全性。此外，一种锂电池管理方法也被提出。

Description

锂电池并联管理系统及方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种锂电池并联管理系统及方法。
背景技术
由于锂电池具有能量密度高，使用寿命长，额定电压高等优点。使之广泛应用与各个领域。以当下火热的新能源汽车领域为例，无不是采用锂电池作为解决续航里程的重要手段。
但是由于锂电池的单节电池电压较低，所以多数锂电池的应用均是将多个锂电池串联或并联而成。为了使各串联或并联后的锂电池正常工作，因此特别设计了电池管理系统(BMS)来控制锂电池的充放电。
以电动摩托车领域为例，其锂电池主要采用并联方式，且会相应配备专门的并联管理系统，且系统与系统之间基本采用通讯连接的方式来识别电池电压，然后判断电池电压的高低来智能调节电池的使用。虽然在理想条件下，可以较好的控制电池的工作，达到增加容量，延时使用的目的。但当各系统之间的通讯线掉线时，并机(接入新的锂电池)会造成致命缺陷，如电压低的电池会被高电压电池反灌电流，从而产生极大的安全隐患。
因此，如何解决上述各系统之间通讯线掉线时，并机所造成的极大安全隐患的问题是亟需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种锂电池并联管理系统，该系统可以包括至少两节并联的锂电池，至少两个电池管理模块以及至少两个乔合里连接器；各所述电池管理模块之间通讯连接；
其中，每一锂电池对应透过一电池管理模块与一乔合里连接器连接；所述锂电池透过所述乔合里连接器与一带有乔合里连接器的充电器或负载连接以实现充放电；
各所述电池管理模块被配置为在所述锂电池一端的乔合里连接器与所述充电器或负载一端的乔合里连接器连接时，透过各自的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；或
透过所述乔合里连接器判断是否有新的锂电池接入机位。
上述锂电池并联管理系统，通过在原有电池管理模块的基础上，新增一个乔合里连接器，同时，电池管理模块配置为在所述锂电池一端的乔合里连接器与所述充电器或负载一端的乔合里连接器连接时，透过各自的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；或透过所述乔合里连接器判断是否有新的锂电池接入机位。也即是说，相对于传统的并机方案，本申请通过增加新的接口(乔合里连接器)来完成主从电池管理模块及新电池并机的判断，使得本申请的并联管理系统在电池管理模块彼此之间的通讯掉线的情况下，也能处理并机问题，从而保证电池的安全性。
在其中一个实施例中，所述锂电池并联管理系统包括两个并联的锂电池，两个电池管理模块以及两个乔合里连接器；或
所述锂电池并联管理系统包括三个并联的锂电池，三个电池管理模块以及三个乔合里连接器。
在其中一个实施例中，所述乔合里连接器包括一个主机引脚和至少一个从机引脚；
所述主电池管理模块和从电池管理模块的确认是依照所述主机引脚和所述从机引脚的电平高低进行确认。
在其中一个实施例中，所述充电器或负载一端与主电池管理模块连接的乔合里连接器的主机引脚接高电平，从机引脚接低电平；
所述充电器或负载一端与从电池管理模块连接的乔合里连接器的主机引脚接低电平，从机引脚接高电平。
在其中一个实施例中，所述主电池管理模块被配置为向各所述从电池管理模块发送查询请求，各所述从电池管理模块基于该查询请求向主电池管理模块反馈各自的查询信息。
在其中一个实施例中，所述查询信息包括与从电池管理模块连接之锂电池的电池电压；
所述主电池管理模块还被配置为依照反馈的电池电压高低决定各锂电池的开关顺序。
在其中一个实施例中，所述主电池管理模块被配置为判断主从电池管理模块之间的通讯是否出现故障，并在判断其中一个从电池管理模块存在通讯故障时，关闭该从电池管理模块所连接之锂电池的充放电开关；或
在判断该主电池管理模块存在通讯故障时，关闭整个锂电池并联管理系统的输出。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种锂电池并联管理方法，基于一种锂电池并联管理系统，该锂电池并联管理系统包括至少两节并联的锂电池，至少两个电池管理模块以及至少两个乔合里连接器，所述方法包括：
判断当前锂电池管理系统是否接入负载或充电器；
