CN212625744U - 一种电池管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种电池管理装置，所述电池管理装置包括中央处理器、检测模块、电源控制模块、系统控制模块和电池管理单元：其中，中央处理器分别与检测模块、电源控制模块、系统控制模块和至少一个电池管理单元相连；检测模块包括分别与中央处理器电性连接的总电压检测模块、绝缘检测模块和总电流检测模块；电池管理单元采集电池组内每一电池单体的状态信息，并根据电池单体的状态信息对电池组内的电池单体进行组内电量均衡；中央处理器与每一电池管理单元之间通过CAN总线模块连接；中央处理器通过CAN总线模块从电池管理单元获取每一电池组的总状态信息，并根据电池组的总状态信息对电池组进行组间电量均衡。

Description

一种电池管理装置

技术领域

本实用新型涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电池管理装置。

背景技术

高性能的锂离子电池近几十年以来发展迅速，锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称，其充放电过程就是锂离子的嵌入和脱嵌过程，在锂离子的嵌入和脱嵌过程中同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示)，即锂离子在正、负极之间往返嵌入或脱嵌和插入或脱插。目前，锂离子电池在生活、生产的方方面面都得到了大规模的应用。无论是日常生活中常见的电动汽车、电动工具、电动自行车，或是新兴技术例如新能源发电、智能电网中，锂离子电池都是其重要组成部分，为系统提供能源或存储多余能量。其中，在大功率应用领域，相对于其他类型的储能电池，锂离子电池有一些显著的优势，具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、环保等特点，和同样能作为动力电池的镍氢电池相比，其单体电芯电压更高(约为镍氢电池的3倍)，功率密度更高(约为镍氢电池的2倍)，自放电率更低(约为镍氢电池的一半)，且无记忆效应。

但是，作为储电工具的蓄电池，锂离子电池对应用环境更为苛刻，在使用过程中最怕出现过充电和过放电，且热稳定性差，一致性差，放电电压曲线平坦等。例如，在电动汽车应用中，为了获得较高的电池电压，一般需要几十节甚至数百节电池串联。电池成组后，由于组内电池材料、工艺以及后期使用环境的差异，导致电池的电压、容量等参数不一致情况较其他应用更为严重，若不采取任何措施，不一致性会在后期的使用过程中进一步扩大，导致部分电池长期工作于极限状态，使得容量急剧减小，降低整组电池性能。因此，在锂离子电池所应用场合一般配备电池管理装置(Battery Management System，BMS)，对电池进行合理有效的管理和控制，从而确保电池安全，延长电池寿命，提供系统整体性能。然而，现有技术中的电池管理装置不论是在处理电子技术方面，还是在对电池管理装置的理念和电池管理策略上都存在着一些问题，不利于锂离子电池的发展。

因此，急需设计一种能够解决上述问题的电池管理装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种采用两级BMS管理方案的电池管理装置，从机管理电池组管理单元，主机控制和管理电池组串，可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、均衡、巡检、温度检测等，从而实现管理多组电池，检测每组中所有单体电池电压、电池组总电流、多路环境温度等。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电池管理装置，对电池组串进行监测、评估，并保护所述电池组串的电池运行状态，所述电池组串包括至少两组电池组，所述电池管理装置包括中央处理器、检测模块、电源控制模块、系统控制模块和电池管理单元：

其中，所述中央处理器分别与所述检测模块、所述电源控制模块、所述系统控制模块和至少一个所述电池管理单元相连；所述检测模块包括分别与中央处理器电性连接的总电压检测模块、绝缘检测模块和总电流检测模块；所述电源控制模块包括分别与中央处理器电性连接的告警模块、硬件看门狗模块和电源转换模块；所述系统控制模块包括分别与中央处理器电性连接的继电器驱动模块、实时时钟模块和总储存模块；

所述电池管理单元采集所述电池组内每一电池单体的状态信息，并根据所述电池单体的状态信息对所述电池组内的所述电池单体进行组内电量均衡；所述中央处理器与每一所述电池管理单元之间通过CAN总线模块连接；所述中央处理器通过所述CAN总线模块从所述电池管理单元获取每一所述电池组的总状态信息，并根据所述电池组的总状态信息对所述电池组进行组间电量均衡。

优选的，所述告警模块包括指示灯模块和蜂鸣器模块，所述指示灯模块和所述蜂鸣器模块分别与所述中央处理器电连接。

优选的，所述电池管理装置还包括数据传输模块，所述数据传输模块包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块；所述模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块分别与中央处理器电连接。

