CN213600845U - 一种电池管理系统及高压直流系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池管理系统，包括：电路板，设于电路板上的控制器、多个级联的管理IC及开关信号输出电路，其中：每一管理IC与多个电池单体连接，用于获取其连接的电池单体的工作参数；与开关信号输出电路及每一管理IC连接的控制器，用于根据工作参数得到当前工况，根据当前工况通过开关信号输出电路控制目标外部设备执行对应的操作。本申请能够简化电池管理系统的架构构成，成本低，系统维护方便，数据处理时延较小。本申请还公开了一种高压直流系统，具有以上有益效果。

Description

一种电池管理系统及高压直流系统

技术领域

本申请涉及电池监控领域，特别涉及一种电池管理系统及高压直流系统。

背景技术

随着磷酸铁锂电池技术不断进步，磷酸铁锂电池在直流屏和高压UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)系统中的应用日益广泛。在这些系统中，多采用多只48V锂电池包串联的方式，系统为二级或三级架构。每一电池包中的单个电池管理单元BMU检测该电池包中的多只电池单体，处于第二级的电池控制单元BCU监控多个BMU，进行数据的处理和控制信号的输出。这种架构需要至少两块电路板，分别承载BMU和BCU，造成系统的构成比较复杂，成本过高、系统维护复杂，且两块电路板之间进行数据传输，会造成数据处理时延较大。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种电池管理系统及高压直流系统，能够简化电池管理系统的架构构成，成本低，系统维护方便，数据处理时延较小。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种电池管理系统，包括：电路板，设于所述电路板上的控制器、多个级联的管理IC及开关信号输出电路，其中：

每一所述管理IC与多个电池单体连接，用于获取其连接的电池单体的工作参数；

与所述开关信号输出电路及每一所述管理IC连接的所述控制器，用于根据所述工作参数得到当前工况，根据当前工况通过所述开关信号输出电路控制目标外部设备执行对应的操作。

优选的，所述目标外部设备包括直流母线继电器和/或指示装置。

优选的，该电池管理系统还包括：

与所述管理IC及所述电池单体连接、用于在电池单体压差过大时对目标电池单体执行放电均衡处理的被动均衡电路。

优选的，该电池管理系统还包括：

与所述控制器及温度检测装置连接、用于根据接收到的选通信号选通对应的温度检测装置的逻辑门电路。

优选的，该电池管理系统还包括：

与所述电流采集装置、所述控制器、用于按预设规则处理所述系统总电流信号的运放电路。

优选的，该电池管理系统还包括：

与所述控制器的中断口及所述运放电路连接、用于当直流母线存在短路电流触发所述控制器中断响应的电压比较器电路。

优选的，该电池管理系统还包括：

与所述控制器连接、用于检测直流母线对地的绝缘电阻的绝缘监测电路。

优选的，该电池管理系统还包括：

与所述控制器连接、用于存储所述控制器中的数据的存储装置。

优选的，该电池管理系统还包括：

与所述控制器连接、用于将所述控制器中的数据上传到云端服务器的无线通信模块。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种高压直流系统，包括多个电池单体及如上文任意一项所述的电池管理系统。

本申请提供了一种电池管理系统，在一个电池包内的电路板上设置一个控制器和多个级联的管理IC对各个电池单体进行监控和管理，简化了电池管理系统的架构构成，成本低，系统维护方便，且通过一个控制器集中控制，数据处理时延较小。本申请还提供了一种高压直流系统，具有和上述电池管理系统相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种电池管理系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种电池管理系统及高压直流系统，能够简化电池管理系统的架构构成，成本低，系统维护方便，数据处理时延较小。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请所提供的一种电池管理系统的结构示意图，该电池管理系统包括电路板，设于电路板上的控制器1、多个级联的管理IC 2及开关信号输出电路3，其中：

每一管理IC 2与多个电池单体连接，用于获取其连接的电池单体的工作参数；

与开关信号输出电路3及每一管理IC 2连接的控制器1，用于根据工作参数得到当前工况，根据当前工况通过开关信号输出电路3控制目标外部设备执行对应的操作。

具体的，本实施例中，电池管理系统包括多个管理IC 2，每一管理IC 2监控多个电池单体，每一管理IC 2监控电池单体的个数根据实际工程需要确定，本申请在此不做限定。其中，每一管理IC 2均用于监控与其连接的电池单体的工作参数，这里的工作参数包括单体电压、温度等，电池单体具体可以为磷酸铁锂电池。

具体的，该电池管理系统还包括控制器1，控制器1具体可以为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，MCU与各个管理IC 2的SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)通信号连接，以便实现该控制器1实现对所有管理IC 2的监控，当电池管理系统上电后，对目标参数进行检测，目标参数包括但不限于管理IC 2检测到的电池单体的工作参数、总电流、温度、继电器触点状态等，作为一种优选的实施例，该电池管理系统还包括光电隔离信号输入回路，当MCU接收到通过该光电隔离信号输入回路输入的外部的启动按钮信号，且所有目标参数均正常，判定当前工况为正常工况，通过开关信号输出电路3驱动外部直流母线继电器闭合，由多个电池单体组成的高压直流系统开始对外供电；当判定充放电过程中检测到的单体电压或总压出现异常，判定为异常工况，根据异常等级，通过开关信号输出电路3控制外部的指示装置工作和/或直接切断直流母线继电器，保障电池单体和系统的稳定运行，其中，指示装置具体可以为告警指示灯。进一步的，现有技术中的BMS(Battery Management System，电池管理系统)系统采用场效应管作为开关器件，对于高压直流屏和高压UPS应用中，存在较大的工作电流造成系统功耗过高，发热量大故障率高的问题，基于此，本实施例中采用驱动外部高压大电流继电器的方式来进行控制。

