專利名稱：一種電池組管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池管理領(lǐng)域，尤其涉及ー種電池組管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
二次充電電池充電至其荷電狀態(tài)為100%或放電至其荷電狀態(tài)為0%，都會影響其
長期容量。為解決此技術(shù)問題，現(xiàn)有電池組充電或者放電都設(shè)有限制。例如，使二次充電電池的工作容量范圍為30%至70%，即二次充電電池的可用容量范圍為電池總?cè)萘康?0%。 二次充電電池具有相對平坦的充放電曲線，如圖I所示，在工作容量范圍30%至70%之間曲線段相對平坦，僅幾毫伏的電壓變化就會引起電荷量的較大變化。為了充分利用電池組中每節(jié)二次充電電池的可用容量范圍，電池組管理系統(tǒng)必須非常準(zhǔn)確的監(jiān)視每節(jié)ニ次充電電池的電壓。一個高壓電池組中具有多節(jié)二次充電電池，由于制造的差異性，各節(jié)二次充電電池的容量略有不同；由于較差的二次充電電池比其他二次充電電池老化快，這種容量差異隨著時間的推移也會増大。就容量較小于其它同電池組的二次充電電池而言，它在經(jīng)歷多個充電周期和放電周期后，充電狀態(tài)將逐漸偏離，電池組中的某些二次充電電池最終會過充或過放，從而導(dǎo)致二次充電電池?fù)p壞，并最終導(dǎo)致電池組故障。為解決電池組中二次充電電池的差異性造成的過充或過放，現(xiàn)有技術(shù)提供ー種電池組管理系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測電池組中二次充電電池的荷電狀態(tài)以便及時對其荷電狀態(tài)進(jìn)行均衡，減小過充或過放對二次充電電池的損壞；同時還根據(jù)監(jiān)測的信號判斷電池組是否處于危險狀態(tài)，如果處于危險狀態(tài)，則停止電池組工作，避免電池組損壞。但此種電池組管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集及均衡部分電路失效時，無法及時的產(chǎn)生預(yù)警信號，導(dǎo)致電池組被損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決電池組充放電時的安全問題，提供了ー種電池組管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的檢測電池組中每節(jié)二次充電電池的電壓信號和電流信號，井根據(jù)這些信號產(chǎn)生報警信號，以便及時控制電池組的工作狀態(tài)，消除過充或過放對電池組的損壞。ー種電池組管理系統(tǒng)，所述電池組由兩節(jié)以上的二次充電電池構(gòu)成，所述電池組管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集及處理模塊、第一高壓開關(guān)模塊、保護(hù)電路模塊、上位機(jī)模塊；
所述上位機(jī)模塊發(fā)出第一檢測信號，經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊以控制所述被第一檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通；
所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的第一電壓信號和第一電流信號，并對第一電壓信號和第一電流信號進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號，然后根據(jù)第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號以得到第一報警信號;
所述保護(hù)電路模塊發(fā)出第二檢測信號，經(jīng)所述第一高壓開關(guān)模塊以控制所述被第二檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通；
所述保護(hù)電路模塊采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的第二電壓信號和第二電流信號，并根據(jù)第二電壓信號和第二電流信號得到第二報警信號；
所述上位機(jī)模塊接收所述第一報警信號和第二報警信號，并根據(jù)第一報警信號或/和第二報警信號以控制電池組停止工作。
該系統(tǒng)具有雙重預(yù)警電路，一重預(yù)警電路為數(shù)據(jù)采集及處理模塊，產(chǎn)生第一報警信號；另一重為第一高壓開關(guān)模塊和保護(hù)電路模塊，產(chǎn)生第二報警信號，上位機(jī)模塊根據(jù)第一報警信號或/和第二報警信號以控制電池組停止工作，從而減輕或消除電池組過充或過放對電池組的損壞，以達(dá)到延長電池組使用壽命的效果。當(dāng)數(shù)據(jù)采集及處理模塊發(fā)生故障時，第一高壓開關(guān)模塊和保護(hù)電路模塊構(gòu)成的另一重預(yù)警電路還能繼續(xù)產(chǎn)生預(yù)警信號，避免電池組的損壞，從而有效的達(dá)到延長電池組使用壽命的效果。