CN210640704U - 电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池管理系统，包括主控单元、检测单元以及接触器控制单元，主控单元包括微控制器；其中：接触器控制单元包括分别与微控制器电路连接的接触器反馈电路模块和接触器驱动电路模块，接触器反馈电路模块被配置成反馈接触器的导通/断开，接触器反馈电路模块包括接触器状态检测模块、信号隔离器件，信号隔离器件的信号输入端与接触器状态检测模块电路连接，其信号输出端与微控制器电路连接，接触器驱动电路模块被配置成接收微控制器的反馈控制指令，并根据所接收的反馈控制指令驱动接触器的负极断开连接。本申请可以实现在接触器供电控制模块失效的时候切断供电，提高系统的安全可靠性。

Description

电池管理系统

技术领域

本申请涉及电池管理技术领域，尤其涉及电池管理系统。

背景技术

电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)是电池与用户之间的纽带，主要对象是可充电电池(如铅酸电池、锂电池)，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，在如今新能源技术飞速发展的时代，可充电电池的应用越来越广泛，电池管理系统作为电池应用技术中的一个核心部件和技术越发凸显重要和关键。

现有的BMS电池管理系统，在开关控制模块中没有加入反馈电路，无法实时监控开启和关闭的动作，存在控制失效的风险。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是提供一种电池管理系统，通过设置反馈电路提高了整体系统的安全可靠性。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种电池管理系统，包括：

电池组，由若干单体电池串联而成；

接触器，连接于电池组与负载的主回路上，其作为主回路的开关，用于开启或断开主回路；

主控系统，被配置成控制所述接触器的开启/断开，其包括主控单元、检测单元以及接触器控制单元，所述主控单元包括微控制器；

其中：

所述接触器控制单元包括分别与所述微控制器电路连接的接触器反馈电路模块和接触器驱动电路模块，所述接触器反馈电路模块被配置成反馈所述接触器的导通/断开，所述接触器反馈电路模块包括接触器状态检测模块、信号隔离器件，所述信号隔离器件的信号输入端与接触器状态检测模块电路连接，其信号输出端与微控制器电路连接，所述接触器驱动电路模块被配置成接收所述微控制器的反馈控制指令，并根据所接收的反馈控制指令驱动接触器的负极断开连接。

作为优选地，所述信号隔离器件的型号为ADUM1300。

作为优选地，还包括一用于给所述电池管理系统供电的电源管理模块，所述接触器控制单元与所述电源管理模块通过一常闭式电子开关电路连接，所述接触器控制单元包括一接触器供电控制模块，所述接触器供电控制模块与所述微控制器电路连接用于接收所述微控制器的控制指令并根据所接收的控制指令控制所述常闭式电子开关的联通或断开。

作为优选地，所述电源管理模块包括多个电压转换电路，每个电压转换电路分别包括用于将外部电压降压的电源稳压芯片，所述电源管理模块提供5V和3.3V的电压。

作为优选地，所述主控系统还包括通讯模块，所述通讯模块的一端与所述微控制器电路连接，另一端与PC端电路连接。

作为优选地，所述检测单元包括电池监控模块和电池均衡模块，所述电池监控模块用于监测每个所述单体电池的工作状态，所述电池监控模块采用LTC6811芯片，所述均衡模块用于控制每个单体电池均衡放电。

作为优选地，所述接触器供电控制模块包括MOS管，所述MOS管的漏极与所述微控制器电路连接，所述MOS管的另一端与所述接触器供电的负极电路连接。

作为优选地，所述接触器供电控制模块还包括继电器，所述继电器的输入端与所述微控制器连接用于接收所述微控制器发送的控制信号，所述继电器的输出端与所述接触器供电的正极电路连接。

作为优选地，该电池管理系统还包括信号转换电路，所述信号转换电路采用RS485芯片。

作为优选地，该电池管理系统还包括用于将所述电池监控模块和所述微控制器模块电气隔离的电池监控模块隔离电路，所述电池监控模块隔离电路采用ADUM3401CRWZ。

本申请的有益效果是：

本申请的电池管理系统，通过设置接触器反馈电路，可以实现在接触器供电控制模块失效的时候切断供电，提高系统的安全可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请的电池管理系统框图；