优选的，所述电池管理装置还包括串行数据通信接口模块和充电CAN总线模块。

优选的，所述检测模块还包括总温度检测模块，检测所述电池组串的温度，并生成总温度数据发送给所述中央处理器。

优选的，所述状态信息至少包括电压数据、电流数据和温度数据中的一种。

优选的，所述电池管理单元包括分储存模块，存储所述电池管理单元的内部数据。

优选的，所述总电压检测模块、所述绝缘检测模块和所述总电流检测模块均通过隔离电路分别与所述中央处理器电性连接。

本实用新型实施例提供的电池管理装置，采用两级BMS管理方案，即主从机方案，从机管理电池组管理单元，主机控制和管理电池组串，本申请电池管理装置可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、均衡、巡检、温度检测等，采用诸如被动均衡控制、超温保护等智能化技术，可以管理多组电池，检测每组中所有单体电池电压、电池组总电流、多路环境温度等，具有通信功能、告警保护、均衡功能、自检功能、自动标定、事件记录、充放电控制等多种功能，不仅功能强大，而且技术指标完善，能够有效提高锂离子电池整体的寿命，降低其使用成本，实用性强。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的电池管理装置的结构框图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型实施例涉及提供的电池管理装置，可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、均衡、巡检、温度检测等，同时，能够管理多组电池，并对每组中所有单体电池电压、电池组总电流、多路环境温度等进行检测，具有通信功能、告警保护、均衡功能、自检功能、自动标定、事件记录、充放电控制等多种功能，功能强大，且技术指标完善，能够有效提高锂离子电池整体的寿命，降低其使用成本。

可以理解的是，下述所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。

图1为本实用新型实施例提供的电池管理装置的结构框图。结合图1所示：

本实用新型实施例所提供的电池管理装置包括中央处理器1、检测模块2、电源控制模块3、系统控制模块4、电池管理单元5、数据传输模块6、串行数据通信接口模块7、充电CAN总线模块8、隔离电路9以及CAN总线模块10，且中央处理器1分别与检测模块2、电源控制模块3、系统控制模块4和至少一个电池管理单元5相连。

具体的，本申请中的电池管理装置用于对电池组串进行监测、评估，并保护电池组串的电池运行状态，主要包括以下功能：监测并传递锂电池、电池组及储能系统单元的运行状态信息，如电池电压、电流、温度以及保护量等；评估计算电池的荷电状态SOC、寿命健康状态SOH、电池累计处理能量及保护电池安全等。其中，电池组串包括至少两组电池组。

中央处理器1为主机的处理控制单元，控制和管理电池组串。

检测模块2包括总电压检测模块21、绝缘检测模块22和总电流检测模块23。详细的，总电压检测模块21与中央处理器1电连接，用于对电池组串的总电压进行检测，并生成总电压数据发送给中央处理器1，从而中央处理器1获取电池组串的总电压数据信息；总电流检测模块23与中央处理器1电连接，用于对电池组串的总电流进行检测，并生成总电流数据发送给中央处理器1，从而中央处理器1获取电池组串的总电流数据信息。从而，中央处理器1通过总电压检测模块21和总电流检测模块23直接获取电池组串的总电压数据信息和总电流数据信息。

高压电池本身带有电能，其绝缘检测属于对带电体的检测，高压电池系统的电气安全直接关系到人员生命，绝缘失效会造成高压对人体的直接伤害，因此，绝缘电阻的检测是至关重要的设计环节，绝缘检测模块22与中央处理器1电连接，通过检测电池组串的正对地、负对地的绝缘电阻来判断电池组串的绝缘性能。

优选的，总电压检测模块21、绝缘检测模块22和总电流检测模块23均通过隔离电路9分别与中央处理器1电性连接，从而隔离中央处理器1与总电压检测模块21、绝缘检测模块22和总电流检测模块23之间的杂讯干扰。

此外，检测模块2还包括总温度检测模块(图中未示出)，用于对电池组串的温度进行检测，并生成总温度数据发送给中央处理器1，从而中央处理器1获得电池组串的总温度数据信息。

