CN204156581U - 一种集散式锂电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集散式锂电池管理系统，包括主控单元、高压采集单元、单体电控单元，所述主控单元通过两个内部CAN通信接口分别与高压采集单元、单体电控单元相连，分别采集电池电流电压与温度数据。本实用新型集散式的电池管理系统结构，能够很好的利用各个子单元的功能，解决的集中式电池管理系统MCU负载过重的问题，而且将高压单元和低压单元分开有效地降低电磁干扰。这种分离式的电池管理系统结构，能够缩小各个单元的体积大小，能够更加灵活的安装于不同尺寸大小的电池箱结构和空间中，大大地提高了电池管理系统的通用性。

Description

一种集散式锂电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池领域，尤其为一种集散式锂电池管理系统。

背景技术

电池管理系统(BMS)的目的主要有两方面，一方面是为矿用救生舱提供稳定可靠的能源供给，另一方面是提高动力电池的能量使用效率并延长电池寿命。电池管理系统与动力电池是一体的，电池管理策略的好坏直接影响着电池的寿命和设备工作的稳定性和安全性。

如图1所示为传统的集中式电池管理系统，传统的集中式电池管理系统数据采集部分有母线电流传感器、温度传感器、母线电压采集模块、单体电压采集模块来对其进行实现，并且在传感器接入MCU时都通过信号调整来避免引起信号干扰。数据通信部分，可以通过RS232串口与PC上位机进行通信，也可以通过CAN收发器应用CAN网络和矿用救生舱控制模块VCU进行通信。安全管理部分，在电源输入由电源保护模块来对电源安全进行管理，温度过高可以通过控制风扇控制器来降低电池箱温度，如果电压电流非正常也可以切断母线继电器对电池进行保护，并且还进行了漏电检测保护。对于能量管理，该系统也通过对预加电测试来进行管理。

但是从结构分析中和实际工作状况可以发现，该系统结构存在着许多问题，总结如下：

(1)MCU的负荷过重：从结构示意图就可以看出，对于一个MCU来说，外围负载了包括数据采集、数据通信、安全管理以及能量管理的许多外设，需要处理电压电流温度等许多数据，并且还要在MCU内部对SOC进行复杂的运算，这对MCU的数据处理能力是一个极大的考验。这种结构极大的制约了电池管理系统性能拓展。

(2)电磁干扰问题：虽然系统在设计过程中，必定会对这方面进行考虑，但是作为电池管理系统需要安装在电池箱内有限的空间里，而要在有限的空间上完成这么多的功能，并且要完成很好的抗电磁干扰设计，这本身就是一件极困难的事情，还需要采集包括电池总电流、总电压高压数据及单体电压等低压数据。

(3)系统布线问题：在电池管理系统实际布局中，存在着各种线路，系统的低压控制线、高压控制线、通信线束都需要从MCU上引出，来与外部设备连接，这一方面会造成线束过于集中，布线麻烦，另一方面线束中的信号也会对MCU板上的模块工作产生干扰。

(4)通用性差：因为集中式设计的系统结构相对固定，无法针对不同的动力电池进行添加或者减少功能模块，也不便于针对不同的电池箱尺寸进行灵活布局，硬件平台不便于推广。

基于集中式电池管理系统结构上的种种缺陷，本系统将采用集散式的电池管理系统结构，很好的解决了这些问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种集散式锂电池管理系统，通过将电池管理系统分割成三个不同的部分，主控单元、高压采集单元、单体电控单元，克服了集中式电池管理系统结构上的种种缺陷。

为了解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：一种集散式锂电池管理系统，包括主控单元、高压采集单元、单体电控单元，所述主控单元通过两个内部CAN通信接口分别与高压采集单元、单体电控单元相连，分别采集电池电流电压与温度数据，所述主控单元包括CPU和CPU主板，所述CPU主板上刻有隔离电路和控制模块，所述CPU安装在CPU主板上并与其电相连，以实现时钟管理和存储的功能，所述高压采集单元包括内部独立的CPU和CPU主板，所述独立的CPU主板上刻有高压控制模块、电流采集模块、高电压采集模块，所述独立的CPU安装在其对应的独立的CPU主板上并与其电相连，以实现预充电处理与绝缘检测功能，所述单体电控单元也包括其内部独立的CPU、CPU主板与锂电池，所述对应的独立的CPU主板上刻有控制单元、温度采集模块、低电压采集模块，所述对应的独立的CPU安装在其对应的独立的CPU主板上并与其电相连，以实现均衡管理的功能，所述锂电池正极与控制单元相连并与高电压采集模块电连接，所述锂电池负极与温度采集模块相连并与高压控制模块相连。

进一步的，所述锂电池至少为一个，所述各锂电池相串联连接。

优选的，所述主控单元还包括RS485接口，所述主控单元通过RS485接口与PC上位机相连。

优选的，所述主控单元还包括充电机接口，通过充电机接口实现矿用救生舱充电时与充电机之间的通信。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型集散式的电池管理系统结构，能够很好的利用各个子单元的功能，解决的集中式电池管理系统MCU负载过重的问题，而且将高压单元和低压单元分开有效地降低电磁干扰。这种分离式的电池管理系统结构，能够缩小各个单元的体积大小，能够更加灵活的安装于不同尺寸大小的电池箱结构和空间中，大大地提高了电池管理系统的通用性。

