CN212461805U

CN212461805U - 一种锂电池管理系统与装置

Info

Publication number: CN212461805U
Application number: CN202022015794.2U
Authority: CN
Inventors: 雷同; 秦雪林; 何天龙; 王克田
Original assignee: Shenzhen Xiongtao Lithium Electricity Co ltd
Current assignee: Shenzhen Xiongtao Lithium Electricity Co ltd
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-09-15

Abstract

本实用新型公开一种锂电池管理系统与装置，属于电池技术领域。该系统包括消防主控单元、BMS主控单元、N个串联连接的锂电池单元、第一保护单元、第一充电电源连接端、及第二充电电源连接端；所述第一充电电源连接端连接所述第一保护单元的第一端，所述第一保护单元的第二端连接第一个锂电池单元的第一端，第N个锂电池单元的第二端连接所述第二充电电源连接端；所述电池单元包括BMU、探测器、以及多个串联连接的锂电池，所述锂电池分别连接所述BMU、所述探测器，所述BMU连接所述BMS主控单元，所述探测器连接消防主控单元。本申请集成化程度高，对电池火灾预测精确，警告信息上传及时。

Description

一种锂电池管理系统与装置

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及一种锂电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)与装置。

背景技术

无论何时，无论锂电池技术如何突破，其实锂电池都是存在安全隐患的，储存在空间内的能量都有释放的倾向，有时候释放还是剧烈的。因此，在整个锂电池的生命周期，除了安全使用规范，都应考虑合理的防火灭火措施。对于整个锂电池系统，如何量化消防风险，如何针对消防存在的危险进行有效保护，都成为新的挑战。锂电池的安全性对于锂电池在未来市场的推广度起着决定性的作用。除了在电池材料体系和电芯制造工艺方面提升锂电池的安全性能外，对成组后锂电池系统的安全防护也是极为重要的。

目前作为锂电池系统的辅助安全措施主要就是消防系统，而传统的消防系统只是一套独立的灭火装置，达到触发条件，自动动作，不与外接联动，也不与外接信息共享。这种独立的消防系统难以满足日益增长的对锂电池安全性担忧的客观需求。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种锂电池管理系统与装置，该系统/装置具有智能消防管理功能，旨在解决现有大多数电池消防探测设备独立设置于电池模组之外、与外接缺乏通讯与信息互享、难以及时探测电池欲燃状态而失去消防灭火的最佳时机的技术问题。

为实现上述目的，一方面，本实用新型的实施例提供一种锂电池管理系统，包括消防主控单元、BMS主控单元、N个串联连接的锂电池单元、第一保护单元、第一充电电源连接端、以及第二充电电源连接端；

所述第一充电电源连接端连接所述第一保护单元的第一端，所述第一保护单元的第二端连接第一个锂电池单元的第一端，第N个锂电池单元的第二端连接所述第二充电电源连接端；

所述锂电池单元包括电池监控单元BMU(Battery Monitoring Unit)、探测器、以及多个串联连接的锂电池，所述锂电池分别连接所述BMU、所述探测器，所述BMU连接所述BMS主控单元，所述探测器连接所述消防主控单元；第一个锂电池单元的所述锂电池的第一端连接所述第一保护单元的第二端，第N个锂电池单元的所述锂电池的第二端连接所述第二充电电源连接端。

进一步地，所述BMS主控单元与所述消防主控单元互相联动。

进一步地，所述锂电池管理系统还包括DC单元，所述DC单元的第一端连接所述第一保护单元的第二端，所述DC单元的第二端连接所述第二充电电源连接端；所述DC单元的输出端连接所述BMS主控单元。

进一步地，所述锂电池管理系统还包括断路器，所述断路器的第一端连接所述第一保护单元的第二端，所述断路器的第二端连接所述第二充电电源连接端。

进一步地，所述断路器为三开关断路器。断路器主要用于控制电路的连通和断开。

进一步地，所述锂电池管理系统还包括第二保护单元，所述第二保护单元的第一端连接所述DC单元的第二端，所述第二保护单元的第二端连接所述第二充电电源连接端。

进一步地，所述锂电池管理系统还包括第一霍尔元件，所述第一霍尔元件连接在所述第N个锂电池单元的第二端与所述断路器的第二端之间。

进一步地，所述锂电池管理系统还包括第二霍尔元件，所述第二霍尔元件连接在所述第一个锂电池单元的第一端与所述断路器的第二端之间。

进一步地，所述第一保护单元包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第一二极管、第二二极管以及第一电阻；

