CN215498364U - 一种多串并锂电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及电子电力技术领域，公开了一种多串并锂电池管理系统，该系统包括电源供电模块、数据监控采集模块、保护电路模块和信息处理模块，数据监控采集模块分别与电源供电模块、保护电路模块和信息处理模块连接，保护电路模块设置在电源供电模块和外部设备之间，能够通过实时监测锂电池的单体数据在发现锂电池出现异常时关闭锂电池的供电来保护锂电池免受损坏，有效延长电池的使用寿命，从而防止出现因为电池过压过流产生较大的能量击穿电路而导致的安全事故，实现对多串并锂电池管理系统的有效管理。

Description

一种多串并锂电池管理系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电子电力技术领域，特别涉及一种多串并锂电池管理系统。

背景技术

随着锂电池成本的降低及人们的环保意识的提高，锂电池产品越来越多的走进普通家庭，而锂电池在滥用的情况下，容易发生起火爆炸等危险，所以对锂电池进行监控管理是推广锂电池使用的一种必要技术。

目前，对于多串并锂电池系统的管理，通常仅能简单地采集锂电池的某个单体数据，需要人为地根据一个或者多个锂电池的单体数据来判断及确定多串并锂电池系统的状态，难以快速、及时发现系统存在的问题，容易造成安全事故，且锂电池长期处于异常状态也容易影响到锂电池的使用寿命。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种多串并锂电池管理系统，能够解决无法对多串并锂电池进行有效管理的问题。

本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，本实用新型实施例中提供了一种多串并锂电池管理系统，包括：

电源供电模块，其包括多个串联和/或并联的锂电池，用于为外部设备供电；

数据监控采集模块，其与所述电源供电模块连接，用于采集所述锂电池的单体数据；

保护电路模块，其分别与所述数据监控采集模块和所述电源供电模块连接，用于根据所述单体数据控制所述电源供电模块的连接状态；

信息处理模块，其与所述数据监控采集模块连接，用于处理所述锂电池的单体数据并根据处理结果对所述锂电池进行管理。

在一些实施例中，所述电源供电模块还包括降压式变换电路，其输入端与所述多个串联和/或并联的锂电池连接，其输出端用于输出稳压电源。

在一些实施例中，所述数据监控采集模块采用模拟前端芯片，用于采集所述锂电池的单体数据，所述单体数据包括电压数据、电流数据和/或温度数据。

在一些实施例中，所述保护电路模块包括：

分流器，其控制端与所述数据监控采集模块连接，其输入端与所述锂电池的负极连接；

场效应管，其控制端与所述数据监控采集模块连接，其输入端与所述分流器的输出端连接，其输出端与所述外部设备的负极输入端连接，

所述数据监控采集模块还配置为能够根据采集到的单体数据输出驱动信号，所述场效应管配置为根据所述驱动信号执行通断。

在一些实施例中，所述保护电路模块还包括：

保险丝，其连接在所述电源供电模块和所述外部设备的正极输入端之间。

在一些实施例中，所述信息处理模块采用STM32F103C8T6单片机，其一通信端通过集成电路总线与所述数据监控采集模块通信连接，

所述信息处理模块配置为能够根据所述单体数据确定所述锂电池的控制策略。

在一些实施例中，所述信息处理模块的另一通信端通过通用异步收发传输器与所述外部设备通信连接，所述信息处理模块还用于实现所述多串并锂电池管理系统与所述外部设备的数据交互。

在一些实施例中，所述系统还包括：自检模块，用于在所述多串并锂电池管理系统开机时启动所述多串并锂电池管理系统的自检功能，

所述数据监控采集模块还用于采集所述多串并锂电池管理系统的自检数据，

所述保护电路模块用于根据所述自检数据控制所述电源供电模块是否为所述外部设备供电。

在一些实施例中，所述系统还包括：

发光二极管，其与所述信息处理模块连接，用于在所述多串并锂电池管理系统工作时亮起。

在一些实施例中，所述系统还包括：

按键模块，其与所述信息处理模块连接，用于接受用户的启动或关闭动作，以使所述信息处理模块控制所述多串并锂电池管理系统的开关机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供了一种多串并锂电池管理系统，该系统包括电源供电模块、数据监控采集模块、保护电路模块和信息处理模块，电源供电模块包括多个串联和/或并联的锂电池且用于为外部设备供电，数据监控采集模块与所述电源供电模块连接且能够用于采集所述锂电池的单体数据，保护电路模块分别与所述数据监控采集模块和所述电源供电模块连接且用于根据所述单体数据控制所述电源供电模块的连接状态，信息处理模块与所述数据监控采集模块连接且用于处理所述锂电池的单体数据并根据处理结果对所述锂电池进行管理，本实用新型实施例提供的系统能够通过实时监测锂电池的单体数据在发现锂电池出现异常时关闭锂电池的供电来保护锂电池免受损坏，有效延长电池的使用寿命，从而防止出现因为电池过压过流产生较大的能量击穿电路而导致的安全事故，实现对多串并锂电池管理系统的有效管理。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块表示为类似的元件/模块，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种多串并锂电池管理系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种多串并锂电池管理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为了解决目前多串并锂电池管理系统难以进行有效管理和保护的问题，本实用新型实施例提供了一种多串并锂电池管理系统，能够采集锂电池的单体数据并根据单体数据来控制和管理锂电池的供电状态。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