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)提供的二次充電電池的充放電曲線示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例I提供的電池組管理系統(tǒng)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2提供的電池組管理系統(tǒng)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例3提供的電池組管理系統(tǒng)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)據(jù)采集及處理模塊示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例4提供的電池組管理系統(tǒng)示意圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的電池組管理系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的第一高壓開關(guān)模塊電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明針對電池組保護(hù)市場，提供了一種電池組管理系統(tǒng)。作為本發(fā)明實(shí)施例I提供的電池組管理系統(tǒng)，如圖2所示，所述電池組21由兩節(jié)以上的二次充電電池構(gòu)成，所述電池組管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集及處理模塊22、第一高壓開關(guān)模塊23、保護(hù)電路模塊24、上位機(jī)模塊25 ；
所述上位機(jī)模塊25發(fā)出第一檢測信號，經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊22以控制所述被第一檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通；
所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊22采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的第一電壓信號和第一電流信號，并對第一電壓信號和第一電流信號進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號，然后根據(jù)第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號以得到第一報警信號；
所述保護(hù)電路模塊24發(fā)出第二檢測信號，經(jīng)所述第一高壓開關(guān)模塊23以控制所述被第二檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通；
所述保護(hù)電路模塊23采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的第二電壓信號和第二電流信號，并根據(jù)第二電壓信號和第二電流信號得到第二報警信號；
所述上位機(jī)模塊25接收所述第一報警信號和第二報警信號，并根據(jù)第一報警信號或/和第二報警信號以控制電池組停止工作。所述上位機(jī)模塊25產(chǎn)生的第一檢測信號為依次檢測電池組中的每節(jié)二次充電電池，并不斷循環(huán)的檢測信號，以達(dá)到對電池組中每節(jié)二次充電電池工作狀態(tài)的檢測。同理，所述保護(hù)電路模塊24產(chǎn)生的第二檢測信號也為依次檢測電池組中的每節(jié)二次充電電池，并不斷循環(huán)的檢測信號，以達(dá)到對電池組中每節(jié)二次充電電池工作狀態(tài)的檢測。所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊22根據(jù)第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號得到第ー報警信號的方法如下 判斷第一數(shù)字電壓信號是否在第一預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，且第一數(shù)字電流是否在第一預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第一報警信號。由于電池組中每節(jié)二次充電電池都具有差異性，則每節(jié)二次充電電池的安全工作電壓和安全工作電流略有不同。針對上述得到第一報警信號的方法，每節(jié)二次充電電池的第一預(yù)設(shè)電壓范圍和第一預(yù)設(shè)電流范圍均不相同，和二次充電電池本身的特性相關(guān)。數(shù)據(jù)采集及處理模塊22內(nèi)部對應(yīng)的設(shè)有存儲與二次充電電池對應(yīng)的一系列第一預(yù)設(shè)電壓范圍和第一預(yù)設(shè)電流范圍值的存儲模塊，該存儲模塊為E2PR0M。所述保護(hù)電路模塊24根據(jù)第二電壓信號和第二電流信號得到第二報警信號的方法如下
判斷第二電壓信號是否在第二預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，且第二電流是否在第二預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第二報警信號。由于電池組中每節(jié)二次充電電池都具有差異性，則每節(jié)二次充電電池的安全工作電壓和工作電流略有不同。針對上述得到第二報警信號的方法，每節(jié)二次充電電池的第二預(yù)設(shè)電壓范圍和第二預(yù)設(shè)電流范圍均不相同，和二次充電電池本身的特性相關(guān)。保護(hù)電路模塊24內(nèi)部對應(yīng)的設(shè)有存儲與二次充電電池對應(yīng)的一系列第一預(yù)設(shè)電壓范圍和第一預(yù)設(shè)電流范圍值的存儲模塊，該存儲模塊為E2PR0M。該電池組管理系統(tǒng)中，具有雙重預(yù)警電路，一重預(yù)警電路為數(shù)據(jù)采集及處理模塊，產(chǎn)生第一報警信號；另一重為第一高壓開關(guān)模塊和保護(hù)電路模塊，產(chǎn)生第二報警信號，上位機(jī)模塊根據(jù)第一報警信號或/和第二報警信號以控制電池組停止工作，從而減輕或消除電池組的損壞，以達(dá)到延長電池組使用壽命的效果。