CN202503327U - 一种站用磷酸铁锂电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种站用磷酸铁锂电池管理系统，包括设置在电路板上经由CAN总线相互连接的主控模块和采集均衡模块主控模块经由CAN总线与充电机的控制端相连接，充电机的接线端经由第一继电开关连接在直流母线上，采集均衡模块经由CAN总线与磷酸铁锂蓄电池组相连接，磷酸铁锂蓄电池组经由第二继电开关与直流母线相连接。由此有利于采集电压、电流、温度等信息，根据电池单体的运行状况，对电池单体进行均衡管理，并有利于通过站用电源系统控制充电机和继电开关对磷酸铁锂蓄电池组进行均充、浮充管理和过充、过放保护，从而克服了磷酸铁锂电池的浮充状态、避免了电池单体数量较多时的不均衡现象、以及协调了与充电机之间的相互控制问题。

Description

一种站用磷酸铁锂电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及发电厂、水电站以及各类变电站的电源系统中的电池管理系统领域，更具体的说，改进涉及的是一种可对磷酸铁锂电池组进行均充、浮充管理和过充、过放保护的站用电池管理系统。

背景技术

目前，由于磷酸铁锂电池自身的优势，已被广泛应用于储能装置、电动汽车、电动自行车、电动工具等各个领域，中国国内和国外也有多家厂商研制磷酸铁锂电池管理系统；然而这些电池管理系统都主要应用于电动汽车的电池管理，这与发电厂、水电站以及各类变电站的电源系统中的电池管理系统具有明显的不同。

但是，磷酸铁锂电池在发电厂、水电站以及各类变电站等站用电源系统中使用过程中，主要会出现长期浮充工作的问题、电池单体数量较多时的均衡问题、以及与充电机之间的协调控制问题，而这些尚未解决的问题阻碍了磷酸铁锂电池在站用电源系统中的应用。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种站用磷酸铁锂电池管理系统，可克服磷酸铁锂电池在站用电源系统中的浮充状态、避免电池单体数量较多时的不均衡现象、以及协调与充电机之间的相互控制问题。

本实用新型的技术方案如下：一种站用磷酸铁锂电池管理系统，设置在包括充电机和磷酸铁锂蓄电池组的站用电源系统中，所述站用磷酸铁锂电池管理系统包括设置在电路板上经由CAN总线相互连接的主控模块和采集均衡模块；所述主控模块经由CAN总线与所述充电机的控制端相连接，所述充电机的接线端经由第一继电开关连接在直流母线上，所述采集均衡模块经由CAN总线与所述磷酸铁锂蓄电池组相连接，所述磷酸铁锂蓄电池组经由第二继电开关与所述直流母线相连接。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：设置在电路板上的主控模块设置为32位微控制器，所述32位微控制器内部至少包括2个CAN控制器。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：设置在电路板上的主控模块包括分别以芯片形式存在的显示存储单元和通讯单元；所述显示存储单元经由CAN总线与一液晶屏相连接。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：所述显示存储单元设置为电可擦可编程只读存储器。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：所述通讯单元经由CAN总线与所述站用电源系统中的集中监控模块相连接；所述充电机的控制端经由CAN总线连接在所述集中监控模块上。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：设置在电路板上的采集均衡模块包括以芯片形式存在的采集子模块和以电路形式存在的均衡子模块。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：设置在电路板上的采集子模块设置为16位微控制器，所述16位微控制器内部至少包括1个CAN控制器和8个12位A/D通道。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：所述均衡子模块由模拟电路构成，内部设置有用于控制均流回路的金属氧化物半导体晶体管。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：所述均衡子模块包括均衡控制板和均衡分流板；所述均衡控制板通过开启和关闭所述均衡分流板以调节充电电流。

所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其中：所述均衡子模块与所述采集子模块之间采用光耦合器进行隔离。

本实用新型所提供的一种站用磷酸铁锂电池管理系统，由于采用了CAN总线分别连接充电机和磷酸铁锂蓄电池组，并分别利用继电开关将充电机和磷酸铁锂蓄电池组挂接在直流母线上，由此有利于采用CAN总线进行通信，采集电压、电流、温度等信息，根据电池单体的运行状况，对电池单体进行均衡管理，并有利于通过站用电源系统控制充电机和继电开关对磷酸铁锂蓄电池组进行均充、浮充管理和过充、过放保护，从而克服了磷酸铁锂电池的浮充状态、避免了电池单体数量较多时的不均衡现象、以及协调了与充电机之间的相互控制问题。