本实用新型实施例提供了一种多串并锂电池管理系统，请参见图1，其示出了本实用新型实施例提供的一种多串并锂电池管理系统的结构，所述多串并锂电池管理系统100包括：电源供电模块110、数据监控采集模块120、保护电路模块130和信息处理模块140。

所述电源供电模块110，其包括多个串联和/或并联的锂电池B+，用于为外部设备200供电。其中，所述外部设备200可以是用电设备或模块、充电设备或模块、上位机、服务器等，具体地可根据实际应用场景进行设置。

进一步地，请参见图2，其示出了本实用新型实施例提供的另一种多串并锂电池管理系统的结构，所述电源供电模块110还包括降压式变换电路111(即Buck电路)，其输入端与所述多个串联和/或并联的锂电池B+连接，其输出端用于输出稳压电源。优选地，在本实用新型实施例中，多个串联和/或并联的锂电池B+输出的电压经所述降压式变换电路111(Buck电路)后能够输出5V稳压电源，供整个系统使用，且当系统运行时，功耗小于2W；而关机时，功耗小于200uA，从而满足锂电池B+长时间存储需求；在其他的一些实施例中，所述电源供电模块110中的具体电路结构及电子元器件的设置和连接关系等可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。

所述数据监控采集模块120，其与所述电源供电模块110连接，用于采集所述锂电池B+的单体数据。具体地，所述数据监控采集模块120采用模拟前端芯片(Analog FrontEnd，AFE)，用于采集所述锂电池B+的的单体数据，所述单体数据包括电压数据、电流数据和/或温度数据。在一实施方式中，所述数据监控采集模块120所采用的德州仪器的模拟前端芯片(AFE)BQ79640，其能够最多支持15节多串并单体电压采集，3路温度采集，1路电流采集，均衡功能，进一步地，还能够驱动主MOS管，并与单片机进行通信交互信息，在其他的一些实施例中，所述数据监控采集模块120中所采用的芯片、处理器、具体电路结构及电子元器件的设置和连接关系等可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。

所述保护电路模块130，其分别与所述数据监控采集模块120和所述电源供电模块110连接，用于根据所述单体数据控制所述电源供电模块110的连接状态。所述保护电路模块130能够在所述多串并锂电池管理系统100充放电过程中出现异常工作状态，如过温、过压、电流异常等情况时，断开所述电源供电模块110的输入或输出，从而保护锂电池单体免受损坏,防止出现安全事故，保证锂电池在可靠的安全区域内正常工作,从而延长电池的使用寿命。

具体地，请参见图2，所述保护电路模块130包括：分流器131，其控制端与所述数据监控采集模块120连接，其输入端与所述锂电池B+的负极连接；场效应管132，其控制端与所述数据监控采集模块120连接，其输入端与所述分流器的输出端连接，其输出端与所述外部设备200的负极输入端连接，所述数据监控采集模块120还配置为能够根据采集到的单体数据输出驱动信号，所述场效应管132配置为根据所述驱动信号执行通断。优选地，所述场效应管132可以采用CRSS052N08N型号的金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，其最大耐压值达到85V，最大电流达到120A，满足大倍率充放电的需求，性能优异，且成本较低，从而控制整个多串并锂电池管理系统100的成本。

进一步地，请继续参见图2，所述保护电路模块130还包括：保险丝133，其连接在所述电源供电模块110和所述外部设备200的正极输入端之间，用于在所述电源供电模块110和所述外部设备200的正极输入端之间的电流升高到一定的高度和热度时熔断。

所述信息处理模块140，其与所述数据监控采集模块120连接，用于处理所述锂电池B+的单体数据并根据处理结果对所述锂电池B+进行管理。进一步地，所述信息处理模块140还能够用于根据所述锂电池B+的单体数据确定并输出所述锂电池B+的状态数据，如所述锂电池B+的(剩余)电量情况、充放电速率、充放电状态等，具体地，可根据实际需要进行设置。

