CN213185554U - 一种电池管理电路及电池管理控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池管理电路，包括预充单元、稳压单元、供电单元、采样单元、控制单元以及第一回路继电器、第二回路继电器；其中，供电单元用于将外部电源转换为直流电或者从电池输入侧获取直流电并提供给控制单元；采样单元用于采集电池输出侧的电流信息以及预设电压采样点的电压信息，并发送至控制单元；控制单元用于控制所述第一回路继电器、第二回路继电器的通断、所述预充单元的开关，以及向所述稳压单元发送控制信息；预充单元用于在充电过程中对电池进行预充电；稳压单元用于将所述电池模组的电压稳定在指定电压。本实用新型解决了不同电压等级的电池模组并联时存在的电压压差的问题，保证了BMS在电网失电或故障的情况下的正常运行。

Description

一种电池管理电路及电池管理控制系统

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种电池管理电路及电池管理控制系统。

背景技术

随着储能市场的发展，各种电池组合和电池类型被相继开发出来。在使用储能电池的过程中，需要通过电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，简称BMS)对电池模组进行控制及保护。

然而，现有的BMS仅具备简单的保护和通讯功能，储能逆变器的输出电压或者电池模组的放电电压经过BMS后几乎无变化，因此需要对不同电压等级、不同电池类型的电池模组开发多种类型的BMS，并对多种储能逆变器 (Power Conversion System，简称PCS)进行适配。在构建储能系统时，不同的电池模组需要与不同的BMS配套使用，以解决并联的电池模组间存在的电压压差。进一步地，在储能系统离网运行或电网出现异常时，现有技术需要通过不间断电源(Uninterruptible Power Supply，简称UPS)对BMS提供电能，否则储能系统无法正常运行。

可见，现有的BMS存在功能简单、无法调节电池模组间的电压压差以及在电网失电或故障的情况下无法运行的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电池管理电路及电池管理控制系统，旨在解决现有的BMS存在功能简单、无法调节电池模组间的电压压差以及在电网失电或故障的情况下无法运行的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种电池管理电路，包括：

预充单元、稳压单元、供电单元、采样单元、控制单元以及第一回路继电器、第二回路继电器；

所述预充单元的第一端与电池输入侧的正极连接；

所述预充单元的第二端、所述稳压单元的第一端、所述供电单元的第一端之间的共接点连接所述第一回路继电器的第一端；

所述第一回路继电器的第二端与所述稳压单元的第二端连接，控制端与所述控制单元连接；

所述稳压单元的第三端与所述第二回路继电器的第一端连接，第四端与电池输出侧的负极连接，第五端与所述采样单元的第一端连接；

所述第二回路继电器的第二端与所述供电单元的第二端之间的共接点连接所述电池输入侧的负极，所述第二回路继电器的控制端与所述控制单元连接；

所述供电单元的第三端、第四端分别连接外部电源，第五端与所述控制单元的第一端连接，第六端与所述控制单元的第二端连接；

所述采样单元的第二端与电池输出侧的正极连接，第三端与所述控制单元的第三端连接；

所述供电单元用于将外部电源转换为直流电或者从电池输入侧获取直流电，并将所述直流电提供给所述控制单元；

所述采样单元用于采集电池输出侧的电流信息以及预设电压采样点的电压信息，并将所述电流信息、电压信息发送至所述控制单元；

所述控制单元用于根据所述电流信息、电压信息控制所述第一回路继电器、第二回路继电器的通断、控制所述预充单元的启动或关闭，以及向所述稳压单元发送控制信息；

所述稳压单元用于在充电时，获取电池输出侧的充电电压，根据所述控制信息将所述充电电压转换第一预设电压，然后将所述第一预设电压提供给所述电池输入侧；在放电时，获取电池输入侧的放电电压，根据所述控制信息将所述放电电压转换为第二预设电压，然后将所述第二预设电压提供给所述电池输出侧；

