通信用鋰電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)，包括:主控單元、采集單元、均衡單元、保護單元、顯示告警單元、通信單元和存儲單元，其中，采集單元第一端與電池組連接，第二端與主控單元連接，用于采集電池組信號并將采集信號傳輸至主控單元；均衡單元第一端與電池組連接，第二端與主控單元連接，用于接收主控單元發(fā)出的控制信號并根據(jù)控制信號均衡電池組；保護單元第一端與電池組連接，第二端與主控單元連接，用于接收主控單元發(fā)出的控制信號并根據(jù)控制信號保護電池組；顯示告警單元與主控單元連接，用于顯示電池組工作狀態(tài)及發(fā)出告警信號；通信單元與主控單元連接；存儲單元與主控單元連接并進行通信，用于接收、存儲和\或輸送數(shù)據(jù)。
【專利說明】通信用鋰電池管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著鋰電池技術(shù)的發(fā)展和完善，鋰電池被廣泛地應(yīng)用在各領(lǐng)域之中。由于鋰電池內(nèi)部化學反應(yīng)復雜，技術(shù)人員除了通過試驗來提高鋰電池本身性能和壽命之外，也在不斷研究鋰電池管理技術(shù)來延長鋰電池壽命和充分發(fā)揮鋰電池性能。鋰電池管理技術(shù)已經(jīng)成為鋰電池應(yīng)用的關(guān)鍵性技術(shù)之一。但目前鋰電池管理技術(shù)還沒有形成完整的體系，且存在諸多缺陷，如，沒有形成良好的電池荷電載荷(SOC)估算方式；不能對電池組中單體電池進行準確和完善的評估；不能對電池組進行有效的均衡等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為此，本發(fā)明提出了一種可以解決上述問題的或至少能部分解決上述問題的通信用鋰電池管理系統(tǒng)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)，包括:
[0005]主控單元，用于接收電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送指令和\或接收指令。
[0006]采集單元，所述采集單元的第一端與電池組連接，第二端與所述主控單元連接，用于采集所述電池組的信號并將采集的信號傳輸至所述主控單元；
[0007]均衡單元，所述均衡單元的第一端與所述主控單元連接，第二端與電池組連接，用于接收主控單元發(fā)出的控制信號并根據(jù)控制信號均衡電池組；
[0008]保護單元，所述保護單元的第一端與所述主控單元連接，第二端與電池組連接，用于接收所述主控單元發(fā)出的控制信號并根據(jù)控制信號保護電池組；
[0009]顯示與告警單元，所述顯示與告警單元與所述主控單元連接，用于顯示電池組的工作狀態(tài)及發(fā)出告警信號；
[0010]通信單元，所述通信單元的第一端與所述主控單元連接，第二端與上位機連接，用于傳輸所述主控單元的數(shù)據(jù)至上位機并將上位機發(fā)出的數(shù)據(jù)傳輸至所述主控單元；
[0011]存儲單元，所述存儲單元與所述主控單元連接并進行通信，用于接收、存儲和\或輸送數(shù)據(jù)。
[0012]可選地，根據(jù)本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)，所述主控單元為STM32芯片。
[0013]可選地，根據(jù)本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)，所述采集單元進一步包括:電壓采集模塊、電流采集模塊和溫度采集模塊，其中，
[0014]所述電壓采集模塊的第一端與所述電池組連接，第二端與所述主控單元連接，用于采集電池組電壓信號并將所述電壓信號傳輸至所述主控單元；
[0015]所述電流采集模塊的第一端與所述電池組連接，第二端與所述主控單元連接，用于采集電池組電流信號并將所述電流信號傳輸至所述主控單元；[0016]所述溫度采集模塊的第一端與所述電池組連接，第二端與所述主控單元連接，用于采集電池組溫度信號并將所述溫度信號傳輸至所述主控單元。
[0017]可選地，根據(jù)本發(fā)明的通信用鋰電池管理系統(tǒng)，所述均衡單元為被動式均衡單元或主動式均衡單元。
[0018]可選地，根據(jù)本發(fā)明的通信用鋰電池管理系統(tǒng)，所述保護單元采用的方式包括:MOS管并聯(lián)方式、繼電器方式和\或接觸器方式。
[0019]可選地，根據(jù)本發(fā)明的通信用鋰電池管理系統(tǒng)，所述顯示與告警單元進一步包括:容量指示模塊、LCD顯示模塊和聲光告警模塊，其中，
[0020]所述容量指示模塊與所述主控單元連接，用于接收主控單元的控制信號并顯示電池組的荷電狀態(tài)；
[0021]所述IXD顯示模塊與所述主控單元連接，用于接收主控單元的控制信號并顯示電池組的狀態(tài)參數(shù)；
[0022]所述聲光告警模塊與所述主控單元連接，用于接收主控單元的控制信號并發(fā)出告
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目O
[0023]可選地，根據(jù)本發(fā)明的通信用鋰電池管理系統(tǒng)，所述通信單元進一步包括:RS485通信模塊、RS232通信模塊和\或以太網(wǎng)通信模塊。
