CN203481887U - 一种锂电池组管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种锂电池组管理系统，该系统包括N组锂电池、N个从控制板卡、一个主控制板卡及一个上位机。该系统可实时监测锂电池单体的电压、充放电电流、工作温度及环境温度。根据检测的锂电池电压，及提出的均衡算法，可对状态差异大的电池单体进行均衡控制，提高电池的一致性。主控制板卡根据采集的参数，可给出SOC估算值，并提供充放电管理策略，提高电池的使用寿命。上位机会将采集的锂电池组状态信息、控制信息、异常及报警信息进行显示，提供友好的人机交互。同时，本实用新型对系统的硬件开发提出一种类模块化设计方案，可以有效的降低维护成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及变电站直流后备电源的管理系统领域，具体说是一种锂电池组管理系统。
背景技术
当前在我国变电站中，直流电源系统是一种与电力系统运行无关的独立电源系统，保证变电站在交流电完全失效的情况下，仍能可靠正常工作。电池组是直流电源系统的重要组成部分。目前市场上常用的为铅酸电池组，但其有一些固有缺点，如寿命短、安全性能难以达到要求、放电性能差等。而锂电池组具有体积小、寿命长、能量密度高、无记忆效应、高电压和自放电率低等优良性能。
另外，为了最大限度的发挥锂电池组的优越性能，并保证电池组长期安全可靠运行，需要一套完善的锂电池组管理方案。一套优秀的锂电池管理方案通常要满足以下几点：一，提供锂电池组准确的状态信息。如锂电池单体电压、电池总电压、充放电电流值、电池温度及环境温度、电池的荷电状态（即SOC）等。二，保证安全可靠准确的管理措施。如均衡管理、充放电安全管理等。另外，实现管理的前提是系统能够提供可靠及时的通信。三，提供错误报警信息及异常处理机制。如电池电压异常、充放电电流异常、通信异常等，并将异常进行显示和记录。
当前，现有的锂电池管理系统的技术仍存在以下几方面的缺点：
一、从结构上说，当前锂电池组管理系统主要有集中式和分布式两种。集中式在电池单体数量较大时，难以实现，缺点较为明显，已较少使用。分布式有很多优点，如具有较好的扩展性，能够方便的扩充从控制板卡，从而能满足电池数量较大的环境、分工工作，能够减少主控制板卡的负担，较好的实现监控和管理等。但也存在一定的缺点：系统庞大复杂，实现难度大；成本高，特别是每个从控制板卡只能管理一节电池的系统；体积大，应用于实际工况环境中受限制。
二、从功能上说，当前锂电池组管理系统通常能够提供电池的电压、温度、充放电电流等信息，但是均衡管理方面的处理尚不完善。由于锂电池存在不一致性，若电池组中的电池长期保持不一致，一方面会导致电池可用容量降低，另一方面也会降低电池使用寿命。
实用新型内容
针对现有的锂电池组管理系统成本高、实现难度大、均衡管理不完善等问题，本实用新型提供了一种可对电池组进行实时监控、成本较低且具有均衡管理功能的锂电池组管理系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种锂电池组管理系统，应用于变电站的直流后备电源中，包括一个主控制板卡、N个从控制板卡和一台上位机；
所述主控制板卡通过CAN总线连接各个从控制板卡；
所述N个从控制板卡，用于连接N组锂电池，每个从控制板卡连接一组锂电池；
所述上位机通过串口连接主控制板卡。
所述每组锂电池由4～6节单体电池组成。
所述主控制板卡由核心控制板卡加设串口和IO扩展接口构成，所述串口用于主控制板卡和上位机的通讯，所述核心控制板卡用于将采集的数据发送给上位机，接受上位机的控制命令，并对锂电池组进行SOC估算和充放电控制。
所述从控制板卡包括核心控制板卡及其连接的电流检测模块、电压检测模块和均衡管理模块；
所述核心控制板卡用于与主控制板卡进行通信，将采集的数据发送给主控制板卡，接受主控制板卡的控制命令，并对该组电池提供均衡管理；
所述电流检测模块用于检测电路干路上的充放电电流；
所述电压检测模块用于每一节锂电池单体电压；
所述均衡管理模块为电池均衡器，用于管理锂电池组内各锂电池单体之间的电池均衡。
