專利名稱：電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池管理系統(tǒng)通常負(fù)責(zé)電池組中電池電量的計(jì)算、電池保護(hù)，電池間的電量平衡控制、以及電池管理系統(tǒng)內(nèi)外的信號通信等。在現(xiàn)有技術(shù)中，一般使用到電池的產(chǎn)品，都需要搭配電池管理系統(tǒng)來控制。由于電池在制造過程中很難確保具有完全的均一性，各串聯(lián)的電池單元之間會存在充電或放電特性的差異。因此，當(dāng)使用串聯(lián)電池單元的電池組時，會存在這樣的問題充電時，同一電池組中，即使某些電池單元被過度充電，也仍然存在某些電池單元尚未達(dá)到飽和；又或放電時，同一電池組中，有些電池單元尚未完全放電，但仍有些電池單元被過度放電。此外，如果電池單元長期被過度放電/充電，在構(gòu)成電池單元的材料中可能會出現(xiàn)顯著劣化，使得電池單元的特性變得不同，而這種劣化是加劇電池單元間差異的原因之一。所以現(xiàn)有技術(shù)中通過提供電池單元管理系統(tǒng)的電量平衡功能來解決上述問題?，F(xiàn)有的電量平衡方法主要有兩種，其中一種為被動式電量平衡，即將電池單元中多余的電量以電阻的方式耗散成熱，但僅能在充電時進(jìn)行。另一種為主動式電量平衡，其采用能量轉(zhuǎn)移的方式，將電池組中多余電量轉(zhuǎn)移到電量不足的電池單元中，并可以在電池充電、放電以及不工作時都能進(jìn)行，從而滿足電池組更多情況的需要。現(xiàn)有技術(shù)的主動式電量平衡中，通常是將電池組中所有電池單元的電壓轉(zhuǎn)換后給需要平衡的電池單元進(jìn)行充電。通常需要較多的平衡時間，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電池管理系統(tǒng)，其可減少電能平衡所需要的時間，提高系統(tǒng)效率。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)包括 相互串聯(lián)的若干電池單元；
DC/DC轉(zhuǎn)換組件；及
控制器，控制所述DC/DC轉(zhuǎn)換組件以使其至少在以下兩種模式之一下工作 第一模式，將所述若干電池單元中所有電池單元的總電壓，降壓后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電；和
第二模式，將所述若干電池單元中部分電池單元的累加電壓，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述DC/DC轉(zhuǎn)換組件包括第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于獲取所有電池單元的總電壓，并輸出低于所述總電壓的第一輸出電壓。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述若干電池單元被劃分成若干電池模塊。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述若干電池單元的累加電壓包括單個或多個電池模塊中所有電池單元的累加電壓。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述DC/DC轉(zhuǎn)換組件還包括與若干電池模塊相應(yīng)連接的若干輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器用于獲取相應(yīng)電池模塊電池中所有電池單元的電壓，并轉(zhuǎn)換成第二輸出電壓輸出。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)?shù)诙敵鲭妷焊哂诘谝惠敵鲭妷簳r，控制器控制DC/ DC轉(zhuǎn)換組件在第二模式下工作。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述DC/DC轉(zhuǎn)換組件還包括與所述若干電池模塊相應(yīng)連接的若干第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器，以輸出電流給相應(yīng)電池模塊中的特定電池單元來進(jìn)行充 H1^ ο作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在第一模式下，若干第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器中的一個或多個被選擇來獲取所述第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出；在第二模式下，若干第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器中的一個或多個被選擇來獲取若干輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器中一個或多個的輸出。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電池管理系統(tǒng)還包括連接在每一第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的電池模塊之間的開關(guān)電路；所述控制器通過控制所述開關(guān)電路在所述特定電池單元和相應(yīng)的第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器之間建立電性通路。