CN208006735U - 一种电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电池管理技术领域，具体涉及一种电池管理系统。本实用新型所要解决的技术问题是提出一种电池管理系统，解决电池组不易管理，出现故障无法自行处理的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提出这样一种电池管理系统，包括电池组、采样模块、检测模块、控制模块、上位机、执行单元、报警模块、显示单元和电池均衡器，采样模块和检测模块分别通过串行外设接口与控制模块进行串行通信，将信息发送给控制模块，控制模块将信息发送给上位机，上位机将收到的信息进行分析处理，并通过控制模块其他模块发送命令。本实用新型具有帮助用户快速了解电池组实时状态并可在电池组出现故障时及时进行处理的效果。

Description

一种电池管理系统

技术领域

本实用新型属于电池管理技术领域，具体涉及一种电池管理系统。

背景技术

随着新能源汽车的不断推广，对于生产厂家而言，如何在量产中快速直观得了解电池组状态，实现高效调试；对于用户而言，如何在使用中对动力状况一目了然，预测汽车剩余里程并安全使用，都需要一个能够将电子语言转化为人类可识别语言的平台。

由于实际整车环境复杂，在检测电池组状态时会产生脉冲干扰，影响到数据的传输，甚至对硬件造成损害。为了能够在高速通信中得到无错误的数据，系统设计中必须要对这些干扰进行处理

电池的性能和寿命与外部的环境温度有着密切的关系，并且在充放电过程中，电池温度也会产生一定变化，特别是过充和过放阶段，温度可能变化很大，而温度过高则会引起故障甚至导致电池组爆炸。

由于每块电池的性能存在差异，所以每块电池在充放电时的电压不完全一样，存在偏差。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池各项参数逐渐分化，加快了电池组的损耗速度。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种电池管理系统，通过利用上位机通过控制模块管理各模块的工作，解决了电池组不易管理，出现故障无法自行处理的问题，具有帮助用户快速了解电池组实时状态并可在电池组出现故障时及时进行处理的效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种电池管理系统，所述该系统包括电池组、采样模块、检测模块、控制模块、上位机、执行单元、报警模块、显示单元和电池均衡器，采样模块和检测模块分别通过串行外设接口与控制模块进行串行通信，将信息发送给控制模块，控制模块将信息发送给上位机，上位机将收到的信息进行分析处理，并通过控制模块向电池均衡器、报警模块和执行机构发送相应的命令，显示单元与上位机连接，上位机通过显示单元实时显示电池组的状态信息。

优选的，所述采样模块包括电池监视芯片、电流采样单元、温度采样单元、电压采样单元和电量采样单元，电池监视芯片采用4线制的SPI作为通信接口，电流采样单元、温度采样单元、电压采样单元和电量采样单元分别采集电池组的电流、温度、电压和电量信息，并将信息发送给控制模块。

优选的，所述采样模块的输入通路中加有串联电阻，在电池组输入正负极之间并联有电容。

优选的，所述检测模块包括短路检测单元和漏电检测单元，短路检测单元和漏电检测单元分别检测系统是否存在短路或漏电故障，并将检测信息通过控制模块传送给上位机，所述执行单元包括断路器和散热器，断路器和散热器均由控制模块控制。

优选的，所述控制模块采用16位数字信号控制器，采用I/O口来模拟SPI的通信接口。

优选的，所述电池均衡器由多个相同的并联稳压电路组成，稳压电路的具体数量与电池组包含的电池数量相同，每块电池上各并联一个该稳压电路，所述稳压电路包括电阻R1、电阻R2、稳压管D1、二极管和三极管Q1，电阻R1的两端分别连接至电源的正负极，电阻R2和稳压管D1串联后，与电阻R1并联，三极管Q1的基极连接至R2和稳压管D1的中节点，发射极连接至电源正极，集电极与二极管串联后，连接至电源负极。

