CN212162833U - 分布式管理的磷酸铁锂电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分布式管理的磷酸铁锂电池组，包括N只串联的磷酸铁锂电池、单体电池监控模块、电流监测模块、控制模块和收敛模块，N为自然数，其中每个磷酸铁锂电池设置有独立的单体电池监控模块，单体电池监控模块采集每个单体电压和单体极柱温度，若干单体电池监控模块串联后与收敛模块连接，采集或检测的所有信号均上传至收敛模块；所述的电流检测模块配合霍尔传感器与收敛模块连接，采集或检测的所有信号均上传至收敛模块；收敛模块将收集到的数据分析、存储，并对SOC和SOH进行计算；所述的收敛模块采用分布式BMS管理系统与单体电池监控模块连接，12h间断供电。本实用新型内置带分布式BMS管理系统，实时对电池组监控和管理。

Description

分布式管理的磷酸铁锂电池组

技术领域

本实用新型涉及领域，具体是一种分布式管理的磷酸铁锂电池组。

背景技术

随着我国铁路迅猛发展，确保高速铁路通信系统设备正常运行，高速铁路通信设备后备电源中蓄电池的可靠性越来越高，传统铁路通信设备蓄电池大部分采用阀控式铅酸电池，存在占地面积大、工作环境温度要求高、高倍率放电性能差、对环境造成污染等缺点，逐步被能量密度高、体积小、重量轻、循环寿命长和无污染的磷酸铁锂电池代替。

现有磷酸铁锂电池组大部分和通信机房中高频开关电源配合使用，目前还没有配合工作环境恶劣的隧道直放站使用的磷酸铁锂电池组。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种分布式管理的磷酸铁锂电池组，内置带分布式BMS管理系统，实时对电池组监控和管理。

本实用新型包括N只串联的磷酸铁锂电池、单体电池监控模块、电流监测模块、控制模块和收敛模块，N为自然数，其中每个磷酸铁锂电池设置有独立的单体电池监控模块，单体电池监控模块采集每个单体电压和单体极柱温度，若干单体电池监控模块串联后与收敛模块连接，采集或检测的所有信号均上传至收敛模块；所述的电流监测模块配合霍尔传感器与收敛模块连接，采集或检测的所有信号均上传至收敛模块；收敛模块将收集到的数据分析、存储，并对SOC和SOH进行计算；所述的收敛模块采用分布式BMS管理系统与单体电池监控模块连接，12h间断供电。

“单体电芯监控模块”负责采集每个单体电压和单体极柱温度，拥有24位AD采样精度，检测精度高，采集或检测的所有信号均上传至“收敛模块”。由于采用这种分布式BMS管理，使得电芯温度检测达到100%覆盖，解决电池组内单体电芯热失控风险和减少磷酸铁锂电池组内铜排跨接导致BMS损坏风险，另外，“单体电芯监控模块”还具有均衡功能和均衡失效保护功能，

电流监测模块配合霍尔传感器可以检测电流，采集或检测的所有信号均上传至“收敛模块”。

“收敛模块”负责数据分析、存储，并对SOC和SOH进行计算，具本地报警功能，“收敛模块”还可设置多级报警，若出现不严重警情，则本地告警并上报网管中心；若危险等级提升，达到设定阈值，则通过控制模块给电子继电器发出控制信号，将回路切断，从而达到保护作用。

本实用新型有益效果在于：

（1）分布式磷酸铁锂电池组采用19英寸机柜安装；

（2）磷酸铁锂电池具有绿色环保、能量密度高、体积小、重量轻、循环寿命长、安全性强和无记忆等特点；

（3）高温性能好，外部温度55°时电池组正常工作；

（4）高功率输出，标准放电为0.2C，最高3C充放电；

（5）磷酸铁锂电池组内温度检测覆盖率达到100%，解决电池组热失控风险。

（6）磷酸铁锂电池电芯在过充或过放情况下，会出现损坏现象，本实用新型装置可识别MOS状态并报警，特别是在MOS失效短路情况下，可将均衡电流控制在0.35mA左右，避免电芯电压出现过放现象。

（7）传统集中式磷酸铁锂电池组BMS管理系统因模拟前端采集芯片（AFE）设计的固定特性，需将跨接铜排压降作为采集对象，当充电或放电时，铜排的电压降将会叠加或抵消到单体电压上，导致单体电压采集不准，出现误报现象，如果铜排阻抗过大，当大电流充放电时，还可能会超过芯片耐压，导致BMS损坏。带分布式BMS管理系统的磷酸铁锂电池组是在每个单体电芯上采集数据，减少铜排跨接风险。

（8）维护成本低，传统集中式BMS，如果有一只监测模块失效，则需要更换整个BMS系统，维护成本高。而带分布式BMS内部个别监测模块失效，只需更换个别失效模块即可；