當(dāng)數(shù)據(jù)采集及處理模塊發(fā)生故障吋，第一高壓開關(guān)模塊和保護(hù)電路模塊構(gòu)成的另一重預(yù)警電路還能繼續(xù)產(chǎn)生報警信號，避免電池組的損害，從而有效的達(dá)到延長電池組使用壽命的效果。作為本發(fā)明的實(shí)施例2，如圖3所示，所述電池組31由兩節(jié)以上的二次充電電池構(gòu)成，該電池組管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集及處理模塊32、第一高壓開關(guān)模塊33、保護(hù)電路模塊34、上位機(jī)模塊35、溫度采集模塊36。與實(shí)施例I不同的是增加了溫度采集模塊36。所述溫度采集模塊36采集被所述第一檢測信號選中而導(dǎo)通的二次充電電池的第一溫度信號，并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集及處理模塊32 ；
數(shù)據(jù)采集及處理模塊32對第一溫度信號進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到第一數(shù)字溫度信號，并判斷第一數(shù)字溫度信號是否在第一預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第三報警信號;
所述溫度采集模塊36采集被所述第二檢測信號選中而導(dǎo)通的二次充電電池的第二溫度信號，并將其傳輸?shù)剿龅谝桓邏洪_關(guān)模塊33 ；
所述保護(hù)電路模塊34接收所述第一高壓開關(guān)模塊33的第二溫度信號，并判斷第二數(shù)字溫度信號是否在第二預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第四報警信號；
所述上位機(jī)模塊35接收所述第三報警信號和第四報警信號，并根據(jù)第三報警信號或/和第四報警信號以控制電池組停止工作。由于電池組中每節(jié)二次充電電池都具有差異性，則每節(jié)二次充電電池的安全工作溫度略有不同。針對上述得到第三報警信號的方法，每節(jié)二次充電電池的第一預(yù)設(shè)溫度范圍均不相同，數(shù)據(jù)采集及處理模塊32內(nèi)部對應(yīng)的設(shè)有存儲與二次充電電池對應(yīng)的一系列第一預(yù)設(shè)溫度范圍值的存儲模塊，該存儲模塊為E2PR0M。針對上述得到第四報警信號的方 法，每節(jié)二次充電電池的第二預(yù)設(shè)溫度范圍均不相同，和電池本身的特性相關(guān)，保護(hù)電路模塊內(nèi)部對應(yīng)的設(shè)有存儲與二次充電電池對應(yīng)的一系列第二預(yù)設(shè)溫度范圍值的存儲模塊，該存儲模塊為E2PR0M。實(shí)施例2的電池組管理系統(tǒng)同實(shí)施例I相同，都具有雙重預(yù)警保護(hù)電路。區(qū)別在于增加了溫度采集模塊，雙重保護(hù)電路對應(yīng)的對電池組中每節(jié)二次充電電池的溫度信號都進(jìn)行采集及判斷，并通過對二次充電電池的溫度信號值的大小產(chǎn)生預(yù)警信號，避免電池組的損害，從而有效的達(dá)到延長電池組使用壽命的效果。由于電池組中每節(jié)二次充電電池制造的差異性，各節(jié)二次充電電池的容量略有不同。需實(shí)時監(jiān)測每節(jié)二次充電電池的荷電狀態(tài)，并對其進(jìn)行均衡，消除二次充電電池的過充或過放現(xiàn)象，延長電池組的使用壽命。作為本發(fā)明的實(shí)施例3，如圖4所示，所述電池組41由兩節(jié)以上的二次充電電池構(gòu)成，該電池組管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集及處理模塊42、第一高壓開關(guān)模塊43、保護(hù)電路模塊44、上位機(jī)模塊45、溫度采集模塊46、被動均衡電路模塊47。與實(shí)施例2的區(qū)別在于增加了被動均衡電路47，對應(yīng)的上位機(jī)模塊45相應(yīng)的增加了新的功能。具體如下所述上位機(jī)模塊45進(jìn)一步檢測所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊42的二次充電電池的第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號和第一數(shù)字溫度信號，并進(jìn)行處理以得到均衡指令信號；
所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊42接收均衡指令信號并控制所述被動均衡電路模塊47對電池組中均衡指令信號指定的二次充電電池進(jìn)行放電均衡。所述上位機(jī)模塊45處理第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號和第一數(shù)字溫度信號以得到均衡指令信號的方法如下
找出所有二次充電電池的第一數(shù)字電壓信號中最小的數(shù)字電壓信號Vmin ；
計算其它二次充電電池的第一數(shù)字電壓信號V與最小數(shù)字電壓信號值Vmin的電壓差值VD，并將所述電壓差值Vd與預(yù)設(shè)電壓閾值Vset進(jìn)行比較；
如果電壓差值Vd大于電壓閾值Vset，則上位機(jī)模塊對應(yīng)發(fā)出該二次充電電池的均衡指令信號；如果Vd小于等于電壓閾值Vset，則此二次充電電池不需要均衡，上位機(jī)模塊不作處理。
所述預(yù)設(shè)電壓閾值Vset的確定方法如下
