CN216751226U - 一种电池组监测与均衡管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了储能设备技术领域的一种电池组监测与均衡管理系统，包括MCU、整流器、保护电路、电压电流采集模块、第一DCDC转换器、第二DCDC转换器、第三DCDC转换器、锂电池组、铅酸电池组、显示屏以及无线通信模块；所述保护电路的一端与整流器连接，另一端与第一DCDC转换器以及第二DCDC转换器连接；所述电压电流采集模块的一端与保护电路连接，另一端与第三DCDC转换器连接；所述第一DCDC转换器与锂电池组连接；所述第二DCDC转换器与铅酸电池组连接；所述MCU分别与电压电流采集模块、第一DCDC转换器、第二DCDC转换器、第三DCDC转换器、锂电池组、铅酸电池组、显示屏以及无线通信模块连接。本实用新型的优点在于：极大的提升了电池组使用的安全性以及寿命。

Description

一种电池组监测与均衡管理系统

技术领域

本实用新型涉及储能设备技术领域，特别指一种电池组监测与均衡管理系统。

背景技术

由于电力系统缺乏储存大量电能的有效手段，发电、输电、配电与用电必须同时完成，这就要求电力系统始终处于动态平衡中，瞬间的不平衡就可能引发安全问题。大功率逆变器的出现为储能电源和各种可再生能源与交流电网之间提供了一个理想的接口。从长远的角度看，由各种类型的电源和逆变器组成的储能系统可以直接连接在配电网中，并靠近用户负荷，构成分布式电力系统，通过其快速响应特性，迅速吸收用户负荷的变化，从根本上解决电力系统的控制问题。

电池储能系统是一种适合电力系统使用的储能电源，具有技术相对成熟、容量大、安全可靠、无污染、噪声低、环境适应性强、便于安装等优点。在电池储能系统中，电池是系统的核心，交流电源通过整流器给电池充电，或者太阳能、风能经过能量转换后给电池充电，电池再将存储的电能放电给负载使用；电池在充放电过程中，过充、过放以及电池之间的均衡性差，都会直接影响电池的实际容量与使用寿命，甚至引发安全问题。

因此，如何提供一种电池组监测与均衡管理系统，实现提升电池组使用的安全性以及寿命，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种电池组监测与均衡管理系统，实现提升电池组使用的安全性以及寿命。

本实用新型是这样实现的：一种电池组监测与均衡管理系统，包括一MCU、一整流器、一保护电路、一电压电流采集模块、一第一DCDC转换器、一第二DCDC转换器、一第三DCDC转换器、至少一锂电池组、至少一铅酸电池组、一显示屏以及一无线通信模块；

所述保护电路的一端与整流器连接，另一端与第一DCDC转换器以及第二DCDC转换器连接；所述电压电流采集模块的一端与保护电路连接，另一端与第三DCDC转换器连接；所述第一DCDC转换器与锂电池组连接；所述第二DCDC转换器与铅酸电池组连接；所述MCU分别与电压电流采集模块、第一DCDC转换器、第二DCDC转换器、第三DCDC转换器、锂电池组、铅酸电池组、显示屏以及无线通信模块连接。

进一步地，所述保护电路包括一开关K1、一开关K2、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一保险丝F1、一保险丝F2、一二极管D1以及一二极管D2；

所述开关K1的一端与整流器的正极连接，另一端与第一DCDC转换器的正极以及电阻R2连接；所述开关K2的一端与整流器的正极连接，另一端与第二DCDC转换器的正极以及电阻R4连接；

所述电阻R1的一端与整流器的负极以及第一DCDC转换器的负极连接，另一端与保险丝F1连接；所述电阻R3的一端与整流器的负极以及第二DCDC转换器的负极连接，另一端与保险丝F2连接；

所述二极管D1的输入端与电阻R2以及电压电流采集模块的正极连接，输出端与所述保险丝F1以及电压电流采集模块的负极连接；所述二极管D2的输入端与电阻R4以及电压电流采集模块的正极连接，输出端与所述保险丝F2以及电压电流采集模块的负极连接。

