CN219627413U - 一种12v立式锂电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种12V立式锂电池管理系统，包括：主控模块、电源通信模块、数据采集及均衡模块和功率控制模块，所述主控模块分别与电源通信模块、数据采集及均衡模块和功率控制模块连接，所述数据采集及均衡模块和功率控制模块分别与电池模组连接，所述功率控制模块包括MOS驱动子模块、MOS阵列子模块和充电限流子模块，所述MOS阵列子模块分别与MOS驱动子模块和充电限流子模块连接，所述MOS驱动子模块与主控模块连接，所述充电限流子模块与电池模组连接。该系统采用功率控制模块进行充电限流保护，优化锂电池的充电状态，有效延长了锂电池的寿命并提高了锂电池使用的安全性。

Description

一种12V立式锂电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池管理设备技术领域，具体涉及一种12V立式锂电池管理系统。

背景技术

电池管理系统(BMS)通过监测电池的各种状态参数，确保电池各项参数处于安全范围以内，避免电池过充、过放或过热等安全风险。一般的典型结构为主从式或一体BMS，包含采集模块、通信模块和主控模块。

目前乘用车的电池管理系统技术绝大多数专注于纯电高压动力电池包，结合用户实际使用工况考虑较少，随着整车轻量化、智能化技术及欧美禁铅令法规的实施，传统12V铅酸电池开始逐步被12V锂电池替代，属于新产品应用领域。12V锂电池可应用于新能源和传统乘用车，相较于新能源的电器网络，传统车采用车用发电机，其发电电压范围在13V～16V区间，整车的工况更为复杂，在驻车状态下仅能依靠低压电池提供辅助电源，启动后充电电压处于非恒定状态，过流过压工况更容易发生，因此，对于12V锂电池包的可靠性和安全性提出了更高的要求。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种12V立式锂电池管理系统，采用功率控制模块进行充电限流保护，优化锂电池的充电状态，有效延长了锂电池的寿命并提高了锂电池使用的安全性。

本实用新型提供的一种12V立式锂电池管理系统，包括：主控模块、电源通信模块、数据采集及均衡模块和功率控制模块，主控模块分别与电源通信模块、数据采集及均衡模块和功率控制模块连接，数据采集及均衡模块和功率控制模块分别与电池模组连接，功率控制模块包括MOS驱动子模块、MOS阵列子模块和充电限流子模块，MOS阵列子模块分别与MOS驱动子模块和充电限流子模块连接，MOS驱动子模块与主控模块连接，充电限流子模块与电池模组连接。

进一步地，MOS阵列子模块包括充电MOS单元和放电MOS单元，充电MOS单元和放电MOS单元均采用5个相同的MOS管并联，充电MOS单元和放电MOS单元采用背靠背共漏极串联方式连接。

进一步地，所述MOS驱动子模块采用2ED2410芯片。

进一步地，数据采集及均衡模块包括温度采集子模块和电流电压采集子模块，温度采集子模块与主控模块连接，电流电压采集子模块与主控模块连接。

进一步地，主控模块包括微处理器、内存、时钟子模块和ADC采集子模块，内存、时钟子模块和ADC采集子模块分别与微处理器连接。

进一步地，主控模块采用TC234芯片。

进一步地，电源通信模块采用UJA1169芯片。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种12V立式锂电池管理系统，采用功率控制模块进行充电限流保护，优化锂电池的充电状态，有效延长了锂电池的寿命并提高了锂电池使用的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型第一实施例提供的一种12V立式锂电池管理系统的结构框图；

图2为图1中功率控制模块的电路图；

图3为图1中主控模块的电路图；

图4为图1中电源通信模块的电路图；

图5为图1中数据采集及均衡模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

请参考图1-5，本实用新型第一实施例提供的一种12V立式锂电池管理系统，该系统包括：主控模块、电源通信模块、数据采集及均衡模块和功率控制模块，主控模块分别与电源通信模块、数据采集及均衡模块和功率控制模块连接，数据采集及均衡模块和功率控制模块分别与电池模组连接，功率控制模块包括MOS驱动子模块、MOS阵列子模块和充电限流子模块，MOS阵列子模块分别与MOS驱动子模块和充电限流子模块连接，MOS驱动子模块与主控模块连接，充电限流子模块与电池模组连接。