所述核心控制板卡包括MCU及其连接的温度检测模块、CAN收发器模块、指示灯、通讯模块，以及用于为上述各个模块供电的电源管理模块；
所述MCU用于进行信息的汇总及处理；
所述CAN收发器模块用于主控制板卡和从控制板卡的通信；
所述温度检测模块用于监测锂电池的温度和环境温度，为分析锂电池的健康状态提供温度参数；
所述通讯模块用于主控制板卡和上位机的通信，以实现锂电池的状态信息、控制信息和异常信息的传递；
所述指示灯用于指示电池的工作状态和异常信息。
所述均衡管理模块包括开关控制单元和保护电路；所述开关控制单元根据均衡算法进行开通和关断，使部分锂电池实现放电，最终达到均衡目的。
本实用新型具有如下优点及有益效果：
1.实现了对锂电池组的实时监控。能够对每一节锂电池的工作状态进行实时监控，如锂电池的电压、充放电电流、温度等。
2.实现了对锂电池组的安全管理，增长了电池寿命。一方面用锂电池代替了传统的铅酸电池；另一方面提供了安全管理策略和均衡管理，使电池保持较好的一致性，可有效提高电池的寿命。
3.直观显示，提供了友好的交互界面。一方面，控制板卡上有指示灯，能直观的显示出电池的工作状态；另一方面，上位机软件将锂电池管理系统的状态信息、控制管理信息、异常及报警信息等，清楚的显示在上位机软件上，提供了一个友好的交互界面。
4.降低了成本。一个从控制板卡可管理4-6节单体电池，有效降低了直接成本；采用类模块化设计思想，有效降低了开发成本和管理维护成本。
附图说明
图1为本实用新型锂电池组管理系统的拓扑结构图；
图2为本实用新型锂电池组管理系统的核心模块结构框图；
图3为本实用新型锂电池组管理系统的主控制板卡结构框图；
图4为本实用新型锂电池组管理系统的从控制板卡结构框图；
图5为本实用新型锂电池组管理系统的均衡管理单元结构框图；
图6为本实用新型锂电池组管理系统的均衡管理控制开关单元。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示为本实用新型锂电池组管理系统的拓扑结构图。本实用新型提供了一种锂电池组管理方案，该方案采用主从式分布结构，共同管理N组锂电池，每组锂电池由4-6节单体电池组成，这样可有效减少体积和系统成本。为了管理方便，尽量保证每个从控制板卡管理相同节数的锂电池，例如若要提供220V的电压，大约需要68节锂电池，可以分为12组，其中10组为每组6节，另外两组为每组4节。每组锂电池由一块从控制板卡（即图中的数据采集板卡）进行直接管理。主控制板卡协调管理各从控制板卡，实现对全部电池的间接管理。其中，主控制板卡与从控制板卡之间采用CAN接口进行通讯，从控制板卡与从控制板卡之间不通讯。另一方面，主控制板卡通过串口与上位机进行通讯，将系统采集的数据传送给上位机，上位机经过处理进行显示，实现友好人机交互。
如图2所示为本实用新型锂电池组管理系统的核心控制板卡。本实用新型分析了整个系统设计，提出了一种类模块化设计方案，分析提取了主控制板卡和从控制板卡的共有设计需求，并预留了合适的接口，构成了设计的核心控制板卡。这样，只需搭配不同的外围模块即可分别构成主控制板卡和从控制板卡。如此设计有如下好处：一，降低了开发难度。主控制板卡和从控制板卡将采用相同的MCU，设计开发主控制板卡和从控制板卡的程序时，有明显的优势。可以有效降低系统的开发难度和缩短开发周期；二，降低了开发维护成本。开发周期缩短，将减少人力资源成本；硬件模块化之后，硬件版本更新的成本会降低；若某个模块意外损坏，可方便更换模块，减少维护成本。
核心控制板卡包括MCU、CAN收发模块、状态指示灯、温度检测模块、电源管理模块，其中MCU采用相同的控制芯片，但是在主控制板卡和从控制板卡中所运行的软件程序并不相同，主控制板卡中MCU主要实现SOC估算和充放电管理策略以及协调管理从控制板卡，及与上位机软件进行通讯，从控制板卡主要实现均衡管理算法等；CAN收发模块用于实现主从控制板卡间的通讯，所有控制板卡均连接到CAN总线以进行CAN通讯；状态指示灯模块用于显示锂电池和锂电池管理系统的工作状态，及异常显示；温度检测模块用于检测电池的工作温度和环境温度，为SOC估算和锂电池管理提供必要参数，SOC估算可用改进的卡尔曼滤波算法实现；电源管理模块用于为主控制板卡和从控制板卡提供安全可靠的电源保障。
