CN209513904U - 电流计量装置及储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了电流计量装置及储能系统，包括：电流检测模块、差分放大模块、AD转换模块和BMS计算模块；电流检测模块，用于检测储能系统输出的电流，并在检测到电流时向差分放大模块包括的多个差分放大单元同步传递电流对应的电压信号；以使多个差分放大单元采样电压信号，并进行差分放大处理；AD转换模块，用于将每个差分放大单元输出的差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，并输送至BMS计算模块；以使BMS计算模块根据数字电压值以及预存的电流检测模块的检测量程计算储能系统输出的电流的计量值，从而得到高精度的电流计量值，提高了BMS系统中电流计量的准确度和速度。

Description

电流计量装置及储能系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池BMS管理技术领域，尤其是涉及电流计量装置及储能系统。

背景技术

随着绿色节能概念的推广，动力电池系统和储能电池系统成为新能源行业发展的生力军，电池BMS(Battery management system，电池管理系统)系统的好坏成为决定电池系统的关键，BMS系统自身的电流检测精度和速度直接影响BMS系统的成败。尤其对于高压的电池系统，高精度和高速度的电流计量，是SOC(State of Charge，荷电状态)高精度的重要前提条件。

但是，目前电池高压BMS系统电流计量方式，往往难以兼顾电流的采样速度和采样精度，导致难以满足高精度高速度的电流计量需求，以及BMS系统电流计量不准的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供电流计量装置及储能系统，提高了BMS系统中电流计量的准确度和速度。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电流计量装置，所述装置包括：电流检测模块、差分放大模块、AD转换模块和BMS计算模块；其中，所述差分放大模块包括多个并联的差分放大单元；

所述电流检测模块、所述差分放大模块、所述AD转换模块和所述BMS计算模块依次连接，所述BMS计算模块还与储能系统的电池管理系统相连接；

所述电流检测模块，用于检测所述储能系统输出的电流，并在检测到所述电流时向所述差分放大模块包括的多个所述差分放大单元同步传递所述电流对应的电压信号；

所述差分放大模块包括的多个所述差分放大单元，用于采样所述电压信号，对所述电压信号进行差分放大处理，并将差分放大处理后的电压信号发送至所述AD转换模块；

所述AD转换模块，用于将每个所述差分放大单元输出的所述差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，并将所述数字电压值输送至所述BMS计算模块；

所述BMS计算模块，用于接收所述AD转换模块发送的所述数字电压值，根据所述数字电压值以及预存的所述电流检测模块的检测量程计算所述储能系统输出的电流的计量值。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述AD转换模块为N位AD转换模块；多个并联的所述差分放大单元中，每个所述差分放大单元均预先设置有相应的采样精度，且，每个所述差分放大单元预设有对应的检测量程。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，每个所述差分放大单元的差分放大倍数依次为2^i-1倍，其中，i＝1、2…n，n为所述差分放大单元的个数，或者，第i个所述差分放大单元的差分放大倍数为2i×2倍。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述N位AD转换模块包括多个数据接口，每个所述差分放大单元均配置有一个所述数据接口，所述差分放大单元通过所述数据接口将差分放大处理后的电压信号发送至所述N位AD转换模块。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述装置还包括隔离电路，所述隔离电路设置在电流检测模块的输出端，用于对所述电流检测模块输出的电压信号进行隔离处理。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述电流检测模块为霍尔检测器件、分流器或者采样电阻中的一种。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种储能系统，所述储能系统配置有第一方面所述的电流计量装置。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述系统包括储能模块和电池管理系统，所述电流计量装置的BMS计算模块与所述电池管理系统相连接；

其中，所述电流计量装置的电流检测模块用于检测所述储能模块输出的电流。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述系统还包括DC/AC转换模块和电网模块；其中，所述DC/AC转换模块的一端分别与所述储能模块相连接，所述DC/AC转换模块的另一端与所述电网模块相连接。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述储能模块为多个单节电池串联组成的储能模块，所述电池管理系统用于管理所述储能模块。