所述预充单元用于在充电过程中对电池模组进行预充电。

可选地，所述预设电压采样点至少包括：

所述预充单元的第一端、所述预充单元的第二端、所述第二回路继电器的第二端、所述电池输出侧的负极、所述供电单元的第三端和第四端。

可选地，所述预充单元包括预充继电器和预充电阻；

所述预充继电器的第一端与所述预充电阻的第一端之间的共接点作为所述预充单元的第一端，连接所述电池输入侧的正极；

所述预充继电器的第二端与所述预充电阻的第二端之间的共接点作为所述预充单元的第二端；

所述预充继电器的控制端与所述控制单元连接。

可选地，所述供电单元包括：整流桥、整流电容、第一二极管、第二二极管；

所述第一二极管的正极作为所述供电单元的第一端，所述第二二极管的负极作为所述供电单元的第二端；

所述整流桥的第一节点作为所述供电单元的第三端，第二节点作为所述供电单元的第四端；

所述整流桥的第三节点、所述第一二极管的负极、所述整流电容的负极之间的共接点，连接所述控制单元的第一端；

所述整流桥的第四节点、所述整流电容的正极、所述第二二极管的正极之间的共接点，连接所述控制单元的第二端。

可选地，所述稳压单元包括稳压电阻、三极管、双绕组变压器以及电压调整电路，所述双绕组变压器包括第一初级绕组、第二初级绕组以及次级绕组；

所述稳压电阻的第一端作为所述稳压单元的第一端，第二端与所述第一初级绕组的第一端连接；

所述第一初级绕组的第二端与所述三极管的基极连接；

所述第二初级绕组的第一端作为所述稳压单元的第二端，所述第二初级绕组的第二端与所述三极管的集电极连接；

所述三极管的发射极作为所述稳压单元的第三端；

所述次级绕组的第一端与所述电压调整电路的第一端连接，所述次级绕组的第二端与所述电压调整电路的第二端连接；

所述电压调整电路的第三端作为所述稳压单元的第四端，连接所述采样单元的第一端，所述电压调整电路的第四端连接所述电池输出侧的负极。

一种电池管理控制系统，包括若干个如上所述的电池管理电路、直流升压模块、储能逆变器；

所述若干个电池管理电路的电池输出侧分别与所述直流升压模块的第一端连接；

所述直流升压模块的第二端与所述储能逆变器连接。

本实用新型实施例通过将预充单元、稳压单元、供电单元、采样单元、控制单元以及第一回路继电器、第二回路继电器进行集成，得到电池管理电路；其中，所述供电单元用于将外部电源转换为直流电或者从电池输入侧获取直流电，并将所述直流电提供给所述控制单元，从而保证了BMS在电网失电或故障的情况下的正常运行；所述采样单元用于采集电池输出侧的电流信息以及预设电压采样点的电压信息，并将所述电流信息、电压信息发送至所述控制单元；所述控制单元用于根据所述电流信息、电压信息控制所述第一回路继电器、第二回路继电器的通断、所述预充单元的开关，以及向所述稳压单元发送控制信息，从而扩展了BMS的控制功能；所述稳压单元用于根据所述控制信息将所述电池电压稳定在指定电压，解决了不同电压等级的电池模组并联时存在的电压压差的问题；所述预充单元则用于在充电过程中对电池进行预充电，从而有效地减少了预充异常带来的失效风险。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的电池管理电路的示意图；

图2是本实用新型另一实施例提供的电池管理电路的示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的电池管理电路的示意图；

图4是本实用新型另一实施例提供的电池管理电路的示意图；

图5是本实用新型实施例提供的电池管理控制系统的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例通过将预充单元、稳压单元、供电单元、采样单元、控制单元以及第一回路继电器、第二回路继电器进行集成，得到电池管理电路；其中，所述供电单元用于将外部电源转换为直流电或者从电池输入侧获取直流电，并将所述直流电提供给所述控制单元，从而保证了BMS在电网失电或故障的情况下的正常运行；所述采样单元用于采集电池输出侧的电流信息以及预设电压采样点的电压信息，并将所述电流信息、电压信息发送至所述控制单元；所述控制单元用于根据所述电流信息、电压信息控制所述第一回路继电器、第二回路继电器的通断、所述预充单元的开关，以及向所述稳压单元发送控制信息，从而扩展了BMS的控制功能；所述稳压单元用于根据所述控制信息将所述电池电压稳定在指定电压，解决了不同电压等级的电池模组并联时存在的电压压差的问题；所述预充单元则用于在充电过程中对电池进行预充电，从而有效地减少了预充异常带来的失效风险。