其中，主控模块负责对电池容量状态、放电功率状态、电池健康状态进行分析；主控模块负责根据电池的不同状态，控制电池对应到6种不同的工作模式，工作模式包括：初始化模式、正常模式、锁电模式、过充模式、过放模式、充电模式、补电模式；主控模块控制MOS驱动子模块的使能和输出控制端，实现功率控制模块的开关控制，同时具备充放电MOS状态监测功能。主控模块在判断电池电量低于一定阈值后，唤醒整车网络，控制充电MOS单元给电池包充电。当车辆休眠或者处于防盗状态时且LBMS检测到当前电量低于一定值，主控模块主动切断放电MOS单元，以免低压锂电池进一步放电造成过放，只保留功耗较低的检测回路。主控模块负责对电池的过温、过压、过流、开路、断路等故障进行自动检测，并完成对应的故障模式。在本实施例中，主控模块所涉及到的软件控制部分采用现有技术即可实现。

电源通信模块可以实现双路供电，可以由电芯模组正负极或PACK正负极供电，负责为主控模块提供5V电源输出并将主控模块采集的电池状态及故障等相关数据发送到整车网络，并接收来自域控制器的相关数据信息。

数据采集及均衡模块负责完成对4组电芯模组的电压、电流采集，并完成对部分诊断功能的检测，完成对电池包的温度采集；通过均衡功能降低压差，使电池包的性能达到最优。

功率控制模块用于实现控制充电电流的通断。当电池包严重亏电或者DCDC输出的电流大于电池允许的电流时，为了避免瞬间大电流充电对电池包的损坏，功率控制模块进行充电限流保护。

主控模块分别与电源通信模块、数据采集及均衡模块、功率控制模块连接。数据采集及均衡模块包括温度采集子模块和电流电压采集子模块，温度采集子模块与主控模块连接，电流电压采集子模块与主控模块连接。温度采集子模块用于采集电池包的温度，电流电压采集子模块用于采集电芯模组的电流和电压。数据采集及均衡模块采集电池模组的底层原始数据，原始数据包括温度、电流电压数据信息，并将原始数据发送给主控模块并接收来自主控模块的均衡控制指令，主控模块接收数据采集及均衡模块发送原始数据，对电池状态、电池故障进行检测并实现对功率控制模块的控制输出。功率控制模块接收来自主控模块的控制指令，控制或限制充电电流并将自身状态信息反馈给主控模块。电源通信模块与域控制器和主控模块连接，负责为主控模块提供5V电源，通过CAN或LIN主线，将主控模块计算的电池状态数据、故障诊断数据及相关控制指令发送给域控制器，并接收来自域控制器的相关整车功能请求指令。

在本实用新型的另一实施例中，MOS阵列子模块包括充电MOS单元和放电MOS单元，充电MOS单元和放电MOS单元均采用5个相同的MOS管并联，充电MOS单元和放电MOS单元采用背靠背共漏极串联方式连接。MOS驱动子模块采用2ED2410芯片。当电池处于正常状态时，充放电MOS单元均正常闭合，保证充放电MOS单元可以正常进行充电和放电；当电池处于满电状态时，将充电MOS单元断开，放电MOS单元继续闭合，避免电池包过充和保证整车的正常供电；当电池处于欠压状态时，将放电MOS单元断开，充电MOS单元继续闭合，防止电池包过放，并且保证外部可以给电池包充电。MOS管选用汽车级MOS，ID(@VGS＝10V)＝307A；RDS(ON)_Typ(@VGS＝10V)＝0.85mΩ；要求满足100A持续工作，200A下5S工况，Layout时充分考虑散热问题，MOS模块大面积铺铜，保证MOS在使用过程中不会过温。100A持续工作电流，P＝(100/5)2*1.2＝0.48W(考虑到温度会影响MOS内阻，因此用1.2mΩ计算)。实际使用过程工况，一般情况电池包的输出电流基本在50A以下，所以:P<(50/5)2*1.2＝0.12W。