[0024]可選地，根據(jù)本發(fā)明的通信用鋰電池管理系統(tǒng)，所述存儲單元進一步包括:內(nèi)部存儲模塊和外部存儲模塊，其中，
[0025]所述主控單元與所述內(nèi)部存儲模塊通信，并將數(shù)據(jù)存儲到所述內(nèi)部存儲模塊中和\或從該存儲模塊中讀取數(shù)據(jù)。
[0026]所述外部存儲模塊支持熱插拔，該存儲模塊與主控單元或上位機進行通信，用于存儲數(shù)據(jù)和\或提供數(shù)據(jù)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的通信用鋰電池管理系統(tǒng)采用高性能的主控單元作為核心，首先通過采集單元對電池充放電過程中的溫度、電流和電壓進行系統(tǒng)監(jiān)測，以便系統(tǒng)地估算電池荷電載荷(SOC)和判斷鋰電池組的運行狀態(tài)；通過均衡單元對電池組中的單體電池電壓進行均衡，并且通過保護單元對電池組中的電池進行進一步保護，當電池組在充放電過程中出現(xiàn)異常情況(如:短路、欠壓、過壓、過溫、低溫或極性反接等)時，斷開充放電回路對電池組進行保護，從而提高了電池組的使用性能和壽命。其次，本發(fā)明還設(shè)置了通信單元、顯示與告警單元，通過RS232串口技術(shù)，通過RS485系統(tǒng)級聯(lián)，通過以太網(wǎng)通信單元連接以太網(wǎng)，通過對電池組的異常情況(如:短路、欠壓、過壓、過溫、低溫或極性反接等)進行聲光告警及屏幕顯示，從而解決了通信用鋰電池管理系統(tǒng)的現(xiàn)場與遠程監(jiān)控問題。另外，本發(fā)明也設(shè)置了存儲單元，通過對電池組工作參數(shù)與告警情況的數(shù)據(jù)存儲記錄，以方便工作人員對電池組進行維護并對電池性能進行進一步的研究。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其它的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。其中在附圖中，參考數(shù)字之后的字母標記指示多個相同的部件，當泛指這些部件時，將省略其最后的字母標記。在附圖中:
[0029]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的通信用鋰電池管理系統(tǒng)；
[0030]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的采集單元；
[0031]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的顯示與告警單元；
[0032]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的通信單元；
[0033]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)之間的級聯(lián)方式；
[0034]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)中的以太網(wǎng)通信單元以及與主控單元的連接方式；
[0035]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)與遠程監(jiān)控終端的連接方式；
[0036]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)中的存儲單元；
[0037]其中，通信用鋰電池管理系統(tǒng)1000 ；
[0038]主控單元1100、USB接口 1110、MII接口 1120、采集單元1200、電壓采集單元1210、電流采集單元1220、溫度采集單元1230、均衡單元1300、保護單元1400、顯示與告警單元1500、聲光告警模塊1510、IXD顯示模塊1520、容量指示模塊1530、通信單元1600、RS485通信模塊1610、RS232通信模塊1620、以太網(wǎng)通信模塊1630、DP83848以太網(wǎng)PHY控制器1631、RJ45接口模塊1632、存儲單元1700、內(nèi)部存儲模塊1710和外部存儲模塊1720、電池組2000、上位機3000、互聯(lián)網(wǎng)4000、網(wǎng)絡(luò)交換機5000。
【具體實施方式】
[0039]本發(fā)明提供了許多可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念，該創(chuàng)造性概念可大量的體現(xiàn)于具體的上下文中。在下述本發(fā)明的實施方式中描述的具體的實施例僅作為本發(fā)明的具體實現(xiàn)方式的示例性說明，而不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。