所述上位機(jī)模塊對每節(jié)二次充電電池的所述第一數(shù)字電流信號進(jìn)行累加計數(shù)得出ニ次充電電池放電容量Wl，將二次充電電池總?cè)萘縒減去放電容量Wl得到二次充電電池的第一荷電狀態(tài)；所述上位機(jī)模塊45根據(jù)電池組中每節(jié)二次充電電池的第一荷電狀態(tài)確定電壓閾值Vset的大小。其中電池總?cè)萘繛槊抗?jié)二次充電電池的固有物理容量。二次充電電池的荷電狀態(tài)與電壓值為非線性關(guān)系，是由電池組中二次充電電池的屬性決定的，根據(jù)電池組荷電狀態(tài)與電壓關(guān)系曲線，曲線上不同段的斜率對應(yīng)不同的電壓閾值Vset，根據(jù)電池組荷電與電壓關(guān)系曲線做個查找表?？紤]到計算的誤差，二次充電電池的總?cè)萘恳扛粢欢螘r間進(jìn)行一次校正，先放掉所有電荷，然后電池總?cè)萘啃Ｕ稍诔潆姇r進(jìn)行，充進(jìn)的電量就是二次充電電池的總?cè)萘俊Ｋ錾衔粰C(jī)模塊將所有采集到的二次充電電池的第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字溫 度信號與預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)對照表對照，得到二次充電電池的第二荷電狀態(tài)。第二電池荷電狀態(tài)作為第一荷電狀態(tài)的一個補(bǔ)充，使電壓閾值Vset的設(shè)置更加準(zhǔn)確。作為本領(lǐng)域人員公知的，二次充電電池特定的溫度值和電壓值對應(yīng)ー個荷電狀態(tài)值，所述預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)對照表為二次充電電池的數(shù)字電壓信號、數(shù)字溫度信號對應(yīng)二次充電電池的荷電狀態(tài)值的參照表。所述上位機(jī)模塊根據(jù)電池組中每節(jié)二次充電電池的第一荷電狀態(tài)確定電壓閾值Vset的大小，利用第二荷電狀態(tài)作為第一荷電狀態(tài)的補(bǔ)充，對第一荷電狀態(tài)作出適當(dāng)?shù)男拚?，然后確定電壓閾值Vset的大小。所述被動均衡電路模塊47由與所述電池組中二次充電電池組數(shù)目相同的被動均衡單元構(gòu)成，所述被動均衡單元與所述對應(yīng)的二次充電電池連接。所述被動均衡単元包括電阻和三極管；所述電阻連接于所述二次充電電池正極與三級管集電極之間，所述三級管發(fā)射極與所述二次充電電池負(fù)極相連。二次充電電池放掉的電能消耗在電阻上，改變電阻可改變放電電流。當(dāng)電阻阻值較小時，放電電流較大，放電比較快，但是同樣的功率小電阻會占用較大的電路面積，且放電快會產(chǎn)生大量的熱量，需解決散熱的問題；當(dāng)電阻阻值較大時，放電電流較小，放電比較慢，同樣的功率大電阻占用電路面積小，且放電慢，產(chǎn)生的熱量也較小。實(shí)際電路中需綜合考慮均衡效率、電阻所占面積及均衡時產(chǎn)生的熱量大小選擇合適的放電電阻。被動均衡電路模塊對二次充電電池放電均衡后，保證其荷電狀態(tài)在其安全荷電范圍內(nèi)，減小過充或過放對電池組中二次充電電池的損壞,從而延長電池組的使用壽命。其中數(shù)據(jù)采集及處理模塊具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，數(shù)據(jù)采集及處理模塊包括 第二高壓開關(guān)模塊51、放大電路模塊52、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊53、數(shù)字控制電路模塊54 ；
所述數(shù)字控制電路模塊54接收上位機(jī)模塊發(fā)出的第一檢測信號，并將其傳送到所述第二高壓開關(guān)模塊51以控制被第一檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通；
所述溫度采集模塊將采集到第一溫度信號傳輸?shù)降诙邏洪_關(guān)模塊51 ；
所述放大電路模塊52通過所述第一高壓開關(guān)模塊51采集第一溫度信號、第一電壓信號和第一電流信號，并對其進(jìn)行放大；
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊53對放大后的第一溫度信號、第一電壓信號和第一電流信號進(jìn)行模塊轉(zhuǎn)換，得到第一數(shù)字溫度信號、第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號；
數(shù)字控制電路模塊54判斷第一數(shù)字電壓信號是否在第一預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，且第一數(shù)字電流是否在第一預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第一報警信號；并判斷第一數(shù)字溫度信號是否在第一預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第三報警信號。所述數(shù)字控制電路模塊54還包括信號預(yù)處理單元和高速同步串行口通訊單元。信號預(yù)處理單元用于對所述第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號及第一數(shù)字溫度信號進(jìn)行濾波處理，使第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號及第一數(shù)字溫度信號質(zhì)量更高。高速同步串行口通訊單兀(Serial Peripheral interface,簡稱SPI ;是一種標(biāo)準(zhǔn)的四線同步雙向串行總線)用于和上位機(jī)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。