附图说明

图1是本实用新型站用磷酸铁锂电池管理系统结构框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，图1是本实用新型站用磷酸铁锂电池管理系统结构框图，该站用磷酸铁锂电池管理系统200设置在包括充电机110和磷酸铁锂蓄电池组120的站用电源系统中，用于配合站用电源系统控制充电机110和继电开关KM1和KM2对磷酸铁锂蓄电池组120进行均充、浮充管理和过充、过放保护；其中，所述充电机110的接线端经由第一继电开关KM1连接在直流母线上，所述磷酸铁锂蓄电池组120经由第二继电开关KM2与所述直流母线上的负载相连接。所述的第一继电开关KM1和第二继电开关KM2主要用于防止电池的过充、过放以及电池的浮充管理。

具体的，所述站用磷酸铁锂电池管理系统200包括设置在电路板上的主控模块210和多个采集均衡模块220，所述主控模块210和采集均衡模块220通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线130相互连接，以方便通信；其中，所述主控模块210经由CAN总线130与所述充电机110的控制端相连接，所述采集均衡模块220经由CAN总线130与所述磷酸铁锂蓄电池组120中的磷酸铁锂电池单体一一对应相连接。

进一步地，设置在电路板上的主控模块210包括分别以芯片形式存在的中央处理单元211、显示存储单元212、通讯单元213、专家诊断单元214和SOC(电池荷电状态)估算单元215；其中，所述中央处理单元211用于对所述采集均衡模块220采集的电压、电流、温度等数据信息进行处理；所述显示存储单元212经由CAN总线130与一液晶屏300相连接，用于将经所述中央处理单元211处理后的数据通过所述液晶屏300直观地显示出来，例如，当所述磷酸铁锂蓄电池组120出现异常情况发生的时间和原因，都可通过所述液晶屏300查询存储的历史信息；所述通讯单元213用于接收从所述采集均衡模块220传送上来的数据，以及，所述通讯单元213经由CAN总线130与所述站用电源系统中的集中监控模块140相连接，所述充电机110的控制端经由CAN总线130连接在所述集中监控模块140上，用于与站用电源系统中的集中监控模块140进行通信，协调控制所述充电机110；所述专家诊断单元214用于根据所述采集均衡模块220采集到的数据对所述磷酸铁锂蓄电池组120进行诊断，实时给出健康等级和报警信息，并将结果传送给所述显示存储单元212；所述SOC估算单元215用于计算所述磷酸铁锂蓄电池组120的剩余电量和功率强度，并将结果传送给所述显示存储单元212。

进一步地，设置在电路板上的采集均衡模块220包括以芯片形式存在的采集子模块(即附图中的采集模块，下同)221和以电路形式存在的均衡子模块(即附图中的均衡模块，下同)222；其中，所述采集模块221用于采集磷酸铁锂电池单体的电压以及所述磷酸铁锂蓄电池组120的电压、电流和温度等信息，并通过CAN总线130将采集的数据传送给所述主控模块210；所述均衡子模块222用于接收所述采集子模块221传过来的控制信号，进而通过调节充电电流使所述磷酸铁锂蓄电池组120中磷酸铁锂电池单体的电压更加均匀和一致。

在本实用新型站用磷酸铁锂电池管理系统的优选实施方式中，如图1所示，设置在电路板上的主控模块210可采用运算处理速度较快的32位微控制器，所述32位微控制器可安装安卓操作系统，并通过设置在所述液晶屏300上的电容式触摸屏进行操作，所述32位微控制器内部至少包括2个CAN控制器。

在以芯片形式存在的显示存储单元212中，至少使用64K的EEROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)电可擦可编程只读存储器，由此可以存储多达5000条历史信息；而当存储的信息存储溢出时，自动覆盖之前存储的信息。

以芯片形式存在的采集子模块221可采用运算处理速度稍慢的16位微控制器，但所述16位微控制器内部至少要包括1个CAN控制器和8个12位A/D通道，以采集磷酸铁锂电池单体电压、磷酸铁锂蓄电池组120电压、电流和至少20个位置以上的温度点数据。