[0040]本發(fā)明提出了一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)1000，包括:主控單元1100、采集單元1200、均衡單元1300、保護單元1400、顯示告警單元1500、通信單元1600和存儲單元1700。主控單元1100用于接收電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送指令，接收指令。采集單元1200的第一端與電池組2000連接，第二端與所述主控單元1100連接，用于采集所述電池組2000的信號并將所述采集的信號傳輸至所述主控單元1100 ;均衡單元1300的第一端與主控單元1100連接，第二端與電池組2000連接，用于接收主控單元1100發(fā)出的控制信號并根據(jù)所述控制信號均衡電池組2000 ;保護單元1400的第一端與電池組2000連接，第二端與所述主控單元1100連接，用于接收主控單元1100發(fā)出的控制信號并根據(jù)所述控制信號保護電池組2000 ;顯示告警單元1500與所述主控單元1100連接，用于顯示電池組2000的工作狀態(tài)及發(fā)出告警信號；所述通信單元1600與所述主控單元1100連接，使上位機3000與所述主控單元1100進行通信；存儲單元1700與所述主控單元1100連接，用于接收和存儲所述主控單元1100發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0041]其中，主控單元1100為電池管理系統(tǒng)的控制核心，優(yōu)選STM32F107芯片，該主控單元1100主要功能包括:接收采集的電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送指令，接收指令。
[0042]主控單元1100發(fā)送指令實時查詢采集單元1200與該主控單元1100連接的端口，來獲取采集單元1200傳輸?shù)剿龆丝诘碾姵亟M2000的工作狀態(tài)參數(shù)；主控單元1100對所獲得的數(shù)據(jù)進行處理，并將原始數(shù)據(jù)和分析結(jié)果發(fā)送到顯示與告警單元1500進行顯示和\或告警；并且，主控單元1100通過通信單元1600向上位機3000實時傳輸所獲取數(shù)據(jù)，在上位機3000的管理終端系統(tǒng)上進行顯示，以及向存儲單元1700傳輸所獲取的數(shù)據(jù)，所述存儲單元1700按時間記錄電池組的數(shù)據(jù)；主控單元1100通過分析所獲取的電池組數(shù)據(jù)，在需要對電池組進行均衡管理時，向均衡單元1300發(fā)送控制信號，啟動均衡控制單元1300對電池組進行內(nèi)部的均衡控制；上位機3000可以向主控單元1100發(fā)送命令，用于配制電池管理系統(tǒng)的參數(shù)值；另外，在鋰電池組2000的工作狀態(tài)過程中出現(xiàn)了告警情況(例如，總電壓過壓、總電壓欠壓告、單體電池欠壓、單體電池過壓、充放電回路短路、充電過流、過溫、低溫、容量過低、電池組極性反接、溫度采集單元失效、均衡失效)時，主控單元1100根據(jù)對鋰電池組2000工作情況的分析結(jié)果對保護單元1400發(fā)出控制信號，啟動保護單元1400對鋰電池組2000進行保護。
[0043]其中采集單元1200優(yōu)選包括:電壓采集模塊1210、電流采集模塊1220和溫度采集模塊1230，其中，
[0044]電壓采集模塊1210，第一端與電池組2000連接，第二端與所述主控單元1100連接，用于采集電池組2000電壓信號并將所述電壓信號傳輸至所述主控單元1100，其中所述采集電壓信號包括:電池組總體電壓和電池單體電壓；主控單元1100，通過檢測到的電壓信號來判斷電池組2000的電壓狀態(tài)(例如，欠壓、過壓、單體電池之間電壓差值超過閾值和\或電壓處于正常范圍)，進一步根據(jù)電壓值發(fā)出控制信號；
[0045]電流采集模塊1220，第一端與所述電池組2000連接，第二端與所述主控單元1100連接，用于采集電池組2000電流信號并將所述電流信號傳輸至主控單元1100，其中所述電流信號為充放電回路電流，在充放電回路電流異常時，主控單元1100發(fā)出控制信號啟動保護單元對電池組2000進行保護；
[0046]溫度采集模塊1230，第一端與所述電池組2000連接，第二端與所述主控單元1100連接，用于采集電池組2000溫度信號并將所述溫度信號傳輸至所述主控單元1100，其中所述溫度信號包括電池表面溫度、環(huán)境溫度和板級溫度。
[0047]均衡單元1300，根據(jù)具體實施情況選擇為被動式或主動式。其中，被動式均衡為有損均衡，將電池單體中多余的能量消耗掉；主動式均衡為無損均衡，將單體能量高的電能向能量低的單體電池轉(zhuǎn)移。均衡單元1300接收主控單元1100的控制信號并根據(jù)控制信號對電池組2000進行均衡管理。
[0048]所述保護單元1400包括以下方式的至少一種:M0S管并聯(lián)方式、繼電器方式和\或接觸器方式，根據(jù)電池組容量的不同，選擇不同的實施方式對充放電回路進行切斷和\或閉合控制。
[0049]顯示與告警單元1500優(yōu)選包括:聲光告警模塊1510、IXD顯示模塊1520和容量指示模塊1530，其中，