响应于当前锂电池管理系统接入负载或充电器，则各所述电池管理模块透过各自连接的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；以及
响应于确认主电池管理模块和从电池管理模块，则由所述主电池管理模块向从电池管理模块发送查询请求，从电池管理模块基于该查询请求向主电池管理模块反馈各自的查询信息。
在其中一个实施例中，所述查询信息包括与从电池管理模块连接之锂电池的电池电压，所述方法还包括：
所述主电池管理模块依照反馈的包括电池电压的查询信息决定各锂电池的开关顺序。
在其中一个实施例中，所述决定各锂电池的开关顺序之步骤，包括：
获取并联的各锂电池的电池电压之间的差值；
判断该差值是否小于第一预设阈值或是否大于第二预设阈值；
响应于该差值小于第一预设阈值，则控制并联的各锂电池同时打开；以及
响应于该差值大于第二预设阈值，则控制并联的各锂电池中电池电压较低者关闭；或，控制并联的各锂电池中电池电压较高者关闭。
上述锂电池并联管理方法，通过判断当前锂电池管理系统是否接入负载或充电器；然后再当前锂电池管理系统接入负载或充电器时，各所述电池管理模块透过各自连接的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；以及确认主电池管理模块和从电池管理模块后，再经由所述主电池管理模块向从电池管理模块发送查询请求，从电池管理模块基于该查询请求向主电池管理模块反馈各自的查询信息。也即是说，本申请通过增加新的接口(乔合里连接器)来完成主从电池管理模块及新电池并机的判断及信息的查询，使得本申请的并联管理系统在电池管理模块彼此之间的通讯掉线的情况下，也能处理并机问题，从而保证电池的安全性。
附图说明
图1为一实施例中的锂电池并联管理系统的模块示意图；
图2为另一实施例中的锂电池并联管理系统的模块示意图；
图3为一实施例中的锂电池并联管理方法的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
如本申请背景技术中所描述的，电动摩托车领域的锂电池主要采用并联方式，且会相应配备专门的并联管理系统，且系统与系统之间基本采用通讯连接的方式来识别电池电压，然后判断电池电压的高低来智能调节电池的使用。虽然在理想条件下，可以较好的控制电池的工作，达到增加容量，延时使用的目的。但当各系统之间的通讯线掉线时，并机(接入新的锂电池)会造成致命缺陷，如电压低的电池会被高电压电池反灌电流，从而产生极大的安全隐患。
基于此，本申请希望提供一种新的方案，以解决前述所记载的技术问题，其具体构成将在后续实施例中得以详细阐述。
本申请的锂电池并联管理系统可以包括至少两节并联的锂电池，至少两个电池管理模块以及至少两个乔合里连接器。
具体地，所述锂电池并联管理系统可以包括两个并联的锂电池，两个电池管理模块以及两个乔合里连接器。电池管理模块也称为电池管理系统，或简称为BMS，其所具有的功能或控制逻辑与现有技术中的相同，在此不作赘述。
或者，所述锂电池并联管理系统可以包括三个并联的锂电池，三个电池管理模块以及三个乔合里连接器。本申请在此不作特别限定，可依照实际状况进行设置。
各所述电池管理模块之间通讯连接，示例性地，各电池管理模块之间可以透过CAN通讯协议实现通讯连接，可以理解，还可以采用其他通讯连接方式。
其中，每一锂电池对应透过一电池管理模块与一乔合里连接器连接；所述锂电池透过所述乔合里连接器与一带有乔合里连接器的充电器或负载连接以实现充放电，也即是说，由于本申请在电池一端增加了乔合里连接器，为了实现通讯，也在负载或充电器一端，同样增加了乔合里连接器。
各所述电池管理模块被配置为在所述锂电池一端的乔合里连接器与所述充电器或负载一端的乔合里连接器连接时，透过各自的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；
或者，透过所述乔合里连接器判断是否有新的锂电池接入机位。
具体地，如何判断主电池管理模块或从电池管理模块及新的锂电池接入机位会在后续的实施例中进行描述。
上述锂电池并联管理系统，通过在原有电池管理模块的基础上，新增一个乔合里连接器，同时，电池管理模块配置为在所述锂电池一端的乔合里连接器与所述充电器或负载一端的乔合里连接器连接时，透过各自的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；或透过所述乔合里连接器判断是否有新的锂电池接入机位。也即是说，相对于传统的并机方案，本申请通过增加新的接口(乔合里连接器)来完成主从电池管理模块及新电池并机的判断，使得本申请的并联管理系统在电池管理模块彼此之间的通讯掉线的情况下，也能处理并机问题，从而保证电池的安全性。
