CN113937865A - 一种电池管理系统及供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池管理系统及供电系统，该电池管理系统包括：检测模块、控制模块、防倒灌模块、接口模块、放电开关模块，接口模块包括电池接口、充电接口和负载接口，其中：检测模块获取通过接口模块的所有参数信息并发送给控制模块；电池接口与充电接口通过防倒灌模块连接；电池接口与负载接口通过放电开关模块连接；充电接口与负载接口直接连接；放电开关模块接收控制模块的控制信息并响应。本申请利用控制模块根据检测模块获取的参数信息，控制防倒灌模块和放电开关模块的通断状态，从而实现了对电池组的充放电状态的有效控制，保证了电池接口与负载接口、充电接口之间的可靠通断。

Description

一种电池管理系统及供电系统

技术领域

本发明涉及助航灯供电领域，特别涉及一种电池管理系统及供电系统。

背景技术

助航灯应用于军用永备机场、野战机场、民用机场和临时应急跑道，作为助航灯光保障，在特殊环境下引导飞机起飞或降落，是现代机场夜间飞行应急保障不可缺少的设备。

目前，助航灯的供电电源多采用储能电池组，由于储能电池组的电能有限，需要外部对其充电，也即电池管理装置上设有外部充电口与电池组的电源端连接，在电池充电的过程中同时还要考虑助航灯的供电电源保障，因此电池管理装置上通常设有外部充电口与助航灯的供电端直接连接，如此一来，在外部充电口无充电机连接时，电池组将通过与外部充电口的连接通路直接向助航灯供电，该供电通路无法关断，容易造成电池持续放电，导致电能浪费，对电池寿命造成影响。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可有效控制内部连接通路的电池管理系统及供电系统。其具体方案如下：

一种电池管理系统，包括：检测模块、控制模块、防倒灌模块、接口模块、放电开关模块，所述接口模块包括电池接口、充电接口和负载接口，其中：

所述检测模块获取通过所述接口模块的所有参数信息并发送给所述控制模块；

所述电池接口与所述充电接口通过所述防倒灌模块连接；

所述电池接口与所述负载接口通过所述放电开关模块连接；

所述充电接口与所述负载接口直接连接；

所述放电开关模块接收所述控制模块的控制信息并响应。

优选的，所述充电接口包括慢充接口和/或快充接口；

所述慢充接口对应的所述防倒灌模块为二极管；

所述快充接口对应的所述防倒灌模块为快充控制开关。

优选的，当所述充电接口包括所述慢充接口和所述快充接口，所述电池管理系统还包括旁路开关和旁路动作模块，所述旁路开关的两端分别与所述慢充接口和所述快充接口连接，所述旁路动作模块接收所述检测模块的所有所述参数信息并向所述旁路开关发出旁路控制信号。

优选的，所述旁路开关具体为LDO电路或DCDC电路。

优选的，所述接口模块还包括与所述控制模块连接的通讯接口。

优选的，所述电池管理系统还包括：

复位接口，用于向所述控制模块发送复位信号。

优选的，所述检测模块包括：电流检测单元、电压检测单元和温度检测单元。

优选的，所述控制模块包括：

根据所有所述参数信息发出控制信号的控制器；

接收所述控制信号并向对应的所述防倒灌模块和/或所述放电开关模块发送驱动信号的驱动电路。

优选的，所述控制模块还包括与所述控制器连接的计时器。

相应的，本申请公开了一种供电系统，包括：

如上文任一项所述电池管理系统；

与所述电池管理系统的电池接口连接的电池组。

本申请公开了一种电池管理系统，包括：检测模块、控制模块、防倒灌模块、接口模块、放电开关模块，所述接口模块包括电池接口、充电接口和负载接口，其中：所述检测模块获取通过所述接口模块的所有参数信息并发送给所述控制模块；所述电池接口与所述充电接口通过所述防倒灌模块连接；所述电池接口与所述负载接口通过所述放电开关模块连接；所述充电接口与所述负载接口直接连接；所述放电开关模块接收所述控制模块的控制信息并响应。本申请利用控制模块根据检测模块获取的参数信息，控制防倒灌模块和放电开关模块的通断状态，从而实现了对电池组的充放电状态的有效控制，保证了电池接口与负载接口、充电接口之间的可靠通断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种电池管理系统的结构分布图；

图2为本发明实施例中一种具体的电池管理系统的结构分布图；

图3为本发明实施例中一种供电系统的结构分布图。

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做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。