如图3所示为本实用新型锂电池组管理系统的主控制板卡结构图。该板卡由核心控制板卡、串口模块、必要的外围接口组成。所述串口模块用于与上位机通讯，将采集到的单体锂电池电压、充放电电流、温度等信息传给上位机软件；同时接受来自上位机发送过来的命令，从而实现人机交互。充放电策略：当充电时，根据检测到的电池电压，判断充电处于何种状态，当锂电池电压较低时，采用大电流充电；当电压达到相对稳定的平台时，减小充电电流；当接近电压饱和值时，采用涓电流充电；当达到饱和状态时，电池组进入浮充状态。在整个过程中，始终监视变电站的工作状态，当变电站需要直流电源供电时，切换至负载放电状态。
如图4所示为本实用新型锂电池组管理系统的从控制板卡结构图。该板卡主要由核心控制板卡、电压检测模块、电流检测模块、均衡管理模块组成。其中，电压检测模块用于监测锂电池的单体电压，一方面用于检测电池的健康状况，另一方面为电池估算SOC、均衡管理等提供参考数据。电流检测模块用于监测锂电池管理系统中干路充放电电流，一方面确保系统安全，另一方面可提供管理参数。均衡管理模块用于实现锂电池组间的电池均衡。其中均衡管理模块还包括开关控制单元，从控制板卡的MCU根据采集的电压数据信息，制定相应的均衡管理算法，输出开关控制信号给所述的开关控制单元，实现电压较高的锂电池进行放电，直至实现均衡的目的。
如图5所示为本实用新型锂电池组管理系统的均衡管理单元。均衡控制的目的是降低锂电池的不一致性，提高锂电池总的可用容量，提高锂电池的使用寿命。当检测到锂电池组内的电池差异达到开启均衡的阈值时，通过电压判断，排除电压最大或最小的锂电池损坏的可能性，判断电池健康状态正常后，开启均衡，否则发出异常报警。开启均衡后，控制器根据检测到的锂电池电压和预设的均衡控制逻辑算法，控制开关单元的开通与关断，使高电压电池处于放电状态，直到相邻两节电池的电位差达到关断阈值，再由逻辑控制算法判断，是否已完成组内所有电池的均衡管理，若没有，继续执行直到组内电池都满足一致性条件，从而实现对锂电池的均衡控制。由于均衡控制的放电电阻阻值较小，有可能出现短时电流较大的情况，故增加了必要的保护电路，以使均衡管理单元安全可靠运行。
如图6所示为本实用新型锂电池组管理系统的均衡管理开关控制单元。其中，Q2-Q7为场效应管，控制器通过输出CB1-CB6电平，来控制场效应管的栅极G的电平，从而控制场效应管的开通与关断，起到开关作用。R18-R19、R23-R24等电阻为放电电阻，两个电阻之所以并联，是因为电阻较小，放电电流较大，以防某一个电阻损坏之后，仍能正常可靠工作。D3-D8为保护二极管，防止场效应管被击穿。
Claims (6)
1.一种锂电池组管理系统，应用于变电站的直流后备电源中，其特征在于：包括一个主控制板卡、N个从控制板卡和一台上位机；
所述主控制板卡通过CAN总线连接各个从控制板卡；
所述N个从控制板卡，用于连接N组锂电池，每个从控制板卡连接一组锂电池；
所述上位机通过串口连接主控制板卡。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池组管理系统，其特征在于：所述每组锂电池由4～6节单体电池组成。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池组管理系统，其特征在于：所述主控制板卡由核心控制板卡加设串口和IO扩展接口构成，所述串口用于主控制板卡和上位机的通讯，所述核心控制板卡用于将采集的数据发送给上位机，接受上位机的控制命令，并对锂电池组进行SOC估算和充放电控制。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池组管理系统，其特征在于：所述从控制板卡包括核心控制板卡及其连接的电流检测模块、电压检测模块和均衡管理模块；
所述核心控制板卡用于与主控制板卡进行通信，将采集的数据发送给主控制板卡，接受主控制板卡的控制命令，并对该组电池提供均衡管理；
