CN215552662U - 电池管理系统及电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种电池管理系统及电动车。其中，电池管理系统，包括：电池模块、正极连接端、负极连接端、充放电控制开关元件和控制开关，电池管理系统通过通信接口与外部设备通信连接；负极连接端用于与外部设备电连接；充放电控制开关元件连接于电池模块与负极连接端之间，控制开关与充放电控制开关元件并联连接；在充放电控制开关元件处于断开状态下，控制开关能够闭合以使电池模块与外部设备电连接。本实用新型所提供的电池管理系统及电动车，无需设置隔离电路，也能够实现电池模块的负极端与外部设备的负极端共地，保证电池管理系统与外部设备通信的连续性和可靠性，结构简单，成本低廉。

Description

电池管理系统及电动车

技术领域

本实用新型涉及电动车技术领域，尤其涉及一种电池管理系统及电动车。

背景技术

电动车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件将电能转化为机械能，以实现车辆的运动。车用锂电池管理系统(BMS)中，根据控制充放电开关的位置不同，分为高边驱动和低边驱动。由于低边驱动的驱动电路较高边驱动电路来说相对简单且成本较低，故多数方案采用低边驱动的方式。

而在电动车中的电池通常需要与电机控制器、仪表、ECU、检修设备等其它外部设备通信，采用低边驱动的电池包负极和控制侧负极只有在控制充放电开关闭合时是共地的，因此在接口端需要隔离器来保证通信连续性。但这种方式，需要增加隔离电路，例如，可以采用分立方案如光耦隔离器来达到隔离作用，或者使用隔离485、隔离CAN来满足通讯接口隔离的需求，实现电池包与外部设备间的通信，隔离的实现方式成本较高。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以解决上述问题或至少部分地解决上述问题的电池管理系统及电动车。

本实用新型第一方面实施例提供一种电池管理系统，包括：电池模块、正极连接端、负极连接端、充放电控制开关元件和控制开关，所述电池管理系统通过通信接口与外部设备通信连接；其中，

所述负极连接端用于与所述外部设备电连接；

所述充放电控制开关元件连接于所述电池模块与所述负极连接端之间，所述控制开关与所述充放电控制开关元件并联连接；

在所述充放电控制开关元件处于断开状态下，所述控制开关能够闭合以使所述电池模块与外部设备电连接。

在一些实施例中，所述控制开关包括以下至少一种：磁控开关、光电开关、机械开关。

在一些实施例中，还包括：

电池采样模块，与所述电池模块并联连接，用于采集所述电池模块的工作数据；

控制器，与所述电池采样模块及所述通信接口电连接，用于根据所述电池采样模块所采集的电池模块的工作数据，通过所述通信接口向所述外部设备输出相应的控制信息。

在一些实施例中，所述充放电控制开关元件包括充电控制开关元件和放电控制开关元件，所述充电控制开关元件及所述放电控制开关元件均为场效应晶体管。

在一些实施例中，两个所述场效应晶体管为共漏极串联；

两个所述场效应晶体管中的一个场效应晶体管的源极与所述电池模块电连接，另一个场效应晶体管的源极与所述负极连接端电连接；

两个所述场效应晶体管的栅极均通过驱动模块与所述电池采样模块电连接。

在一些实施例中，所述驱动模块包括充电驱动电路和放电驱动电路；

所述充电驱动电路与所述电池采样模块以及所述充电控制开关元件电连接，所述充电驱动电路用于当所述电池采样模块的采样结果满足第一预设条件时，驱动所述充电控制开关元件断开；

所述放电驱动电路与所述电池采样模块以及所述放电控制开关元件电连接；所述放电驱动电路用于当所述电池采样模块的采样结果满足第二预设条件时，驱动所述放电控制开关元件断开。

在一些实施例中，所述电池模块包括多个串联连接的电池。

本实用新型第二方面实施例提供一种电动车，包括：电池包，所述电池包具有如上任一项所述的电池管理系统，所述正极连接端和所述负极连接端从所述电池包的外壳露出，以用于连接所述外部设备。