图1示出了本实用新型实施例提供的电池管理电路的示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。所述电池管理电路包括：

预充单元10、稳压单元20、供电单元30、采样单元40、控制单元50以及第一回路继电器60、第二回路继电器70；

所述预充单元10的第一端与电池输入侧的正极连接；

所述预充单元10的第二端、所述稳压单元20的第一端、所述供电单元30 的第一端之间的共接点连接所述第一回路继电器60的第一端；

所述第一回路继电器60的第二端与所述稳压单元20的第二端连接，控制端与所述控制单元50连接；

所述稳压单元20的第三端与所述第二回路继电器70的第一端连接，第四端与电池输出侧的负极连接，第五端与所述采样单元的第一端连接；

所述第二回路继电器70的第二端与所述供电单元30的第二端之间的共接点连接所述电池输入侧的负极，所述第二回路继电器70的控制端与所述控制单元50连接；

所述供电单元30的第三端、第四端分别连接外部电源，第五端与所述控制单元50的第一端连接，第六端与所述控制单元50的第二端连接；

所述采样单元40的第二端与电池输出侧的正极连接，第三端与所述控制单元50的第三端连接；

所述供电单元30用于将外部电源转换为直流电或者从电池输入侧获取直流电，并将所述直流电提供给所述控制单元50；

所述采样单元40用于采集电池输出侧的电流信息以及预设电压采样点的电压信息，并将所述电流信息、电压信息发送至所述控制单元50；

所述控制单元50用于根据所述电流信息、电压信息控制所述第一回路继电器60、第二回路继电器70的通断、所述预充单元10的的启动或关闭，以及向所述稳压单元20发送控制信息；

所述稳压单元20用于在充电时，获取电池输出侧的充电电压，根据所述控制信息将所述充电电压转换第一预设电压，然后将所述第一预设电压提供给所述电池输入侧；在放电时，获取电池输入侧的放电电压，根据所述控制信息将所述放电电压转换为第二预设电压，然后将所述第二预设电压提供给所述电池输出侧；

所述预充单元10用于在充电过程中对电池模组进行预充电。

在本实施例中，所述电池输入侧是指电池模组所在的一侧，所述电池输出侧是指负载或充电器所在的一侧。所述第一回路继电器60和第二回路继电器 70分别串接在电池输入侧的正极和负极，受所述控制单元50的控制，根据所述控制单元50的控制指令执行闭合或断开操作，以接通或断开电池输入侧与电池输出侧之间的通路。

所述供电单元30用于对控制单元50进行供电，包括两组能量来源，既可以通过第三端和第四端连接外部电源，从外部电源获取交流电，并将所述交流电转换为直流电；也可以通过第一端和第二端连接电池输入侧，从电池输入侧获取直流电。当其中任意一直流电来源出现波动或掉电时可以切换至另一直流电来源，从而保证了对控制单元50的持续供电，也确保了储能系统不会因为外部电网问题遭到损坏或发生设备危险。

本实施例通过所述采样单元40对所述电池管理电路进行电流采样和电压采样。在电流采样方面，所述采样单元40采用分流器进行采样，电流采样点位于电池输出侧。通过分流器进行电流采样，可以有效避免现有BMS使用电流采样器时存在的传导干扰和零序电流问题，且大大地增加了采样精度。在电压采样方面，所述采样单元40可分别对电池输入侧和电池输出侧的电压进行多级采样。可选地，所述预设电压采样点包括但不限于所述预充单元10的第一端、所述预充单元10的第二端、所述第二回路继电器70的第二端、所述电池输出侧的负极、所述供电单元30的第三端和第四端。本实施例通过在所述预设电压采样点上设置采集器，所述采样单元40接收采集器上传的单节信息，从而实现对电池管理电路的多级电压采样，相比于现有技术，采样覆盖更全面，可以获得更加全面的电压、电流信息来保证电池管理电路的稳定。