具体地，主控模块通过控制MOS驱动子模块的EN使能引脚来实现控制对应的充电MOS单元和放电MOS单元的开启或关闭。主控模块控制MOS驱动子模块的INA与INB引脚来达到控制功率控制模块充放电MOS开启与关闭的目的，INA对应放电MOS单元控制引脚，INA为高电平时，对应的GA脚输出高，控制放电MOS单元回路闭合；INB对应充电MOS单元控制引脚，INB为高电平时，对应的GB脚输出高，控制充电MOS单元回路闭合。在主控模块检测到电池包严重亏电时，为了避免瞬间大电流充电对电池包的损坏，利用充电限流模块用于对电池包进行充电限流保护。主控模块在检测到电池包电量低且内部电压与外部电压压差大于1V并持续0.5S或电池包温度小于-20℃并持续2S；主控模块控制MOS驱动子模块断开充电MOS单元回路，使能充电限流子模块，将充电电流限制到2A以内；在以下任一条件满足时关闭充电限流子模块：当主控模块检测到电池包温度≥-15℃并持续2S；或电池包电压≥12.8V并持续2S或放电电流I>1A并持续3S或充电限流子模块故障。通过设置功率控制模块，当电池包严重亏电或者DCDC输出的电流大于电池允许的电流时，为了避免瞬间大电流充电对电池包的损坏，功率控制模块控制充电电流的通断，实现充电限流保护。

在本实用新型的另一实施例中，主控模块包括微处理器、内存、时钟子模块和ADC采集子模块，内存、时钟子模块和ADC采集子模块分别与微处理器连接。微处理器用于进行数据处理。

在本实用新型的另一实施例中，主控模块采用TC234芯片。电源通信模块采用UJA1169芯片。

本实用新型提供的一种12V立式锂电池管理系统，针对传统车采用发电机对辅助12V锂电池充电，其发电电压范围在13V～16V区间，整车的工况更为复杂，启动后充电电压处于非恒定状态，过流过压工况更容易发生，设计开发了功率控制模块进行充电限流保护，优化锂电池的充电状态，有效延长了锂电池的寿命，并提高了锂电池使用的安全性。

这里，要说明的是，本实用新型涉及的功能、算法、方法等仅仅是现有技术的常规适应性应用。因此，本实用新型对于现有技术的改进，实质在于硬件之间的连接关系，而非针对功能、算法、方法本身，也即本实用新型虽然涉及一点功能、算法、方法，但并不包含对功能、算法、方法本身提出的改进。本实用新型对于功能、算法、方法的描述，是为了更好的说明本实用新型，以便更好的理解本实用新型。

以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种12V立式锂电池管理系统，其特征在于，包括：主控模块、电源通信模块、数据采集及均衡模块和功率控制模块，所述主控模块分别与电源通信模块、数据采集及均衡模块和功率控制模块连接，所述数据采集及均衡模块和功率控制模块分别与电池模组连接，所述功率控制模块包括MOS驱动子模块、MOS阵列子模块和充电限流子模块，所述MOS阵列子模块分别与MOS驱动子模块和充电限流子模块连接，所述MOS驱动子模块与主控模块连接，所述充电限流子模块与电池模组连接。

2.根据权利要求1所述的12V立式锂电池管理系统，其特征在于，所述MOS阵列子模块包括充电MOS单元和放电MOS单元，所述充电MOS单元和放电MOS单元均采用5个相同的MOS管并联，所述充电MOS单元和放电MOS单元采用背靠背共漏极串联方式连接。

3.根据权利要求2所述的12V立式锂电池管理系统，其特征在于，所述MOS驱动子模块采用2ED2410芯片。

4.根据权利要求1所述的12V立式锂电池管理系统，其特征在于，所述数据采集及均衡模块包括温度采集子模块和电流电压采集子模块，所述温度采集子模块与主控模块连接，所述电流电压采集子模块与主控模块连接。

5.根据权利要求1所述的12V立式锂电池管理系统，其特征在于，所述主控模块包括微处理器、内存、时钟子模块和ADC采集子模块，所述内存、时钟子模块和ADC采集子模块分别与微处理器连接。

6.根据权利要求1所述的12V立式锂电池管理系统，其特征在于，所述主控模块采用TC234芯片。

7.根据权利要求1所述的12V立式锂电池管理系统，其特征在于，所述电源通信模块采用UJA1169芯片。