[0050]聲光告警模塊1510與所述主控單元1100連接，用于接收主控單元的控制信號并發(fā)出告警，所述聲光告警模塊工作的具體過程為:主控單元1100對從采集單元1200接收的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進行比較，對出現(xiàn)的異常情況通過聲光告警模塊1510 (例如，蜂鳴器和\或指示燈)發(fā)出相應(yīng)的告警信號；[0051]IXD顯示模塊1520與所述主控單元1100連接，用于接收主控單元1100的控制信號并顯示電池組2000的狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)包括:單體電壓、總電壓、環(huán)境溫度、電池溫度、剩余容量、工作狀態(tài)(例如，運行狀態(tài)、告警狀態(tài)、保護狀態(tài))、電流信號、異常狀態(tài)的告警閾值、保護閾值和恢復閾值；所述異常狀態(tài)包括:總電壓過壓、總電壓欠壓告、單體電池欠壓、單體電池過壓、充放電回路短路、充電過流、過溫、低溫、容量過低、電池組極性反接、溫度米集單兀失效、均衡失效;
[0052]容量指示模塊1530與所述主控單元1100連接，用于接收主控單元1100的控制信號并顯示電池組的荷電狀態(tài)(S0C)，具體實現(xiàn)過程為:主控單元1100根據(jù)從采集單元1200獲取的數(shù)據(jù)進行SOC估算，并將結(jié)果傳輸?shù)饺萘恐甘灸K1530中進行顯示。
[0053]通信單元1600優(yōu)選包括:RS485通信模塊1610、RS232通信模塊1620和/或以太網(wǎng)通信模塊1630，其中，
[0054]RS485通信模塊1610的第一端與所述主控單元1100連接，第二端連接到RS485系統(tǒng)總線，該系統(tǒng)總線將多個次節(jié)點鋰電池組管理系統(tǒng)1000與主節(jié)點鋰電池管理系統(tǒng)1000相連接，從而使多個鋰電池組管理系統(tǒng)1000進行系統(tǒng)級聯(lián)；
[0055]主節(jié)點電池管理系統(tǒng)RS232通信模塊1620的第一端與所述主控單元1100連接，第二端與上位機3000進行連接，使該上位機3000能與RS485級聯(lián)系統(tǒng)中的主節(jié)點鋰電池管理系統(tǒng)1000進行通信，并且通過主節(jié)點的RS232通信單元1620和RS485通信單元1610與RS485級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的其他次節(jié)點電池管理系統(tǒng)1000進行通信，具體通信過程為:上位機3000監(jiān)控終端發(fā)送指令請求到級聯(lián)的電池管理系統(tǒng)1000，收到請求的電池管理系統(tǒng)1000的主控單元1100將數(shù)據(jù)(例如，系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)，告警信息)傳輸?shù)缴衔粰C3000監(jiān)控終端，系統(tǒng)維護人員可以通過上位機3000監(jiān)控終端發(fā)送命令到電池管理系統(tǒng)1000，該電池管理系統(tǒng)1000的主控單元1100解析命令，并根據(jù)該命令對鋰電池管理系統(tǒng)1000進行參數(shù)配置以及對鋰電池組2000工作狀態(tài)進行控制，例如，修改電池參數(shù)閾值、修改告警、保護和\或均衡單元的使能配置；
[0056]以太網(wǎng)通信模塊1630的第一端與主控單元1100連接，第二端與上位機3000連接，使鋰電池管理系統(tǒng)1000與遠程上位機3000進行通信，具體過程為，遠程上位機3000通過網(wǎng)絡(luò)(例如，企業(yè)局域網(wǎng)和I或互聯(lián)網(wǎng))將命令發(fā)送到鋰電池管理系統(tǒng)1000，該鋰電池管理系統(tǒng)的主控單元1100解析接收到的命令，根據(jù)命令進行數(shù)據(jù)傳輸(例如，系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)、電池組參數(shù)和\或告警信息)、參數(shù)設(shè)定、告警單元使能配置、保護單元使能配置和\或均衡單元使能配置。
[0057]存儲單元1700優(yōu)選包括:內(nèi)部存儲模塊1710和外部存儲模塊1720，其中，
[0058]主控單元1100與所述內(nèi)部存儲模塊1710通信，并將數(shù)據(jù)(例如，系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)、電池組參數(shù)和\或告警信息)存儲到內(nèi)部存儲器1710中；
[0059]外部存儲設(shè)備1720支持熱插拔，外部存儲設(shè)備1720通過接口(例如USB接口1110)與主控單元1100連接，主控單元1100將記錄在內(nèi)部存儲器1710中的數(shù)據(jù)(例如，系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)、電池組參數(shù)和\或告警信息)拷貝到外部存儲器1720中，以便系統(tǒng)管理者方便獲取所述電池管理系統(tǒng)1000的數(shù)據(jù)。