检测模块2用于电池组串的自检，通过总电压检测模块21、绝缘检测模块22、总电流检测模块23和总温度检测模块能够自动检测自身模拟量采集功能是否正常，可以通过中央处理器1对电池管理单元5下发指令，使电池管理单元5开启自检模拟量采集功能是否正常，将收集到的电池管理单元5自检结果以及自身的自检结果本地保存或上传。此外，电池管理单元5还可以进行实时自检，若存在故障便记录下来，可使用通信手段查看记录，同时，中央处理器1通过检测模块2所获取的自检信息上报，从而实现电池管理装置的自检信息实时记录，可查询。

电源控制模块3包括告警模块31、硬件看门狗模块32和电源转换模块33。告警模块31与中央处理器1电连接，用于提供指示功能；硬件看门狗模块32与中央处理器1电连接，用于电池管理装置的监控复位，硬件看门狗模块32具有一个输入(喂狗端)和一个输出，在电池管理装置的中央处理器1正常工作时，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给看门狗电路清零，如果在超过规定的时间不喂狗，硬件看门狗模块32定时超时，就会回给一个复位信号到中央处理器1，使电池管理装置的中央处理器1的监控复位，防止中央处理器1死机，避免程序发生死循环或程序跑飞；电源转换模块33与中央处理器1电连接，用于提供电源转换功能。

进一步，告警模块31包括指示灯模块和蜂鸣器模块，指示灯模块和蜂鸣器模块分别与中央处理器1电连接。其中，指示灯模块用于光告警，蜂鸣器模块用于声告警。

本实用新型实施例所提供的电池管理装置可根据不同环境，不同的电池厂商，不同电池类型制定不同的电池告警保护的参数。根据对告警模块31设置不同的参数，触发不同类型的告警和保护事件，其中，主要告警类型有：电池组串过压告警、电池组串欠压告警、电池组串过流告警、单体电池过压告警、单体电池欠压告警、单体电池过流告警、单体电池过温告警、单体电池低温告警，主要保护类型有：电池组串过压保护、电池组串欠压保护、电池组串过流保护、单体电池过压保护、单体电池欠压保护、单体电池过流保护、单体电池过温保护、单体电池低温保护、短路保护。

系统控制模块4包括继电器驱动模块41、实时时钟模块42和总储存模块43。继电器驱动模块41与中央处理器1电连接，用于通过继电器的开启和关闭进而控制电池组串的运行；实时时钟模块42与中央处理器1电连接，用于为中央处理器1提供稳定的时钟信号；总储存模块43与中央处理器1电连接，用于存储中央控制器的内部数据，从而使得该电池管理装置可存储和读取电池组串整体的事件记录、参数、历史数据、通信异常、系统状态异常事件等。

在串联电池组中，虽然通过单体电池的电流相同，但是由于其容量不同，电池的放电深度也会不同，容量大的总会浅充浅放，而容量小的总会过充过放，这就造成了容量大的衰减缓慢、寿命延长，容量小的衰减加快，寿命缩短，两者之间的差异会越来越大。因此，需要通过均衡来缩小这种差异，保持电池的一致性，故本实用新型实施例提供的电池管理装置还包括用于对电池组内的电池单体进行组内电量均衡的电池管理单元5。

电池管理单元5用于采集电池组内每一电池单体的状态信息，并根据电池单体的状态信息对电池组内的电池单体进行组内电量均衡，当电池管理单元5检测到电池组内的电池单体压差超过一定值时，则启用均衡，进行被动均衡，平衡压差，即电池管理单元5采用被动均衡，通过能量消耗，限制电压最高的电池单体的充电电流，来实现和电压较低的电池单体的充电平衡，控制简单，且体积小。优选的，该电池管理单元5中均衡的启动压差阈值可根据具体情况进行设定。此外，电池管理单元5包括分储存模块51，用于存储电池管理单元5的内部数据，从而使得该电池管理装置可存储和读取每组电池组的事件记录、参数、历史数据、通信异常、系统状态异常事件等。

在一个具体的实施过程中，状态信息至少包括电压数据、电流数据和温度数据中的一种。

本实用新型实施例所提供的电池管理装置可内部通信，还可与外部后台进行通信。详细的，电池管理装置内部采用CAN通讯，对外采用RS485通讯。在一个具体的实施例中，中央处理器1与每一电池管理单元5之间通过CAN总线模块10连接，向下通信收集电池组串信息，包括电池组串的总电压、总电流、总温度等信息，还有电池组内单体电池的电压、电流和温度，从而中央处理器1通过CAN总线模块10从电池管理单元5获取每一电池组的总状态信息，并根据电池组的总状态信息对电池组进行组间电量均衡。电池管理装置通过串行数据通信接口模块7向上通信，向显示屏或EMS等上位机及后台监控系统上报电池组串信息以及电池组信息。