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)特定電池單元包括相應(yīng)電池模塊中的所有電池單元時，控制器依次對相應(yīng)電池模塊中的所有電池單元進(jìn)行充電。本發(fā)明的有益效果是提供了一種電池管理系統(tǒng)，其具有兩種工作模式，即第一模式將若干電池單元中所有電池單元的總電壓降壓后傳輸給特定電池單元以進(jìn)行充電；和第二模式將若干電池單元中部分電池單元的累加電壓經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電。電池管理系統(tǒng)可以根據(jù)不同的情況采取不同的模式對特定電池單元進(jìn)行充電，而不需要總是由所有電池單元對特定電池單元充電，更加靈活，從而減少了電能平衡所需要的時間，并且提高了系統(tǒng)效率。


圖1是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的一具體實(shí)施方式
的電路原理示意框圖； 圖2是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的又一具體實(shí)施方式
的電路原理示意框圖； 圖3是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中控制器的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖4是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中電壓檢測模塊的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖； 圖5是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器的一具體實(shí)施方式
中的電路示意
圖6是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖； 圖7是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中光隔離模塊的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖； 圖8是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中開關(guān)模塊的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖； 圖9是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)一具體實(shí)施方式
中對特定電池單元進(jìn)行平衡的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式
中，電池組包括若干相互串聯(lián)的電池單元，在其它實(shí)施方式中，若干電池單元可以被劃分為若干電池模塊，不同的電池模塊包含的電池單元的數(shù)量可以相同，也可以不相同。圖1所示的是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的第一實(shí)施方式。電池管理系統(tǒng)包括相互串聯(lián)的若干電池單元52、電壓檢測模塊30、主動平衡模塊20、控制器10、以及一對信號總線CH_ P、CH_N。在本實(shí)施方式中，該若干電池單元構(gòu)成一電池模塊，然后與其它電池模塊串聯(lián)。當(dāng)然，其它實(shí)施方式中，該若干電池單元也可直接構(gòu)成一電池組?？刂破?0與電壓檢測模塊30以及主動平衡模塊20電性連接，其控制電壓檢測模塊30可選擇地檢測若干電池單元52之一的電壓，并根據(jù)獲取的電壓信號確定需要充電的特定電池單元?？刂破?0還通過控制主動平衡模塊20接收若干電池單元中所有電池單元的總電壓，并給確定的需要充電的特定電池單元進(jìn)行充電。信號總線CH_P、CH_N被設(shè)置為可選擇地與若干電池單元52之一的正、負(fù)級電性連接，同時該信號總線CH_P、CH_N還與電壓檢測模塊30以及主動平衡模塊20電性連接。這樣，信號總線CH_P、CH_N就同時提供了電壓檢測模塊30檢測電池單元52電壓的電流通路， 以及主動平衡模塊20給特定電池單元進(jìn)行充電的電流通路。電池管理系統(tǒng)還包括連接在若干電池單元52和控制器10之間的開關(guān)模塊41。其包括與上述若干電池單元52對應(yīng)的若干開關(guān)矩陣401、402…40η?？刂破?0可以通過控制開關(guān)模塊41中與電池單元52對應(yīng)的開關(guān)矩陣的打開和關(guān)斷來選擇信號總線CH_P、CH_N 與相應(yīng)的電池單元電性連通。在本實(shí)施方式中，由于電池單元52的電壓檢測過程與主動平衡過程分別完成于不同的時間段內(nèi)，所以控制器10至少在檢測期間和主動平衡期間工作。當(dāng)控制器10工作在檢測期間時，其通過開關(guān)模塊41接通需要檢測的電池單元與信號總線CH_P、CH_N電性連接，同時控制電壓檢測模塊30通過信號總線CH_P、CH_N獲取該電池單元的電壓信號；進(jìn)一步地，當(dāng)控制器10工作在主動平衡期間時，其通過控制需要被充電的特定電池單元與信號總線電性CH_P、CH_N連通，并通過主動平衡模塊20對該特定電池單元進(jìn)行充電。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，一個檢測期間和一個主動平衡期間的總時間長度為2秒， 把這2秒分為八個時段，其中第一個時段用于檢測，其余七個時段用于主動平衡。