所述电流检测模块用于检测电路干路上的充放电电流；
所述电压检测模块用于每一节锂电池单体电压；
所述均衡管理模块为电池均衡器，用于管理锂电池组内各锂电池单体之间的电池均衡。
5.根据权利要求3或4所述的一种锂电池组管理系统，其特征在于：所述核心控制板卡包括MCU及其连接的温度检测模块、CAN收发器模块、指示灯、通讯模块，以及用于为上述各个模块供电的电源管理模块；
所述MCU用于进行信息的汇总及处理；
所述CAN收发器模块用于主控制板卡和从控制板卡的通信；
所述温度检测模块用于监测锂电池的温度和环境温度，为分析锂电池的健康状态提供温度参数；
所述通讯模块用于主控制板卡和上位机的通信，以实现锂电池的状态信息、控制信息和异常信息的传递；
所述指示灯用于指示电池的工作状态和异常信息。
6.根据权利要求4所述的一种锂电池组管理系统，其特征在于：所述均衡管理模块包括开关控制单元和保护电路；所述开关控制单元根据均衡算法进行开通和关断，使部分锂电池实现放电，最终达到均衡目的。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104578436A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-29 | 苏州易美新思新能源科技有限公司 | 一种分布式储能系统 |
| CN104701559A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-06-10 | 安徽美能储能系统有限公司 | 一种用于锌溴液流储能的管理控制系统 |
| CN106647692A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-05-10 | 安徽锐能科技有限公司 | 用于电池管理系统的从控模块的检测系统及方法 |
| CN109491488A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-03-19 | 天津津航计算技术研究所 | Vpx机箱多板卡bios电池的优化设计方法 |
| CN109510265A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-22 | 上海松岳电源科技有限公司 | 一种电池组主被动一体式均衡系统 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104578436A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-29 | 苏州易美新思新能源科技有限公司 | 一种分布式储能系统 |
| CN104701559A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-06-10 | 安徽美能储能系统有限公司 | 一种用于锌溴液流储能的管理控制系统 |
| CN106647692A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-05-10 | 安徽锐能科技有限公司 | 用于电池管理系统的从控模块的检测系统及方法 |
| CN109510265A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-22 | 上海松岳电源科技有限公司 | 一种电池组主被动一体式均衡系统 |
| CN109491488A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-03-19 | 天津津航计算技术研究所 | Vpx机箱多板卡bios电池的优化设计方法 |
| CN109491488B (zh) * | 2018-12-03 | 2022-03-15 | 天津津航计算技术研究所 | Vpx机箱多板卡bios电池的优化设计方法 |
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