本發(fā)明的電池組管理系統(tǒng)中的電池組由多個二次充電電池串聯(lián)構(gòu)成，共模電壓較 高，故采用具有高壓工藝的第二高壓開關(guān)模塊51，以達(dá)到系統(tǒng)的要求。所述放大電路模塊52為高性能差動運(yùn)算放大器，對溫度信號、電壓信號和電流信號進(jìn)行差動放大，差動運(yùn)算放大器共模抑制能力強(qiáng)。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊53的分辨率為16位，具有FIR(finite-impulse-response,有限沖擊響應(yīng))濾波器,FIR濾波器具有穩(wěn)定性好、線性相位和廣泛的適用范圍，故本發(fā)明采用FIR濾波器。作為本發(fā)明實(shí)施例4，如圖6所示，在上位機(jī)模塊65與數(shù)據(jù)采集及處理模塊62之間設(shè)置隔離通訊模塊68。所述電池組61由兩節(jié)以上的二次充電電池構(gòu)成，該電池組管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)米集及處理模塊62、第一高壓開關(guān)模塊63、保護(hù)電路模塊64、上位機(jī)模塊65、溫度采集模塊66、被動均衡電路模塊67、隔離通訊模塊68。所述隔離通訊模塊68隔離上位機(jī)模塊65與數(shù)字控制電路模塊62。所述隔離通訊模塊68為磁隔離驅(qū)動電路，所述磁隔離驅(qū)動電路包括三個輸出通道和一個輸入通道；所述三個輸出通道用于隔離所述上位機(jī)模塊與所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊之間的第一數(shù)字溫度信號、第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號、第一報警信號、第三報警信號；所述輸入通道用于隔離所述上位機(jī)模塊與所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊之間的第一檢測信號和均衡指令信號。磁隔離驅(qū)動電路具有功耗低、通訊效率高、占用電路面積小的特點(diǎn)。作為優(yōu)選方案，所述電池組管理系統(tǒng)還包括時鐘信號產(chǎn)生模塊，用于為所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊產(chǎn)生提供時鐘信號。所述電池組管理系統(tǒng)還包括電源模塊，用于為所述溫度采集模塊和數(shù)據(jù)采集及處理模塊提供電源信號。為了便于理解本發(fā)明的電池組管理系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了詳細(xì)的電池組管理系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)，如圖7所示，電池組71由多個二次充電電池構(gòu)成，電池組管理系統(tǒng)包括第二高壓開關(guān)模塊721、運(yùn)算放大器模塊722、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊723、數(shù)字控制電路模塊724、第一高壓開關(guān)模塊73、保護(hù)電路模塊74、上位機(jī)模塊75、溫度采集模塊76、被動均衡電路模塊77、隔離通訊模塊78、時鐘產(chǎn)生模塊79、電源模塊710。所述被動均衡電路模塊77由和與所述二次充電電池組數(shù)目相同的被動均衡單元構(gòu)成，所述每個被動均衡單元與電池組71中對應(yīng)的二次充電電池連接，使每個二次充電電池都可以獨(dú)立的放電。所述被動均衡單元包括電阻和三極管；所述電阻連接于所述二次充電電池正極與三級管集電極之間，所述三級管發(fā)射極與所述二次充電電池負(fù)極相連。ニ次充電電池放掉的電能消耗在電阻上，改變電阻可改變放電電流。當(dāng)電阻阻值較小時，放電電流較大，放電比較快，但是同樣的功率小電阻會占用較大的電路面積，且放電快會產(chǎn)生大量的熱量，需解決散熱的問題；當(dāng)電阻阻值較大時，放電電流較小，放電比較慢，同樣的功率大電阻占用電路面積小，且放電慢，產(chǎn)生的熱量也較小。實(shí)際電路中需綜合考慮均衡效率、電阻所占面積及均衡時產(chǎn)生的熱量大小選擇合適的放電電阻。第一高壓開關(guān)模塊73和第二高壓開關(guān)模塊721均能夠承受高的共模電壓，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。圖8包括電池組81和第二高壓開關(guān)模塊821。第二高壓開關(guān)模塊821由多個單刀雙擲開關(guān)和兩個普通開關(guān)組成，在第一檢測信號或第二檢測信號的控制下使電池組中某一二次充電電池導(dǎo)通。該電池組管理系統(tǒng)電路工作過程如下上位機(jī)模塊75發(fā)出第一檢測信號，經(jīng)所述隔離通訊模塊78傳送至所述數(shù)字控制電路模塊724 ;所述數(shù)字控制電路模塊724將第一檢