在一些实施例中，所述电池包具有连接接口，所述连接接口具有接口壳体；

所述控制开关固定于所述电池包外壳，或者，所述控制开关固定于所述接口壳体。

在一些实施例中，所述外部设备包括以下至少一种：电机控制器、仪表、电子控制单元、检修设备。

本实用新型实施例提供的技术方案中，通过将充放电控制开关元件设于接地端形成低边驱动模式，电池模块的负极端与外部设备的负极端共地，而充放电控制开关元件在电池模块过充或过放或过温时会断开，以保护锂电池，由于充放电控制开关元件并联有控制开关，当充放电控制开关元件断开后，需要紧急通信以获取电池包信息的情景下，将控制开关闭合，使得电池模块的负极端与外部设备的负极端维持共地，实现低边驱动模式下，即使充放电控制开关元件断开，电池管理系统也可以与外部设备通信的目的，本方案无需设置隔离电路，而仅需在充放电控制开关元件处并联一个控制开关，即可实现电池模块的负极端与外部设备的负极端共地，保证电池管理系统与外部设备通信的连续性和可靠性，结构简单，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型一实施例提供的电池管理系统与外部设备的原理示意图；

图2为本实用新型又一实施例提供的电池管理系统与外部设备的原理示意图。

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，都属于本实用新型保护的范围。

在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

此外，“连接”一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置连接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接连接于所述第二装置，或通过其它装置间接地连接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本实用新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

发明人经过创造性地劳动发现，为了解决通过隔离电路保证通信的方案成本过高的技术问题，在一些相关技术中，还会选择采用“伪隔离”的方案，即不通过隔离电路直接以外部设备侧负极为通信参考地，但是这种方案缺陷是：低边驱动的电池模块和外部设备只有在控制充放电开关闭合时才能通信，一旦电池模块触发充放电保护，即控制充放电开关断开，电池模块便不能与外部设备(例如检修设备)通信，可靠性较低且使用不便捷(获取电池内部状态需要拆开电池包)。

为解决上述特定的技术问题，本实用新型实施例提供一种电池管理系统，以实现电池模块的充放电保护的同时，也能够保证电池模块与外部设备的可靠通信，且结构简单，成本较低。

图1为本实用新型一实施例提供的电池管理系统与外部设备的原理示意图；请参照附图1，本实用新型实施例提供一种电池管理系统100，包括：电池模块 10、正极连接端11、负极连接端12、充放电控制开关元件20、控制开关30，电池管理系统100通过通信接口40与外部设备200通信连接。

负极连接端12用于与外部设备200电连接；充放电控制开关元件20连接于电池模块10与负极连接端12之间，控制开关30与充放电控制开关元件 20并联连接；在充放电控制开关元件20处于断开状态下，控制开关30能够闭合以使电池模块10与外部设备200电连接。

另外，在本实施例中，通信接口40可以包括一线通或UART驱动接口，通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)等。可以理解的是，在外部设备200中也具体与通信接口40对接的另一个通信接口。

电动车所采用的电池通常为锂电池，而锂电池的能量密度高，电池的安全性难以保证。例如，在电池温度上升后能量会过剩，会导致电解液分解而产生气体，而气体过多会使得电池内部压强增大，当压强过大会导致电池起火或破裂的风险。而当电池过度放电的状态下，电解液会分解使得电池特性劣化影响电池的使用寿命。

因此，为解决电池过充或过放的技术问题，通常会设置充放电控制开关元件20来对电池模块10进行充电和放电保护，而当触发放电保护后，该回路断开，但电池模块10又不需要对外部设备放电时，外部设备无法与电池模块10进行通信，本实施例为确保电池对外不放电时外部设备也能与电池包建立通信，通过并联控制开关30，使得当触发充电或放电保护后，控制开关30 能够闭合，使得外部设备200与电池模块10保持通信。

值得注意的是，在本实施例中，控制开关30可以包括以下至少一种：磁控开关、光电开关、机械开关。其中，磁控开关可以包括霍尔开关，所谓磁控开关可以是指当无磁性物质靠近时开关处于断开状态，电路未接通。如果有磁性部件(例如永磁铁)接近时，在磁场的作用下，磁控开关的两个簧片会被磁化而相互吸合在一起，从而使电路接通。当磁性物质消失后，没有外磁力的影响，两个簧片又会因为自身所具有的弹性而分开，断开电路。需要说明的是，磁性部件的接近可以是直接移动至靠近开关处，使得磁控开关被磁化，也可以是该部件通电产生磁场而使得磁控开关被磁化。