例如，在前0. 25秒中，控制器10控制電壓檢測模塊30和開關(guān)模塊41對若干電池單元52進(jìn)行逐個掃描以檢測電壓，而在接下來的1. 75秒中，控制器10控制主動平衡模塊20和開關(guān)模塊41 對需要充電的特定電池單元進(jìn)行充電，并如此循環(huán)。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在其它實(shí)施方式中，檢測期間和主動平衡期間的時間長度可根據(jù)設(shè)計(jì)要求而相應(yīng)調(diào)整；此外，檢測時段除檢測電壓外，還可用于檢測電流、電池溫度等信息。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，開關(guān)模塊41可以包括三極管、可控硅、繼電器開關(guān)、或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Metallic Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET)等常見的開關(guān)形式。在本實(shí)施方式中，開關(guān)模塊41采用M0SFET，并且開關(guān)模塊41中每個開關(guān)矩陣都包括四個M0SFET?？刂破?0可以包括微處理器(MCU)，該MCU可以包括中央處理單元(CentralProcessing Unit, CPU)、只讀存儲模塊(read-only memory, ROM)、隨機(jī)存儲模塊 (random access memory, RAM)、定時模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊(A/D converter)、以及若干輸入/輸出端口。當(dāng)然，控制器10也可以采用其它形式的集成電路，如特定用途集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)等。繼續(xù)參照圖1，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，開關(guān)模塊41和控制器10之間還連接有光隔離模塊60，該光隔離模塊60包括與開關(guān)矩陣401、402…40η分別對應(yīng)的若干光耦合器?？刂破?0通過光耦合器來控制開關(guān)模塊41中相應(yīng)開關(guān)矩陣的打開或關(guān)閉。同時，光隔離模塊60還可屏蔽電池管理系統(tǒng)中電流產(chǎn)生的雜亂信號對控制器10的影響，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定可靠。在本實(shí)施方式中，主動平衡模塊20還包括與電池模塊51對應(yīng)的第二級DC/DC 轉(zhuǎn)換器，來自于電池模塊51的主動平衡電流通過該第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器降壓后傳輸至需要平衡的特定電池單元中。配合參照圖3至圖8，以下介紹控制器如何控制構(gòu)成開關(guān)矩陣的四個MOSFET進(jìn)行工作的一具體實(shí)施例。在本實(shí)施例中，控制器采用了 ARM公司的STM32系列的CPU。MCU首先通過端口 16、25、27輸出高電平信號BL_0N、PWR_IN、CH01 ；接著，如圖7所示，光耦合器61 的端口 PIN3、4、13、14被CHOl高電平驅(qū)動導(dǎo)通，使得電源信號12⑶輸入網(wǎng)絡(luò)⑶01。如圖8 所示，由于Q5-A、Q5-B、Q6-A、Q6-B的柵極與網(wǎng)絡(luò)CDOl相連接，因此Q5_A、Q5_B、Q6_A、Q6-B 所構(gòu)成的開關(guān)矩陣403導(dǎo)通，并使得B01、B02網(wǎng)絡(luò)分別與信號總線CH_N、CH_P接通。如圖 5所示，P5、Q20由PWR_IN高電平驅(qū)動導(dǎo)通，使得外部電源12E、GNE給第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器供電，此時第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器開始工作，并產(chǎn)生3. 5V左右的平衡電壓。P7、Q22-A、Q22-B 由BL-ON高電平驅(qū)動導(dǎo)通，使得信號總線CH_N與DC_0N接通，至此開關(guān)模塊41中的開關(guān)矩陣403被導(dǎo)通，從而主動平衡模塊20、電壓檢測模塊30通過被開關(guān)矩陣403導(dǎo)通的電路通路檢測相應(yīng)電池單元的電壓，以及當(dāng)該電池單元需要平衡時，對其進(jìn)行充電。參圖2，介紹本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的第二實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，電池管理系統(tǒng)同樣包括電池組50、控制器10、主動平衡模塊、電壓檢測模塊、開關(guān)模塊、光隔離模塊等。但為了便于說明，圖2中省略了電壓檢測模塊、并將開關(guān)模塊與光隔離模塊統(tǒng)稱為開關(guān)電路40。本實(shí)施方式中，主動平衡模塊包含了用于直流電轉(zhuǎn)換的DC/DC轉(zhuǎn)換組件；電池組 50包含若干串聯(lián)的電池模塊51，電池模塊51同樣包含了若干串聯(lián)的電池單元52。