所述第一继电器和所述第二继电器串联连接后一端连接所述DC单元的第一端，另一端连接所述第一充电电源连接端；

所述第三继电器和所述第一电阻串联连接后一端连接所述DC单元的第一端，另一端连接所述第一充电电源连接端；

所述第一二极管和所述第二二极管串联连接后的一端连接所述DC单元的第一端，另一端连接所述第一充电电源连接端；

所述第一二极管的一端连接在所述第一继电器与所述第二继电器之间。

进一步地，所述第二保护单元包括第四继电器、第五继电器、第六继电器、第三二极管、第四二极管以及第二电阻；

所述第四继电器和所述第五继电器串联连接后一端连接所述DC单元的第二端，另一端连接所述第二充电电源连接端；

所述第六继电器和所述第二电阻串联连接后一端连接所述DC单元的第二端，另一端连接所述第二充电电源连接端；

所述第三二极管和所述第四二极管串联连接后的一端连接所述DC单元的第二端，另一端连接所述第二充电电源连接端；

所述第三二极管的一端连接在所述第四继电器与所述第五继电器之间。

进一步地，所述DC单元的输出电压为24V。

进一步地，所述BMS主控单元通过对外通讯连接端连接平台端。

另一方面，本实用新型的实施例还提供一种机柜式锂电池管理装置，包括所述锂电池管理系统和充电电源，所述锂电池管理系统的充电电源连接端连接所述充电电源。

进一步地，所述充电电源为不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)。

本申请的锂电池管理系统与装置，通过在电池单元内设置探测器和BMU，能够对电池内部的信息实现点对点采集与检测，探测电池发生火灾的情况，精确定位起火点；同时，通过BMS主控单元与消防主控单元之间建立通讯，通过二者联动及时进行消防灭火，并主动切断电池与外界的输出，然后通过对外通讯连接端将警告信息上传至平台端。本申请的系统集成化较高，对电池火灾预测精确，反应迅速，信息上传及时。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的锂电池管理系统的结构示意图；

图2是本实用新型另一实施例提供的锂电池管理系统的结构示意图；

图3是本实用新型再一实施例提供的锂电池管理系统的结构示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的锂电池管理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前，现有大多数电池消防探测存在以下缺点：现有大多数电池消防探测通常采用的都是感烟、感温、可燃气体等火灾探测器。由于上述火灾探测器都安装在机柜层，置于电池模组之外，是独立于电池之外的一个系统，是一个单纯的灭火装置，没有通讯，没有信息互享。火灾探测器的有限感敏度难以及时探测到电池的预燃状态，可能响应不及时失去了消防灭火的最佳时机。并且，上述火灾探测器受限于电池设备的空间大小，安装难度较大，不便于安装。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种配备智能消防的锂电池管理系统与装置，包含电池组、BMS管理系统、消防控制系统等，可以配合通讯，数据上传，联动响应。

在本申请中，除第一继电器、第二继电器、第一二极管、第二二极管等表示元件的区分编号外，其余“第一”表示正极、“第二”表示负极。

如图1所示，本申请的一实施例提供一种锂电池管理系统，包括消防主控单元10、BMS主控单元20、N个串联连接的锂电池单元30、第一保护单元40、第一充电电源连接端P+、以及第二充电电源连接端P-；

所述第一充电电源连接端P+连接所述第一保护单元40的第一端，所述第一保护单元40的第二端连接第一个锂电池单元30的第一端，第N个锂电池单元30的第二端连接所述第二充电电源连接端P-；