而当控制开关30为光电开关时，光电开关通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现开关通断控制，例如红外线接近开关，当有物体遮挡时，光电开关可以闭合，以使得光电开关所在回路接通。在具体实现时，可以设置遮挡部件，当需要将控制开关30所在回路接通时，将遮挡部件运动至遮挡光源处，进而使得光电开关闭合以使电池模块10与外部设备200电连接。

当控制开关30为机械开关时，可以通过用户所施加的外力，手动将控制开关30闭合，实现电路导通，保证电池模块10与外部设备200的通信。

如图2所示，电池模块10可以包括多个串联连接的电池，其中多个串联连接的电池中，每个电池的型号、容量可以相同。

本实用新型实施例提供的技术方案中，通过将充放电控制开关元件设于接地端形成低边驱动模式，电池模块的负极端与外部设备的负极端共地，而充放电控制开关元件在电池模块过充或过放或过温时会断开，以保护锂电池，由于充放电控制开关元件并联有控制开关，当充放电控制开关元件断开后，将控制开关闭合，使得电池模块的负极端与外部设备的负极端维持共地，实现低边驱动模式下，即使充放电控制开关元件断开，电池管理系统也可以与外部设备(检修设备)通信的目的，本方案无需设置隔离电路，而仅需在充放电控制开关元件处并联一个控制开关，即可实现电池模块的负极端与外部设备的负极端共地，保证电池管理系统与外部设备通信的连续性和可靠性，结构简单，成本低廉。

如图1所示，进一步的，电池管理系统还包括：电池采样模块50、控制器60。电池采样模块50与电池模块10并联连接，用于采集电池模块10的工作数据，其中，电池模块10的工作数据可以包括但不限于电压、电流等。

控制器60与电池采样模块50及通信接口40电连接，用于根据电池采样模块50所采集的电池模块10的工作数据，通过通信接口40向外部设备200 输出相应的控制信息。在本实施例中，控制器60可以为微控制器(MCU)， MCU可以输出控制信息，以控制电动车的电机以指定扭矩和转速运转。

在一具体实施例中，充放电控制开关元件20可以包括充电控制开关元件 21和放电控制开关元件22，充电控制开关元件21及放电控制开关元件22 可以均为场效应晶体管(英文简写MOSFET)。在本实施例中，可选用N沟道增强型MOSFET。

具体的，请参照附图1，本实施例的两个场效应晶体管其中一个作为充电控制开关元件21，另外一个作为放电控制开关元件22，两个场效应晶体管为共漏极串联。两个场效应晶体管中的一个场效应晶体管的源极S与电池模块10电连接，另一个场效应晶体管的源极S与负极连接端12电连接。两个场效应晶体管的栅极G均通过驱动模块70与电池采样模块50电连接，用于接收驱动模块70所触发的驱动信号。驱动模块70与电池采样模块50连接，用于根据电池采样模块50所采集的电池模块10的工作数据，进而驱动模块 70根据电池模块10的工作数据控制充放电控制开关元件20的导通或关断。举例来说，例如，当电池采样模块50检测到电池模块10两端的电压超过设定值，则驱动模块70驱动充电控制开关元件21关断，避免过充。当电池采样模块50检测到电池模块10两端的电压低于设定值，则驱动模块70驱动放电控制开关元件22关断，避免过放。场效应晶体管在避免过充和过放时的工作原理，具体可以参照场效应晶体管的结构原理，本领域技术人员可以具体设计，在此不做具体详述。

更进一步的，驱动模块70可以包括充电驱动电路71和放电驱动电路72；充电驱动电路71与电池采样模块50以及充电控制开关元件21电连接，充电驱动电路71用于当电池采样模块50的采样结果满足第一预设条件时，驱动充电控制开关元件21断开。其中，第一预设条件可以是当电池采样模块50 检测到电池模块10两端的电压或电流超过设定值，则充当驱动电路71驱动充电控制开关元件21关断，避免过充，保证电池模块10的使用安全。

放电驱动电路72与电池采样模块50以及放电控制开关元件22电连接；放电驱动电路72用于当电池采样模块50的采样结果满足第二预设条件时，驱动放电控制开关元件22断开。其中，第二预设条件可以是当电池采样模块 50检测到电池模块10两端的电压或电流低于设定值，则放电驱动电路72驱动放电控制开关元件22关断，避免过放，保证电池模块10的使用寿命。