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的通信用鋰電池管理系統(tǒng)采用高性能的主控單元1100作為核心，首先通過采集單元1200提供的數(shù)據(jù)對電池充放電過程中的溫度、電流和電壓進行系統(tǒng)監(jiān)測，并且對數(shù)據(jù)進行分析、傳輸和存儲，以及估算電池荷電載荷(SOC)和判斷鋰電池組2000的運行狀態(tài)；通過均衡單元1300對電池組2000中的單體電池電壓進行均衡，并且通過保護單元1400對電池組中的電池進行進一步保護，當電池組2000在充放電過程中出現(xiàn)異常情況(如:短路、欠壓、過壓、過溫、低溫或極性反接等)時，斷開充放電回路對電池組2000進行保護，從而提高了電池組2000的使用性能和壽命。其次，本發(fā)明還設(shè)置了通信單元1600、顯示與告警單元1500，通過RS232串口技術(shù)，通過RS485系統(tǒng)級聯(lián)，通過以太網(wǎng)通信單元1630連接以太網(wǎng)，通過對電池組2000的異常情況(如:短路、欠壓、過壓、過溫、低溫或極性反接等)進行聲光告警及屏幕顯示，從而解決了通信用鋰電池管理系統(tǒng)1000的現(xiàn)場與遠程監(jiān)控問題。另外，本發(fā)明也設(shè)置了存儲單元1700，通過對電池組2000工作參數(shù)與告警情況的數(shù)據(jù)存儲記錄，以方便工作人員對電池組2000進行維護并對電池性能進行進一步的研究?；诳蛇x因素較多，根據(jù)本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)，可以設(shè)計出多種實施例，因此具體的實施例僅作為本發(fā)明的具體實現(xiàn)方式的實例性說明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0061]實施例
[0062]本發(fā)明提出了一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)1000，包括:主控單元1100、采集單元1200、均衡單元1300、保護單元1400、顯示告警單元1500、通信單元1600和存儲單元1700。主控單元1100用于接收電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送指令，接收指令。采集單元1200的第一端與電池組2000連接，第二端與所述主控單元1100連接，用于采集所述電池組2000的信號并將所述采集的信號傳輸至所述主控單元1100 ;均衡單元1300的第一端與主控單元1100連接，第二端與電池組2000連接，用于接收主控單元1100發(fā)出的控制信號并根據(jù)所述控制信號均衡電池組2000 ;保護單元1400的第一端與電池組2000連接，第二端與所述主控單元1100連接，用于接收主控單元1100發(fā)出的控制信號并根據(jù)所述控制信號保護電池組2000 ;顯示告警單元1500與所述主控單元1100連接，用于顯示電池組2000的工作狀態(tài)及發(fā)出告警信號；所述通信單元1600與所述主控單元1100連接，使上位機3000與所述主控單元1100進行通信；存儲單元1700與所述主控單元1100連接，用于接收和存儲所述主控單元1100發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0063]其中，主控單元1100為電池管理系統(tǒng)的控制核心，優(yōu)選STM32F107芯片，該主控單元1100主要功能包括:接收采集的電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送指令，接收指令。
[0064]主控單元1100發(fā)送指令實時查詢采集單元1200與該主控單元1100連接的端口，來獲取采集單元1200傳輸?shù)剿龆丝诘碾姵亟M2000的工作狀態(tài)參數(shù)；主控單元1100對所獲得的數(shù)據(jù)進行處理，并將原始數(shù)據(jù)和分析結(jié)果發(fā)送到顯示與告警單元1500進行顯示和\或告警；并且，主控單元1100通過通信單元1600向上位機3000實時傳輸所獲取數(shù)據(jù)，在上位機3000的管理終端系統(tǒng)上進行顯示，以及向存儲單元1700傳輸所獲取的數(shù)據(jù)，所述存儲單元1700按時間記錄電池組的數(shù)據(jù)；主控單元1100通過分析所獲取的電池組數(shù)據(jù)，在需要對電池組進行均衡管理時，向均衡單元1300發(fā)送控制信號，啟動均衡控制單元1300對電池組進行內(nèi)部的均衡控制；上位機3000可以向主控單元1100發(fā)送命令，用于配制電池管理系統(tǒng)1000的參數(shù)值；另外，在鋰電池組的工作狀態(tài)過程中出現(xiàn)了告警情況(例如，總電壓過壓、總電壓欠壓告、單體電池欠壓、單體電池過壓、充放電回路短路、充電過流、過溫、低溫、容量過低、電池組極性反接、溫度采集單元失效、均衡失效)時，主控單元1100根據(jù)對鋰電池組工作情況的分析結(jié)果對保護單元1400發(fā)出控制信號，啟動保護單元1400對鋰電池組2000進行保護。