所述锂电池单元30包括电池监控单元BMU 31、探测器32、以及多个串联连接的锂电池33，所述锂电池33分别连接所述BMU 31、所述探测器32，所述BMU 31连接所述BMS主控单元20，所述探测器32连接所述消防主控单元10；第一个锂电池单元30的所述锂电池33的第一端连接所述第一保护单元40的第二端，第N个锂电池单元30的所述锂电池33的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。

进一步地，所述BMS主控单元20与所述消防主控单元10互相联动。

在本实施例中，探测器32与灭火装置(图中未标识)连接，消防主控单元10也与灭火装置连接。由于消防主控单元与灭火装置连接，当消防主控单元的消防主机判定检测值达到消防触发值或消防主机收到BMS主控单元的消防触发信息，消防主机控制灭火装置的储气系统工作，消防气体喷出，从而及时进行消防灭火。

示例性地，所述锂电池管理系统还包括DC单元50，所述DC单元50的第一端连接所述第一保护单元40的第二端，所述DC单元50的第二端连接所述第二充电电源连接端P-；所述DC单元50的输出端连接所述BMS主控单元20。

示例性地，如图2所示，在另一实施例中，所述锂电池管理系统还包括断路器60，所述断路器60的第一端连接所述第一保护单元40的第二端，所述断路器60的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。

具体地，所述断路器60为三开关断路器。断路器主要用于控制电路的连通和断开。

示例性地，如图2所示，所述锂电池管理系统还包括第二保护单元70，所述第二保护单元70的第一端连接所述DC单元50的第二端，所述第二保护单元70的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。

具体地，在该实施例中，所述锂电池管理系统还包括第一霍尔元件80，所述第一霍尔元件80连接在所述第N个锂电池单元30的第二端与所述断路器60的第二端之间。

示例性地，所述锂电池管理系统还包括第二霍尔元件90，所述第二霍尔元件90连接在所述第一个锂电池单元30的第一端与所述断路器60的第二端之间。

在本申请中，保护单元(包括第一保护单元、第二保护单元)为通用保护单元，可以起到过充、过压、过流、或过放保护的作用。

示例性地，如图3所示，在该实施例中，所述第一保护单元40包括第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第一二极管VD1、第二二极管VD2以及第一电阻R1；

所述第一继电器K1和所述第二继电器K2串联连接后一端连接所述DC单元50的第一端，另一端连接所述第一充电电源连接端P+；其中，需要说明的是，在本实施例中，所述第一继电器K1的第二端连接所述DC单元50的第一端，所述第一继电器K1的第一端连接所述第二继电器K2的第二端，所述第二继电器K2的第一端连接所述第一充电电源连接端P+。或者，在其他实施例中，所述第二继电器K2的第二端连接所述DC单元50的第一端，所述第二继电器K2的第一端连接所述第一继电器K1的第二端，所述第一继电器K1的第一端连接所述第一充电电源连接端P+。

所述第三继电器K3和所述第一电阻R1串联连接后一端连接所述DC单元50的第一端，另一端连接所述第一充电电源连接端P+；其中，需要说明的是，在本实施例中，所述第三继电器K3的第二端连接所述DC单元50的第一端，所述第三继电器K3的第一端连接所述第一电阻R1的第二端，所述第一电阻R1的第一端连接所述第一充电电源连接端P+。或者，在其他实施例中，所述第一电阻R1的第二端连接所述DC单元50的第一端，所述第一电阻R1的第一端连接所述第三继电器K3的第二端，所述第三继电器K3的第一端连接所述第一充电电源连接端P+。

所述第一二极管VD1和所述第二二极管VD2串联连接后一端连接所述DC单元50的第一端，另一端连接所述第一充电电源连接端P+；其中，需要说明的是，在本实施例中，所述第一二极管VD1的第二端连接所述DC单元50的第一端，所述第一二极管VD1的第一端连接所述第二二极管VD2的第一端，所述第二二极管VD2的第二端连接所述第一充电电源连接端P+。或者，在其他实施例中，所述第二二极管VD2的第二端连接所述DC单元50的第一端，所述第二二极管VD2的第一端连接所述第一二极管VD1的第一端，所述第一二极管VD1的第二端连接所述第一充电电源连接端P+。