測信號作用于第二高壓開關(guān)模塊721以控制第二高壓開關(guān)模塊721使被第一檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通。所述溫度采集模塊76采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的溫度信號，并將所述溫度信號傳送到所述第二高壓開關(guān)模塊721 ;所述第二高壓開關(guān)模塊721采集所述二次充電電池的第一電壓信號、第一電流信號和第一溫度信號；所述放大電路模塊722將所述第一溫度信號、第一電壓信號和第一電流信號進(jìn)行放大；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊723將所述放大后的第一溫度信號、第一電壓信號和第一電流信號轉(zhuǎn)換成第一數(shù)字溫度信號、第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號；所述數(shù)字控制電路模塊724判斷第一數(shù)字電壓信號是否在第一預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，且第一數(shù)字電流信號是否在第一預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第一報警信號，判斷第一數(shù)字溫度信號是否在第一預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第三報警信號。所述數(shù)字控制電路模塊724將所述第一數(shù)字溫度信號、第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號、第一報警信號、第三報警信號通過所述隔離通訊模塊78傳輸?shù)剿錾衔粰C(jī)模塊75。所述上位機(jī)模塊75采集電池組71中所有二次充電電池的第一數(shù)字溫度信號、第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號，并對這些進(jìn)行處理，得到均衡指令信號；并根據(jù)第ー報警信號和/或第三報警信號使電池組停止工作。所述均衡指令信號通過所述隔離通訊模塊78的輸入通道、所述數(shù)字控制電路模塊72傳輸?shù)剿龅诙邏洪_關(guān)模塊721 ;所述高壓開關(guān)模塊721控制所述被動均衡電路模塊77對與所述均衡指令信號對應(yīng)的二次充電電池進(jìn)行電荷均衡。所述保護(hù)電路模塊74在電路上電的同時發(fā)出第二檢測信號，經(jīng)所述第一高壓開關(guān)模塊73以控制所述被第二檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通；
溫度采集模塊76采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的溫度信號，并將其傳送到第一高壓開關(guān)ホ旲塊73 ；
所述保護(hù)電路模塊74采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的第二電壓信號、第二電流信號和第二溫度信號，判斷第二電壓信號是否在第二預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，且第二電流是否在第二預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第二報警信號；并判斷第二溫度信號是否在第二預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第四報警信號。所述上位機(jī)模塊接收所述第二報警信號和第四報警信號，并根據(jù)第一報警信號或/和第二報警信號以控制電池組停止工作。
時鐘產(chǎn)生模塊79用于為所述數(shù)字控制電路模塊724提供時鐘信號，電源模塊710為工作中的溫度采集模塊76、放大電路模塊722、數(shù)字控制電路模塊724和時鐘產(chǎn)生模塊79提供電源。所述數(shù)字控制電路模塊724還包括信號預(yù)處理單元和高速同步串行口通訊單元信號預(yù)處理單元用于對所述第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號、第一數(shù)字溫度信號進(jìn)行濾波處理；使第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號、第一數(shù)字溫度信號質(zhì)量更聞。
高速同步串行口通訊單兀(Serial Peripheral interface,簡稱SPI ;是一種標(biāo)準(zhǔn)的四線同步雙向串行總線)用于和上位機(jī)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。該電池組管理電路中上位機(jī)模塊檢測出所述電池組中所有二次充電電池的第一溫度信號、第一電壓信號和第一電流信號，然后對這些信號進(jìn)行分析，得到均衡指令信號；這些均衡指令信號傳輸?shù)奖粍泳怆娐纺K，使被動均衡電路模塊對需要均衡的二次充電電池進(jìn)行電荷均衡。消除了電池組過充或過放的現(xiàn)象，以達(dá)到延長電池組使用壽命的效果。另外，該電池組管理系統(tǒng)中，具有雙重預(yù)警電路，一重預(yù)警電路為數(shù)據(jù)采集及處理模塊，產(chǎn)生第一報警信號；另一重為第一高壓開關(guān)模塊和保護(hù)電路模塊，產(chǎn)生第二報警信號，上位機(jī)模塊根據(jù)第一報警信號或/和第二報警信號以控制電池組停止工作，以減輕或消除電池組的損壞，從而達(dá)到延長電池組使用壽命的效果。當(dāng)數(shù)據(jù)采集及處理模塊發(fā)生故障時，第一高壓開關(guān)模塊和保護(hù)電路模塊構(gòu)成的另一重預(yù)警電路還能產(chǎn)生預(yù)警信號，避免電池組的損害，有效的達(dá)到延長電池組使用壽命的效果。