优选的，所述稳压电路还包括发光二极管和电阻R3，发光二极管与电阻R3串联后，与所述二极管并联。

一种电池管理方法，包括如下步骤：

步骤一：电池组工作时，采样模块采集电池组的实时信息，如电压、电量、温度和通过电池组的电流强度，检测模块实时监测电池组状态，执行下一步骤；

步骤二：采样模块和检测模块将获取的信息传送给控制模块，执行下一步骤；

步骤三：控制模块与上位机进行通信，检测单元检测到故障时，执行步骤四，无任何故障时，执行步骤六；

步骤四：上位机通过控制模块向执行单元和报警模块发送指令，执行下一步骤；

步骤五：执行单元中的断路器断路，报警模块进入故障报警状态，执行步骤七；

步骤六：上位机通过控制模块向执行单元和电池均衡器发送指令，执行单元中的散热器根据温度大小调节工作功率，电池均衡器进行均衡控制，执行下一步骤；

步骤七：上位机将收到电池组状态信息通过显示单元显示出来，供用户观看。

本实用新型有益效果是:

1、帮助用户快速了解电池组实时状态；

2、电池组出现某些故障时可及时进行处理；

3、减少了干扰，该系统更精准稳定；

4、可对电池组进行均衡控制，增大了电池组的使用寿命。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施方式的系统结构图。

图2是本实用新型的具体实施方式的稳压电路结构图。

图3是本实用新型的具体实施方式的电池均衡器电路图。

图4是本实用新型的具体实施方式的控制模块与采样模块通信结构图。

图5是本实用新型的具体实施方式的系统工作流程图。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，一种电池管理系统，包括电池组、采样模块、检测模块、控制模块、上位机、执行单元、报警模块、显示单元和电池均衡器。采样模块和检测模块分别采集电池组的状态信息，并将信息发送给控制模块，控制模块将信息发送给上位机，上位机将收到的信息进行分析处理，并通过控制模块向电池均衡器、报警模块和执行机构发送相应的命令。显示单元与上位机连接，用于显示电池组的实时状态，如电池组的电压、温度、电量和通过电池组的电流信息等。

采样模块与控制模块间采用SPI(串行外设接口)串行通信，可快速完成电池组信息的采集。该采样模块包括电池监视芯、电流采样单元、温度采样单元、电压采样单元和电量采样单元，电池监视芯片采用4线制的SPI作为通信接口，分别实现数据输入、数据输出、时钟和片选，电流采样单元用于采集通过电池组的电流信息，温度采样单元采集每块电池的温度信息，电压采样单元分别采集每块电池的电压信息，电量采样单元分别检测每块电池存储的电量。

由于系统工作环境复杂，会有一定的脉冲干扰，影响到数据的传输，甚至对硬件造成损害，因此在采样模块中还要加入滤波电路，用来减少或消除干扰。可以在输入通路中加入100Ω的串联电阻，同时，在电池组输入正负极之间并联电容，构成RC滤波电路，并且使RC滤波器在实际转换之前提供足够的稳定电压，采用16kHz的低通滤波器(100Ω，0.1μF)，可提供30dB噪声抑制。

检测模块包括短路检测单元和漏电检测单元，分别用于检测电池组是否存在短路和漏电故障。执行单元包括断路器和散热器，当系统出现短路、漏电、过流和过压等故障时，断路器执行断路保护，当电池组温度过高时，散热器根据电池组温度调节相应的工作功率，温度越高，散热扇的工作功率越大。报警模块用于故障报警。

电池均衡器的作用是控制电池组中每块电池的电压，使电池组内所有电池电压相同或相近。如图2所示的稳压电路图，该稳压电路包括电阻R1、电阻R2、稳压管D1、二极管和三极管Q1，电阻R1的两端分别连接至电源的正负极，电阻R2和稳压管D1串联后，与电阻R1并联，三极管Q1的基极连接至R2和稳压管D1的中节点，发射极连接至电源正极，集电极与二极管串联后，连接至电源负极，稳压电路还包括发光二极管和电阻R3，发光二极管与电阻R3串联后，与所述二极管并联。如图3所示，电池均衡器电路是由多个相同的并联稳压电路组成，具体数量与电池组包含的电池数量相同，图中所设的电池组包含三块电池，每块电池上各并联一个该稳压电路。每个稳压电源都调节到最合适的电压，例如为4.2V。均衡的原理是：当电池电压都小于4.2V时，并联稳压电路不起作用，充电电流都从电池上通过。如果电池不均衡，其中有一块电池先充满，那么并联稳压电路就开始工作，起到分流作用，会把电压一直稳定到4.2V，即充电电流就不再经过充满的电池了。需要说明的是：该电池均衡器的电路中的三个串联的二极管IN4001，起分压作用，可以减少散耗在三极管TIP42上的功率。如果不接这三个二极管IN4001，那么三极管TIP42上散耗的功率P＝4.2V×充电电流，加上之后，P＝(4.2V-3×0.7V)×充电电流。图右边的发光二极管有指示作用，灯亮，表示电压已经达到4.2V，即这个均衡电路对应的电池已经充满电了。