附图说明

图1为现有的集中式电池管理系统；

图2为本实用新型的集散式锂电池管理系统。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步说明：

如图2所示：一种集散式锂电池管理系统，包括主控单元、高压采集单元、单体电控单元，主控单元通过两个内部CAN通信接口分别与高压采集单元、单体电控单元相连，分别采集电池电流电压与温度数据，主控单元包括CPU和CPU主板，CPU主板上刻有隔离电路和控制模块，CPU安装在CPU主板上并与其电相连，以实现时钟管理和存储的功能，高压采集单元包括内部独立的CPU和CPU主板，独立的CPU主板上刻有高压控制模块、电流采集模块、高电压采集模块，独立的CPU安装在其对应的独立的CPU主板上并与其电相连，以实现预充电处理与绝缘检测功能，单体电控单元也包括其内部独立的CPU、CPU主板与锂电池，对应的独立的CPU主板上刻有控制单元、温度采集模块、低电压采集模块，对应的独立的CPU安装在其对应的独立的CPU主板上并与其电相连，以实现均衡管理的功能，锂电池正极与控制单元相连并与高电压采集模块电连接，锂电池负极与温度采集模块相连并与高压控制模块相连。

进一步的，所述锂电池至少为一个，各锂电池相串联连接。

优选的，主控单元还包括RS485接口，主控单元通过RS485接口与PC上位机相连。

优选的，主控单元还包括充电机接口，通过充电机接口实现矿用救生舱充电时与充电机之间的通信。

以下为本实用新型各部分的功能原理：

主控单元(BMU)主要实现数据通信、状态估计和能量管理功能，并实现部分安全管理功能。主控单元通过两个内部CAN通信接口收集由高压采集单元和单体电控单元采集到的电池电流电压温度数据，在主控单元CPU中进行分析，进行当前电池状态估计，计算出电池SOC及其它参数并通过矿用救生舱CAN传送到控制器VMU，由VMU来对电池管理系统进行总体控制，通过RS485接口传送到PC上位机，通过充电机接口实现矿用救生舱充电时与充电机之间的通信。当主控单元收集到的电池数据非正常时，主控单元可以通过控制模块来对电池进行安全管理，例如打开风扇、切断母线等操作，保证电池的安全，并进行安全记录。主控单元还可以通过与充电机的通信进行矿用救生舱能量管理。

高压采集单元(HVCU)主要实现数据采集和安全管理功能，高压采集单元采集整个电池箱的总电压电流，因为高压采集关系到电池SOC的计算，所以进行单独测量提高采集精度和速度，并且通过单独的内部CAN接口将采集到的数据高速传送给主控单元以提高主控单元计算精度。高压采集单元还管理着电池箱的绝缘检测，保证电池箱不会出现漏电情况，保证矿用救生舱的安全。

单体采集单元(LECU)主要功能是数据采集和能量管理，也完成部分安全管理功能。由于一个电池箱是由多个单体电池组成，所以本系统有多个单体采集单元来对多个电池进行采集，每个单体采集单元负责采集多个单体电池的电压和温度，并通过内部CAN网络将数据传送到主控单元的第二个内部CAN接口。由于有多个单体采集单元来对电池进行测量，所以在单体采集单元和主控单元之间是一个CAN总线，所有的LECU都通过CAN总线向BMU发送采集到的数据。每个单体电池电压在使用过程中，由于工艺的差异，或多或少都会存在电压不一致的情况，而这种不一致会导致电池的容量变小、寿命变短，所以需要LECU对单体电池进行均衡，完成能量管理功能，并且当电池过充时，LECU也会对电池电压过高的单体进行均衡，放掉多余的电量，保证电池的安全。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种集散式锂电池管理系统，其特征在于，包括主控单元、高压采集单元、单体电控单元，所述主控单元通过两个内部CAN通信接口分别与高压采集单元、单体电控单元相连，所述主控单元包括CPU和CPU主板，所述CPU主板上刻有隔离电路和控制模块，所述CPU安装在CPU主板上并与其电相连，所述高压采集单元包括内部独立的CPU和CPU主板，所述独立的CPU主板上刻有高压控制模块、电流采集模块、高电压采集模块，所述独立的CPU安装在其对应的独立的CPU主板上并与其电相连，所述单体电控单元也包括其内部独立的CPU、CPU主板与锂电池，所述对应的独立的CPU主板上刻有控制单元、温度采集模块、低电压采集模块，所述对应的独立的CPU安装在其对应的独立的CPU主板上并与其电相连，所述锂电池正极与控制单元相连并与高电压采集模块电连接，所述锂电池负极与温度采集模块相连并与高压控制模块相连。

2.根据权利要求1所述的集散式锂电池管理系统，其特征在于，所述锂电池至少为一个，所述各锂电池相串联连接。

3.根据权利要求1所述的集散式锂电池管理系统，其特征在于，所述主控单元还包括RS485接口，所述主控单元通过RS485接口与PC上位机相连。

4.根据权利要求1所述的集散式锂电池管理系统，其特征在于，所述主控单元还包括充电机接口。