进一步地，所述电压电流采集模块包括一第一电压电流采集器以及一第二电压电流采集器；

所述第一电压电流采集器以及第二电压电流采集器均分别与MCU、保护电路以及第三DCDC转换器连接。

进一步地，所述锂电池组包括一电源管理芯片以及若干个锂电芯；

所述电源管理芯片的一端与MCU以及第一DCDC转换器连接，另一端与各锂电芯连接。

进一步地，所述铅酸电池组包括一继电器组以及若干个铅酸电芯；

所述继电器组的一端与MCU以及第二DCDC转换器连接，另一端与各铅酸电芯连接。

进一步地，所述继电器组包括若干个继电器，各所述继电器分别连接一铅酸电芯。

进一步地，所述显示屏为触摸显示屏。

进一步地，所述无线通信模块为2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块、5G通信模块、NB-IOT通信模块、LORA通信模块、WIFI通信模块、蓝牙通信模块或者ZigBee通信模块。

本实用新型的优点在于：

通过设置包括第一电压电流采集器和第二电压电流采集器的电压电流采集模块，分别采集锂电池组和铅酸电池组在充放电过程中的电压值和电流值，进而对锂电池组和铅酸电池组的电量进行实时监控，避免出现过充和过放的情况；通过设置MCU连接锂电池组的电源管理芯片和铅酸电池组的继电器组，进而实时监测各锂电芯和铅酸电芯的电压值，并通过第一DCDC转换器和第二DCDC转换器控制锂电芯和铅酸电芯的充放电，使其电压偏差保持在设定的范围内，即对锂电芯和铅酸电芯的电压进行均衡管理，最终极大的提升了电池组使用的安全性以及寿命。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型一种电池组监测与均衡管理系统的电路原理框图。

图2是本实用新型保护电路的电路图。

图3是本实用新型电压电流采集模块的电路原理框图。

图4是本实用新型锂电池组的电路原理框图。

图5是本实用新型铅酸电池组的电路原理框图。

标记说明：

100-一种电池组监测与均衡管理系统，1-MCU，2-整流器，3-保护电路，4-电压电流采集模块，5-第一DCDC转换器，6-第二DCDC转换器，7-第三DCDC转换器，8-锂电池组，9-铅酸电池组，10-显示屏，11-无线通信模块，12-用电负载，41-第一电压电流采集器，42-第二电压电流采集器，81-电源管理芯片，82-锂电芯，91-继电器组，92-铅酸电芯。

具体实施方式

本实用新型实施例通过提供一种电池组监测与均衡管理系统100，解决了现有技术中电池在充放电过程中，过充、过放以及电池之间的均衡性差，都会直接影响电池的实际容量与使用寿命，甚至引发安全问题的技术问题，实现了极大的提升了电池组使用的安全性以及寿命的技术效果。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：设置电压电流采集模块4采集锂电池组8和铅酸电池组9在充放电过程中的电压值和电流值，对锂电池组8和铅酸电池组9的电量进行实时监控，避免出现过充和过放的情况；设置MCU1连接锂电池组8的电源管理芯片81和铅酸电池组9的继电器组91，实时监测各电芯的电压值，并通过第一DCDC转换器5和第二DCDC转换器6控制各电芯的充放电，使其电压偏差保持在设定的范围内，以提升电池组使用的安全性以及寿命。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参照图1至图5所示，本实用新型一种电池组监测与均衡管理系统100的较佳实施例，包括一MCU1、一整流器2、一保护电路3、一电压电流采集模块4、一第一DCDC转换器5、一第二DCDC转换器6、一第三DCDC转换器7、至少一锂电池组8、至少一铅酸电池组9、一显示屏10以及一无线通信模块11；所述MCU1用于控制电池组监测与均衡管理系统100的工作，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的MCU即可，并不限于何种型号，例如ST公司的STM32F103系列的MCU，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；所述整流器2用于将交流电转换为直流电；所述保护电路3用于对充电过程中电压和电流突然增大时的断电保护；所述电压电流采集模块4用于实时采集锂电池组8和铅酸电池组9在充放电过充中的电压值和电流值，以预防过充过放，并进行均衡控制；所述第一DCDC转换器5、第二DCDC转换器6以及第三DCDC转换器7用于电压转换；所述显示屏10用于提供人机交互界面，以操作所述电池组监测与均衡管理系统100；所述无线通信模块11用于电池组监测与均衡管理系统100与外界进行通信，以对所述锂电池组8和铅酸电池组9的工作进行远程监控；