本实用新型实施例提供了电流计量装置和方法及储能系统，包括：电流检测模块、差分放大模块、AD转换模块和BMS计算模块；电流检测模块，用于检测储能系统输出的电流，并在检测到电流时向差分放大模块包括的多个差分放大单元同步传递电流对应的电压信号；以使多个差分放大单元采样电压信号，并进行差分放大处理；AD转换模块，用于将每个差分放大单元输出的差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，并输送至BMS计算模块；以使BMS计算模块根据数字电压值以及预存的电流检测模块的检测量程计算储能系统输出的电流的计量值，从而得到高精度的电流计量值，提高了BMS系统中电流计量的准确度和速度。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电流计量装置示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电流计量装置结构图；

图3为本实用新型实施例提供的电流计量装置的判断逻辑图；

图4为本实用新型实施例提供的储能系统示意图。

图标：

1-电流计量装置；10-电流检测模块；20-差分放大模块；30-AD转换模块；40-BMS计算模块；50-储能模块；60-电池管理系统；70-DC/AC转换模块；80-电网模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面对本实用新型实施例进行详细介绍。

目前，电池高压BMS系统电流计量多采用16位AD转换的方式，该方法虽然电流采样精度比较高，但是采样速度慢，频率只有100-200Hz之间，面对电流波动，响应速度远远跟不上，导致电流计量不准备，从而影响电池系统SOC精度的准确计量。此外，对于采用12位AD转换的方式，该方法虽然电流采样速度快，每秒可以采集1万次，达到高速采集，但是采样精度不高，比16位AD转换的方式精度差，无法满足高精度电流计量需求。

因此，针对动力电池系统和储能电池系统领域急需一种高精度和高速度的电流计量方法，本实用新型实施例提供了一种电流计量装置和方法及储能系统，可以提高BMS系统中电流计量的准确度和速度，进而快速得到高精度的电流计量值。

实施例一：

本实用新型实施例首先提供了一种电流计量装置，如图1所示，该电流计量装置1包括：电流检测模块10、差分放大模块20、AD转换模块30和BMS计算模块40；其中，差分放大模块20包括多个并联的差分放大单元；电流检测模块、差分放大模块、AD转换模块和BMS计算模块依次连接，此外，BMS计算模块还与储能系统的电池管理系统相连接。

具体地，电流检测模块10检测储能系统输出的电流，并将检测到的电流转换为电压信号，该电压信号同步传递给差分放大模块20中的多个差分放大单元，多个差分放大单元对该电压信号进行差分放大处理后，将差分放大处理后的电压信号发送至AD转换模块30，以使该AD转换模块30将差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，最后发送至BMS计算模块40，以使该BMS计算模块40根据上述数字电压值以及预存的电流检测模块10的检测量程计算储能系统输出的电流的计量值，由于多个差分放大单元的精确度和检测量程均不同，所以，最终得到的储能系统输出的电流的计量值为高精度的电流计量值。

本实用新型实施例提供了电流计量装置，包括：电流检测模块、差分放大模块、AD转换模块和BMS计算模块；电流检测模块，用于检测储能系统输出的电流，并在检测到电流时向差分放大模块包括的多个差分放大单元同步传递电流对应的电压信号；以使多个差分放大单元采样电压信号，并进行差分放大处理；AD转换模块，用于将每个差分放大单元输出的差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，并输送至BMS计算模块；以使BMS计算模块根据数字电压值以及预存的电流检测模块的检测量程计算储能系统输出的电流的计量值，从而得到高精度的电流计量值，提高了BMS系统中电流计量的准确度和速度。

进一步的，为了提高计算的速度和精度，电流检测模块10用于检测储能系统输出的电流，并在检测到电流时向差分放大模块20包括的多个差分放大单元同步传递电流对应的电压信号；以使差分放大模块20包括的多个差分放大单元采样上述电压信号，对电压信号进行差分放大处理，并将差分放大处理后的电压信号发送至AD转换模块30；从而便于AD转换模块30将每个差分放大单元输出的差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，并将数字电压值输送至BMS计算模块40。

