CN103887836A - 一种电池管理***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池管理***及其方法。该电池管理***包括：电池组、电池管理单元以及电池组管理单元，其中每个所述电池组由多节电池单体串联而成，每个所述电池组对应连接一个所述电池管理单元,每一所述电池管理单元控制管理对应的所述电池组内的均衡，所述电池组管理单元和多个所述电池管理单元连接，用于管理多个所述电池组之间的均衡。通过上述方式，本发明实现电池单体之间的均衡和电池组之间的均衡，并且电池单体和电池组之间的容量具有一致性。

Description

一种电池管理***及其方法
技术领域
本发明涉及电池管理领域，特别是涉及一种电池管理***及其方法。
背景技术
电池管理***的均衡技术能够改变不同电池间充放电的电流或充放累计电量，是解决电池成组一致性差异的关键技术。持续有效大电流均衡和正确的均衡控制策略，能够防止电池出现一致性差异，在电池成组的使用寿命指标上有决定性的作用。
请参见图1，图1是现有技术中电池管理***的结构示意图。如图1所示，现有技术中电池管理***包括电池监测器件、多个电阻以及多个MOS管，现有技术中电池管理***采用被动式均衡，即电池监测器件检测每个电池两端电压，在电池电压高于某一阈值时，与该电池并联的MOS管导通，以将电压均衡给其它尚未充满的电池。现有技术中电池管理***采用电阻进行均衡，在均衡时产生很大的热耗散，需要增加散热设计，增加成本。此外，现有技术中电池管理***只能实现电池单体之间的均衡，无法实现电池组之间的均衡。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种电池管理***及其方法，以实现电池单体之间的均衡和电池组之间的均衡。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电池管理***，包括多个电池组、多个电池管理单元、电池组管理单元，其中，每个电池组由多节电池单体串联而成，每个电池组对应连接一个电池管理单元,每一电池管理单元控制管理对应的电池组内的均衡，电池组管理单元和多个电池管理单元连接，用于管理多个电池组之间的均衡。
其中，电池管理单元包括：
采集模块，采集电池组内各节电池单体的电压和温度信号；
滤波分析模块，接收采集模块采集的电压和温度信号，并进行滤波及分析处理，得到各节电池单体对应的电池容量；
第一均衡模块，与滤波分析模块连接，第一均衡模块对电池组内各节电池单体进行均衡；
均衡控制模块，与第一均衡模块连接，均衡控制模块根据电池容量控制第一均衡模块；
第一通讯模块，用于与电池组管理单元通信。
其中，电池组管理单元包括：
运算分析模块，将得到每个电池组的容量信息进行运算分析；
第二均衡模块，根据运算分析模块的运算分析结果对多个电池组之间进行均衡；
第二通讯模块，用于与电池管理单元通信。
其中，第一均衡模块和第二均衡模块均包括一均衡电路，均衡电路包括：
第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管，第一二极管第一端连接第一电容第一端，第二二极管第一端连接第二电容的第一端；
第一电阻、第二电阻，第一电阻第一端连接第一电容第一端，第二电阻第一端连接第二电容的第一端；
第一MOS管，第一MOS管的栅极连接第一电阻第一端；
第二MOS管，第二MOS管的栅极连接第二电阻第一端，第二MOS管的漏极连接第一MOS管的漏极；
第三二极管、第四二极管，第三二极管第一端、第四二极管第一端连接第一MOS管的漏极；
第一电感，第一电感第一端连接第三二极管第一端；
第三电容、第四电容，第三电容第一端、第四电容第一端连接第一电感第二端；
第一电池、第二电池，第一电池第一端、第二电池第一端连接第一电感第二端；
其中，第二电池第二端、第四电容第二端、第四二极管第二端、第二MOS管源极、第二电阻第二端与第二二极管第二端连接；
第一电池第二端、第三电容第二端、第三二极管第二端、第一MOS管源极、第一电阻第二端与第一二极管第二端连接。
其中，第一均衡模块中，第一电池和第二电池为单个电池单体，且第一电容第二端、第二电容第二端连接电池管理单元的控制信号；
第二均衡模块中，第一电池和第二电池为电池组，且第一电容第二端、第二电容第二端连接电池组管理单元的控制信号。
其中，第一均衡模块和第二均衡模块均采用主动均衡电路设计。
第一电池的容量比第二电池的容量高时，从第一电容的第二端输入占空比固定的方波脉冲，在方波的高电平部分驱动第一MOS管导通，将第一电池的能量存储在第一电感中，在方波的低电平部分第一MOS管截止关断，第一电感存储的能量通过第四二极管续流，再经过第四电容滤波成平滑的电流给第二电池充电，第一电池的能量搬移给第二电池。
