CN208782537U - 一种电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池管理系统。系统包括嵌入式处理单元、电源管理单元、保护单元和无线通信单元；电源管理单元与电池组连接，用于激活嵌入式处理单元，且将电池组的电压降压后为电池管理系统提供电源；保护单元设置于电池组的充放电回路上，为电池组提供充放电管理；无线通信单元与远程端无线连接，与嵌入式处理单元有线或无线连接，使嵌入式处理单元从远程端获取充放电控制指令；嵌入式处理单元与保护单元连接，根据充放电控制指令、通过保护单元实现电池组的充放电管理。本实用新型可提高无线通信速度，可通过远程控制的方式有效管理轻型电动车辆动力电池组的充放电，提高系统的可靠性及安全性，可满足共享单车的运营模式要求。

Description

一种电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及电动车电池管理领域，尤其涉及一种电池管理系统。

背景技术

共享经济如火如荼，各行业纷纷推出共享模式，例如共享单车。截止目前，市面上大约有几十家共享电单车企业，摩拜、ofo等共享单车巨头已纷纷宣布即将推出带“电”的共享车辆。与单车不同的是，电单车带

“电”的属性令运营称为一大难题。相较单车，电单车电池没电后需进行日常运维，充电成为一大难题。很多企业设立了集中充电仓库，即在电池用完后将空电电池运送到仓库进行集中充电，且不讨论集中充电这一方式存在的危险性，企业起码需给一台电单车配备2-3块电池，才能满足单车时刻有电运转，运营压力巨大，快充及换电模式应运而生。

在城市出行日益优化的互联网时代，两轮出行工具急需得到改善。因此，基于这样的运营模式，就需要一款能够与之匹配的电池管理系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种电池管理系统，能够实现充放电的远程控制。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电池管理系统，包括嵌入式处理单元，还包括：电源管理单元、保护单元和无线通信单元；

所述电源管理单元与电池组连接，用于激活嵌入式处理单元，且将电池组的电压降压后为电池管理系统提供电源；

所述保护单元设置于电池组的充放电回路上，用于为电池组提供充放电管理；

所述无线通信单元与远程端无线连接，与嵌入式处理单元有线或无线连接，用于使嵌入式处理单元从远程端获取充放电控制指令；

所述嵌入式处理单元与保护单元连接，用于根据所述充放电控制指令、通过所述保护单元实现电池组的充放电管理。

其中，所述无线通信单元包括：

通信模块，用于与远程端实现无线通信，以及与嵌入式处理单元实现有线或无线通信；

LDO电源模块，用于将电源管理单元提供的电源转换为通信模块的工作电压；

协议转换模块，用于根据嵌入式处理单元的通信协议，对充放电控制指令进行转换。

其中，所述通信模块为4G通信模块。

进一步的，所述电池管理系统还包括：定时唤醒单元；

所述定时唤醒单元包括可编程定时器，与电源管理单元连接，用于在计时达到预设值后向电源管理单元发送唤醒信号。

其中，所述电源管理单元包括：

DC/DC变换电路，用于将电池组的电压降压为电池管理系统的电压；

电源开关电路，用于通过场效应管的导通或截止来控制电池组是否对DC/DC变换电路输出电压；

激活电路，包括逻辑或门，用于接收嵌入式处理单元的延时下电信号、定时唤醒单元的唤醒信号或者外部启动信号的任意一个，使电源开关电路导通。

其中，所述保护单元包括：

保护电路，包括多个并联的场效应管；

驱动电路，用于接收嵌入式处理单元的充放电控制指令并转换成驱动电平；所述驱动电平使保护电路的场效应管导通或截止，以控制电池组的充放电回路的通断。

进一步的，所述电池管理系统还包括：模拟前端采集单元，包括温度采集模块、单体电池电压采集模块和被动均衡模块；

所述温度采集模块包括温度传感器，用于采集电池组的温度，发送到嵌入式处理单元；

所述单体电池电压采集模块包括电压采集芯片，与电池组的单体电池连接，用于分别采集每个单体电池的电压，发送到嵌入式处理单元；

所述被动均衡单元用于根据嵌入式处理单元对电池组的温度和每个单体电池的电压的分析结果，对单体电池进行电量均衡。

进一步的，所述电池管理系统还包括：电流采集单元，包括分流器和电流采集芯片；

所述分流器设置在电池组的充放电回路上；

所述电流采集芯片用于测量分流器两端的电压，计算充放电回路的电流，并进行过流保护。

进一步的，所述电池管理系统还包括：外部通信单元；

所述外部通信单元通过总线分别与上位机、嵌入式处理单元连接，用于通过上位机对嵌入式处理单元进行升级和参数配置。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了4G无线通信模块，可提高无线通信速度，并支持远程监控，可有效管理轻型电动车辆动力电池组，通过远程控制的方式管理电池的充放电，提高轻型电动车辆电池管理系统的可靠性及安全性，并且远程控制可满足共享单车的运营模式应用要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的电池管理系统的结构示意图。

图2是本实施例中电源管理单元的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实施例提供一种电池管理系统，适用于共享电单车、电车防盗等使用场景，可以远程控制电池的充放电，便于共享单车运营计费，特别是可远程禁止电池放电，有利于电车防盗。