具体地，电流检测模块10为霍尔检测器件、分流器或者采样电阻中的一种，电流检测模块10最大检测量程为I，当电流检测模块10检测到储能系统输出的电流时，将该电流转换为电压信号，并将该电压信号同步传递给差分放大模块20的多个并联的差分放大单元。这里为了便于理解，设置并联的差分放大单元的个数为n，差分放大单元的放大倍数为2的n次方或者2的偶数倍，因此，在多个并联的差分放大单元中，第i个差分放大单元的检测量程为第i个差分放大单元的差分放大倍数为2^i-1倍，或者，第i个差分放大单元的差分放大倍数为2i×2倍其中，i＝1、2…n。此外，AD转换模块30为N位AD转换模块30，其中，N为不大于32的正整数，可以根据实际应用情况，选择合适的N位AD转换模块30。

因此，根据AD转换模块30的位数以及差分放大单元的个数，可以确定各个差分放大单元的检测量程和采样精度。例如，第一差分放大单元为放大1倍的差分放大电路，检测量程为0-I，采样精度为第二差分放大单元为放大2倍的差分放大电路，检测量程为采样精度为第三差分放大单元为放大4倍的差分放大电路，检测量程为采样精度为以此类推，第i个差分放大单元的放大倍数为2^i-1倍，检测量程为采样精度为这里通过n个并联的差分放大单元，实现对电流检测模块10的最大检测量程I的多量程管理，从而确定电流所处的最佳差分放大量程，得到最佳的采样精度，最后得到的电流的计量值越精确。

具体地，如图2所示，多个并联的差分放大单元同时采集电流检测模块10传递的电压信号，并对该电压信号同时进行差分放大处理，由于放大倍数和采集精度的不同，分别输出不同的差分放大处理后的电压信号，并将该差分放大处理后的电压信号发送至AD转换模块30。AD转换模块30将每个差分放大单元输出的差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，并将数字电压值输送至BMS计算模块40，该AD转换模块30的采样响应速度较快，因此，可以提高电流计量值的计算速度。

此外，N位AD转换模块30包括多个数据接口，每个差分放大单元均配置有一个数据接口，且差分放大单元通过该数据接口将差分放大处理后的电压信号发送至N位AD转换模块30。

进一步的，BMS计算模块40接收到AD转换模块30发送的数字电压值后，根据数字电压值以及预存的电流检测模块10的检测量程计算储能系统输出的电流的计量值，并将该电流的计量值发送至储能系统的电池管理系统。

具体地，BMS计算模块40接收AD转换模块30发送的每个差分放大单元对应的数字电压值后，首先计算每个差分放大单元对应的电流值；然后根据第一个差分放大单元输出的电压信号对应的数字电压值计算第一电流值，并根据该第一电流值和预存的电流检测模块10的检测量程，在多个差分放大单元对应的检测量程中查找与第一电流值匹配的检测量程。

图3示出了一种电流计量装置的判断逻辑图，如图3所示，电流检测模块对储能系统输出的电流进行检测，并在检测到电流后同步传输至差分放大模块包括的多个差分放大单元进行差分放大处理，然后经AD转换模块进行AD转换处理后，在经BMS计算模块进行计算，在BMS计算模块进行计算时，会判断第一电流值是否大于第i个差分放大单元的检测量程，且，小于第i-1个所述差分放大单元的检测量程；如果是，确定第i-1个差分放大单元的检测量程为与第一电流值匹配的检测量程，并将查找到的检测量程确定为最佳差分放大量程；最后提取检测量程为最佳差分放大量程的差分放大单元对应的电流值；即将提取的电流值确定为储能系统输出的电流的计量值。