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電池組管理系統(tǒng)，所述電池組由兩節(jié)以上的二次充電電池構(gòu)成，其特征在于，所述電池組管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集及處理模塊、第一高壓開關(guān)模塊、保護(hù)電路模塊、上位機(jī)模塊； 所述上位機(jī)模塊發(fā)出第一檢測信號，經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊以控制所述被第一檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通； 所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的第一電壓信號和第一電流信號，并對第一電壓信號和第一電流信號進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號，然后根據(jù)第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號以得到第一報警信號; 所述保護(hù)電路模塊發(fā)出第二檢測信號，經(jīng)所述第一高壓開關(guān)模塊以控制所述被第二檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通； 所述保護(hù)電路模塊采集所述導(dǎo)通的二次充電電池的第二電壓信號和第二電流信號，并根據(jù)第二電壓信號和第二電流信號得到第二報警信號； 所述上位機(jī)模塊接收所述第一報警信號和第二報警信號，并根據(jù)第一報警信號或/和第二報警信號以控制電池組停止工作。
2.如權(quán)利要求I所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊根據(jù)第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號得到第一報警信號的方法如下 判斷第一數(shù)字電壓信號是否在第一預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，且第一數(shù)字電流是否在第一預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第一報警信號。
3.如權(quán)利要求I所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述保護(hù)電路模塊根據(jù)第二電壓信號和第二電流信號得到第二報警信號的方法如下 判斷第二電壓信號是否在第二預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，且第二電流信號是否在第二預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第二報警信號。
4.如權(quán)利要求I所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組管理系統(tǒng)還包括溫度采集模塊； 所述溫度采集模塊采集被所述第一檢測信號選中而導(dǎo)通的二次充電電池的第一溫度信號，并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集及處理模塊； 數(shù)據(jù)采集及處理模塊對第一溫度信號進(jìn)行放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到第一數(shù)字溫度信號，并判斷第一數(shù)字溫度信號是否在第一預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第三報警信號；所述溫度采集模塊采集被所述第二檢測信號選中而導(dǎo)通的二次充電電池的第二溫度信號，并將其傳輸?shù)剿龅谝桓邏洪_關(guān)模塊； 所述保護(hù)電路模塊接收所述第一高壓開關(guān)模塊的第二溫度信號，并判斷第二數(shù)字溫度信號是否在第二預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第四報警信號； 所述上位機(jī)模塊接收所述第三報警信號和第四報警信號，并根據(jù)第三報警信號或/和第四報警信號以控制電池組停止工作。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組管理系統(tǒng)還包括被動均衡電路模塊； 所述上位機(jī)模塊進(jìn)一步檢測所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊中二次充電電池的第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號和第一數(shù)字溫度信號，并進(jìn)行處理以得到均衡指令信號；所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊接收均衡指令信號并控制所述被動均衡電路模塊對電池組中均衡指令信號對應(yīng)的二次充電電池進(jìn)行放電均衡。
6.如權(quán)利要求5所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊包括第二高壓開關(guān)模塊、放大電路模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字控制電路模塊； 所述數(shù)字控制電路模塊接收上位機(jī)模塊發(fā)出的第一檢測信號，并將其傳送到所述第二高壓開關(guān)模塊以控制被第一檢測信號選中的二次充電電池導(dǎo)通； 所述溫度采集模塊將采集到第一溫度信號傳輸?shù)降诙邏洪_關(guān)模塊； 所述放大電路模塊通過所述第一高壓開關(guān)模塊采集第一溫度信號、第一電壓信號和第ー電流信號，并對其進(jìn)行放大； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對放大后的第一溫度信號、第一電壓信號和第一電流信號進(jìn)行模塊轉(zhuǎn)換，得到第一數(shù)字溫度信號、第一數(shù)字電壓信號和第一數(shù)字電流信號； 數(shù)字控制電路模塊判斷第一數(shù)字電壓信號是否在第一預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)，且第一數(shù)字電流是否在第一預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第一報警信號；并判斷第一數(shù)字溫度信號是否在第一預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)，如果否，則產(chǎn)生第三報警信號。