目前，助航灯的供电电源多采用储能电池组，由于储能电池组的电能有限，需要外部对其充电，也即电池管理装置上设有外部充电口与电池组的电源端连接，在电池充电的过程中同时还要考虑助航灯的供电电源保障，因此电池管理装置上通常设有外部充电口与助航灯的供电端直接连接，如此一来，在外部充电口无充电机连接时，电池组将通过与外部充电口的连接通路直接向助航灯供电，该供电通路无法关断，容易造成电池持续放电，导致电能浪费，对电池寿命造成影响。

本申请利用控制模块根据检测模块获取的参数信息，控制防倒灌模块和放电开关模块的通断状态，从而实现了对电池组的充放电状态的有效控制，保证了电池接口与负载接口、充电接口之间的可靠通断。

本发明实施例公开了一种电池管理系统，参见图1所示，包括：检测模块1、控制模块2、防倒灌模块3、接口模块、放电开关模块4，接口模块包括电池接口01、充电接口02和负载接口03，其中：

检测模块1获取通过接口模块的所有参数信息并发送给控制模块2；

电池接口01与充电接口02通过防倒灌模块3连接；

电池接口01与负载接口03通过放电开关模块4连接；

充电接口02与负载接口03直接连接；

放电开关模块4接收控制模块2的控制信息并响应。

可以理解的是，电池接口01与外部电池组连接，该电池组通常包括多个串联和/或并联的单体电芯，例如单体电芯可选2.4V/1300mAh的钛酸锂单体电芯，通过4并10串的连接方式可构成24V/5.2Ah的钛酸锂电池组；单体电芯也可选择2.4V/1500mAh的钛酸锂单体电芯，通过2并10串的连接方式可构成24V/3Ah的电池组。钛酸锂电池组具有高倍率、低温性能好、循环寿命长的特点，其循环寿命大于等于7000次，在-40℃下放电容量可达80％额定容量，同时具有优异的高倍率放电特性，瞬间电流可达20C。

可以理解的是，充电接口02用于与外部充电机连接，并联合防倒灌模块3、电池接口01实现对电池组的充电，根据充电机的类型选择，充电接口02包括慢充接口和/或快充接口；相应的，不同充电接口02可选择不同的防倒灌模块3，例如慢充接口对应的防倒灌模块可选择具有单向导电性的二极管，二极管的具体连接方式根据慢充接口和电池接口01之间的电流流向决定，要求确保该通路上只能向电池组充电、不能由电池组给负载供电即可；但快充接口通过的电流较大，考虑二极管体积和散热，防倒灌模块不能选择二极管，只能选择对应的防倒灌模块3为快充控制开关，由控制模块2控制快充控制开关在快充接口外接有充电机时导通，控制快充控制开关在快充接口无外接充电机时断开，从而实现了该通路上只能向电池组充电、不能由电池组给负载供电的防倒灌功能。

类似的，负载接口03与负载连接，该负载具有由直流储能电池组供电的能力，具体的负载根据实际需求进行设定即可，本实施例中可选择助航灯，助航灯内部可调节开关、强度或亮度，同时助航灯上可设置一个电源显示灯，用于显示是否存在供电电源，该供电电源为电池组或充电机。

可以理解的是，本实施例中存在三条充放电通路，包括：充电接口02上没有充电机连接、无外部充电输入的情况下，电池接口01与负载接口03是否导通由放电开关模块4是否导通决定，当控制模块2发出控制信息控制放电开关模块4导通，电池组通过电池接口01为负载接口03连接的助航灯供电；充电接口02上有充电机连接、存在外部充电输入的情况下，充电接口02通过防倒灌模块3向电池接口01充电，充电接口02向负载接口03供电，此时放电开关模块4通常由控制模块2控制关断。

进一步的，在具体的电路连接时，每个接口模块均包括两个端口，一个正极端和一个负极端，分别与外接的电池组、充电机或负载的正极和负极连接，电池管理系统内部不同的接口模块之间正极端与正极端连接，负极端与负极端连接。

其中，放电开关模块4可以采用高边驱动方案，也可以采用低边驱动方案，快充控制开关同理。在本实施例中，根据上文对不同模块的连接关系的描述，可设置所有负极端连接于同一总线上，即负极采用并线连接，放电开关模块4和快充控制开关均采用高边驱动方案，也即串接在电池组正极线路中，用于控制电池组正极。