以模拟电路形式存在的均衡子模块222，其内部采用MOS管(金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管)即金属氧化物半导体晶体管，用于控制均流回路的开通和关闭；而且，所述均衡子模块222主要由均衡控制板和均衡分流板构成，所述均衡控制板通过开启和关闭所述均衡分流板以调节充电电流。

较好的是，以模拟电路形式存在的均衡子模块222与以芯片形式存在的采集子模块221之间可采用光耦合器(附图未示出)进行隔离，以减少信号干扰，提高站用磷酸铁锂电池管理系统的可靠性。

首先，所述通讯单元213通过CAN总线130接收所述采集子模块221采集的电压、电流和温度信息，由中央处理单元211对采集的数据进行相应的处理，然后，根据所述专家诊断单元214的诊断和SOC估算单元215中的算法，判断出电池当前的健康状况和剩余电量：若是有单体电池出现不均衡现象，就开启与该单体电池对应的均衡子模块222进行分流均衡；若是所述磷酸铁锂蓄电池组120出现过充或过放现象，那么控制第一继电开关KM1或者第二继电开关KM2断开对电池组进行保护；其次，当电池工作正常时，所述通讯单元213还可通过站用电源系统中的集中监控模块140控制充电机110对所述磷酸铁锂蓄电池组120进行均充、浮充管理，而且可以控制第二继电开关KM2定期对所述磷酸铁锂蓄电池组120进行浅充浅放，以提高电池的性能；此外，电池的工作状态、电流、电压、剩余电量及温度信息都会通过所述显示存储单元212在所述液晶屏300上实时显示，同时可以通过所述液晶屏300上的触摸屏查询电池出现过的异常状况。

与现有技术中的站用铅酸电池管理系统相比，本实用新型所提供的一种站用磷酸铁锂电池管理系统，由于采用了CAN总线分别连接充电机和磷酸铁锂蓄电池组，并分别利用继电开关将充电机和磷酸铁锂蓄电池组挂接在直流母线上，由此有利于采用CAN总线进行通信，采集电压、电流、温度等信息，根据电池单体的运行状况，对电池单体进行均衡管理，并有利于通过站用电源系统控制充电机和继电开关对磷酸铁锂蓄电池组进行均充、浮充管理和过充、过放保护，从而克服了磷酸铁锂电池的浮充状态、避免了电池单体数量较多时的不均衡现象、以及协调了与充电机之间的相互控制问题。

应当理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不足以限制本实用新型的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本实用新型的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种站用磷酸铁锂电池管理系统，设置在包括充电机和磷酸铁锂蓄电池组的站用电源系统中，其特征在于：所述站用磷酸铁锂电池管理系统包括设置在电路板上经由CAN总线相互连接的主控模块和采集均衡模块；所述主控模块经由CAN总线与所述充电机的控制端相连接，所述充电机的接线端经由第一继电开关连接在直流母线上，所述采集均衡模块经由CAN总线与所述磷酸铁锂蓄电池组相连接，所述磷酸铁锂蓄电池组经由第二继电开关与所述直流母线相连接。

2.根据权利要求1所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：设置在电路板上的主控模块设置为32位微控制器，所述32位微控制器内部至少包括2个CAN控制器。

3.根据权利要求1所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：设置在电路板上的主控模块包括分别以芯片形式存在的显示存储单元和通讯单元；所述显示存储单元经由CAN总线与一液晶屏相连接。

4.根据权利要求3所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：所述显示存储单元设置为电可擦可编程只读存储器。

5.根据权利要求3所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：所述通讯单元经由CAN总线与所述站用电源系统中的集中监控模块相连接；所述充电机的控制端经由CAN总线连接在所述集中监控模块上。

6.根据权利要求1所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：设置在电路板上的采集均衡模块包括以芯片形式存在的采集子模块和以电路形式存在的均衡子模块。

7.根据权利要求6所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：设置在电路板上的采集子模块设置为16位微控制器，所述16位微控制器内部至少包括1个CAN控制器和8个12位A/D通道。

8.根据权利要求6所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：所述均衡子模块由模拟电路构成，内部设置有用于控制均流回路的金属氧化物半导体晶体管。

9.根据权利要求6所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：所述均衡子模块包括均衡控制板和均衡分流板；所述均衡控制板通过开启和关闭所述均衡分流板以调节充电电流。

10.根据权利要求6所述的站用磷酸铁锂电池管理系统，其特征在于：所述均衡子模块与所述采集子模块之间采用光耦合器进行隔离。

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