所述保护电路3的一端与整流器2连接，另一端与第一DCDC转换器以5及第二DCDC转换器6连接；所述电压电流采集模块4的一端与保护电路3连接，另一端与第三DCDC转换器7连接；所述第一DCDC转换器5与锂电池组8连接；所述第二DCDC转换器6与铅酸电池组9连接；所述MCU1分别与电压电流采集模块4、第一DCDC转换器5、第二DCDC转换器6、第三DCDC转换器7、锂电池组8、铅酸电池组9、显示屏10以及无线通信模块11连接；所述整流器2以及第三DCDC转换器7均与用电负载12连接，即用电负载12既可以使用整流器2提供的电源，也可以使用所述锂电池组8或者铅酸电池组9提供的电源。

所述保护电路3包括一开关K1、一开关K2、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一保险丝F1、一保险丝F2、一二极管D1以及一二极管D2；所述二极管D1以及二极管D2均为稳压二极管，在给所述锂电池组8和铅酸电池组9充电过程中，如果充电电压过高会击穿所述二极管D1以及二极管D2而导通，以对所述锂电池组8和铅酸电池组9进行保护；所述保险丝F1以及保险丝F2在电流过大时自动熔断以提供保护；

所述开关K1的一端与整流器2的正极连接，另一端与第一DCDC转换器5的正极以及电阻R2连接；所述开关K2的一端与整流器2的正极连接，另一端与第二DCDC转换器6的正极以及电阻R4连接；所述开关K1和开关K2均与MCU1连接，由所述MCU1控制通断；

所述电阻R1的一端与整流器2的负极以及第一DCDC转换器5的负极连接，另一端与保险丝F1连接；所述电阻R3的一端与整流器2的负极以及第二DCDC转换器6的负极连接，另一端与保险丝F2连接；

所述二极管D1的输入端与电阻R2以及电压电流采集模块4的正极连接，输出端与所述保险丝F1以及电压电流采集模块4的负极连接；所述二极管D2的输入端与电阻R4以及电压电流采集模块4的正极连接，输出端与所述保险丝F2以及电压电流采集模块4的负极连接。

所述电压电流采集模块4包括一第一电压电流采集器41以及一第二电压电流采集器42；所述第一电压电流采集器41用于采集锂电池组8充放电的电压和电流；所述第二电压电流采集器42用于采集铅酸电池组9的电压和电流；

所述第一电压电流采集器41以及第二电压电流采集器42均分别与MCU1、保护电路3以及第三DCDC转换器7连接。

所述锂电池组8包括一电源管理芯片81以及若干个锂电芯82；所述电源管理芯片81用于对锂电芯82的充放电进行管理；

所述电源管理芯片81的一端与MCU1以及第一DCDC转换器5连接，另一端与各锂电芯82连接。

所述铅酸电池组9包括一继电器组91以及若干个铅酸电芯92；

所述继电器组91的一端与MCU1以及第二DCDC转换器6连接，另一端与各铅酸电芯92连接。

所述继电器组91包括若干个继电器(未图示)，各所述继电器分别连接一铅酸电芯92以及MCU1和第二DCDC转换器6；所述继电器组91作为铅酸电池组9的均衡使能开关。

所述显示屏10为触摸显示屏。

所述无线通信模块11为2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块、5G通信模块、NB-IOT通信模块、LORA通信模块、WIFI通信模块、蓝牙通信模块或者ZigBee通信模块。

本实用新型工作原理：

启动所述电池组监测与均衡管理系统100，所述整流器2将市电的交流电转换为直流电后，依次通过所述保护电路3和第一DCDC转换器5给锂电池组5充电，依次通过所述保护电路3和第二DCDC转换器6给铅酸电池组9充电；充电过程中，所述MCU1实时通过电压电流采集模块4采集锂电池组8和铅酸电池组9充电的电压值和电流值，通过所述电源管理芯片81以及继电器组91实时获取各锂电芯82和铅酸电芯92的电压值和电流值，以控制各所述锂电芯82和铅酸电芯充92电到预设的SOC值，避免过充并保持均衡。

用电负载12需要用电时，所述MCU1控制锂电池组8依次通过第一DCDC转换器5、保护电路3、第一电压电流采集器41以及第三DCDC转换器7给用电负载12供电；所述MCU1控制铅酸电池组9依次通过第二DCDC转换器6、保护电路3、第二电压电流采集器42以及第三DCDC转换器7给用电负载12供电；放电过程中，所述MCU1实时通过电压电流采集模块4采集锂电池组8和铅酸电池组9放电的电压值和电流值，通过所述电源管理芯片81以及继电器组91实时获取各锂电芯82和铅酸电芯92的电压值和电流值，以控制各所述锂电芯82和铅酸电芯92的SOC值偏差在预设范围内，避免过放并保持均衡。