类似的，慢充接口的防倒灌模块3二极管的设置具体包括：其通过电流既可由慢充接口的正极端到电池接口01的正极端，其通过电流也可由电池接口01的负极端到慢充接口的负极端，从而实现防倒灌功能。

进一步的，慢充接口与电池接口01之间还串有一个由控制模块2控制、限功率的慢充模块，可选为DCDC模块，慢充模块的输出电压应低于电池组的上限充电电压，保护电池组不过充，例如接入慢充接口的慢充充电机的输出电压为36V，作为慢充模块的输入电压，输出电压为27.5V，输入功率限定不超过5W，假设慢充充电机输出为36V/1A，经过慢充模块后，将以不超过0.2A的电流为电池组充电，直至电池组电压上升到27.5V，过程中电池组不会发生过充。

进一步的，检测模块1包括：电流检测单元、电压检测单元和温度检测单元。检测模块1获取的参数信息，包括电池组的单体电压信息、总线电流信息、温度信息，其中单体电压信息的采集通道数与电池组的串联个数相同，总线电流信息的采集通过板端分流器，已知电池组的充电电流和放电电流方向相反，本实施例中分流器可串接在电池接口01的负极端或正极端，并设置充电电流为正，放电电流为负；温度信息包括电池组温度、环境温度、PCB温度，其中电池组温度的温度采集通道数为4路，环境温度的采集通道为1路，PCB温度的采集通道为1路。

进一步的，检测模块1将参数信息发送到控制模块2，控制模块2将根据所有的参数信息输出相应的控制信息。通常，控制模块2包括两部分：根据所有参数信息发出控制信号的控制器；接收控制信号并向对应的防倒灌模块3和/或放电开关模块4发送驱动信号的驱动电路。通常，控制器和驱动电路之间以总线方式连接，优选集成电路总线的串行通信，控制器通过总线通讯配置驱动电路的初始状态。具体的，本实施例中选择控制器与驱动电路之间通过I2C(Inter-Integrated Circuit，两线式串行总线)进行通讯，控制器在上电瞬间将通过I2C总线对驱动电路进行参数配置。

具体的，控制器作为信息处理中心，根据参数信息计算电池状态信息，该电池状态信息包括电池组的最高电压、最低电压、单体压差、最高温度、最低温度、温度差、电池组的SOC(State of Charge，荷电状态)、SOH(State of Health，蓄电池容量)等。

一般情况下，控制模块2的控制包括：放电开关模块4的控制、快充控制开关的控制、保护功能和充电均衡功能。

其中，功能保护包括短路保护、过流保护、过压保护、欠压保护和温度保护，当实时的参数信息超出正常工作范围，则控制相应的放电开关模块4或快充控制开关的通断。例如，或充电电流达到14A，或充电总电压达到28.5V，或单体电压达到2.85V，则执行过充保护动作，控制快充控制开关断开；或放电电流达到5A，或放电总电压低于15A，或单体电压低于1.5V，则执行过放保护操作，控制放电开关模块4断开；当温度信息中最高温度大于或等于70℃，则断开快充控制开关和/或放电开关模块4，以停止充电和/或放电，让温度不再上升。可见放电开关模块4或快充控制开关之间不存在互相影响，充电和放电的过程可独立进行。

其中，充电均衡功能包括：当某一单体的最高电压达到预设的均衡开启电压，且其单体压差达到预设的均衡开启压差，则控制该单体电池进行充电均衡，充电均衡动作具体为导通均衡电阻，使电量高的电池释放部分能量，从而得到电池均衡的目的。本实施例中，均衡开启电压为2.4V，均衡开启压差为20mV，在电池充电过程中，任一单体电压大于等于2.4V且单体压差超过20mV则开启该串单体电池的均衡电阻，进行充电均衡，已达到整体电池的充电均衡的目的。

进一步的，考虑到如何获取控制模块2或整个电池管理系统的控制信息，接口模块还可以包括与控制模块2连接的通讯接口，用于与灯具控制板或上位机通讯，通讯方式可选择RS485或CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线模式，电池组的参数信息和控制信息、电池状态信息可通过通讯接口发送，并在灯具控制板或上位机上显示。

进一步的，电池管理系统还可包括：复位接口，用于向控制模块2发送复位信号。当外界，例如灯具控制板上设有连接复位接口的复位按钮，按下复位按钮，复位接口端口发送复位信号，控制模块2即可复位，从而将控制模块2从休眠中唤醒或从故障中恢复。