如图4所示，控制模块的主控制芯片采用16位数字信号控制器，采用I/O口来模拟SPI的通信接口。主控芯片通过4个SCLK端(时钟信号)与4个CS端(片选)来选择进行通信的检测模块，可以同时管理多块电池。当主控芯片需要对采样模块11连接的电池组进行管理时，会同时在CS端口CSB1上发送片选信号和SCLK端口SCK1上发送时钟信号，这样使采样模块11进入工作状态，控制模块通过SPI总线的MOSI端(主机输出，从机输入)向采样模块11发送命令，并通过MISO端(主机输入、从机输出)从采样模块11接收采样数据。之后主控制模块根据采模块传回的数据，经过处理得到的需要的信息，再采取合理的动作。包括估算SOC与SOH，选择均衡策略和充放电的控制。

一种电池管理方法，包括如下步骤：

步骤一：电池组工作时，采样模块采集电池组的实时信息，如电压、电量、温度和通过电池组的电流强度等，检测模块实时监测电池组状态，执行下一步骤；

步骤二：采样模块和检测模块将获取的信息传送给控制模块，执行下一步骤；

步骤三：控制模块与上位机进行通信，检测单元检测到故障时，执行步骤四，无任何故障时，执行步骤六；

步骤四：上位机通过控制模块向执行单元和报警模块发送指令，执行下一步骤；

步骤五：执行单元中的断路器断路，报警模块进入故障报警状态，执行步骤七；

步骤六：上位机通过控制模块向执行单元和电池均衡器发送指令，执行单元中的散热器根据温度大小调节工作功率，电池均衡器进行均衡控制，执行下一步骤；

步骤七：上位机将收到电池组状态信息通过显示单元显示出来，供用户观看。

上面对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电池管理系统，其特征在于，所述该系统包括电池组、采样模块、检测模块、控制模块、上位机、执行单元、报警模块、显示单元和电池均衡器，采样模块和检测模块分别通过串行外设接口与控制模块进行串行通信，将信息发送给控制模块，控制模块将信息发送给上位机，上位机将收到的信息进行分析处理，并通过控制模块向电池均衡器、报警模块和执行机构发送相应的命令，显示单元与上位机连接，上位机通过显示单元实时显示电池组的状态信息。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述采样模块包括电池监视芯片、电流采样单元、温度采样单元、电压采样单元和电量采样单元，电池监视芯片采用4线制的SPI作为通信接口，电流采样单元、温度采样单元、电压采样单元和电量采样单元分别采集电池组的电流、温度、电压和电量信息，并将信息发送给控制模块。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述采样模块的输入通路中加有串联电阻，在电池组输入正负极之间并联有电容。

4.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述检测模块包括短路检测单元和漏电检测单元，短路检测单元和漏电检测单元分别检测系统是否存在短路或漏电故障，并将检测信息通过控制模块传送给上位机，所述执行单元包括断路器和散热器，断路器和散热器均由控制模块控制。

5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制模块采用16位数字信号控制器，采用I/O口来模拟SPI的通信接口。

6.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池均衡器由多个相同的并联稳压电路组成，稳压电路的具体数量与电池组包含的电池数量相同，每块电池上各并联一个该稳压电路，所述稳压电路包括电阻R1、电阻R2、稳压管D1、二极管和三极管Q1，电阻R1的两端分别连接至电源的正负极，电阻R2和稳压管D1串联后，与电阻R1并联，三极管Q1的基极连接至R2和稳压管D1的中节点，发射极连接至电源正极，集电极与二极管串联后，连接至电源负极。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，所述稳压电路还包括发光二极管和电阻R3，发光二极管与电阻R3串联后，与所述二极管并联。