图2a是本申请的电源管理模块中的5V供电模块电路图；

图2b是本申请的电源管理模块中的3.3V供电模块电路图；

图2c是本申请的电源管理模块中的微控制器供电模块电路图；

图2d是本申请的电源管理模块中的微控制器模拟供电模块电路图；

图2e是本申请的电源管理模块中的隔离5V供电模块电路图；

图2f是本申请的电源管理模块中的隔离通讯供电模块电路图；

图3a是本申请的微控制器模块中的微控制器电源模块；

图3b是本申请的微控制器模块中的微控制器控制信号模块；

图4是本申请的接触器供电控制模块电路图；

图5是本申请的接触器驱动电路模块的电路图；

图6是本申请的接触器反馈电路模块的电路图；

图7是本申请的RS485信号转换电路图；

图8a是本申请的电池监控模块中的电池电压监控模块电路图；

图8b是本申请的电池监控模块中的电池电压监控外部滤波电路图；

图9是本申请的电池均衡模块电路图；

图9a是本申请的电池均衡模块中的均衡模块电路图；

图9b是本申请的电池均衡模块中的均衡反馈模块电路图；

图10是本申请的隔离电路图；

图11a是本申请的连接器的连接端口电路图；

图11b是本申请的连接器的温度和电流检测连接器断开电路图；

图11c是RS485通讯端口电路图；

图11d是接触器端口电路图。

其中：

002是电池组、004是接触器、006是微控制器、008是接触器反馈电路模块、010是接触器驱动电路模块、012是电源管理模块、014是常闭式电子开关、016是接触器供电控制模块、018接触器控制单元、020是通讯模块、022是检测单元、024是电池监控模块、026是电池均衡模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。

参见附图1电池管理系统框图，本说明一较佳实施例所述的一种电池管理系统，包括：电池组、接触器以及主控系统，所述电池组，由若干单体电池串联而成；所述的接触器连接于电池组与负载的主回路上，其作为主回路的开关，用于开启或断开主回路；所述主控系统，被配置成控制所述接触器的开启/断开，其包括主控单元、检测单元以及接触器控制单元，所述主控单元包括微控制器；其中：

所述接触器控制单元包括分别与所述微控制器电路连接的接触器反馈电路模块和接触器驱动电路模块，所述接触器反馈电路模块被配置成反馈所述接触器的导通/断开，所述接触器反馈电路模块包括接触器状态检测模块、信号隔离器件，所述信号隔离器件的信号输入端与接触器状态检测模块电路连接，其信号输出端与微控制器电路连接，所述接触器驱动电路模块被配置成接收所述微控制器的反馈控制指令，并根据所接收的反馈控制指令驱动接触器的负极断开连接。具体的，所述信号隔离器件的型号为ADUM1300。

具体的，本申请还包括一用于给所述电池管理系统提供所需的稳压电源，确保电池管理系统的功能能够正常运作，所述接触器控制单元与所述电源管理模块通过一常闭式电子开关电路连接，所述接触器控制单元包括一接触器供电控制模块，所述接触器供电控制模块与所述微控制器电路连接用于接收所述微控制器的控制指令并根据所接收的控制指令控制所述常闭式电子开关的联通或断开，当微控制器监测到接触器反馈电路模块发送的信息存在异常的时候，微控制器发送控制指令将接触器驱动电路模块的供电电源切断，进而接触器也会自动断开，将电池与负载的回路切断，确保电池使用过程中的安全性。