进一步的，控制模块2还包括与控制器连接的计时器。控制器可利用计时器计算电池组电流信息为零的持续时长，当持续时长超过预设时长，控制器关闭部分模块的用电，令电池管理系统处于休眠待机状态，当休眠待机状态中检测到复位信号，或有充电机接入，控制器将重新开始正常工作。进一步的，休眠状态的进入条件，除了电流为零的持续时长外，还可加入电池组的总电压是否低于预设电压的判定，若电流信息为零的持续时长超过预设时长，总电压低于预设电压，则令控制器关闭部分模块的用电，电池管理系统进入休眠待机状态。具体的，此处预设时长和预设电压根据实际应用环境进行设置，预设时长可设为1小时或2小时，也可设置为其他时长，预设电压可设为14V，也可设为其他电压值，本实施例对此不作限制。

进一步的，助航灯的耗电量本身比较小，电池组若长期处于饱和工作状态，将很快出现馈电，甚至电量为0、电压为0的情况。本实施例中电池组电流为5.2Ah，电池管理系统的正常静态电流为13mA左右，若电池管理系统一直处于饱和工作状态，则满电量电池组静态搁置400h即出现馈电。本发明实施例电池管理系统具有休眠功能，在电池组长期搁置不用的状态下，或者电池组欠压的状态下，电池管理系统将进入低功耗模式，本实施例中电池组1h内没有充电或者放电，或者电池组电压低于15V，则进入休眠模式。此时将关闭部分模块功能，包括控制器的通讯功能，驱动电路的输出电压稳压器功能等，休眠模式可大大降低电池管理单元的功耗延长电池的工作时长。本实施例中电池管理的休眠电流可达到200uA，对于5.2Ah电池组，满电量电池处于休眠状态时可储存1083天才出现馈电，大幅延长了电池的工作时长。当需要用电池组的时候，可通过充电、放电、复位进行唤醒，使电池管理系统进入正常工作状态，有效保护电池。

本申请公开了一种电池管理系统，包括：检测模块、控制模块、防倒灌模块、接口模块、放电开关模块，所述接口模块包括电池接口、充电接口和负载接口，其中：所述检测模块获取通过所述接口模块的所有参数信息并发送给所述控制模块；所述电池接口与所述充电接口通过所述防倒灌模块连接；所述电池接口与所述负载接口通过所述放电开关模块连接；所述充电接口与所述负载接口直接连接；所述放电开关模块接收所述控制模块的控制信息并响应。本申请利用控制模块根据检测模块获取的参数信息，控制防倒灌模块和放电开关模块的通断状态，从而实现了对电池组的充放电状态的有效控制，保证了电池接口与负载接口、充电接口之间的可靠通断。

本发明实施例公开了一种具体的电池管理系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

参见图2所示，充电接口02包括慢充接口021和/或快充接口022；

慢充接口对应的防倒灌模块为二极管D；

快充接口对应的防倒灌模块为快充控制开关U1。

当充电接口02包括慢充接口和快充接口，电池管理系统还包括旁路开关和旁路动作模块，旁路开关的两端分别与慢充接口和快充接口连接，旁路动作模块接收检测模块1的所有参数信息并向旁路开关发出旁路控制信号。

进一步的，所述旁路开关具体为LDO(Low Dropout Voltage Regulator，低压差线性稳压器)电路或DCDC电路。

可以理解的是，本实施例中的电池管理系统利用旁路开关和旁路动作模块实现电池组低压情况下的充电。

传统的电池管理系统由电池组供电，只有电池组在工作电压范围时电池管理系统才能够正常工作，从而起到保护作用。当电池组电压低于电池管理系统的启动电压，则电池管理系统无法正常工作，需要借用外部的充电维护设备对电池组应急充电，直到电池组的电压达到启动电压，去掉充电维护设备，电池组连接电源系统，启动正常的充电，可见实际工况中，需要两套设备才能保证电池在全方位内的正常工作，一定程度上增加了使用成本。

而本实施例中的电池管理系统，利用旁路开关和旁路动作模块解决了电池的电压范围受限的问题，也即实现了0V充电的功能。具体的，由于在电池电压低于启动电压时控制模块2的驱动电路无法工作，此时无法控制快充控制开关U1，快充控制开关U1处于断开状态。但此时慢充充电线路并未受到限制，因此慢充充电机可通过慢充接口向电池组直接充电，或旁路动作模块检测到快充充电机接入后发出旁路控制信号以使能旁路开关闭合，快充充电机也可通过慢充接口与电池接口的通路实现对电池组的充电。