如图1所示，为并联管理系统的一种实施方式，该系统采用两节并联锂电池、两个电池管理模块以及两个乔合里连接器之情况。其中，为了便于区分和描述，将锂电池一端的两节锂电池分别记为锂电池112和锂电池122；两个电池管理模块分别记为电池管理模块114和电池管理模块124；两个乔合里连接器分别记为乔合里连接器J1和乔合里连接器J3。将充电器一端的两个乔合里连接器分别记为乔合里连接器J2和乔合里连接器J4。充电器记为20，负载记为30。可以理解地，当锂电池接通充电器时，电池处于充电状态，当锂电池接通负载时，电池处于放电状态。如图1所示，电池管理模块114和电池管理模块124分别至少包括六个引脚，该六个引脚分别是HOST脚，SLAVE1脚，SLAVE2脚，CANH脚，CANL脚和LOCK脚，各引脚的含义与本领域中的含义相同，比如，HOST脚为主机引脚，SLAVE1和SLAVE2脚为从机引脚，CANH和CANL脚为通讯引脚，LOCK为锁止引脚。相应地，为了实现本申请前述所描述的目的，请继续参照图1，乔合里连接器J1和乔合里连接器J3可以包括一个主机引脚和至少一个从机引脚；图1中，举例了2个从机引脚的示例。同时，图2中的乔合里连接器J1、J3包括八个引脚，除了包括前述电池管理模块114和124的六个引脚外，还包括2个供电引脚，B+/P+脚和P-脚。
进一步地，所述充电器或负载一端与主电池管理模块连接的乔合里连接器的主机引脚接高电平，从机引脚接低电平；所述充电器或负载一端与从电池管理模块连接的乔合里连接器的主机引脚接低电平，从机引脚接高电平。
具体地，可继续参阅图1，在电池端，电池管理模块114与乔合里连接器J3连接，电池管理模块114与乔合里连接器J3连接。具体地，电池管理模块114的各个引脚(HOST脚，SLAVE1脚，SLAVE2脚，CANH脚，CANL脚和LOCK脚)分别与乔合里连接器J3的各个引脚(HOST脚，SLAVE1脚，SLAVE2脚，CANH脚，CANL脚和LOCK脚)对应连接。同理，电池管理模块124的各个引脚也与乔合里连接器J1的各个引脚对应连接。乔合里连接器J1、J3的供电引脚分别与锂电池112、122的连接。
继续参照图1，在充电器端，乔合里连接器J4、J2的供电引脚分别接在充电器20和负载30的两端。乔合里连接器J4、J2的通讯引脚互相连接，乔合里连接器J4的主机引脚HOST接B+/P+(高电平)，从机引脚SLAVE1、2不接或接低电平。乔合里连接器J2的主机引脚HOST不接或接低电平，从机引脚SLAVE1或SLAVE2接B+/P+(高电平)。
基于前面对乔合里连接器、电池管理模块、充电器、负载之间各引脚的描述，主电池管理模块和从电池管理模块的确认就可以依照所述主机引脚和所述从机引脚的电平高低进行确认。例如，当锂电池112一端的乔合里连接器J3接入充电器20一端的乔合里连接器J4时，乔合里连接器J4的上拉到锂电池112的B+电平，而乔合里连接器J4的HOST脚与B+/P+脚连接，故也是B+电平。因乔合里连接器J3与乔合里连接器J4相连，使得乔合里连接器J3的HOST脚也是高电平B+。如此，电池管理模块114识别到乔合里连接器J3的HOST脚为高电平后，就默认为该电池管理模块114为主电池管理模块。同理，电池管理模块124识别到SLAVE1脚为高电平后，则默认为是从电池管理模块。
在一个实施例中，在前述确认主电池管理模块和从电池管理模块后，主电池管理模块就可以基于CAN通讯，向各从电池管理模块发送查询请求，各从电池管理模块基于该查询请求向主电池管理模块反馈各自的查询信息。
进一步地，所述查询信息可以包括与从电池管理模块连接之锂电池的电池电压。例如，依照前述实施例确定的从电池管理模块124，连接的锂电池122的电池电压。
主电池管理模块还被配置为依照反馈的电池电压高低决定各锂电池的开关顺序。
具体地，该决定各锂电池的开关顺序的方法相应会在后续方法实施例中描述，在此不作赘述。
在一个实施例中，所述主电池管理模块被配置为判断主从电池管理模块之间的通讯是否出现故障，并在判断其中一个从电池管理模块存在通讯故障时，关闭该从电池管理模块所连接之锂电池的充放电开关；或
在判断该主电池管理模块存在通讯故障时，关闭整个锂电池并联管理系统的输出。