第一电池的容量比第二电池的容量低时，从第二电容的第二端输入占空比固定的方波脉冲，在方波的低电平部分驱动第二MOS管导通，将第二电池的能量存储在第一电感中，在方波的高电平部分第二MOS管截止关断，第一电感存储的能量通过第三二极管续流，再经过第三电容滤波成平滑的电流给第一电池充电，第二电池的能量搬移给第一电池。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电池管理方法，其包括：
利用多个电池管理单元分别对应管理多个电池组的组内各电池单体的均衡；
利用一个电池组管理单元管理多个电池组之间的均衡。
其中，电池管理单元和电池组管理单元之间的通信采用CAN通信协议。
其中，在充电和放电模式下，电池管理单元和电池组管理单元均可做均衡，其中，当每一电池组中的某个电池单体接近过充时，对应的电池管理单元将该接近过充的电池单体的充电电流分配到电池组中其他尚未充满的电池单体中；当不同的电池组之间产生容量差异时，电池组管理单元将容量高的电池组的能量分配到其他容量低的电池组。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过每个电池组对应连接一个电池管理单元，每一电池管理单元控制管理对应的电池组内的均衡，电池组管理单元和多个电池管理单元连接，用于管理多个电池组之间的均衡，以实现电池单体之间的均衡和电池组之间的均衡，并且电池单体和电池组之间的容量具有一致性。
附图说明
图1是现有技术中电池管理***的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的电池管理***的结构示意图；
图3是图2中电池管理单元的结构示意图；
图4是图2中电池组管理单元的结构示意图；
图5是图3和图4中均衡电路的电路图；
图6是本发明第一实施例的电池管理方法的流程图。
具体实施方式
参阅图2，图2是本发明第一实施例的电池管理***的结构示意图。本实施例所揭示的电池管理***包括：多个电池组10、多个电池管理单元（Battery Management Unit，BMU）20、电池组管理单元30。其中，每个电池组10由多节电池单体串联而成，每个电池组10对应连接一个电池管理单元20，每一电池管理单元20控制管理对应的电池组10内的均衡，电池组管理单元30和多个电池管理单元20连接，用于管理多个电池组10之间的均衡。优选的，每个电池组10包括12个电池单体，即电池B1-B12。在本实施例中，电池管理单元20和电池组管理单元30之间的通信采用CAN（ControllerArea Network，控制器局域网）通信协议。
请再参阅图3，图3是图2中电池管理单元的结构示意图。如图3所示，本实施例所揭示的电池管理单元20包括：采集模块201、滤波分析模块202、均衡控制模块203、第一均衡模块204以及第一通讯模块205。
在本实施例中，采集模块201负责采集电池组10内各节电池单体的电压和温度信号，即采集电池B1-B12的电压和温度信号。滤波分析模块202与采集模块201连接，以从采集模块201接收各节电池单体的电压和温度信号，并对电压和温度信号进行滤波及分析处理，以得到各节电池单体对应的电池容量。第一均衡模块204与滤波分析模块202连接，以从滤波分析模块202获取各节电池单体对应的电池容量，并且第一均衡模块204对电池组10内各节电池单体进行均衡，以使电池组10内各节电池的电池容量均衡。
在本实施例中，均衡控制模块203与第一均衡模块204连接，均衡控制模块203根据电池容量控制第一均衡模块204。具体地，均衡控制模块203从第一均衡模块204获取各节电池单体对应的电池容量，若各节电池单体对应的电池容量不均衡，则均衡控制模块203控制第一均衡模块204对电池组10内各节电池单体进行均衡；若各节电池单体对应的电池容量均衡，则均衡控制模块203控制第一均衡模块204停止对电池组10内各节电池单体进行均衡。此外，电池管理单元20通过第一通讯模块205与电池组管理单元30通信。
如图4所示，本实施例所揭示的电池组管理单元30包括：第二通讯模块301、运算分析模块302以及第二均衡模块303。其中，电池组管理单元30通过第二通讯模块301和第一通讯模块205与电池管理单元20进行通信。
在本实施例中，运算分析模块302将得到每个电池组10的容量信息进行运行分析，以获取每个电池组10的容量。第二均衡模块303与运算分析模块302连接，并根据运算分析模块302的运算分析结果对多个电池组10之间进行均衡，以使每个电池组10的容量均衡。在本实施例中，第一均衡模块204和第二均衡模块303均包括一均衡电路40。如图5所示，本实施例所揭示的均衡电路40包括：
第一电容401、第二电容402、第一二极管403、第二二极管404，第一二极管403第一端4031连接第一电容401第一端4011，第二二极管404第一端4041连接第二电容402的第一端4021；
第一电阻405、第二电阻406，第一电阻405第一端4051连接第一电容401第一端4011，第二电阻406第一端4061连接第二电容402的第一端4021；