本实施例所提供的电池管理系统，通过分别设置充电驱动电路71和放电驱动电路72，使得充电控制开关元件21和放电控制开关元件22的驱动相互独立，充放电控制关联性降低，使得MOS管的控制变得较为简单。

另外，在本实用新型的一个实施例中，还提供一种电动车，包括：电池包，电池包具有如上任一项的电池管理系统100，电池管理系统100中的正极连接端11和负极连接端12从电池包的外壳露出，以用于连接外部设备200。本实施例中的电动车可以包括以下至少一种：电动摩托车、电动自行车、电动平衡车、电动滑板车、电动汽车等。在电动车的车身上可以承载电池包，电池包采用上述实施例所提供的电池管理系统100。电池管理系统100可以与外部设备200通过通信接口通信连接，而为保证电池模块10与外部设备 200的通信连续性，在不设置隔离器的方式下，电池模块10与外部设备200 能够持续共地，当电池模块10正常充电或正常放电时，电池模块10通过充放电控制开关元件20所在支路与外部设备200共地，保证外部设备200与电池模块10能够通信。当电池模块10过充或过放时，充放电控制开关元件20 断开，通过控制开关30闭合，使得外部设备200通过控制开关30所在回路与电池模块10共地，保证外部设备200与电池模块10能够通信。

其中，外部设备200可以包括以下至少一种：电机控制器、仪表、电子控制单元、检修设备。值得注意的是，当外部设备200为检修设备时，检修设备与电池模块10通信，可以读取电池模块10的电池信息，以避免拆开电池包才能获取电池模块10信息的缺陷，从而能够有效节约维护成本。

在一些实施例中，电池包可以具有连接接口(图中未示出)，连接接口具有接口壳体；控制开关30可以固定于电池包外壳，或者，控制开关30固定于接口壳体。控制开关30只要通过导线能够与充放电控制开关元件20并联即可，控制开关30的具体设置位置本实用新型并不做限定。

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；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精神和范围。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：电池模块、正极连接端、负极连接端、充放电控制开关元件和控制开关，所述电池管理系统通过通信接口与外部设备通信连接；其中，

所述负极连接端用于与所述外部设备电连接；

所述充放电控制开关元件连接于所述电池模块与所述负极连接端之间，所述控制开关与所述充放电控制开关元件并联连接；

在所述充放电控制开关元件处于断开状态下，所述控制开关能够闭合以使所述电池模块与外部设备电连接。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述控制开关包括以下至少一种：磁控开关、光电开关、机械开关。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括：

电池采样模块，与所述电池模块并联连接，用于采集所述电池模块的工作数据；

控制器，与所述电池采样模块及所述通信接口电连接，用于根据所述电池采样模块所采集的电池模块的工作数据，通过所述通信接口向所述外部设备输出相应的控制信息。

4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述充放电控制开关元件包括充电控制开关元件和放电控制开关元件，所述充电控制开关元件及所述放电控制开关元件均为场效应晶体管。

5.根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，两个所述场效应晶体管为共漏极串联；

两个所述场效应晶体管中的一个场效应晶体管的源极与所述电池模块电连接，另一个场效应晶体管的源极与所述负极连接端电连接；

两个所述场效应晶体管的栅极均通过驱动模块与所述电池采样模块电连接。

6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，所述驱动模块包括充电驱动电路和放电驱动电路；

所述充电驱动电路与所述电池采样模块以及所述充电控制开关元件电连接，所述充电驱动电路用于当所述电池采样模块的采样结果满足第一预设条件时，驱动所述充电控制开关元件断开；

所述放电驱动电路与所述电池采样模块以及所述放电控制开关元件电连接；所述放电驱动电路用于当所述电池采样模块的采样结果满足第二预设条件时，驱动所述放电控制开关元件断开。

7.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池模块包括多个串联连接的电池。

8.一种电动车，其特征在于，包括：电池包，所述电池包具有如权利要求1～7任一项所述的电池管理系统，所述正极连接端和所述负极连接端从所述电池包的外壳露出，以用于连接所述外部设备。

9.根据权利要求8所述的电动车，其特征在于，所述电池包具有连接接口，所述连接接口具有接口壳体；

所述控制开关固定于所述电池包外壳，或者，所述控制开关固定于所述接口壳体。

10.根据权利要求8所述的电动车，其特征在于，所述外部设备包括以下至少一种：电机控制器、仪表、电子控制单元、检修设备。

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