图1是本实施例提供的电池管理系统的结构示意图。如图1所示，该电池管理系统包括嵌入式处理单元30，还包括：电源管理单元50、保护单元40和无线通信单元70。

所述电源管理单元50与电池组连接，从串联的电池组取电，用于激活嵌入式处理单元30，且将电池组的电压降压后为电池管理系统提供电源，电池组的电源一般是12V、24V或48V，需要降压到5V供电池管理系统运行。

所述保护单元40设置于电池组的充放电回路上，一般设置在电池组和用电设备之间，用于为电池组提供充放电管理。具体的，包括充电管理和放电管理。

所述无线通信单元70与远程端无线连接，与嵌入式处理单元30有线或无线连接，用于使嵌入式处理单元30从远程端获取充放电控制指令。

所述嵌入式处理单元30与保护单元40连接，用于根据所述充放电控制指令、通过所述保护单元40实现电池组的充放电管理。

其中，所述无线通信单元70包括：

通信模块702，用于与远程端实现无线通信，以及与嵌入式处理单元30实现有线或无线通信；其中，所述通信模块702为4G通信模块，且集成GPS定位功能。在应用上，定位功能可以方便共享电单车的运营人员快速找到车辆并更换电池，对于家用电单车来说，可以辅助防盗，当发现电单车处于非正常状态下的移动时，可以通过远程端发送禁止放电的控制指令，通信模块702收到后，向嵌入式处理单元30传递，嵌入式处理单元30驱动保护单元40断开充放电回路，并且通过定位功能辅助找回电单车。

LDO电源模块701，用于将电源管理单元50提供的电源转换为通信模块702的工作电压。部分通信模块702的工作电压是3.5V，此时需要LDO芯片对电源管理模块输出的电压进行转换。

协议转换模块703，用于根据嵌入式处理单元30的通信协议，对充放电控制指令进行转换。嵌入式处理单元30与通信模块702通过UART协议或其他协议进行通信，协议转换模块703可将充放电控制指令转换为相应的UART电平。

进一步的，所述电池管理系统还包括：定时唤醒单元60。

所述定时唤醒单元60包括可编程定时器，与电源管理单元50连接，用于在系统进入休眠后开始计时，当计时达到预设值后向电源管理单元50发送唤醒信号，从而定时激活电源管理单元50，唤醒电池管理系统，实现定时发送远程监控信息(包含GPS定位)到远程端或其他上位机。

图2是本实施例中电源管理单元50的示意图。如图2所示，所述电源管理单元50包括：

DC/DC变换电路501，用于将电池组的电压降压为电池管理系统的电压。

电源开关电路502，设置于电池组和DC/DC变换电路501之间，用于通过场效应管的导通或截止来控制电池组是否对DC/DC变换电路501输出电压，实现电源的管理控制。

激活电路503，包括逻辑或门电路，用于接收嵌入式处理单元30的延时下电信号、定时唤醒单元60的唤醒信号或者外部启动信号的任意一个，使电源开关电路502导通。

其中，所述保护单元40包括：

保护电路401，包括多个并联的场效应管，根据不同的充放电功率适配场效应管数目，功率越大，并联的场效应管数目也越多；本实施例的场效应管优选为NMOS管。

驱动电路402，用于接收嵌入式处理单元30的充放电控制指令并转换成驱动电平；所述驱动电平使保护电路401的场效应管导通或截止，以控制电池组的充放电回路的通断。

进一步的，所述电池管理系统还包括：模拟前端采集单元10，包括温度采集模块101、单体电池电压采集模块102和被动均衡模块103。模拟前端采集单元10是以AFE芯片(Analog Front End)为核心，配备必要的外围电路组成。

所述温度采集模块101包括温度传感器，用于采集电池组的温度，发送到嵌入式处理单元30。所述单体电池电压采集模块102包括电压采集芯片，与电池组的单体电池连接，用于分别采集每个单体电池的电压，发送到嵌入式处理单元30。嵌入式处理单元30对电池组的温度和每个单体电池的电压的进行分析，判断每个单体电池是否需要均衡，具体判断方法参照现有技术执行。

所述被动均衡模块103用于根据嵌入式处理单元30的分析结果，对单体电池进行电量均衡。

进一步的，所述电池管理系统还包括：电流采集单元20，包括分流器202和电流采集芯片201；所述分流器202设置在电池组的充放电回路上；所述电流采集芯片201用于测量分流器202两端的电压，计算充放电回路的电流，并进行过流保护。

进一步的，所述电池管理系统还包括：外部通信单元80；所述外部通信单元80通过总线分别与上位机、嵌入式处理单元30连接，用于通过上位机对嵌入式处理单元30进行升级和参数配置，可采用CAN总线或RS485总线，本实施例优选CAN总线通信。