此外，电池管理装置还设有预留的充电CAN总线模块8，充电过程中负责实时采集、检测各单体电芯的电压和温度，同时检测总电压和总电流。当电池系统中任一个单体电芯电压达到预设的单体电压阈值或总电压超过预设的总电压阈值，或SOC达到预设充电设定状态时，电池管理装置切断充电继电器。

电池管理装置上电，预充电继电器闭合，系统处于预充电状态。预充结束，预充继电器断开，放电继电器闭合，系统处于正常放电状态，中间过程，只要系统放电继电器断开，下次闭合前均要进行预充，预充采用延时2S的方法。当系统中任一单体电芯电压放电电压下降至预设的单体放电电压，总电压低于预设的总体放电电压，或SOC下降至预设放电设定状态时，电池管理装置切断放电继电器。

另外，电池管理装置还包括数据传输模块6，数据传输模块6包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块。模拟输入模块与中央处理器1电连接，用于完成模拟量的输入；模拟输出模块与中央处理器1电连接，用于完成模拟量的输出；数字输入模块与中央处理器1电连接，用于完成数字量的输入；数字输出模块与中央处理器1电连接，用于完成数字量的输出。

同时，本申请的电池管理装置可通过中央处理器1启动自动标定功能，根据电池电量状况，当SOC大于预设值时，使用“充满-放空”过程标定，充放电倍率按电池类型及环境因素配置。

本实用新型实施例提供的电池管理装置，采用两级BMS管理方案，即主从机方案，从机管理电池组管理单元，主机控制和管理电池组串，本申请电池管理装置可对单体及整组电池进行实时监控、充放电、均衡、巡检、温度检测等，采用诸如被动均衡控制、超温保护等智能化技术，可以管理多组电池，检测每组中所有单体电池电压、电池组总电流、多路环境温度等，具有通信功能、告警保护、均衡功能、自检功能、自动标定、事件记录、充放电控制等多种功能，不仅功能强大，而且技术指标完善，能够有效提高锂离子电池整体的寿命，降低其使用成本，实用性强。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池管理装置，对电池组串进行监测、评估，并保护所述电池组串的电池运行状态，所述电池组串包括至少两组电池组，其特征在于，所述电池管理装置包括中央处理器、检测模块、电源控制模块、系统控制模块和电池管理单元：

其中，所述中央处理器分别与所述检测模块、所述电源控制模块、所述系统控制模块和至少一个所述电池管理单元相连；所述检测模块包括分别与中央处理器电性连接的总电压检测模块、绝缘检测模块和总电流检测模块；所述电源控制模块包括分别与中央处理器电性连接的告警模块、硬件看门狗模块和电源转换模块；所述系统控制模块包括分别与中央处理器电性连接的继电器驱动模块、实时时钟模块和总储存模块；

所述电池管理单元采集所述电池组内每一电池单体的状态信息，并根据所述电池单体的状态信息对所述电池组内的所述电池单体进行组内电量均衡；所述中央处理器与每一所述电池管理单元之间通过CAN总线模块连接；所述中央处理器通过所述CAN总线模块从所述电池管理单元获取每一所述电池组的总状态信息，并根据所述电池组的总状态信息对所述电池组进行组间电量均衡。

2.根据权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述告警模块包括指示灯模块和蜂鸣器模块，所述指示灯模块和所述蜂鸣器模块分别与所述中央处理器电连接。

3.根据权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述电池管理装置还包括数据传输模块，所述数据传输模块包括模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块；所述模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块和数字输出模块分别与中央处理器电连接。

4.根据权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述电池管理装置还包括串行数据通信接口模块和充电CAN总线模块。

5.根据权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述检测模块还包括总温度检测模块，检测所述电池组串的温度，并生成总温度数据发送给所述中央处理器。

6.根据权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述状态信息至少包括电压数据、电流数据和温度数据中的一种。

7.根据权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述电池管理单元包括分储存模块，存储所述电池管理单元的内部数据。

8.根据权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述总电压检测模块、所述绝缘检测模块和所述总电流检测模块均通过隔离电路分别与所述中央处理器电性连接。

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