所述控制单元50结合所述采样单元40提供的电流信息、电压信息，通过预设逻辑对所述电流信息、电压信息进行分析，得到所述第一回路继电器60、第二回路继电器70控制指令、所述预充单元10的控制指令以及所述稳压单元 20的控制信息，有效地提高了对器件控制的稳定性和准确性。其中，所述第一回路继电器60和第二回路继电器70闭合时，电池输入侧和电池输出侧形成导通回路；所述预充单元10启动时，可以相对较小的电流对电池进行预充电，有利于保护电池后端器件。

所述稳压单元20根据所述控制单元50提供的控制信息控制其内部元件的导通或关断，以将不同电压的电池模组稳定在同一电压。其中，在充电时，所述稳压单元20将储能逆变器的输出电压转换成可供电池模组充电的稳定电压；在放电时，所述稳压单元20将电池模组的输出电压升压至同一稳定电压，然后通过储能逆变器转换为交流电向电网和负载放电；从而使得所述电池管理电路可以适用于不同电压的电池模组，扩大了电池管理电路的适用范围，且减少了电池模组并联时可能发生的压差过大和其他原因导致的电池模组不均衡的问题。

可选地，作为本实用新型的一个优选示例，如图2所示，所述预充单元10 包括预充继电器11和预充电阻12；

所述预充继电器11的第一端与所述预充电阻12的第一端之间的共接点作为所述预充单元10的第一端，连接所述电池输入侧的正极；

所述预充继电器11的第二端与所述预充电阻12的第二端之间的共接点作为所述预充单元的第二端；

所述预充继电器11的控制端与所述控制单元50连接。

在本实施例中，所述预充单元10中的预充继电器11和预充电阻12直接安装在控制板上，与主回路上的第一回路继电器60和第二回路继电器70串联。其中，所述预充电阻12始终存在于主回路上；所述预充继电器11根据控制单元50的控制指令执行开合操作。在预充过程中，所述控制单元50控制所述预充继电器11断开，使得电流通过预充电阻12后再对电池模组进行充电；当预充结束时，所述控制单元50控制所述预充继电器11闭合，所述预充电阻12 被短路，使得电流直接对电池模组进行充电。此后，所述控制单元50还根据所述预充单元10的第一端和第二端上的预设电压采样点上传的电压信息，判断是否发生过流，若是时，控制所述预充继电器11断开，使得电流通过预充电阻 12后再对电池模组进行充电，以削减电流、保护电路，在出现输入大电流冲击或者继电器控制失效时可有效保护后端器件。

可选地，作为本实用新型的一个优选示例，如图3所示，所述供电单元30 包括：整流桥31、整流电容32、第一二极管33、第二二极管34；

所述第一二极管33的正极作为所述供电单元30的第一端，所述第二二极管34的负极作为所述供电单元30的第二端；

所述整流桥31的第一节点作为所述供电单元30的第三端，第二节点作为所述供电单元30的第四端；

所述整流桥31的第三节点、所述第一二极管33的负极、所述整流电容32 的负极之间的共接点，连接所述控制单元50的第一端；

所述整流桥31的第四节点、所述整流电容32的正极、所述第二二极管34 的正极之间的共接点，连接所述控制单元50的第二端。

在本实施例中，所述供电单元30用于向所述控制单元50提供电源，其中所述控制单元50的第一端为负极，第二端为正极。

本实施例提供的所述供电单元30兼容交流输入和直流输入。交流电由外部电源提供，直流电则从电池输入侧获取。其中外部电源提供的交流电通过所述整流桥31转换为直流电，然后通过所述整流电容32对电流幅值进行收敛，使电流幅值稳定在指定范围内，之后提供给所述控制单元50。在这里，由于经过整流桥31输出的直流电幅值会大于从电池输入侧获取的直流电幅值，本实施例分别在第一回路继电器60的第一端设置第一二极管33和在第二回路继电器70 的第二端设置第二二极管34，以防止整流桥31输出的直流电倒灌至电池输入侧。

