CN114156547A - 一种锂电池管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂电池管理系统及方法，包括控制电路、检测电路、均衡电路、硬件保护电路、回路控制电路，所述检测电路、所述硬件保护电路、所述回路控制电路均与所述控制电路连接，所述均衡电路连接所述检测电路；本发明通过将控制电路、检测电路及不同均衡电路的冗余配置，结合灵活的检测与管理方法，实现采样、均衡或断线等功能的同步进行，提高了检测实时性；主要电路的双套冗余配置，提高了检测的可靠性；灵活的均衡策略，可以缩短均衡时间，保持电芯的一致性。

Description

一种锂电池管理系统及方法
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管理系统及 方法。
背景技术
锂电池作为一种清洁型能源存储器件，在后续能源变革的进程中， 将会得到越来越多的应用。
锂电池管理系统(BMS)作为锂电池组的必备监控系统，在锂电 池的广泛应用中，重要性日渐凸显；其应用可靠性和检测实时性对锂 电池组应用的安全性和寿命影响至关重要。随着锂电池应用场合的普 及，小到手持设备、大到电动车、船用动力、储能电站等等，对锂电 池组应用的可靠性和实时性要求较高的场合也越来越多，传统单一检 测电路、单CPU的锂电池管理系统，无法满足检测实时性、应用可靠 性、电池一致性要求高的场合。
发明内容
本发明提供了一种锂电池管理系统及方法，解决了上述现有的技 术问题，实现了采样、均衡或断线等功能的同步进行，提高了检测的 实时性、可靠性，保持电芯的一致性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池管理系统及方法， 一种锂电池管理系统包括:控制电路、检测电路、均衡电路、硬件保 护电路、回路控制电路；
所述控制电路包括主CPU、备用CPU、分别与所述主CPU和所述 备用CPU连接的通信总线1和通信总线2；所述检测电路包括1#检测 电路和2#检测电路，以及主回路的UI检测电路，UI检测电路是总电 压、电流检测电路；
所述硬件保护电路采用运放等分立器件搭建或锂电池专用硬件 保护芯片；所述检测电路、所述硬件保护电路、所述回路控制电路均 与所述控制电路连接，所述均衡电路连接所述检测电路。
所述主CPU和所述备用CPU为控制部分，通过通信总线1和通信 总线2对外交互信息。
所述通信总线1和通信总线2可以不同，可以是RS485总线或 CAN总线或WIFI等无线通信方式。
所述检测电路中的1#检测电路和2#检测电路可以不同，且不局 限于一种锂电池单体信息的检测电路，可以是基于分立元器件搭建的 检测电路、基于电子开关切换选通加AD采集的检测电路或基于电池 前端采集芯片(AFE)的检测电路。
主回路的UI检测电路的实现形式为电阻取样、霍尔信号或变送 器信号等。
控制电路通过SPI、IIC等通信形式或IO控制接口连接检测电路。
所述硬件保护电路对电池组过压、欠压、过流以及短路或单体电 芯的过、欠压进行保护。
所述回路控制电路在大功率场合采用直流继电器，小功率场合采 用MOS功率管搭建。
本发明还提供了一种锂电池管理方法，包括本发明所提供的锂电 池管理系统。
本发明通过将控制电路、检测电路及不同均衡电路的冗余配置， 结合灵活的检测与管理方法，实现采样、均衡或断线等功能的同步进 行，提高了检测实时性；主要电路的双套冗余配置，提高了检测的可 靠性；灵活的均衡策略，可以缩短均衡时间，保持电芯的一致性，以 适用不同场合的应用需求。
附图说明
图1为本发明提供的一种锂电池管理系统的原理框图。
图2为本发明提供的一种锂电池管理系统的应用流程框图。
图3为本发明采样与断线同步进行的应用示例图。
图4为本发明采样与均衡同步进行的应用示例图。
图5为本发明采样冗余及主/被动均衡结合的应用示例图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，可以理解的是，此 处所描述的附图和实施例仅仅用于解释本发明，并非对本发明的限制。 另外需要说明的是，为了便于说明，附图中仅示出了本发明的部分结 构而非全部结构。
参考图1，本发明提供的一种锂电池管理系统包括：控制电路、 检测电路、均衡电路、硬件保护电路、回路控制电路；
所述控制电路包括主CPU、备用CPU、与所述主CPU和所述备用 CPU连接的通信总线1和通信总线2；所述检测电路包括1#检测电路 和2#检测电路，以及主回路的UI检测电路(总电压、电流检测电路)；
所述硬件保护电路采用运放等分立器件搭建或锂电池专用硬件 保护芯片；所述检测电路、所述硬件保护电路、所述回路控制电路均 与所述控制电路连接，所述均衡电路连接所述检测电路。
所述主CPU和所述备用CPU为控制部分，通过通信总线1和通信 总线2对外交互信息。当备用CPU发现主CPU离线或死机时，接管主 CPU的所有工作，包括对上的通信交互，对下的检测功能、基于检测 信息的保护判定及控制功能；主CPU恢复在线时，备用CPU交还管理 权限。
所述通信总线1和通信总线2可以不同，可以是RS485总线、 CAN总线或WIFI等无线通信方式。
所述检测电路中的1#检测电路和2#检测电路可以不同，且不局 限于一种锂电池单体信息的检测电路，可以是基于分立元器件搭建的 检测电路、基于电子开关切换选通加AD采集的检测电路或基于电池 前端采集芯片(AFE)的检测电路，用以实现单体电压及单体温度的 采集。
主回路的UI检测电路的实现形式为电阻取样、霍尔信号或变送 器信号等。
控制电路通过SPI、IIC等通信形式或IO控制接口连接检测电路。
所述检测电路为两套，以实现检测的冗余备份，与电池的连接根 据功能需求分为单套或双套连接，以实现均衡、采样或断线检测等功 能的同步进行。