[0065]均衡單元1300，根據(jù)具體實施情況選擇為被動式或主動式。其中，被動式均衡為有損均衡，將電池單體中多余的能量消耗掉，具體實現(xiàn)過程為:鋰電池組1000內(nèi)每一節(jié)單體電池并聯(lián)一支分流電阻，當電池單體電池電壓與電壓最低的電池單體壓差超過設(shè)定閾值時，主控單元1100向均衡控制單元1300發(fā)出控制信號，該均衡單元1300根據(jù)控制信號對單體電壓過高的單體電池進行放電，以便該電池單體與電池組中其他單體電池保持一致的電壓；主動式均衡為無損均衡，將單體能量高的電能向能量低的單體電池轉(zhuǎn)移，具體實現(xiàn)過程為:均衡單元1300根據(jù)主控單元1100的控制信號通過均衡電路使單體電壓高的電池單體對電壓低的電池單體進行充電，以實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移式均衡。均衡單元1300接收主控單元1100的控制信號并根據(jù)控制信號對電池組2000進行均衡管理，以便提高電池的使用壽命和使用性能。
[0066]所述保護單元1400包括以下方式的至少一種:M0S管并聯(lián)方式、繼電器方式和\或接觸器方式，根據(jù)電池組容量的不同，選擇不同的實施方式對充放電回路進行切斷和\或閉合控制。對總?cè)萘啃〉碾姵亟M(例如，額定容量在100AH以下)，采用MOS并聯(lián)的方式；總?cè)萘看蟮碾姵亟M(例如，額定容量超過100AH)，采用繼電器或接觸器。該保護單元1400具體工作過程:充放電時，主控單元通過采集單元1200采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)檢測到異常情況(例如，總電壓高于保護閾值、單體電壓高于保護閾值、充電回路發(fā)生短路、充電電流超過保護閾值、電池過溫、電池低溫、單體電池欠壓、總電量低于電量閾值、電池組極性反接、均衡失效以及溫度傳感器失效)時，發(fā)送控制信號來啟動保護單元1400，通過斷開電路來保證電池組2000的使用安全，并將報警信號進行顯示與告警，等待維護人員對出現(xiàn)的異常情況的電池組2000進行維護，以便電池組2000恢復到正常工作狀態(tài)。
[0067]根據(jù)圖2示出的本發(fā)明的鋰電池管理系統(tǒng)的采集單元1200，可以看出采集單元1200包括:電壓采集模塊1210，第一端與電池組2000連接，第二端與主控單元1100連接，用于采集電池組2000的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括電池組2000總體電壓和電池單體電壓；主控單元1100，通過檢測到的電壓信號來判斷電池組2000的電壓狀態(tài)(例如，欠壓、過壓、單體電池之間電壓差值超過閾值和\或電壓處于正常范圍)，進一步根據(jù)該電壓狀態(tài)發(fā)出控制信號；電流采集模塊1220，第一端與主控單元1100連接，第二端與電池組2000連接，用于采集電池組2000電流信號并將所述電流信號傳輸至主控單元1100，其中，電流信號為充放電回路電流，在充放電回路電流發(fā)生異常時，主控單元1100發(fā)出控制信號啟動保護單元1400對電池組進行保護；溫度采集模塊1230，優(yōu)選為溫度傳感器，第一端與所述電池組2000連接，第二端與所述主控單元1100連接，用于采集電池組2000溫度信號并將所述溫度信號傳輸至所述主控單元1100，溫度信號包括電池表面溫度、環(huán)境溫度和板級溫度。
[0068]根據(jù)圖3不出的本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的顯不與告警單兀1500優(yōu)選包括:聲光告警模塊1510、IXD顯示模塊1520和容量指示模塊1530，其中，
[0069]聲光告警模塊1510與所述主控單元1100連接，用于接收主控單元1100的控制信號并發(fā)出告警，聲光告警模塊1510工作的具體過程為:主控單元1100對從采集單元1200接收的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進行比較，對出現(xiàn)的異常情況通過聲光告警模塊1510(例如，蜂鳴器和\或指示燈)發(fā)出相應(yīng)的告警信號。[0070]IXD顯示模塊1520與所述主控單元1100連接，用于接收主控單元1100的控制信號并顯示電池組2000的狀態(tài)參數(shù)，所述狀態(tài)參數(shù)包括:單體電壓、總電壓、環(huán)境溫度、電池溫度、剩余容量、工作狀態(tài)(例如，運行、告警、保護)、電流信號、異常狀態(tài)的告警閾值、保護閾值和恢復閾值。其中，異常狀態(tài)包括:總電壓過壓、總電壓欠壓、單體電池欠壓、單體電池過壓、充放電回路短路、充電過流、過溫、低溫、容量過低、電池組極性反接、溫度采集單元失效、均衡失效;
[0071]容量指示模塊1530與所述主控單元1100連接，用于接收主控單元1100的控制信號并顯示電池組的荷電狀態(tài)(S0C)，具體實現(xiàn)過程為:主控單元1100根據(jù)從采集單元1200獲取的數(shù)據(jù)進行SOC估算，并將結(jié)果傳輸?shù)饺萘恐甘灸K1530中進行顯示。
[0072]根據(jù)圖4示出的本發(fā)明的鋰電池管理系統(tǒng)1000的通信單元1600包括:RS485通信模塊1610、RS232通信模塊1620和/或以太網(wǎng)通信模塊1630，其中，