在本实施例中，所述第一二极管VD1的第一端连接在所述第一继电器K1与所述第二继电器K2之间。

示例性地，所述电池管理系统还包括启动按钮SA，所述启动按钮SA设置在所述第一保护单元40与所述DC单元50之间。这样设置，当BMS下电时，可通过启动按钮SA的冷启动或者通过UPS端电源的启动电压启动BMS,提高了系统的功能性和稳定性。

具体地，请再次参见图3，所述第二保护单元70包括第四继电器K4、第五继电器K5、第六继电器K6、第三二极管VD3、第四二极管VD4以及第二电阻R2；

所述第四继电器K4和所述第五继电器K5串联连接后一端连接所述DC单元50的第二端，另一端连接所述第二充电电源连接端P-；其中，需要说明的是，在本实施例中，所述第四继电器K4的第一端连接所述DC单元50的第二端，所述第四继电器K4的第二端连接所述第五继电器K5的第一端，所述第五继电器K5的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。或者，在其他实施例中，所述第五继电器K5的第一端连接所述DC单元50的第二端，所述第五继电器K5的第二端连接所述第四继电器K4的第一端，所述第四继电器K4的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。

所述第六继电器K6和所述第二电阻R2串联连接后一端连接所述DC单元50的第二端，另一端连接所述第二充电电源连接端P-；其中，需要说明的是，在本实施例中，所述第六继电器K6的第一端连接所述DC单元50的第二端，所述第六继电器K6的第二端连接所述第二电阻R2的第一端，所述第二电阻R2的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。或者，在其他实施例中，所述第二电阻R2的第一端连接所述DC单元50的第二端，所述第二电阻R2的第二端连接所述第六继电器K6的第一端，所述第六继电器K6的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。

所述第三二极管VD3和所述第四二极管VD4串联连接后一端连接所述DC单元50的第二端，另一端连接所述第二充电电源连接端P-；其中，需要说明的是，在本实施例中，所述第三二极管VD3的第二端连接所述DC单元的第二端，所述第三二极管VD3的第一端连接所述第四二极管VD4的第一端，所述第四二极管VD4的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。或者，在其他实施例中，所述第四二极管VD4的第二端连接所述DC单元50的第二端，所述第四二极管VD4的第一端连接所述第三二极管VD3的第一端，所述第三二极管VD3的第二端连接所述第二充电电源连接端P-。

在本实施例中，所述第三二极管VD3的第一端连接在所述第四继电器K4与所述第五继电器K5之间。

进一步地，所述DC单元50的输出电压为24V。

进一步地，所述BMS主控单元20通过对外通讯连接端连接平台端100。

进一步地，所述锂电池单元30通过CAN总线与所述消防主控单元10以及所述BMS主控单元20相连。

进一步地，所述CAN总线选用RS485电缆线。

需要说明的是，本申请实施例也可以在第一保护单元和第一充电电源连接端P+之间设置充放电保护装置，示例性地，充放电保护装置可以为保护板，保护板的第一端连接第一充电电源连接端P+，保护板的第二端连接第二充电电源连接端P-。

此外，本申请实施例也可以通过在N个串联连接的锂电池单元30的连接中心设置中线(譬如，当有4个串联连接的锂电池单元时，在第二个锂电池单元与第三个锂电池单元之间设置中线)，中线可以对整个电路起到分压的作用。

本申请的电路的工作过程和控制逻辑如下：

本电路接通时，在一般的情况下，主要面临着以下两种响应逻辑：

1、若电池系统电气连接状态完全正常：

本系统的消防主控单元不工作，电池管理系统正常运转。锂电池单元内装入的BMU持续检测每个电池的电压，温度等状态，探测器则主要用于实时检测气体和烟雾的浓度。BMU将采集信息上传至BMS主控单元，探测器将采集信息上传至消防主控单元，消防主控单元与BMS主控单元的信息交汇，并作为各自动作的判断依据，同时可以通过BMS主控单元将信息上传至平台端。