无论通过慢充接口的0V起充，还是通过快充接口的0V起充，在电池组电压低于电池管理系统的启动电压时，都是经过慢充回路进行低压充电，由于慢充回路经过了限功率的慢充模块，此时电流非常小，可达百毫安级，本实施例中0V起充的电流为100mA左右，由于钛酸锂电池在馈电的情况以大电流充电容易产生鼓包胀气现象，影响电池寿命，通过慢充模块可减小对馈电电池的损害。当电池组电压慢慢回升至大于等于电池管理单元的启动电压时，达到驱动电路正常工作的电压，电池管理系统进入正常的慢充充电或快充充电过程，并实施监控和保护动作。

其中控制器既可由电池组供电，也可由充电机通过LDO电路进行供电，当电池组电压低于电池管理系统的启动电压，充电接口接入充电机，控制器即可由充电机供电进行正常工作，当电池组充电到达到启动电压时，驱动电路工作，由驱动电路输出电压稳压器给控制器供电，控制器继续正常工作。

假设本实施例中启动电压为11V，当电池组电压低于11V，接入慢充充电机，慢充充电机通过慢充模块给电池组充电，直至达到慢充模块设定的最高充电电压，如27.75V，此时充电机将停止工作；当电池组电压低于11V，接入快充充电机，快充充电机通过慢充模块给电池组充电，直至达到启动电压11V，驱动电路进入正常工作模式，控制器控制慢充模块关闭，另快充控制开关U1导通，进入正常的快充充电流程。

本实施例中的电池管理系统，实现了电池组0V充电的功能，不再需要单独连接充电维护的设备，在一定程度上降低了硬件成本，提高了工作效率。

相应的，本申请公开了一种供电系统，参见图3所示，包括：

如上文任一项所述电池管理系统S；

与所述电池管理系统的电池接口连接的电池组B。

其中，具体有关电池管理系统的细节描述，可以参照上文实施例中的相关内容，此处不再赘述。

其中，本实施例中供电系统具有与上文实施例中电池管理系统相同的技术效果，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，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。

以上对本发明所提供的一种电池管理系统及供电系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：检测模块、控制模块、防倒灌模块、接口模块、放电开关模块，所述接口模块包括电池接口、充电接口和负载接口，其中：

所述检测模块获取通过所述接口模块的所有参数信息并发送给所述控制模块；

所述电池接口与所述充电接口通过所述防倒灌模块连接；

所述电池接口与所述负载接口通过所述放电开关模块连接；

所述充电接口与所述负载接口直接连接；

所述放电开关模块接收所述控制模块的控制信息并响应。

2.根据权利要求1所述电池管理系统，其特征在于，所述充电接口包括慢充接口和/或快充接口；

所述慢充接口对应的所述防倒灌模块为二极管；

所述快充接口对应的所述防倒灌模块为快充控制开关。

3.根据权利要求2所述电池管理系统，其特征在于，当所述充电接口包括所述慢充接口和所述快充接口，所述电池管理系统还包括旁路开关和旁路动作模块，所述旁路开关的两端分别与所述慢充接口和所述快充接口连接，所述旁路动作模块接收所述检测模块的所有所述参数信息并向所述旁路开关发出旁路控制信号。

4.根据权利要求3所述电池管理系统，其特征在于，所述旁路开关具体为LDO电路或DCDC电路。

5.根据权利要求1所述电池管理系统，其特征在于，所述接口模块还包括与所述控制模块连接的通讯接口。

6.根据权利要求1所述电池管理系统，其特征在于，还包括：

复位接口，用于向所述控制模块发送复位信号。

7.根据权利要求1所述电池管理系统，其特征在于，所述检测模块包括：电流检测单元、电压检测单元和温度检测单元。

8.根据权利要求1至7任一项所述电池管理系统，其特征在于，所述控制模块包括：

根据所有所述参数信息发出控制信号的控制器；

接收所述控制信号并向对应的所述防倒灌模块和/或所述放电开关模块发送驱动信号的驱动电路。

9.根据权利要求8所述电池管理系统，其特征在于，所述控制模块还包括与所述控制器连接的计时器。

10.一种供电系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一项所述电池管理系统；

与所述电池管理系统的电池接口连接的电池组。

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