[0073]圖5示出的本發(fā)明的鋰電池管理系統(tǒng)的所述RS485通信模塊1610的第一端與所述主控單元1100連接，第二端連接到RS485系統(tǒng)總線，該系統(tǒng)總線將多個次節(jié)點(例如，15個次節(jié)點)電池組管理系統(tǒng)1000與主節(jié)點電池管理系統(tǒng)1000星型連接，從而使多個電池組管理系統(tǒng)1000進行系統(tǒng)級聯(lián)；主節(jié)點電池管理系統(tǒng)RS232通信模塊1620的第一端與所述主控單元1100連接，第二端與上位機3000進行連接，使所述上位機3000可以與RS485級聯(lián)系統(tǒng)中的主節(jié)點電池管理系統(tǒng)1000進行通信，并且通過主節(jié)點的RS232通信單元1620和RS485通信單元1610與RS485級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的其他次節(jié)點鋰電池管理系統(tǒng)1000進行通信，具體通信過程為:上位機3000監(jiān)控終端發(fā)送指令到級聯(lián)的鋰電池管理系統(tǒng)1000，收到請求的電池管理系統(tǒng)1000的主控單元1100將數(shù)據(jù)(例如，系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)，告警信息)傳輸?shù)缴衔粰C3000監(jiān)控終端，系統(tǒng)維護人員可以通過上位機3000監(jiān)控終端發(fā)送命令到電池管理系統(tǒng)1000，該電池管理系統(tǒng)1000的主控單元1100解析命令，并根據(jù)該命令對電池組2000進行控制，例如，修改電池參數(shù)閾值、修改告警、保護和\或均衡單元1300的使能配置；
[0074]圖6示出的本發(fā)明的鋰電池管理系統(tǒng)1000的所述以太網(wǎng)通信模塊1630，該通信模塊為包括以太網(wǎng)PHY控制器1631 (例如，DP83848控制器)和通信接口 1632 (例如，RJ45接口模塊)該以太網(wǎng)PHY控制器第一端通過MII接口 1120與主控芯片(例如，STM32F107)連接，第二端通過通信接口 1632連接到以太網(wǎng)；
[0075]圖7示出的本發(fā)明的鋰電池管理系統(tǒng)1000的所述以太網(wǎng)通信模塊1630，第一端與主控單元1100連接，第二端通過網(wǎng)絡(luò)交換機5000連入網(wǎng)絡(luò)(例如，企業(yè)局域網(wǎng)和\或互聯(lián)網(wǎng)4000)，使鋰電池管理系統(tǒng)1000與網(wǎng)絡(luò)中的遠程上位機3000進行通信，具體過程為，遠程上位機3000通過網(wǎng)絡(luò)(例如，企業(yè)局域網(wǎng)和\或互聯(lián)網(wǎng)4000)將命令發(fā)送到電池管理系統(tǒng)1000，該電池管理系統(tǒng)1000的主控單元1100解析接收到的命令，根據(jù)命令進行數(shù)據(jù)傳輸(例如，系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)、電池組參數(shù)和\或告警信息)、參數(shù)設(shè)定、告警單元使能配置、保護單元使能配置和\或均衡單元使能配置。
[0076]根據(jù)圖8示出的本發(fā)明的鋰電池管理系統(tǒng)的存儲單元1700優(yōu)選包括:內(nèi)部存儲模塊1710和外部存儲模塊1720，其中，
[0077]所述主控單元1100與所述內(nèi)部存儲模塊1710通信，并將數(shù)據(jù)(例如，系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)、電池組參數(shù)和\或告警信息)存儲到內(nèi)部存儲器1710中；
[0078]外部存儲設(shè)備1720支持熱插拔，以便系統(tǒng)管理者方便獲取所述電池管理系統(tǒng)1000的數(shù)據(jù)，外部存儲設(shè)備1720通過接口 1110 (例如USB接口)與主控單元1100連接，主控單元1100將記錄在內(nèi)部存儲器1710中的數(shù)據(jù)(例如，系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)、電池組參數(shù)和\或告警信息)拷貝到外部存儲器1720中，以便系統(tǒng)管理者方便獲取鋰電池管理系統(tǒng)1000的數(shù)據(jù)。
[0079]應(yīng)該注意的是，上述實施例對本發(fā)明進行說明而不是對本發(fā)明進行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求范圍的情況下可設(shè)計出替換實施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種通信用鋰電池管理系統(tǒng)(1000),包括: 主控單元(1100)，用于接收電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送指令和\或接收指令； 采集單元(1200)，所述采集單元(1200)的第一端與電池組(2000)連接，第二端與所述主控單元(1100)連接，用于采集所述電池組(2000)的信號并將采集的信號傳輸至所述主控單元(1100)； 