其中，DC/DC轉(zhuǎn)換組件包括一第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211、若干第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器 212、以及若干輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22。第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211可以獲取電池組50中若干電池模塊51的總電壓并經(jīng)過直流降壓轉(zhuǎn)換輸出低于總電壓的第一輸出電壓；若干輸出DC/ DC轉(zhuǎn)換器22可以從相對應(yīng)的電池模塊51中的至少一個電池單元52獲取輸出，并輸出第二輸出電壓。本實(shí)施方式中，輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22從電池模塊51的所有電池單元獲取輸出。第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器212設(shè)置為與相應(yīng)電池模塊51對應(yīng)連接，其可以獲取上述的第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211的輸出或者至少一個輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22的輸出，并可選擇地輸出電流給其對應(yīng)電池模塊51中的特定電池單元進(jìn)行充電。在本實(shí)施方式中，控制器10還通過電壓檢測模塊獲取若干電池單元52的電壓信號，并根據(jù)獲得的電壓信號確定需要充電的特定電池單元，以及確定是否開啟上述的至少一個輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22來提供特定電池模塊的輸出、還是整個電池組的輸出來提供平衡所需的電能。在更加具體的實(shí)施例中，第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211和輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22并聯(lián)設(shè)置，并且輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22輸出的第二輸出電壓被設(shè)置為大于第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211 輸出的第一輸出電壓。這樣設(shè)置的目的是為了使輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器可以優(yōu)先于第一級DC/ DC轉(zhuǎn)換器211輸出電能。例如第一輸出電壓為12V，第二級輸出電壓為15V，那么當(dāng)控制器10確定通過一個或多個電池模塊輸出電能時，被確定的輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22相對于第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211就可以取得優(yōu)先權(quán)，即由輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22輸出平衡所需電能， 而第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器不會輸出電能。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22可以獲取與其對應(yīng)的電池模塊中所有電池單元的輸出，并通過相應(yīng)的第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器212對特定電池單元充電。當(dāng)然，在其它實(shí)施方式中，輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22也可以僅從相對應(yīng)的電池模塊中獲取一個或多個具有較高電量的電池單元的輸出，來給特定的電池單元充電。優(yōu)選地，本實(shí)施方式中，電池管理系統(tǒng)還包括與第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211連接設(shè)置在一起的蓄電裝置23，其可以儲存第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211輸出的電能，并可代替第一級 DC/DC轉(zhuǎn)換器211來給第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器212供電。每一第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器212和相應(yīng)的電池模塊之間設(shè)置有開關(guān)電路40，該開關(guān)電路40包括與相應(yīng)電池模塊中若干電池單元對應(yīng)的開關(guān)矩陣401、402…40η，和光耦合器。 控制器10通過控制開關(guān)矩陣401、402···40η的打開和關(guān)斷來選擇建立相應(yīng)電池模塊中特定電池單元和相應(yīng)第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器212之間的電性通路。關(guān)于控制器控制開關(guān)矩陣的原理已在上述實(shí)施方式中詳細(xì)說明，申請人在此不再贅述。