具体地，所述主电池管理模块判断主从电池管理模块之间的通讯是否出现故障可以是通过CAN向各从电池管理模块发送通讯信号，未收到主电池管理模块发送的通讯信号的从机则判断为故障，相应关掉该路锂电池的充放电(充电时，输出LOCK信号；放电时，关闭开关SW)。
在一个实施例中，可参阅图2，为本申请所提供的另一实施例的锂电池并联管理系统的模块示意图。该实施例下的系统与前一实施例的区别在于锂电池的并联数量、电池管理模块的数量以及乔合里连接器的数量不同，所产生的有益效果就是有一个主电池管理模块和两个从电池管理模块。而相应的控制、识别及通讯逻辑均相同，因此，针对相应的控制、识别及通讯逻辑部分可参照前述的进行理解，在此不作赘述。
上述管理系统，在有主电池管理模块存在的情况下，锂电池可以单个使用(仅限于主电池管理模块)，以使本申请的系统既可以支持在机位充电(单电池和多电池)，也支持电池单独外置充电(根据主从机位识别和通讯识别)。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种锂电池并联管理方法，可参阅图3，本申请的管理方法基于一种锂电池并联管理系统，该系统可以是图1中所示的系统，也可以是图2中所示的系统。也即是说，该锂电池并联管理系统可以包括至少两节并联的锂电池，至少两个电池管理模块以及至少两个乔合里连接器，相应的系统部分可参照图1或图2。该方法包括步骤S100-S300。
步骤S100，判断当前锂电池管理系统是否接入负载或充电器。
具体地，可通过获取相应锂电池一端的乔合里连接器中PIN脚的电平高低来判断是否接入负载或充电器。
步骤S200，响应于当前锂电池管理系统接入负载或充电器，则各所述电池管理模块透过各自连接的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块。
具体地，该判断步骤，可以参照前述的实施例进行理解，在此不作赘述。
步骤S300，响应于确认主电池管理模块和从电池管理模块，则由所述主电池管理模块向从电池管理模块发送查询请求，从电池管理模块基于该查询请求向主电池管理模块反馈各自的查询信息。
具体地，该主从电池管理模块之间的通讯步骤，可以参照前述的实施例进行理解，在此不作赘述。
上述锂电池并联管理方法，通过判断当前锂电池管理系统是否接入负载或充电器；然后再当前锂电池管理系统接入负载或充电器时，各所述电池管理模块透过各自连接的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；以及确认主电池管理模块和从电池管理模块后，再经由所述主电池管理模块向从电池管理模块发送查询请求，从电池管理模块基于该查询请求向主电池管理模块反馈各自的查询信息。也即是说，本申请通过增加新的接口(乔合里连接器)来完成主从电池管理模块及新电池并机的判断及信息的查询，使得本申请的并联管理系统在电池管理模块彼此之间的通讯掉线的情况下，也能处理并机问题，从而保证电池的安全性。
在一个实施例中，所述查询信息包括与从电池管理模块连接之锂电池的电池电压，本申请的管理方法还包括：
所述主电池管理模块依照反馈的包括电池电压的查询信息决定各锂电池的开关顺序。
进一步地，所述决定各锂电池的开关顺序之步骤，可以包括：
获取并联的各锂电池的电池电压之间的差值。
以图2中的锂电池212，锂电池222，锂电池232为例，所获取的差值，应当包括锂电池212，锂电池222之间的差值；锂电池212，锂电池232之间的差值和锂电池232，锂电池222之间的差值。
判断该差值是否小于第一预设阈值或是否大于第二预设阈值；
响应于该差值小于第一预设阈值，则控制并联的各锂电池同时打开；以及
响应于该差值大于第二预设阈值，则控制并联的各锂电池中电池电压较低者关闭；或，控制并联的各锂电池中电池电压较高者关闭。
具体地，由于锂电池会有充/放电两种状态，故，依照充/放电状态的不同，相应会有不同的开关锂电池顺序。
例如，当主电池管理模块通过CAN通讯读取从电池管理模块的电池信息及状态，然后分别获取各锂电池之间的电压差，并判定该些电压差小于第一预设阈值(可依照现有技术进行确定和调整)，则不管当前锂电池是充电或放电，只需使并联的电池同时打开，也即是让并联的电池同时充电或同时放电。