作为一种优选的实施例，该电池管理系统还包括：与所述管理IC 2及所述电池单体连接、用于在电池单体压差过大时对目标电池单体执行放电均衡处理的被动均衡电路4。当控制器1检测到电池单体之间的电压差值过大时，可以通过被动均衡电路4，对电压高的电池单体进行放电均衡处理。

作为一种优选的实施例，该电池管理系统还包括：与所述控制器1及温度检测装置连接、用于根据接收到的选通信号选通对应的温度检测装置的逻辑门电路5。其中，温度监测装置可以为NTC电阻，控制器1通过IO口操控逻辑门电路5，选通外部的温度监测装置，进行轮询检测。当检测到温度高于设定高温阀值时，可以通过开关信号输出电路3驱动风扇运转，进行强制散热；当检测温度低于设定低温阀值时，可以通过开关信号输出电路3驱动加热装置进行加热；当出现温度异常时，可以通过开关信号输出电路3点亮报警指示灯和/或直接切断直流母线继电器，保证系统安全运行。

作为一种优选的实施例，该电池管理系统还包括：与电流采集装置、控制器1连接、用于按预设规则处理系统总电流信号的运放电路6；与控制器1的中断口及运放电路6连接、用于当直流母线存在短路电流触发控制器1中断响应的电压比较器电路7。具体的，系统总电流信号通过霍尔传感器或分流器的采集，经运放电路6的处理后分别输入到控制器1和电压比较器电路7，控制器1对该信号进行ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)转换处理，当充电电流或放电电流超过设定的阀值时，通过开关信号输出电路3点亮报警指示灯并切断直流母线继电器。可以理解的是，当直流母线出现短路电流时，电压比较器电路7电平状态反转，引起MCU的中断响应，快速切断直流母线继电器。

作为一种优选的实施例，该电池管理系统还包括：与控制器1连接、用于检测直流母线对地的绝缘电阻的绝缘监测电路8。当控制器1检测到绝缘电阻值低于设定的阀值时，通过开关信号输出电路3点亮报警指示灯或直接切断直流母线继电器。

作为一种优选的实施例，控制器1采集到的数据通过隔离485通信口将数据传输到触摸屏，可以在电池包本地对实时数据进行查询和参数设置调整操作。本电池管理系统提供一路隔离485和一路隔离CAN通信接口，采用Modebus协议进行数据传输，方便与外围设备进行对接。

作为一种优选的实施例，该电池管理系统还包括：与控制器1连接、用于存储控制器1中的数据的存储装置9。其中，存储装置9具体可以为TF卡，存储控制器1中的实时数据，方便问题的追溯。

作为一种优选的实施例，该电池管理系统还搭载有与控制器1连接、用于将控制器1中的数据上传到云端服务器的无线通信模块。其中，无线通信模块可以包括GPRS模块和/或WiFi模块，控制器1采集到的所有数据，都可以通过GPRS模块或WiFi模块上传到云端服务器，同时也可以通过数据网络对系统进行升级维护和操作。服务器端对数据进行存储和解析操作，生成历史图表，方便跟踪分析电池单体的性能，和系统工作频次及状态，通过对数据和图表的分析，可提前发现潜在问题，方便系统的维护保证系统的可靠运行。

可以理解的是，采用本申请的方案，可实现检测80只及以下电池的电压和温度、被动均衡控制、环境温度检测、系统的充放电电流检测、绝缘电阻检测，并进行系统的SOC、SOH的计算处理和历史数据的记录。本实施例中的控制器1、多个级联的管理IC 2及开关信号输出电路3设于一个电池包的电路板上，打破了原来高压锂电池系统采用48V模组的架构方式，所有电池单体在柜体内堆叠串联，降低了整个供电控制系统的成本和复杂程度、集中控制、接线简单、系统维护方便。

另一方面，本申请还提供了一种高压直流系统，包括多个电池单体及如上文任意一项的电池管理系统。

对于本申请所提供的一种高压直流系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

本申请所提供的一种高压直流系统具有和上述电池管理系统相同的有益效果。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：电路板，设于所述电路板上的控制器、多个级联的管理IC及开关信号输出电路，其中：

每一所述管理IC与多个电池单体连接，用于获取其连接的电池单体的工作参数；

与所述开关信号输出电路及每一所述管理IC连接的所述控制器，用于根据所述工作参数得到当前工况，根据当前工况通过所述开关信号输出电路控制目标外部设备执行对应的操作。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述目标外部设备包括直流母线继电器和/或指示装置。

3.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：

与所述管理IC及所述电池单体连接、用于在电池单体压差过大时对目标电池单体执行放电均衡处理的被动均衡电路。

4.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：

与所述控制器及温度检测装置连接、用于根据接收到的选通信号选通对应的温度检测装置的逻辑门电路。

5.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：

与电流采集装置及所述控制器连接、用于按预设规则处理所述系统总电流信号的运放电路。

6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统还包括：

与所述控制器的中断口及所述运放电路连接、用于当直流母线存在短路电流触发所述控制器中断响应的电压比较器电路。

7.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：

与所述控制器连接、用于检测直流母线对地的绝缘电阻的绝缘监测电路。

8.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：

与所述控制器连接、用于存储所述控制器中的数据的存储装置。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统还包括：

与所述控制器连接、用于将所述控制器中的数据上传到云端服务器的无线通信模块。

10.一种高压直流系统，其特征在于，包括多个电池单体及如权利要求1-9任意一项所述的电池管理系统。

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