所述均衡电路，与1#检测电路和2#检测电路相连接，可以为同 一种均衡电路，亦可以分别为主动均衡和被动均衡，亦仅其中一套检 测电路配置均衡电路，具体形式根据具体项目的需求而定，结合两套 检测电路可实现采样与均衡同步进行，从而避免采样时需关闭均衡而 影响均衡效率；
主、被动结合同步进行，即补充低电量电芯与消耗高电量电芯同 步进行，从而缩短均衡时间；或两套主动并行，从而增加均衡充电的 电流，缩短均衡时间；
所述硬件保护电路，主要是采用运放等分立器件搭建或锂电池专 用硬件保护芯片用以实现电池组过、欠压、过流以及短路的保护，对 于电池节数少的场合亦可以实现单体电芯的过、欠压等保护；
控制电路基于检测电路的检测信息通过逻辑判定实现软件的过、 欠压，过流保护，结合上述硬件保护实现软、硬件保护的双重保障。
所述回路控制电路，是针对保护的执行机构，用以实现故障时的 就地切断，从而避免故障或危险的进一步加剧，并通过通信及时上报； 实现形式根据系统容量确定，小功率的场合采用MOS功率管搭建，针 对大功率场合多为直流继电器。
图1所表示的是应用的一种较全的配置，参考图3、图4、图5， 实际应用场合根据应用需求，各部分电路可选，根据需求可灵活配置 电路，并采用对应的管理策略，以满足实际需求。
参考图2，主CPU和备用CPU通过心跳机制实时判定各自在线 状态，以备及时接管后续功能权限，避免因单一CPU死机导致的系统 失效，单个CPU应用场合时忽略心跳机制。
接管权限的CPU能够控制1#检测电路和2#检测电路完成单体信 息、断线信息及电池组总电压、电流信息的实时检测，并根据检测信 息进行有效性判定确认是否有检测电路异常，并选取有效的信息进行 故障判定，与硬件保护电路同步控制回路执行电路，以实现故障就地 切断，避免后续危险和对电芯造成的损害。
进一步的，根据均衡需求，基于有效的单体信息，进行主/被动 均衡的控制，以保持单体电芯的电量一致性。
检测信息和故障判定信息实时由有效的通信电路上传，实现信息 的交互，进一步的配置显示的需求，可实现检测信息和故障判定信息 的本地显示和提示。
配置两套对外通信电路时，实时判定通信电路的在线情况，选取 有效的通信电路，以确保信息及时有效上传。
本发明还提供了一种锂电池管理方法，包括本发明任意实施例的 锂电池管理系统，实现了采样、均衡或断线等功能的同步进行，提高 了检测的实时性、可靠性，保持电芯的一致性。本发明提供的锂电池 管理方法包括上述的锂电池管理系统，因此本发明提供的锂电池管理 方法也具备上述实施例中的有益效果。
上述说明仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理，本发明 不限于上述实施例，在本领域专业技术人员不付出创造性劳动的情况 下，还可以通过上述实施例和方案得到其他的实施例，因此，本发明 所保护的范围不会仅限上述的实施例，而是符合与本发明所涉及的原 理和特征相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池管理系统，其特征在于，包括控制电路、检测电路、均衡电路、硬件保护电路、回路控制电路；
所述控制电路包括主CPU、备用CPU、分别与所述主CPU和所述备用CPU连接的通信总线1和通信总线2；
所述检测电路包括1#检测电路和2#检测电路，以及主回路的UI检测电路，所述UI检测电路是总电压、电流检测电路；
所述硬件保护电路采用运放或硬件保护芯片；
所述检测电路、所述硬件保护电路、所述回路控制电路均与所述控制电路连接，所述均衡电路连接所述检测电路。
2.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述主CPU和所述备用CPU通过通信总线1和通信总线2对外交互信息。
3.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述通信总线1和通信总线2为RS485总线或CAN总线或WIFI无线通信方式。
4.根据权利要求2所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述主CPU与所述备用CPU通过心跳机制，进行相互之间的在线检测，所述心跳机制通过通信交互或通过遥信状态跳变实现。
5.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述检测电路为基于分立元器件搭建的检测电路或基于电子开关切换选通加AD采集的检测电路或基于电池前端采集芯片(AFE)的检测电路。
6.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述主回路的UI检测电路为电阻取样或霍尔信号或变送器信号。
7.根据权利要求1所述的锂电池保护系统，其特征在于，控制电路通过SPI或IIC等通信形式或IO控制接口连接检测电路。
8.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述硬件保护电路对电池组过压、欠压、过流以及短路或单体电芯的过、欠压进行保护。
9.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述回路控制电路为直流继电器或MOS功率管。
10.一种锂电池管理方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的一种锂电池管理系统，步骤如下：
主CPU和备用CPU通过心跳机制实时判定各自在线状态，以备及时接管后续功能权限，避免因单一CPU死机导致的系统失效，单个CPU应用场合时忽略心跳机制；
有接管权限的CPU对1#检测电路和2#检测电路完成单体信息、断线信息及电池组总电压、电流信息的实时检测，并根据检测信息进行有效性判定确认是否有检测电路异常，并选取有效的信息进行故障判定，与硬件保护电路同步控制回路执行电路，以实现故障就地切断，避免对电芯造成损害。
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