均衡單元(1300)，所述均衡單元(1300)的第一端與所述主控單元(1100)連接，第二端與電池組(2000)連接，用于接收主控單元(1100)發(fā)出的控制信號并根據(jù)控制信號均衡電池組(2000)； 保護單元(1400)，所述保護單元(1400)的第一端與所述主控單元(1100)連接，第二端與電池組(2000)連接，用于接收所述主控單元(1100)發(fā)出的控制信號并根據(jù)控制信號保護電池組(2000)； 顯示與告警單元(1500)，所述顯示與告警單元(1500)與所述主控單元(1100)連接，用于顯示電池組(2000)的工作狀態(tài)及發(fā)出告警信號； 通信單元(1600)，所述通信單元(1600)的第一端與所述主控單元(1100)連接，第二端與上位機(3000)連接，用于傳輸所述主控單元(1100)的數(shù)據(jù)至上位機(3000)并將上位機(3000)發(fā)出的數(shù)據(jù)傳輸至所述主控單元(1100)； 存儲單元(1700)，所述存儲單元(1700)與所述主控單元(1100)連接并進行通信，用于接收、存儲和\或輸送數(shù) 據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信用鋰電池管理系統(tǒng)(1000)，其特征在于:所述主控單元(1100)為 STM32 芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信用鋰電池管理系統(tǒng)(1000)，其特征在于所述采集單元(1200)進一步包括:電壓采集模塊(1210)、電流采集模塊(1220)和溫度采集模塊(1230)，其中， 所述電壓采集模塊(1210)的第一端與所述電池組(1220)連接，第二端與所述主控單元(1100)連接，用于采集電池組(2000)電壓信號并將電壓信號傳輸至所述主控單元(1100)； 所述電流采集模塊(1220)的第一端與所述電池組(2000)連接，第二端與所述主控單元(1100)連接，用于采集電池組(2000)電流信號并將電流信號傳輸至所述主控單元(1100)； 所述溫度采集模塊(1230)的第一端與所述電池組(2000)連接，第二端與所述主控單元(1100)連接，用于采集電池組(2000)溫度信號并將溫度信號傳輸至所述主控單元(1100)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述通信用鋰電池管理系統(tǒng)(1000)，其特征在于，所述均衡單元(1300)為被動式均衡單元或主動式均衡單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述通信用鋰電池管理系統(tǒng)(1000)，其特征在于，所述保護單元(1400)采用的方式包括:MOS管并聯(lián)方式、繼電器方式和\或接觸器方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述通信用鋰電池管理系統(tǒng)(1000)，其特征在于所述顯示與告警單元(1500)進一步包括:容量指示模塊(1530)、IXD顯示模塊(1520)和聲光告警模塊(1510)，其中， 所述容量指示模塊(1530)與所述主控單元(1100)連接，用于接收所述主控單元(1100)的控制信號并顯示電池組(2000)的荷電狀態(tài)； 所述LCD顯示模塊(1520)與所述主控單元(1100)連接，用于接收所述主控單元(1100)的控制信號并顯示電池組(2000)的狀態(tài)參數(shù)； 所述聲光告警模塊(1510)與所述主控單元(1100)連接，用于接收所述主控單元(1100)的控制信號并發(fā)出告警。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述通信用鋰電池管理系統(tǒng)(1000)，其特征在于所述通信單元(1600)進一步包括:RS485通信模塊(1610)、RS232通信模塊(1620)和/或以太網(wǎng)通信模塊(1630)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述通信用鋰電池管理系統(tǒng)(1000)，其特征在于所述存儲單元(1700)進一步包括內(nèi)部存儲模塊(1710)和外部存儲模塊(1720)，其中， 所述主控單元(1100)與所述內(nèi)部存儲模塊(1710)通信，并將數(shù)據(jù)存儲到所述內(nèi)部存儲模塊(1710)中和\或從該存儲模塊(1710)中讀取數(shù)據(jù)； 所述外部存儲模塊(1720)支持熱插拔，該存儲模塊(1720)與主控單元(1100)或上位機(3000)進行通信，用于存`儲數(shù)據(jù)和\或提供數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H02J7/00GK203481890SQ201320614264
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】李松林, 井輝, 葉榮, 王桂花, 鞏欣, 彭廣香, 趙黎明, 陳東旭, 李玉昇, 姜福林 申請人:北京寶盒精英科技有限公司, 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司