在其它實(shí)施方式中，也可對相應(yīng)電池模塊中所有電池單元進(jìn)行充電，在這種情況下，對該電池模塊中所有電池單元輪流進(jìn)行充電，即控制器10依次控制打開開關(guān)矩陣中的一個，同時關(guān)斷其他，如此循環(huán)以完成充電過程。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，電池組50與第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211之間還設(shè)置有開關(guān) 70，通過關(guān)斷開關(guān)70，以避免控制器10在停止電池組50供電時(如電池過放)，電池組50仍通過第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211或蓄電裝置23消耗電能，從而影響了電池組的使用壽命。繼續(xù)參照圖2，事實(shí)上，在本實(shí)施方式中，DC/DC轉(zhuǎn)換組件至少具有兩種不同的工作模式。在第一模式DC/DC轉(zhuǎn)換組件接收若干電池單元(即電池組50)中所有電池單元52 的總電壓，并降壓后傳輸給特定的電池單元進(jìn)行充電；在第二模式DC/DC轉(zhuǎn)換組件接收若干電池單元52中部分電池單元的累加電壓，并經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電。應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所說的若干電池單元52的累加電壓可以包括單個或多個電池模塊51中所有電池單元的累加電壓。如前所述當(dāng)DC/DC轉(zhuǎn)換組件中的第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211輸出的第一輸出電壓小于輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器212輸出的第二輸出電壓時，控制器10可以控制DC/DC轉(zhuǎn)換組件工作在第二模式下，此時第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器212中的一個或多個被選擇來獲取若干輸出DC/ DC轉(zhuǎn)換器22中一個或多個的輸出電能。反之，當(dāng)控制器控制DC/DC轉(zhuǎn)換組件在第一模式下工作時，第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器212中的一個或多個被選擇來獲取第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211 的輸出電能。以下結(jié)合圖9說明控制器10對若干電池單元進(jìn)行主動平衡的一個具體實(shí)施方式
。首先，控制器10檢測電池組50中各電池單元或電池模塊的電壓、電流、溫度等參數(shù)信息(步驟801)。其中對電壓的檢測包括獲取所有電池單元中單個電池單元或多個電池單元(如由多個電池單元構(gòu)成的一個或多個電池模塊)的電壓值。然后對獲得的參數(shù)進(jìn)行分析判斷(步驟802)，并決定是否需要開啟保護(hù)，如過充保護(hù)、過放保護(hù)、短路保護(hù)、過溫保護(hù)等。例如將獲得的電壓參數(shù)與一預(yù)定閾值范圍進(jìn)行比較，如果測得的電壓值超出該預(yù)定閾值范圍的上限，則開啟過充保護(hù)；如果測得的電壓值小于該預(yù)定閾值范圍的下限，則開啟過放保護(hù)。在其它的實(shí)施例中，也可以將獲得的電流參數(shù)與一預(yù)定閾值進(jìn)行比較，如果測得的電流過大，則開短路保護(hù)；類似地，對于獲得的溫度參數(shù)，也會與一對應(yīng)的閾值比較，如果溫度過高超出該閾值，則需要開啟過溫保護(hù)。接著如果電池組被判斷為需要進(jìn)行保護(hù)，則開啟對應(yīng)的過充保護(hù)、和/或過放保護(hù)、和/或短路保護(hù)、和/或過溫保護(hù)(步驟804)。具體到電路中，可以為斷開外部充電器與電池組的連接，和/或斷開電池組與用電負(fù)載的連接。如果不需要對電池組進(jìn)行保護(hù)，則對其進(jìn)行是否需要主動平衡啟動條件的判定 (步驟803)。其中，判定是否需要平衡的步驟如下首先，根據(jù)控制器檢測到的單個或多個各電池單元的電壓值，判斷其中的最高電壓值是否大于或等于第一電壓閾值；如果是，則繼續(xù)判斷檢測到的電壓值中是否存在特定電壓值，所謂特定電壓值即是與最高電壓值的差值大于或等于第二電壓閾值的電壓值；如果存在所謂的特定電壓值，則控制器控制啟動主動平衡。在具體的實(shí)施例中，可以設(shè)第一電壓閾值為3. 45V，第二電壓閾值為30mV。也就是說，當(dāng)電池組中電池單元的最高電壓大于3. 45V，并且存在與該最高電壓的差值大于或等于 30mV的特定電池單元，則電池管理系統(tǒng)的主動平衡啟動。在其它的實(shí)施例中，如果主動平衡的對象非單個電池單元，而是電池模塊的話，則第一電壓閾值設(shè)為3. 45VX單個電池模塊中所有電池單元的數(shù)量，第二電壓閾值相應(yīng)地設(shè)為30mVX單個電池模塊中所有電池單元的數(shù)量。應(yīng)當(dāng)理解的是，該第一電壓閾值和第二電壓閾值可以根據(jù)不同設(shè)計(jì)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在電池管理系統(tǒng)啟動了相關(guān)保護(hù)的情況下，則需要進(jìn)一步對其開啟的保護(hù)是否與平衡相關(guān)聯(lián)進(jìn)行判定(步驟805)。