7.如權(quán)利要求6所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組管理系統(tǒng)還包括隔離通訊模塊，所述隔離通訊模塊隔離上位機(jī)模塊與數(shù)字控制電路模塊。
8.如權(quán)利要求7所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離通訊模塊為磁隔離驅(qū)動電路，所述磁隔離驅(qū)動電路包括三個輸出通道和一個輸入通道；所述三個輸出通道用于隔離所述第一數(shù)字溫度信號、第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號、第一報警信號、第三報警信號；所述輸入通道用于隔離所述第一檢測信號和所述均衡指令信號。
9.如權(quán)利要求5所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)模塊處理第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字電流信號和第一數(shù)字溫度信號以得到均衡指令信號的方法如下 找出所有二次充電電池的第一數(shù)字電壓信號中最小的數(shù)字電壓信號Vmin ； 計算其它二次充電電池的第一數(shù)字電壓信號V與最小數(shù)字電壓信號Vmin的電壓差值Vd,并將所述電壓差值Vd與預(yù)設(shè)電壓閾值Vset進(jìn)行比較； 如果電壓差值Vd大于電壓閾值Vset，則上位機(jī)模塊對應(yīng)發(fā)出該二次充電電池的均衡指令信號； 所述預(yù)設(shè)電壓閾值Vset的確定方法如下 所述上位機(jī)模塊對每節(jié)二次充電電池的所述第一數(shù)字電流信號進(jìn)行累加計數(shù)得出ニ次充電電池放電容量Wl，將二次充電電池總?cè)萘縒減去放電容量Wl得到二次充電電池的第一荷電狀態(tài)； 所述上位機(jī)模塊將所有采集到的二次充電電池的第一數(shù)字電壓信號、第一數(shù)字溫度信號與預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)對照表對照，得到二次充電電池的第二荷電狀態(tài)； 所述上位機(jī)模塊根據(jù)電池組中每節(jié)二次充電電池的第一荷電狀態(tài)或第二荷電狀態(tài)確定電壓閾值Vset的大小。
10.如權(quán)利要求5所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述被動均衡電路模塊由與所述電池組中二次充電電池組數(shù)目相同的被動均衡單元構(gòu)成，所述被動均衡單元與對應(yīng)的所述二次充電電池連接。
11.如權(quán)利要求10所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述被動均衡単元包括電阻和三極管；所述電阻連接于所述二次充電電池正極與三級管集電極之間，所述三級管發(fā)射極與所述二次充電電池負(fù)極相連。
12.如權(quán)利要求I至11任一項(xiàng)所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組管理系統(tǒng)還包括時鐘信號產(chǎn)生模塊，用于為所述數(shù)據(jù)采集及處理模塊產(chǎn)生提供時鐘信號。
13.如權(quán)利要求12所述的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組管理系統(tǒng)還包括電源模塊，用于為所述溫度采集模塊和數(shù)據(jù)采集及處理模塊提供電源信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池組管理系統(tǒng)，屬于電池管理領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集及處理模塊、第一高壓開關(guān)模塊、保護(hù)電路模塊、上位機(jī)模塊；所述第一高壓開關(guān)模塊與電池組和保護(hù)電路模塊連接，所述保護(hù)電路模塊還與上位機(jī)模塊連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊與電池組和上位機(jī)模塊連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊還與上位機(jī)模塊連接；該電池組能在數(shù)據(jù)采集及處理模塊失效的情況下，保護(hù)電路模塊能產(chǎn)生報警信號，上位機(jī)模塊根據(jù)保護(hù)電路模塊能產(chǎn)生的報警信號以控制電池組停止工作，從而避免電池組損壞。
文檔編號H02J7/00GK102761148SQ201110110278
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者何志強(qiáng), 楊云, 潘金龍 申請人:比亞迪股份有限公司