（9）提高电池电压检测精度；

（10）磷酸铁锂电池组内的电芯可根据实际使用情况灵活配置，安装方便，可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型系统组成图。

图2为分布式管理的磷酸铁锂电池组系统应用图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型由N只（N为自然数）3.2V100Ah磷酸铁锂电池、单体电池监控模块、电流监测模块、控制模块和收敛模块组成（详见图1）。“单体电芯监控模块”负责采集单体电压和单体极柱温度，并具有均衡功能和均衡失效保护功能，拥有高精度24位AD采集芯片；电流监测模块配合霍尔传感器检测电流。“单体电芯监控模块”和“电流监测模块”采集或检测的所有信号均上传至“收敛模块”，“收敛模块”负责数据分析、存储，并对SOC和SOH进行计算，具本地报警功能，“收敛模块”具有多级报警设置，若出现不严重警情，则本地告警并上报网管中心；若危险等级提升，达到设定阈值，则通过控制模块给电子继电器发出控制信号，将回路切断，从而达到保护作用。

本实用新型实际应用如图2所示，可以与远端机直放站相连、通信机房、动环以及分布式基站RRU相连。

主要功能

（1）采集单体电芯监控模块监测数据，包括单体电池电压和温度监测；

（2）电压采集：24位ADC，直接测量极柱电压，24小时实时测量；

（3）单体电芯温度采集：24位ADC，测量锂电池本体温度，24小时实时测量；

（4）电池组温度采集：实时磷酸铁锂电池组环境温度进行采集；

（5）电流采集：实时对蓄电池组充放电电流进行采集；

（6）电芯均衡：支持最大100mA均衡电流，且均衡时间可设；

（7）总电压计算：采用单体电压叠加，计算出电池组总电压；

（8）SOC估算功能：采用卡尔曼滤波算法，实现每节电池的SOC精确估算；

（9）SOH估算功能：基于模型参数在线辨识算法，计算每一节电池最大可用容量与额定容量比估算；

（10）监测数据分析功能：分析单体电芯监控模块上传的各类数据，包括电池电压、温度、充放电电流；

（11）热失控分析功能：通过采集和分析不同工况下的电池温度和环境温度变化曲线，智能分析电池是否具备热失控风险，及时发出热失控预警；

（12）诊断机制：具有均衡电路智能诊断功能，可识别均衡MOS性能并保护；均衡MOS失效时，迅速将均衡电流切至0.35mA，保护电池不过放；

（13）指示灯点亮，蜂鸣器等告警：本地告警指示灯点亮，蜂鸣器启动，告警寄存器置位，干接点动作；

（14）告警记录：告警触发时，自动产生告警记录，包括告警类型、告警内容、告警时间、告警值和告警恢复时间、告警恢复值；

（15）具有过流、过压和过温保护功能；

（16）干接点输出：1路告警干接点输出（220V/1A）；

（17）隔离保护功能：2000VAC隔离；

（18）串口通信：1路RS485输出（兼容RS422），MODBUS/RTU协议；

（19）网口通信：1路以太网接口， TCP/IP、SNMP协议；

（20）UART通讯：最大支持100串。

主要技术指标

（1）通信速率：9600 bps；

（2）功耗：工作时吸收功耗约为3mA；

（3）单体电芯电压测量范围：2～4.85 V；

（4）均衡电流：0～100 mA；

（5）直流电压测量精度应不大于0.5%；

（6）单体电压测量误差应不大于5mV；

（7）充放电电流测量误差应不大于2%；

（8）温度测量误差应不大于±1℃。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种分布式管理的磷酸铁锂电池组，其特征在于：包括N只串联的磷酸铁锂电池、单体电池监控模块、电流监测模块、控制模块和收敛模块，N为自然数，其中每个磷酸铁锂电池设置有独立的单体电池监控模块，单体电池监控模块采集每个单体电压和单体极柱温度，若干单体电池监控模块串联后与收敛模块连接，采集或检测的所有信号均上传至收敛模块；所述的电流监测模块配合霍尔传感器与收敛模块连接，采集或检测的所有信号均上传至收敛模块；收敛模块将收集到的数据分析、存储，并对SOC和SOH进行计算；所述的收敛模块采用分布式BMS管理系统与单体电池监控模块连接，12h间断供电。

2.根据权利要求1所述的分布式管理的磷酸铁锂电池组，其特征在于：所述的磷酸铁锂电池为3.2V100Ah。

3.根据权利要求1所述的分布式管理的磷酸铁锂电池组，其特征在于：所述的单体电芯监控模块拥有24位AD采集芯片。

4.根据权利要求1所述的分布式管理的磷酸铁锂电池组，其特征在于：所述的收敛模块具有本地报警功能。

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