具体地，请参见图2，所述信息处理模块140采用STM32F103C8T6单片机MCU，其一通信端通过集成电路总线(Inter-Integrated Circuit，IIC)与所述数据监控采集模块120通信连接，所述信息处理模块150配置为能够根据所述单体数据确定所述锂电池B+的控制策略。且有，所述信息处理模块140的另一通信端通过通用异步收发传输器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，UART)与所述外部设备200通信连接，所述信息处理模块140还用于实现所述多串并锂电池管理系统100与所述外部设备200的数据交互。本实用新型实施例采用的意法半导体的STM32F103C8T6单片机，其性能较强，功耗低，且能够处理与模拟前端芯片(AFE)BQ79640的通信数据，并根据锂电池的参数信息作出不同的控制策略，一旦出现异常情况能够进行保护处理，且由于具有高精度的SOC算法，能够根据采集到的所述锂电池B+的单体数据计算得到准确的锂电池的剩余电量。进一步地，所述模拟前端芯片(AFE)BQ79640还能够支持按键开关机，实现低功耗目标，控制LED灯显示工作状态，对外有UART串口通信功能并支持软件在线升级。在其他的一些实施例中，所述信息处理模块140中所采用的芯片、处理器、具体电路结构及电子元器件的设置和连接关系等可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。

在一些实施例中，进一步地，请继续参见图2，所述多串并锂电池管理系统100还可以包括自检模块150，所述自检模块150用于在所述多串并锂电池管理系统100开机时启动所述多串并锂电池管理系统100的自检功能，所述数据监控采集模块120还用于采集所述多串并锂电池管理系统100的自检数据，所述保护电路模块130用于根据所述自检数据控制所述电源供电模块110是否为所述外部设备200供电。需要说明的是，在图2所示示例中，由于本实用新型实施例采用的意法半导体的STM32F103C8T6单片机为集成有较强的数据处理及存储功能的单片机，因此，所述自检模块150也可以集成在所述单片机中，所述单片机在所述多串并锂电池管理系统100开机时自启动自检功能，在其他的一些实施例中，所述自检模块150也为一独立的芯片/模块等，具体可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。

在一些实施例中，进一步地，请继续参见图2，所述多串并锂电池管理系统100还包括：发光二极管LED，其与所述信息处理模块140连接，用于在所述多串并锂电池管理系统100工作时亮起。所述发光二极管LED可以是一个或者多个，所述发光二极管LED可以在设定的工作状态下亮起作为指标提示用户，例如，可以在所述多串并锂电池管理系统100自检时亮起，具体地，所述发光二极管LED也可以替换为其他具有提示功能的模块或装置，例如，替换为显示模块或者扬声器等，可根据实际需要进行设置。

在一些实施例中，进一步地，请继续参见图2，所述多串并锂电池管理系统100还包括：按键模块KEY，其与所述信息处理模块140连接，用于接受用户的启动或关闭动作，以使所述信息处理模块140控制所述多串并锂电池管理系统100的开关机。所述按键模块KEY可以是具有一个或多个功能的实体按键，或者触控屏中的虚拟按键，具体地，可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本实用新型实施例的限定。

采用本实用新型实施例提供的多串并锂电池管理系统100对外部设备200供电时，请一并参见图2，以下以外部设备200为供电设备为例：

首先，在关机时，整个多串并锂电池管理系统100不工作，所述锂电池B+输出关断，不对外供电，在各模块采用如上述型号的电子元器件时系统功耗约150uA，能够实现长时间存储功能；

其次，在用户通过所述按键模块KEY启动所述多串并锂电池管理系统100后，多串并锂电池管理系统100开机，并控制所述发光二极管LED常亮，且系统100启动自检，所述信息处理模块140通过集成电路总线(Inter-Integrated Circuit，IIC)读取所述数据监控采集模块120所采集的所述锂电池B+的单体数据，并与外部设备进行UART通信交换数据。

其中，若自检后一切数据都正常即通过所述数据监控采集模块120闭合所述保护电路模块130中的MOS管，使得多个串联和/或并联的锂电池B+可对外部设备200供电。若自检过程中存在异常情况，也即是所述锂电池B+的单体数据出现异常时，则不开启MOS管，并将异常情况通过UART通信发给外部设备200，通知使用人员排查异常情况或返修，最后自动关机。

接着，在自检系统正常后，所述锂电池B+开始为所述外部设备200供电的工程中，模拟前端芯片(AFE)会实时监控锂电池B+的单体电压、温度、电流，并将单体数据发送给信息处理模块140中的单片机，单片机根据锂电池的各种单体数据，计算出锂电池的剩余容量。