2、若电池系统内部某点发生短路：

附近电路元器件的温度将会迅速升高，此时本系统采用锂电池单元内置式的火灾探测器将会检测到该点发生的异常状况，对锂电池的温度点对点信息采集，精确定位起火点，BMS主控单元联动消防主控单元及时进行消防灭火，并主动切断电池与外界的输出，通过对外通讯连接端将告警信息上传至平台端。

在上述的两种电池系统响应逻辑中，共同的特点是，BMS主控单元和消防主控单元接收到的电路状态信号都会通过对外通讯连接端的总线传输到计算机等高一级的观测设备和数据处理设备当中，方便技术人员进行实时的监测和调整。

另一方面，如图4所示，本实用新型的实施例还提供一种锂电池管理装置，包括所述锂电池管理系统200和充电电源300，所述锂电池管理系统200的充电电源连接端连接所述充电电源300。该锂电池管理装置为机柜式锂电池管理装置，安装方便，配线整齐。

进一步地，所述充电电源300为不间断电源UPS。

本申请的锂电池管理系统与装置，通过在电池单元内设置探测器和BMU，能够对电池内部的信息实现点对点采集与检测，探测电池发生火灾的情况，精确定位起火点；同时，通过BMS主控单元与消防主控单元之间建立通讯，通过二者联动及时进行消防灭火：由于消防主控单元与灭火装置连接，当消防主控单元的消防主机判定检测值达到消防触发值或消防主机收到BMS主控单元的消防触发信息，消防主机控制灭火装置的储气系统工作，消防气体喷出，从而及时进行消防灭火；当BMS主控单元检测到极端情况(例如消防触发信息)，通过BMS主机控制BMS高压控制箱上的断路器的脱扣，使得电池端与外部输出切断，从而主动切断电池与外界的输出，保证负载端的安全，然后通过对外通讯连接端将警告信息上传至平台端。本申请的系统集成化较高，对电池火灾预测精确，反应迅速，信息上传及时。该锂电池管理装置整体呈机柜式结构，管道和探测通讯线穿梭于其中，占地空间较小，具有较好的空间利用率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种锂电池管理系统，其特征在于，包括消防主控单元、BMS主控单元、N个串联连接的锂电池单元、第一保护单元、第一充电电源连接端、以及第二充电电源连接端；

所述电池单元包括BMU、探测器、以及多个串联连接的锂电池，所述锂电池分别连接所述BMU、所述探测器，所述BMU连接所述BMS主控单元，所述探测器连接所述消防主控单元；第一个锂电池单元的所述锂电池的第一端连接所述第一保护单元的第二端，第N个锂电池单元的所述锂电池的第二端连接所述第二充电电源连接端。

2.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述BMS主控单元与所述消防主控单元互相联动。

3.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述锂电池管理系统还包括DC单元，所述DC单元的第一端连接所述第一保护单元的第二端，所述DC单元的第二端连接所述第二充电电源连接端；所述DC单元的输出端连接所述BMS主控单元。

4.根据权利要求3所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述锂电池管理系统还包括断路器，所述断路器的第一端连接所述第一保护单元的第二端，所述断路器的第二端连接所述第二充电电源连接端。

5.根据权利要求3所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述锂电池管理系统还包括第二保护单元，所述第二保护单元的第一端连接所述DC单元的第二端，所述第二保护单元的第二端连接所述第二充电电源连接端。

6.根据权利要求4所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述锂电池管理系统还包括第一霍尔元件，所述第一霍尔元件连接在所述第N个锂电池单元的第二端与所述断路器的第二端之间。

7.根据权利要求6所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述锂电池管理系统还包括第二霍尔元件，所述第二霍尔元件连接在所述第一个锂电池单元的第一端与所述断路器的第二端之间。

8.根据权利要求1-6任一项所述的锂电池管理系统，其特征在于，所述BMS主控单元通过对外通讯连接端连接平台端。

9.一种锂电池管理装置，其特征在于，包括所述锂电池管理系统和充电电源，所述锂电池管理系统的充电电源连接端连接所述充电电源。

10.根据权利要求9所述的锂电池管理装置，其特征在于，所述充电电源为不间断电源。