参见附图2a是电源管理模块中的5V供电模块电路图、图2b是本申请的电源管理模块中的3.3V供电模块电路图、图2c是本申请的电源管理模块中的微控制器供电模块电路图、图2d是本申请的电源管理模块中的微控制器模拟供电模块电路图、图2e是本申请的电源管理模块中的隔离5V供电模块电路图、图2f是本申请的电源管理模块中的隔离通讯供电模块电路图，图2a、图2b、图2c、图2d、图2e以及图2f共同构成整个电源管理模块的电路图。所述电源管理模块用于将电池管理系统外部供电的电源的电压降压转换为电池管理系统中各个部分模块电路所需要提供的电源电压，其包括多个电压转换电路，每个电压转换电路分别包括用于将外部电压降压的电源稳压芯片，所述主电源管理模块提供5V和3.3V的电压，具体的J1是电池管理系统的电源供电连接器端口，而电源管理模块的电路中的电源稳压芯片U1～U5，负责将外部电源供电的电压SUPPLY_EXT_2(一般为12V或24V)降压转换成DC5V、DC3.3V等电压供BMS系统各个部分电路的供电使用。

附图3a、3b共同构成微控制器电路图，描述了电池管理系统中微控制器的连接功能描述，其中图3a是本申请的微控制器模块中的微控制器电源模块、图3b是本申请的微控制器模块中的微控制器控制信号模块，其中：U6电池管理系统的微控制器的芯片，是电池管理整个系统的大脑，对整个电池管理系统的外围电路功能进行检测、监控、控制，其中RS485_MCU_0_XX部分的信号连接，用于进行RS485通讯控制，BMS-INTERFACE_0_SPI_XX部分的信号连接，用于与电池监控模块进行电路连接进行通讯控制，CONTACTOR_XX部分的信号连接，用于与外部接触器进行电路连接。

具体的，所述接触器供电控制模块还包括继电器，所述继电器的输入端与所述微控制器连接用于接收所述微控制器发送的控制信号，所述继电器的输出端与所述接触器供电的正极电路连接，参见附图4接触器供电控制模块电路图，由图可知所述接触器供电控制模块包括MOS管，本实施例中的功率MOS管的型号是IRF4104，在其他实施例中不局限于该型号，所述MOS管的漏极与所述微控制器电路连接，所述MOS管的另一端与所述接触器供电的负极电路连接，MOS管Q2用于控制接触器供电电源负极的导通或者断开(CONTACTORS_COMM_NEG)，而这个开关操作的控制指令是通过图3微控制器的CONTACTOR_POWER_CONTROL信号控制来完成的，CONTACTORS_COMM_NEG是接触器供电的电源负极，通过MOS管连接到GND，当电池管理系统在对接触器进行常规的开启或者关闭操作，但是接触器的状态产生异常的时候(通过接触器反馈电路模块来确认接触器是否按照控制信号进行了有效的动作)，图3微控制器可以通过CONTACTOR_POWER_CONTROL来控制断开接触器的电源负极，将接触器完全切断，以确保电池组的工作安全。

参见附图5接触器驱动电路模块的电路图，CONTACTOR_0_CONTROL是接触器开关控制的操作信号，连接到U8继电器进行接触器控制，U8继电器的负载端SUPPLY_EXT_2是一个12V或24V的DC电压，通过继电器的导通和断开连接，SUPPLY_EXT_2会和接触器的电源正极CONTACTOR_0_COIL_POS进行互连，进行将接触器开启。

参见附图6接触器反馈电路模块的电路图，用于反馈接触器的导通或者断开，是否已经按照图5部分的控制完成，该部分的涉及的软件程序是本领域的公知常识，但没有见到有用在本申请的电路模块中的，CONTACTOR_0_FEEDBACK_EXT是接触器本身的状态信号，与U9芯片连接，U9芯片是一个型号为ADUM1300的信号隔离器件，会将输入的信号进行电气隔离并同步传输给到输出端，起到信号安全隔离的作用，将CONTACTOR_0_FEEDBACK_EXT的反馈信号同步转换成CONTACTOR_0_FEEDBACK给到微控制器MCU，如果反馈信号存在异常，电池管理系统中的微控制器MCU将会进行异常处理：断开图4中接触器部分负极的连通(本部分涉及的软件程序为本领域的公知常识)。

所述主控系统还包括通讯模块，所述通讯模块的一端与所述微控制器电路连接，另一端与PC端电路连接，该电池管理系统还包括信号转换电路，所述信号转换电路采用RS485芯片，参见附图7：RS485信号转换电路图，将微控制器低压的RS485数字信号，转换成实际通讯时候的物理电压信号。