也就是說，如果該保護(hù)對應(yīng)的情況是由于電池組中電池單元電壓過低，例如都低于3. 45V，則關(guān)閉平衡(步驟806)，隨后本輪分析結(jié)束(步驟813)；如果該保護(hù)是對應(yīng)到其它類型的保護(hù)，則繼續(xù)對該電池組進(jìn)行是否需要進(jìn)行主動平衡的條件判定(步驟803)。對于需要進(jìn)行主動平衡的狀況，則還需要對檢測到的各電池單元的電壓進(jìn)一步地分析。如果電池組內(nèi)一個或若干個電池模塊中的部分電池單元需要進(jìn)行平衡，則對其進(jìn)行組內(nèi)平衡，此時控制器執(zhí)行組內(nèi)平衡策略(步驟807)。控制器計(jì)算需要平衡的特定電池單元需要充電的電量值(步驟808)，以及累加電壓值排名靠前的若干電池模塊，并按照電壓值排名的高低從前往后依次計(jì)算判斷每個電池模塊允許輸出的電量值；當(dāng)所允許輸出的電量值累計(jì)開始大于或等于平衡所需的電量值時，也就確定了能夠輸出電能的一個或電池模塊，此時開始對需要平衡的電池模塊中的需要平衡的電池單元進(jìn)行充電(步驟809)。在本實(shí)施方式中，電量值的大小是通過特定時間內(nèi)電池單元的輸入或輸出的功率來表征。例如，假設(shè)電池組中包括電池模塊BMl、BM2…BM8，并且電池模塊BMl、BM2…BM8中電池單元的最高電壓大于3. 45V，同時電池模塊BMl和BM4中分別有2顆和3顆電池單元的電壓與該最高電壓的差值大于或等于30mV，則BMl中的這2顆電池單元和BM4中的這3顆電池單元確定為需要進(jìn)行充電的特定電池單元。隨后，確定所有電池模塊中累加電壓值排名前五的模塊，按從高到低排名依次為BM6、BM7、BM8、BM9、BM10,則依次計(jì)算這五個電池模塊允許輸出的功率，直至允許輸出的功率累加值大于或等于需要平衡的功率，隨后進(jìn)行主動平衡。但是，在其它的實(shí)施方式中，也可以通過電容、電壓、電感等其它物理特性參數(shù)來表征電池單元的電量值；并且在對需要平衡的電池單元進(jìn)行平衡時，也可先輸出BM6允許輸出的功率，如果不夠，則繼續(xù)輸出BM7允許輸出的功率，依次類推，直至滿足平衡的最低功率需求。如果電池組內(nèi)同一電池模塊中各電池單元的電壓差異很小，則可直接對該電池模塊進(jìn)行充電，即對其進(jìn)行組間平衡，此時控制器執(zhí)行組間平衡策略(步驟810)。此時，控制器計(jì)算需要平衡的特定電池模塊需要充電的電量值(步驟811)，以及累加電壓值排名靠前的若干電池模塊，并按照電壓值排名的高低從前往后依次計(jì)算判斷每個電池模塊允許輸出的電量值。當(dāng)所允許輸出的電量值累計(jì)開始大于或等于平衡所需的電量值時，也就確定了能夠輸出電能的一個或電池模塊。此時組外的電池模塊開始對需要平衡的電池模塊中的所有電池單元輪流進(jìn)行充電(步驟812)。類似地，在具體的實(shí)施例中，假設(shè)電池組中包括電池模塊BMl、BM2…BM8，并且同一電池模塊內(nèi)各電池單元的電壓幾乎一致。此時，如果電池模塊ΒΜ1、ΒΜ2···ΒΜ8中的最高電壓大于3. 45VX對應(yīng)電池模塊中所有電池單元的數(shù)量，并且存在與該最高電壓電池模塊的電壓差值大于或等于30mVX對應(yīng)電池模塊中所有電池單元的數(shù)量的電池模塊。則按照與組內(nèi)平衡策略類似的方法，按照各電池模塊的電壓高低，依次對需要平衡的電池模塊內(nèi)的電池單元輪流進(jìn)行充電，直至平衡結(jié)束。關(guān)于主動平衡的具體過程，申請人在此不再贅述。在其它實(shí)施方式中，如果按照計(jì)算判斷出電池組中所有電池模塊允許輸出的電量的累加值都小于平衡所需的電量值時，則確定由第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器，即所有電池模塊，來輸出電能，以對需要平衡的電池單元或電池模塊進(jìn)行充電。本發(fā)明的技術(shù)方案有益效果如下
采用了與電壓檢測模塊30以及主動平衡模塊20電性連接的信號總線CH_P、CH_N，控制器10可以控制電壓檢測模組30通過信號總線CH_P、CH_N傳輸電壓檢測信號，同時控制器10還可以控制主動平衡模塊20通過信號總線CH_P、CH_N對特定的電池單元進(jìn)行充電。 簡化了線路架構(gòu)的復(fù)雜程度，并進(jìn)而減少了使用的光耦合器的數(shù)量，降低了設(shè)計(jì)制造成本。采用了第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器211、輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22配合輸出電能至第二級DC/ DC轉(zhuǎn)換器212，并進(jìn)而對特定電池單元充電。并且優(yōu)先地，控制器10可以控制輸出DC/DC 轉(zhuǎn)換器22將具有較高電量的電池模塊直接輸出電流給需要補(bǔ)充電量的電池單元或電池模塊，這樣就可不必都需要通過第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器將所有電池單元的電能輸出來給需要充電的電池單元或電池模塊進(jìn)行充電，從而減少了電能平衡所需要的時間，提高了系統(tǒng)效率。由于電池管理系統(tǒng)具有兩種工作模式，即第一模式將若干電池單元中所有電池單元的總電壓降壓后傳輸給特定電池單元以進(jìn)行充電；和第二模式將若干電池單元中部分電池單元的累加電壓經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電。