在本实施例中，两种不同来源的直流电通过第一二极管33和第二二极管 34并联，当其中一种来源的直流电出现波动或掉电时可切换至另一种来源的直流电，从而有效地保障了BMS具有稳定的供电切换，且保证了BMS在电网失电或故障的情况下也能正常运行。

可选地，作为本实用新型的一个优选示例，如图4所示，所述稳压单元20 包括稳压电阻21、三极管22、双绕组变压器23以及电压调整电路24，所述双绕组变压器23包括第一初级绕组231、第二初级绕组232以及次级绕组233；

所述稳压电阻21的第一端作为所述稳压单元20的第一端，第二端与所述第一初级绕组231的第一端连接；

所述第一初级绕组231的第二端与所述三极管22的基极连接；

所述第二初级绕组232的第一端作为所述稳压单元20的第二端，所述第二初级绕组232的第二端与所述三极管22的集电极连接；

所述三极管22的发射极作为所述稳压单元20的第三端；

所述次级绕组233的第一端与所述电压调整电路24的第一端连接，所述次级绕组233的第二端与所述电压调整电路24的第二端连接；

所述电压调整电路24的第三端作为所述稳压单元20的第四端，连接所述采样单元40的第一端，所述电压调整电路24的第四端连接所述电池输出侧的负极。

在这里，所述稳压单元20与所述预充单元10共用所述预充电阻12，所述稳压单元20与所述供电单元30共用所述整流电容32。在充电过程中，当所述第一回路继电器60和第二回路继电器70闭合时，所述三极管22导通，所述电压调整电路24从电池输出侧获取充电电压，将所述充电电压转换第一预设电压，然后利用电磁感应原理将所述第一预设电压通过双绕组变压器23传输到所述电池输入侧。在放电过程中，当所述第一回路继电器60和第二回路继电器 70闭合时，所述三极管22导通，所述电池输入侧的放电电压通过所述双绕组变压器23升压后传输到所述电压调整电路24，再经过所述电压调整电路24转换为第二预设电压并提供到电池输出侧。

可见，通过上述稳压单元20，可在充电或放电时将不同电压的电池模组稳定为统一的电压，使得电池管理电路可适用于多种不同电压的电池模组，解决了电池模组并联时存在的电压压差，且在选择上级直流升压模块和储能逆变器时不受制于电池模组本身。

可选地，本实用新型实施例还提供了一种电池管理控制系统，如图5所示，所述系统包括若干个如图1至图4任一项所述的电池管理电路01、直流升压模块02、储能逆变器03；

所述若干个电池管理电路01的电池输出侧分别与所述直流升压模块02的第一端连接；

所述直流升压模块02的第二端与所述储能逆变器03连接。

在本实施例中，如需多个电池模组并联时，每个电池模组对应一个本实施例提供的电池管理电路01。由于所述电池管理电路01能够将不同电压的电池模组稳定在同一电压，在使用所述电池管理电路01后，仅需要使用一个直流升压模块02来完成直流稳压，然后接至储能逆变器03，再通过所述储能逆变器 03接至电网，极大地简化了电池管理控制系统的拓扑结构。

可见，通过本是实施例提供的电池管理电路01，当用户进行新储能系统建设时，在产品选择方面只需考虑选择符合自身容量需求的电池模组，无需考虑电压问题，然后配置本是实施例提供的电池管理电路01即可兼容较大电压范围内的电池模组。

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 (6)