所述MCU1将电池组监测与均衡管理系统100的运行数据实时显示在显示屏10上，并通过所述无线通信模块11上传给服务器(未图示)。

综上所述，本实用新型的优点在于：

通过设置包括第一电压电流采集器和第二电压电流采集器的电压电流采集模块，分别采集锂电池组和铅酸电池组在充放电过程中的电压值和电流值，进而对锂电池组和铅酸电池组的电量进行实时监控，避免出现过充和过放的情况；通过设置MCU连接锂电池组的电源管理芯片和铅酸电池组的继电器组，进而实时监测各锂电芯和铅酸电芯的电压值，并通过第一DCDC转换器和第二DCDC转换器控制锂电芯和铅酸电芯的充放电，使其电压偏差保持在设定的范围内，即对锂电芯和铅酸电芯的电压进行均衡管理，最终极大的提升了电池组使用的安全性以及寿命。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种电池组监测与均衡管理系统，其特征在于：包括一MCU、一整流器、一保护电路、一电压电流采集模块、一第一DCDC转换器、一第二DCDC转换器、一第三DCDC转换器、至少一锂电池组、至少一铅酸电池组、一显示屏以及一无线通信模块；

所述保护电路的一端与整流器连接，另一端与第一DCDC转换器以及第二DCDC转换器连接；所述电压电流采集模块的一端与保护电路连接，另一端与第三DCDC转换器连接；所述第一DCDC转换器与锂电池组连接；所述第二DCDC转换器与铅酸电池组连接；所述MCU分别与电压电流采集模块、第一DCDC转换器、第二DCDC转换器、第三DCDC转换器、锂电池组、铅酸电池组、显示屏以及无线通信模块连接。

2.如权利要求1所述的一种电池组监测与均衡管理系统，其特征在于：所述保护电路包括一开关K1、一开关K2、一电阻R1、一电阻R2、一电阻R3、一电阻R4、一保险丝F1、一保险丝F2、一二极管D1以及一二极管D2；

所述开关K1的一端与整流器的正极连接，另一端与第一DCDC转换器的正极以及电阻R2连接；所述开关K2的一端与整流器的正极连接，另一端与第二DCDC转换器的正极以及电阻R4连接；

所述电阻R1的一端与整流器的负极以及第一DCDC转换器的负极连接，另一端与保险丝F1连接；所述电阻R3的一端与整流器的负极以及第二DCDC转换器的负极连接，另一端与保险丝F2连接；

所述二极管D1的输入端与电阻R2以及电压电流采集模块的正极连接，输出端与所述保险丝F1以及电压电流采集模块的负极连接；所述二极管D2的输入端与电阻R4以及电压电流采集模块的正极连接，输出端与所述保险丝F2以及电压电流采集模块的负极连接。

3.如权利要求1所述的一种电池组监测与均衡管理系统，其特征在于：所述电压电流采集模块包括一第一电压电流采集器以及一第二电压电流采集器；

所述第一电压电流采集器以及第二电压电流采集器均分别与MCU、保护电路以及第三DCDC转换器连接。

4.如权利要求1所述的一种电池组监测与均衡管理系统，其特征在于：所述锂电池组包括一电源管理芯片以及若干个锂电芯；

所述电源管理芯片的一端与MCU以及第一DCDC转换器连接，另一端与各锂电芯连接。

5.如权利要求1所述的一种电池组监测与均衡管理系统，其特征在于：所述铅酸电池组包括一继电器组以及若干个铅酸电芯；

所述继电器组的一端与MCU以及第二DCDC转换器连接，另一端与各铅酸电芯连接。

6.如权利要求5所述的一种电池组监测与均衡管理系统，其特征在于：所述继电器组包括若干个继电器，各所述继电器分别连接一铅酸电芯。

7.如权利要求1所述的一种电池组监测与均衡管理系统，其特征在于：所述显示屏为触摸显示屏。

8.如权利要求1所述的一种电池组监测与均衡管理系统，其特征在于：所述无线通信模块为2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块、5G通信模块、NB-IOT通信模块、LORA通信模块、WIFI通信模块、蓝牙通信模块或者ZigBee通信模块。

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