但是，当判定该些电压差大于第一预设阈值(可依照现有技术进行确定和调整)时，将要区分当前锂电池是处于充电状态还是放电状态。放电状态下，则需要关闭电压低的锂电池(主电池管理模块通过发送命令的形式来执行，主电池管理模块所连接的锂电池的电压低则关闭该锂电池电池，反之，则关从电池管理模块所连接的锂电池)，由电压高的锂电池对外供电。充电状态下，关闭电压高的锂电池(控制逻辑与放电类似)，先给电压低的锂电池充电，保证先给电压低的锂电池充电。
当带有电池管理模块和乔合里连接器的锂电池单独外置的时候，因为没有通讯，也没有主从机信号，那么电池管理模块就会判定该锂电池处于外置状态，那么仅需使用与该种锂电池适配的专用充电器(带乔合里连接器)直接充电即可。从而实现了单电池的外置使用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种锂电池并联管理系统，其特征在于，包括至少两节并联的锂电池，至少两个电池管理模块以及至少两个乔合里连接器；各所述电池管理模块之间通讯连接；
其中，每一锂电池对应透过一电池管理模块与一乔合里连接器连接；所述锂电池透过所述乔合里连接器与一带有乔合里连接器的充电器或负载连接以实现充放电；
各所述电池管理模块被配置为在所述锂电池一端的乔合里连接器与所述充电器或负载一端的乔合里连接器连接时，透过各自的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；或
透过所述乔合里连接器判断是否有新的锂电池接入机位；
所述乔合里连接器包括一个主机引脚和至少一个从机引脚；
所述主电池管理模块和从电池管理模块的确认是依照所述主机引脚和所述从机引脚的电平高低进行确认。
2.根据权利要求1所述的锂电池并联管理系统，其特征在于，所述锂电池并联管理系统包括两个并联的锂电池，两个电池管理模块以及两个乔合里连接器；或
所述锂电池并联管理系统包括三个并联的锂电池，三个电池管理模块以及三个乔合里连接器。
3.根据权利要求1所述的锂电池并联管理系统，其特征在于，所述充电器或负载一端与主电池管理模块连接的乔合里连接器的主机引脚接高电平，从机引脚接低电平；
所述充电器或负载一端与从电池管理模块连接的乔合里连接器的主机引脚接低电平，从机引脚接高电平。
4.根据权利要求1所述的锂电池并联管理系统，其特征在于，所述主电池管理模块被配置为向各所述从电池管理模块发送查询请求，各所述从电池管理模块基于该查询请求向主电池管理模块反馈各自的查询信息。
5.根据权利要求4所述的锂电池并联管理系统，其特征在于，所述查询信息包括与从电池管理模块连接之锂电池的电池电压；
所述主电池管理模块还被配置为依照反馈的电池电压高低决定各锂电池的开关顺序。
6.根据权利要求1所述的锂电池并联管理系统，其特征在于，所述主电池管理模块被配置为判断主从电池管理模块之间的通讯是否出现故障，并在判断其中一个从电池管理模块存在通讯故障时，关闭该从电池管理模块所连接之锂电池的充放电开关；或
在判断该主电池管理模块存在通讯故障时，关闭整个锂电池并联管理系统的输出。
7.一种锂电池并联管理方法，基于一种锂电池并联管理系统，该锂电池并联管理系统包括至少两节并联的锂电池，至少两个电池管理模块以及至少两个乔合里连接器，其特征在于，所述方法包括：
判断当前锂电池管理系统是否接入负载或充电器；
响应于当前锂电池管理系统接入负载或充电器，则各所述电池管理模块透过各自连接的乔合里连接器确认主电池管理模块和从电池管理模块；其中，所述主电池管理模块和从电池管理模块的确认是依照所述乔合里连接器的主机引脚和从机引脚的电平高低进行确认；以及
响应于确认主电池管理模块和从电池管理模块，则由所述主电池管理模块向从电池管理模块发送查询请求，从电池管理模块基于该查询请求向主电池管理模块反馈各自的查询信息。
8.根据权利要求7所述的锂电池并联管理方法，其特征在于，所述查询信息包括与从电池管理模块连接之锂电池的电池电压，所述方法还包括：
所述主电池管理模块依照反馈的包括电池电压的查询信息决定各锂电池的开关顺序。
9.根据权利要求8所述的锂电池并联管理方法，其特征在于，所述决定各锂电池的开关顺序之步骤，包括：
获取并联的各锂电池的电池电压之间的差值；
判断该差值是否小于第一预设阈值或是否大于第二预设阈值；
响应于该差值小于第一预设阈值，则控制并联的各锂电池同时打开；以及
响应于该差值大于第二预设阈值，则控制并联的各锂电池中电池电压较低者关闭；或，控制并联的各锂电池中电池电压较高者关闭。
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