为了便于理解，举例说明，如图2电流检测模块10将电流对应的电压信号同步传递给差分放大模块中的n个差分放大单元，经过n个差分放大单元的差分放大处理后，得到差分放大处理后的电压信号，并发送至AD转换模块30，经AD转换模块30转换后，得到差分放大处理后的电压信号对应的数字电压值，并发送至BMS计算模块40；BMS计算模块40计算每个差分放大单元对应的电流值，其中，第一差分放大单元的放大倍数为1倍，与初始储能系统输出的电流保持一样，因此，将第一个差分放大单元输出的电压信号对应的数字电压值计算得到的电流值称为第一电流值，并根据该第一电流值及预存的电流检测模块10的检测量程，在多个差分放大单元对应的检测量程中查找与第一电流值匹配的检测量程，如图3所示，首先判断第一电流值与第二差分放大单元的检测量程相比，如果大于第二差分放大单元的检测量程，则第一差分放大单元的检测量程为最佳差分放大量程，此时储能系统输出的电流的计量值即为第一差分放大单元对应的电流值；如果小于第二差分放大单元的检测量程，且大于第三差分放大单元的检测量程，则第二差分放大单元的检测量程为最佳差分放大量程，此时储能系统输出的电流的计量值即为第二差分放大单元对应的电流值；以此类推，判断第一电流值是否大于第i个差分放大单元的检测量程，且，小于第i-1个所述差分放大单元的检测量程，如果是，则确定第i-1个差分放大单元的检测量程为与第一电流值匹配的检测量程，即第i-1个差分放大单元的检测量程为最佳差分放大量程，此时储能系统输出的电流的计量值即为第i-1个差分放大单元对应的电流值。这里，差分放大单元分级越细，对应的检测量程越精准，因此，最后得到的储能系统输出的电流的计量值越精确。

基于上述BMS计算模块的处理过程，本实用新型实施例中的BMS计算模块实际执行的是比较过程和赋值过程，因此，上述BMS计算模块通常报多个比较模块和赋值模块，具体地，如图3所示，包括比较模块1和赋值模块1；比较模块2和赋值模块2，以及，比较模块n和赋值模块n。其中，每个比较模块i和赋值模块i均对应第i个差分放大单元，对第i个差分放大单元对应的电流值进行比较和赋值。具体地，如果第一电流值i>1/2I，那么电流适用于量程0-I，其对应的电流值是i1，即i＝i1。赋值模块1生效，图3所示流程图走到结束模块，电流检测结束。如果第一电流值i>1/4I，那么电流适用于量程0-1/2I，其对应的电流值是i2，即i＝i2。赋值模块2生效，流程图走到结束模块，电流检测结束。如果第一电流值i>1/8I，那么电流适用于量程0-1/4I，其对应的电流值是i3，即i＝i3。赋值模块3生效，流程图走到结束模块，电流检测结束。如果第一电流值i>1/2n I，那么电流适用于量程0-1/2(n-1)I，其对应的电流值是in，即i＝in。赋值模块n生效，流程图走到结束模块，电流检测结束。

进一步的，上述装置还包括隔离电路，该隔离电路设置在电流检测模块10的输出端，用于对电流检测模块10输出的电压信号进行隔离处理。

进一步的，本实用新型实施例还提供一种储能系统，如图4所示的一种储能系统的结构示意图，该储能系统包括储能模块50和电池管理系统60，其中，储能模块50为多个单节电池串联组成的储能模块，电池管理系统60用于对储能模块进行管理，如，管理每个单节电池的充放电过程等等，电流计量装置的BMS计算模块40与电池管理系统60相连接。此外，该储能系统还包括DC/AC转换模块70和电网模块80；其中，DC/AC转换模块70的一端与储能模块50相连接，DC/AC转换模块70的另一端与电网模块80相连接。

具体地，储能模块可以对电网模块进行供电，此时，储能模块50执行放电过程，其输出的电流，经过DC/AC转换模块70转化后，输送至电网模块，用于为电网模块80连接的用电设备进行供电。同时，当电流计量装置的电流检测模块10检测到该电流时，经过差分放大模块20的多个并联差分放大单元差分放大处理后，发送至AD转换模块30，以使AD转换模块30将差分放大处理后的电压信号转换为数字电压值，并将该数字电压值发送至BMS计算模块40，以使BMS计算模块40根据数字电压值以及预存的电流检测模块10的检测量程计算储能模块50输出的电流的计量值，从而得到高精度的电流计量值。