下面结合图1说明该电池管理系统的工作原理：

1)当系统收到充放电请求时(无论是远程发送启动指令还是本地物理启动)，外部启动信号PWR_EN为高电平，这时候将激活电源管理单元50输出有效电压VCC，唤醒该电池管理系统工作，包括电池管理系统采集电池组信息、通过4G通信发送电池组状态信息到远程端及进行充放电等。所述嵌入式处理单元30激活后，输出有效的延时下电控制信号DELAY_EN(高电平)控制电源管理单元50保持激活状态，同时周期输出清零信号CLR清除定时唤醒单元60的计数值，令唤醒信号EN1一直保持低电平。

所述嵌入式处理单元30通过I2C通信与模拟前端采集单元10、电流采集单元20通信，采集电池组信息(包括所有单体电池的电压、电池温度及充放电电流)。若系统通过电池组信息自检正常，所述嵌入式处理单元30下发充放电控制指令CHG/DIS(高电平)至保护单元40，控制保护电路401导通，允许充放电；若检测到电池组故障，则下发充放电控制指令CHG/DIS(低电平)至保护单元40，控制保护电路401关断，禁止充放电。

在充放电过程中，所述嵌入式处理单元30通过UART通信与无线通信单元70通信，并通过无线通信单元70与远程监控中心无线通信，定时发送电池组的状态信息至远程监控中心，提高系统运行的安全性。此外，由于4G通信模块集成了GPS功能，还可以实现GPS定位；远程监控中心也可以远程命令电池管理系统禁止充放电，实现防盗功能。

2)当无充放电请求时，外部启动信号PWR_EN为低电平，这时候所述嵌入式处理单元30检测到激活信号已消失，则下发充放电控制指令CHG/DIS(低电平)至保护单元40，控制保护电路401关断，禁止充放电；同时通过I2C通信命令模拟前端采集单元10进入低功耗休眠模式；并且停止周期发送清零信号CLR，定时唤醒单元60开始计数。此外，所述嵌入式处理单元30输出延时下电控制信号DELAY_EN输出低电平，控制电池管理单元关断输出电压VCC，系统下电进入低功耗模式。此时仅定时唤醒单元60及模拟前端采集单元10消耗极低的电流，实现了系统的低功耗。

3)当定时唤醒单元60计时到预设值后(例如180秒，可自定义)，可编程定时器模块将控制唤醒信号EN1输出高电平激活电源管理单元50，进一步唤醒系统工作，可根据实际要求，通过无线通信单元70发送电池组当前的GPS位置及状态信息，完成发送后，再进入休眠下电，执行流程2)。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池管理系统，包括嵌入式处理单元，其特征在于，还包括：电源管理单元、保护单元和无线通信单元；

所述电源管理单元与电池组连接，用于激活嵌入式处理单元，且将电池组的电压降压后为电池管理系统提供电源；

所述保护单元设置于电池组的充放电回路上，用于为电池组提供充放电管理；

所述无线通信单元与远程端无线连接，与嵌入式处理单元有线或无线连接，用于使嵌入式处理单元从远程端获取充放电控制指令；

所述嵌入式处理单元与保护单元连接，用于根据所述充放电控制指令、通过所述保护单元实现电池组的充放电管理。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述无线通信单元包括：

通信模块，用于与远程端实现无线通信，以及与嵌入式处理单元实现有线或无线通信，所述通信模块为4G通信模块；

LDO电源模块，用于将电源管理单元提供的电源转换为通信模块的工作电压；

协议转换模块，用于根据嵌入式处理单元的通信协议，对充放电控制指令进行转换。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括：定时唤醒单元；

所述定时唤醒单元包括可编程定时器，与电源管理单元连接，用于在计时达到预设值后向电源管理单元发送唤醒信号。

4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述电源管理单元包括：

DC/DC变换电路，用于将电池组的电压降压为电池管理系统的电压；

电源开关电路，用于通过场效应管的导通或截止来控制电池组是否对DC/DC变换电路输出电压；

激活电路，包括逻辑或门，用于接收嵌入式处理单元的延时下电信号、定时唤醒单元的唤醒信号或者外部启动信号的任意一个，使电源开关电路导通。

5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述保护单元包括：

保护电路，包括多个并联的场效应管；

驱动电路，用于接收嵌入式处理单元的充放电控制指令并转换成驱动电平；所述驱动电平使保护电路的场效应管导通或截止，以控制电池组的充放电回路的通断。

6.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括：模拟前端采集单元，包括温度采集模块、单体电池电压采集模块和被动均衡模块；

所述温度采集模块包括温度传感器，用于采集电池组的温度，发送到嵌入式处理单元；

所述单体电池电压采集模块包括电压采集芯片，与电池组的单体电池连接，用于分别采集每个单体电池的电压，发送到嵌入式处理单元；

所述被动均衡单元用于根据嵌入式处理单元对电池组的温度和每个单体电池的电压的分析结果，对单体电池进行电量均衡。

7.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括：电流采集单元，包括分流器和电流采集芯片；

所述分流器设置在电池组的充放电回路上；

所述电流采集芯片用于测量分流器两端的电压，计算充放电回路的电流，并进行过流保护。

8.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括：外部通信单元；

所述外部通信单元通过总线分别与上位机、嵌入式处理单元连接，用于通过上位机对嵌入式处理单元进行升级和参数配置。