電池管理系統(tǒng)可以根據(jù)不同的情況采取不同的模式對特定電池單元進(jìn)行充電，而不需要總是由所有電池單元對特定電池單元充電，更加靈活，從而減少了電能平衡所需要的時間，并且提高了系統(tǒng)效率。通過判斷電池組中的電池單元是否存在高于第一電壓閾值的電壓值，并進(jìn)一步判斷是否存在具有特定電壓值的電池單元，即需要被充電平衡的電池單元。通過這樣的主動平衡的方法，可以及時地給需要平衡的電池單元進(jìn)行充電平衡，防止電池單元中材料的劣化。并且這種對電池組進(jìn)行主動平衡的方法簡單，硬件容易實(shí)現(xiàn)，提升了系統(tǒng)效率。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種電池管理系統(tǒng)，其特征在于，該電池管理系統(tǒng)包括相互串聯(lián)的若干電池單元；DC/DC轉(zhuǎn)換組件；及控制器，控制所述DC/DC轉(zhuǎn)換組件以使其至少在以下兩種模式之一下工作第一模式，將所述若干電池單元中所有電池單元的總電壓，降壓后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電；和第二模式，將所述若干電池單元中部分電池單元的累加電壓，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述DC/DC轉(zhuǎn)換組件包括第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于獲取所有電池單元的總電壓，并輸出低于所述總電壓的第一輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述若干電池單元被劃分成若干電池模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述若干電池單元的累加電壓包括單個或多個電池模塊中所有電池單元的累加電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述DC/DC轉(zhuǎn)換組件還包括與若干電池模塊相應(yīng)連接的若干輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器用于獲取相應(yīng)電池模塊電池中所有電池單元的電壓，并轉(zhuǎn)換成第二輸出電壓輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)?shù)诙敵鲭妷焊哂诘谝惠敵鲭妷簳r，控制器控制DC/DC轉(zhuǎn)換組件在第二模式下工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述DC/DC轉(zhuǎn)換組件還包括與所述若干電池模塊相應(yīng)連接的若干第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器，以輸出電流給相應(yīng)電池模塊中的特定電池單元來進(jìn)行充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于在第一模式下，若干第二級DC/ DC轉(zhuǎn)換器中的一個或多個被選擇來獲取所述第一級DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出；在第二模式下， 若干第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器中的一個或多個被選擇來獲取若干輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器中一個或多個的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于電池管理系統(tǒng)還包括連接在每一第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的電池模塊之間的開關(guān)電路；所述控制器通過控制所述開關(guān)電路在所述特定電池單元和相應(yīng)的第二級DC/DC轉(zhuǎn)換器之間建立電性通路。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)特定電池單元包括相應(yīng)電池模塊中的所有電池單元時，控制器依次對相應(yīng)電池模塊中的所有電池單元進(jìn)行充電。
全文摘要
一種電池管理系統(tǒng)，其包括相互串聯(lián)的若干電池單元、DC/DC轉(zhuǎn)換組件、以及控制器。該控制器可以控制電池管理系統(tǒng)在兩種工作模式下工作第一模式，將若干電池單元中所有電池單元的總電壓，降壓后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電；第二模式，將若干電池單元中部分電池單元的累加電壓，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電。這樣電池管理系統(tǒng)可以根據(jù)不同的情況采取不同的模式對特定電池單元進(jìn)行充電平衡，而不需要總是由所有電池單元對需要充電的電池單元充電，更加靈活，從而減少了電能平衡所要的時間，提高了系統(tǒng)效率。
文檔編號H02J7/00GK102427258SQ201110395149
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者劉志堅(jiān), 黃仁治 申請人:冠碩新能源(香港)有限公司, 蘇州冠碩新能源有限公司