最后，在所述锂电池B+的电量用到至0％时，所述信息处理模块140将数据发送告知外部设备200后，自动关断所述保护电路模块130中的MOS管，使得多串并锂电池管理系统100关机；且有，在使用过程中检测到所述锂电池B+出现异常情况时，所述信息处理模块140将数据发送告知外部设备200后，自动关断所述保护电路模块130中的MOS管，使得多串并锂电池管理系统100关机；或者，当使用过程时用户手动通过所述按键模块KEY中的关机按键关机时，所述信息处理模块140将数据发送告知外部设备200后，自动关断所述保护电路模块130中的MOS管，使得多串并锂电池管理系统100关机。

综上所述，采用本实用新型实施例提供的多串并锂电池管理系统能够监控锂电池B+的单体电压、温度、电流，并将监测到的单体数据发与所述信息处理模块140中的单片机，单片机则根据所述锂电池B+的各种单体数据，进一步计算出所述锂电池B+剩余电量，优化所述锂电池B+使用的控制策略，保护所述锂电池B+单体免受损坏,防止出现安全事故，保证锂电池在可靠的安全区域内正常工作,延长电池的使用寿命。

本实用新型实施例中提供了一种多串并锂电池管理系统，该系统包括电源供电模块、数据监控采集模块、保护电路模块和信息处理模块，电源供电模块包括多个串联和/或并联的锂电池且用于为外部设备供电，数据监控采集模块与所述电源供电模块连接且能够用于采集所述锂电池的单体数据，保护电路模块分别与所述数据监控采集模块和所述电源供电模块连接且用于根据所述单体数据控制所述电源供电模块的连接状态，信息处理模块与所述数据监控采集模块连接且用于处理所述锂电池的单体数据并根据处理结果对所述锂电池进行管理，本实用新型实施例提供的系统能够通过实时监测锂电池的单体数据在发现锂电池出现异常时关闭锂电池的供电来保护锂电池免受损坏，有效延长电池的使用寿命，从而防止出现因为电池过压过流产生较大的能量击穿电路而导致的安全事故，实现对多串并锂电池管理系统的有效管理。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多串并锂电池管理系统，其特征在于，包括：

电源供电模块，其包括多个串联和/或并联的锂电池，用于为外部设备供电；

数据监控采集模块，其与所述电源供电模块连接，用于采集所述锂电池的单体数据；

保护电路模块，其分别与所述数据监控采集模块和所述电源供电模块连接，用于根据所述单体数据控制所述电源供电模块的连接状态；

信息处理模块，其与所述数据监控采集模块连接，用于处理所述锂电池的单体数据并根据处理结果对所述锂电池进行管理。

2.根据权利要求1所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，

所述电源供电模块还包括降压式变换电路，其输入端与所述多个串联和/或并联的锂电池连接，其输出端用于输出稳压电源。

3.根据权利要求1所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，

所述数据监控采集模块采用模拟前端芯片，用于采集所述锂电池的单体数据，所述单体数据包括电压数据、电流数据和/或温度数据。

4.根据权利要求1所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，所述保护电路模块包括：

分流器，其控制端与所述数据监控采集模块连接，其输入端与所述锂电池的负极连接；

场效应管，其控制端与所述数据监控采集模块连接，其输入端与所述分流器的输出端连接，其输出端与所述外部设备的负极输入端连接，

所述数据监控采集模块还配置为能够根据采集到的单体数据输出驱动信号，所述场效应管配置为根据所述驱动信号执行通断。

5.根据权利要求4所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，所述保护电路模块还包括：

保险丝，其连接在所述电源供电模块和所述外部设备的正极输入端之间。

6.根据权利要求1所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，

所述信息处理模块采用STM32F103C8T6单片机，其一通信端通过集成电路总线与所述数据监控采集模块通信连接，

所述信息处理模块配置为能够根据所述单体数据确定所述锂电池的控制策略。

7.根据权利要求6所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，

所述信息处理模块的另一通信端通过通用异步收发传输器与所述外部设备通信连接，所述信息处理模块还用于实现所述多串并锂电池管理系统与所述外部设备的数据交互。

8.根据权利要求1-7任一项所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，所述系统还包括：自检模块，用于在所述多串并锂电池管理系统开机时启动所述多串并锂电池管理系统的自检功能，

所述数据监控采集模块还用于采集所述多串并锂电池管理系统的自检数据，

所述保护电路模块用于根据所述自检数据控制所述电源供电模块是否为所述外部设备供电。

9.根据权利要求1-7任一项所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，所述系统还包括：

发光二极管，其与所述信息处理模块连接，用于在所述多串并锂电池管理系统工作时亮起。

10.根据权利要求1-7任一项所述的多串并锂电池管理系统，其特征在于，所述系统还包括：

按键模块，其与所述信息处理模块连接，用于接受用户的启动或关闭动作，以使所述信息处理模块控制所述多串并锂电池管理系统的开关机。

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