进一步，当储能模块中的电池电量不足时，还可以通过电网模块进行充电，即外部电源如220V或者380V交流电通过电网模块和DC/AC转换模块后，对储能模块进行充电。因此，上述DC/AC转换模块通常是双向模块，既可以用于储能模块的放点过程，也可以应用于储能模块的充电过程，并且，储能模块的充、放电过程都可以通过电池管理系统进行管理。

本实用新型实施例提供了电流计量装置及储能系统，包括：电流检测模块、差分放大模块、AD转换模块和BMS计算模块；电流检测模块，用于检测储能系统输出的电流，并在检测到电流时向差分放大模块包括的多个差分放大单元同步传递电流对应的电压信号；以使多个差分放大单元采样电压信号，并进行差分放大处理；AD转换模块，用于将每个差分放大单元输出的差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，并输送至BMS计算模块；以使BMS计算模块根据数字电压值以及预存的电流检测模块的检测量程计算储能系统输出的电流的计量值，得到高精度的电流计量值，从而提高了BMS系统中电流计量的准确度和速度。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电流计量装置，其特征在于，所述装置包括：电流检测模块、差分放大模块、AD转换模块和BMS计算模块；其中，所述差分放大模块包括多个并联的差分放大单元；

所述电流检测模块、所述差分放大模块、所述AD转换模块和所述BMS计算模块依次连接，所述BMS计算模块还与储能系统的电池管理系统相连接；

所述电流检测模块，用于检测所述储能系统输出的电流，并在检测到所述电流时向所述差分放大模块包括的多个所述差分放大单元同步传递所述电流对应的电压信号；

所述差分放大模块包括的多个所述差分放大单元，用于采样所述电压信号，对所述电压信号进行差分放大处理，并将差分放大处理后的电压信号发送至所述AD转换模块；

所述AD转换模块，用于将每个所述差分放大单元输出的所述差分放大处理后的电压信号转换为对应的数字电压值，并将所述数字电压值输送至所述BMS计算模块；

所述BMS计算模块，用于接收所述AD转换模块发送的所述数字电压值，根据所述数字电压值以及预存的所述电流检测模块的检测量程计算所述储能系统输出的电流的计量值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述AD转换模块为N位AD转换模块；多个并联的所述差分放大单元中，每个所述差分放大单元均预先设置有相应的采样精度，且，每个所述差分放大单元预设有对应的检测量程。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每个所述差分放大单元的差分放大倍数依次为2^i-1倍，其中，i＝1、2…n，n为所述差分放大单元的个数，或者，第i个所述差分放大单元的差分放大倍数为2i×2倍。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述N位AD转换模块包括多个数据接口，每个所述差分放大单元均配置有一个所述数据接口，所述差分放大单元通过所述数据接口将差分放大处理后的电压信号发送至所述N位AD转换模块。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括隔离电路，所述隔离电路设置在电流检测模块的输出端，用于对所述电流检测模块输出的电压信号进行隔离处理。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流检测模块为霍尔检测器件、分流器或者采样电阻中的一种。

7.一种储能系统，其特征在于，所述储能系统配置有权利要求1-6任一项所述的电流计量装置。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统包括储能模块和电池管理系统，所述电流计量装置的BMS计算模块与所述电池管理系统相连接；

其中，所述电流计量装置的电流检测模块用于检测所述储能模块输出的电流。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括DC/AC转换模块和电网模块；其中，所述DC/AC转换模块的一端与所述储能模块相连接，所述DC/AC转换模块的另一端与所述电网模块相连接。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述储能模块为多个单节电池串联组成的储能模块，所述电池管理系统用于管理所述储能模块。