具体的，所述检测单元包括电池监控模块和电池均衡模块，参见附图8a、8b共同构成电池监控模块电路图，其中图8a是本申请的电池监控模块中的电池电压监控模块电路图、图8b是本申请的电池监控模块中的电池电压监控外部滤波电路图，所述电池监控模块用于监测每个所述单体电池的工作状态，包括电压、电流、温度等工作状态数据，所述电池监控模块采用LTC6811芯片，所述均衡模块用于控制每个单体电池均衡放电，参见图9a、图9b共同构成电池均衡模块电路图，其中图9a是本申请的电池均衡模块中的均衡模块电路图、图9b是本申请的电池均衡模块中的均衡反馈模块电路图，电池均衡模块电路用于在电池串联一致性状态出现异常时进行电池均衡放电的电路模块，而均衡反馈模块电路用于检测均衡电路是否已经有效开启，该部分为常规设置。该电池管理系统还包括用于将所述检测单元和所述微控制器进行电气隔离的隔离电路，参见附图10：隔离电路图，所述隔离电路采用ADUM3401CRWZ。本申请的电池管理系统还包括连接器部分，其定义了具体的电池管理系统与外部设备进行连接的连接器信号定义，参见图11a、图11b、图11c以及图11d共同构成连接器电路图，其中：图11a是本申请的连接器的连接端口电路图、图11b是本申请的连接器的温度和电流检测连接器断开电路图、图11c是RS485通讯端口电路图、图11d是接触器端口电路图。其中J6是BMS系统对接触器进行连接的外部连接器端口，本系统设计的反馈和控制功能以及外部信号，都通过J6来与接触器进行连接。

以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：

电池组，由若干单体电池串联而成；

接触器，连接于电池组与负载的主回路上，其作为主回路的开关，用于开启或断开主回路；

主控系统，被配置成控制所述接触器的开启/断开，其包括主控单元、检测单元以及接触器控制单元，所述主控单元包括微控制器；

其中：

所述接触器控制单元包括分别与所述微控制器电路连接的接触器反馈电路模块和接触器驱动电路模块，所述接触器反馈电路模块被配置成反馈所述接触器的导通/断开，所述接触器反馈电路模块包括接触器状态检测模块、信号隔离器件，所述信号隔离器件的信号输入端与接触器状态检测模块电路连接，其信号输出端与微控制器电路连接，所述接触器驱动电路模块被配置成接收所述微控制器的反馈控制指令，并根据所接收的反馈控制指令驱动接触器的负极断开连接。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述信号隔离器件的型号为ADUM1300。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括一用于给所述电池管理系统供电的电源管理模块，所述接触器控制单元与所述电源管理模块通过一常闭式电子开关电路连接，所述接触器控制单元包括一接触器供电控制模块，所述接触器供电控制模块与所述微控制器电路连接用于接收所述微控制器的控制指令并根据所接收的控制指令控制所述常闭式电子开关的联通或断开。

4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述电源管理模块包括多个电压转换电路，每个电压转换电路分别包括用于将外部电压降压的电源稳压芯片，所述电源管理模块提供5V和3.3V的电压。

5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控系统还包括通讯模块，所述通讯模块的一端与所述微控制器电路连接，另一端与PC端电路连接。

6.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述检测单元包括电池监控模块和电池均衡模块，所述电池监控模块用于监测每个所述单体电池的工作状态，所述电池监控模块采用LTC6811芯片，所述均衡模块用于控制每个单体电池均衡放电。

7.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述接触器供电控制模块包括MOS管，所述MOS管的漏极与所述微控制器电路连接，所述MOS管的另一端与所述接触器供电的负极电路连接。

8.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述接触器供电控制模块还包括继电器，所述继电器的输入端与所述微控制器连接用于接收所述微控制器发送的控制信号，所述继电器的输出端与所述接触器供电的正极电路连接。

9.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统还包括信号转换电路，所述信号转换电路采用RS485芯片。

10.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统还包括用于将所述电池监控模块和所述微控制器模块电气隔离的电池监控模块隔离电路，所述电池监控模块隔离电路采用ADUM3401CRWZ。

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