1.一种电池管理电路，其特征在于，所述电路包括：

预充单元、稳压单元、供电单元、采样单元、控制单元以及第一回路继电器、第二回路继电器；

所述预充单元的第一端与电池输入侧的正极连接；

所述预充单元的第二端、所述稳压单元的第一端、所述供电单元的第一端之间的共接点连接所述第一回路继电器的第一端；

所述第一回路继电器的第二端与所述稳压单元的第二端连接，控制端与所述控制单元连接；

所述稳压单元的第三端与所述第二回路继电器的第一端连接，第四端与电池输出侧的负极连接，第五端与所述采样单元的第一端连接；

所述第二回路继电器的第二端与所述供电单元的第二端之间的共接点连接所述电池输入侧的负极，所述第二回路继电器的控制端与所述控制单元连接；

所述供电单元的第三端、第四端分别连接外部电源，第五端与所述控制单元的第一端连接，第六端与所述控制单元的第二端连接；

所述采样单元的第二端与电池输出侧的正极连接，第三端与所述控制单元的第三端连接；

所述供电单元用于将外部电源转换为直流电或者从电池输入侧获取直流电，并将所述直流电提供给所述控制单元；

所述采样单元用于采集电池输出侧的电流信息以及预设电压采样点的电压信息，并将所述电流信息、电压信息发送至所述控制单元；

所述控制单元用于根据所述电流信息、电压信息控制所述第一回路继电器、第二回路继电器的通断、控制所述预充单元的启动或关闭，以及向所述稳压单元发送控制信息；

所述稳压单元用于在充电时，获取电池输出侧的充电电压，根据所述控制信息将所述充电电压转换第一预设电压，然后将所述第一预设电压提供给所述电池输入侧；在放电时，获取电池输入侧的放电电压，根据所述控制信息将所述放电电压转换为第二预设电压，然后将所述第二预设电压提供给所述电池输出侧；

所述预充单元用于在充电过程中对电池模组进行预充电。

2.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述预设电压采样点至少包括：

所述预充单元的第一端、所述预充单元的第二端、所述第二回路继电器的第二端、所述电池输出侧的负极、所述供电单元的第三端和第四端。

3.如权利要求1或2所述的电池管理电路，其特征在于，所述预充单元包括预充继电器和预充电阻；

所述预充继电器的第一端与所述预充电阻的第一端之间的共接点作为所述预充单元的第一端，连接所述电池输入侧的正极；

所述预充继电器的第二端与所述预充电阻的第二端之间的共接点作为所述预充单元的第二端；

所述预充继电器的控制端与所述控制单元连接。

4.如权利要求3所述的电池管理电路，其特征在于，所述供电单元包括：整流桥、整流电容、第一二极管、第二二极管；

所述第一二极管的正极作为所述供电单元的第一端，所述第二二极管的负极作为所述供电单元的第二端；

所述整流桥的第一节点作为所述供电单元的第三端，第二节点作为所述供电单元的第四端；

所述整流桥的第三节点、所述第一二极管的负极、所述整流电容的负极之间的共接点，连接所述控制单元的第一端；

所述整流桥的第四节点、所述整流电容的正极、所述第二二极管的正极之间的共接点，连接所述控制单元的第二端。

5.如权利要求3所述的电池管理电路，其特征在于，所述稳压单元包括稳压电阻、三极管、双绕组变压器以及电压调整电路，所述双绕组变压器包括第一初级绕组、第二初级绕组以及次级绕组；

所述稳压电阻的第一端作为所述稳压单元的第一端，第二端与所述第一初级绕组的第一端连接；

所述第一初级绕组的第二端与所述三极管的基极连接；

所述第二初级绕组的第一端作为所述稳压单元的第二端，所述第二初级绕组的第二端与所述三极管的集电极连接；

所述三极管的发射极作为所述稳压单元的第三端；

所述次级绕组的第一端与所述电压调整电路的第一端连接，所述次级绕组的第二端与所述电压调整电路的第二端连接；

所述电压调整电路的第三端作为所述稳压单元的第四端，连接所述采样单元的第一端，所述电压调整电路的第四端连接所述电池输出侧的负极。

6.一种电池管理控制系统，其特征在于，包括若干个如权利要求1至5任一项所述的电池管理电路、直流升压模块、储能逆变器；

所述若干个电池管理电路的电池输出侧分别与所述直流升压模块的第一端连接；

所述直流升压模块的第二端与所述储能逆变器连接。

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