第一MOS管407，第一MOS管407的栅极连接第一电阻405第一端4051；
第二MOS管408，第二MOS管408的栅极连接第二电阻406第一端4061，第二MOS管408的漏极连接第一MOS管407的漏极；
第三二极管409、第四二极管410，第三二极管409第一端4091、第四二极管410第一端4101连接第一MOS管407的漏极；
第一电感415，第一电感415第一端4051连接第三二极管409第一端4091；
第三电容411、第四电容412，第三电容411第一端4111、第四电容412第一端4121连接第一电感415第二端4152；
第一电池413、第二电池414，第一电池413第一端4131、第二电池414第一端4141连接第一电感415第二端4152；
其中，第二电池414第二端4142、第四电容412第二端4122、第四二极管410第二端4102、第二MOS管408源极、第二电阻406第二端4062与第二二极管404第二端4042连接；
第一电池413第二端4132、第三电容411第二端4112、第三二极管409第二端4092、第一MOS管407源极、第一电阻405第二端4052与第一二极管403第二端4032连接。
以下详细说明均衡电路40的工作原理：
当第一电池413的容量比第二电池414的容量高时，从第一电容401的第二端4012输入占空比固定的方波脉冲，在方波的高电平部分驱动第一MOS管407导通，将第一电池413的能量存储在第一电感415中，在方波的低电平部分第一MOS管413截止关断，第一电感415存储的能量通过第四二极管410续流，再经过第四电容412滤波成平滑的电流给第二电池414充电，第一电池413的能量搬移给第二电池414。
当第一电池413的容量比第二电池414的容量低时，从第二电容402的第二端4022输入占空比固定的方波脉冲，在方波的低电平部分驱动第二MOS管408导通，将第二电池414的能量存储在第一电感415中，在方波的高电平部分第二MOS管408截止关断，第一电感415存储的能量通过第三二极管409续流，再经过第三电容411滤波成平滑的电流给第一电池413充电，第二电池414的能量搬移给第一电池413。
在第一均衡模块204中，第一电池413和第二电池414为单个电池单体，且第一电容401第二端4012、第二电容402第二端4022连接电池管理单元20的控制信号。
在第二均衡模块303中，第一电池413和第二电池414为电池组10，且第一电容401第二端4012、第二电容402第二端4022连接电池组管理单元30的控制信号。
在本实施例中，本实施例所揭示电池管理***通过每个电池组10对应连接一个电池管理单元20,每一电池管理单元20控制管理对应的电池组10内的均衡，电池组管理单元30和多个电池管理单元20连接，用于管理多个电池组10之间的均衡，以实现电池单体之间的均衡和电池组10之间的均衡，并且电池单体和电池组10之间的容量具有一致性。
请参阅图6，图6是本发明第一实施例的电池管理方法的流程图。在本发明第一实施例的电池管理***的基础上进行描述，如图6所示，电池管理方法包括：
步骤601：利用多个电池管理单元20分别对应管理多个电池组10的组内各电池单体的均衡；
步骤602：利用一个电池组管理单元30管理多个电池组10之间的均衡。
在本实施例中，在充电和放电模式下，电池管理单元20和电池组管理单元30均可做均衡，其中，当每一电池组10中的某个电池单体接近过充时，对应的电池管理单元20将该接近过充的电池单体的充电电流分配到电池组10中其他尚未充满的电池单体中；当不同的电池组10之间产生容量差异时，电池组管理单元30将容量高的电池组10的能量分配到其他容量低的电池组10。
其中，电池管理单元20和电池组管理单元30之间的通信采用CAN通信协议，且第一均衡模块204和第二均衡模块303均采用无能量损耗的主动式均衡电路设计，没有热耗散问题，所以均衡电流可以比较大，可以很好的维持电池单体和电池组10之间的容量一致性，在充电和放电模式下都可以做均衡。
综上所述，本发明的通过每个电池组对应连接一个电池管理单元，每一电池管理单元控制管理对应的电池组内的均衡，电池组管理单元和多个电池管理单元连接，用于管理多个电池组之间的均衡，以实现电池单体之间的均衡和电池组之间的均衡，并且电池单体和电池组之间的容量具有一致性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池管理***，其特征在于，所述电池管理***包括多个电池组、多个电池管理单元、电池组管理单元，其中每个所述电池组由多节电池单体串联而成，每个所述电池组对应连接一个所述电池管理单元,每一所述电池管理单元控制管理对应的所述电池组内的均衡，所述电池组管理单元和多个所述电池管理单元连接，用于管理多个所述电池组之间的均衡。
2.根据权利要求1所述电池管理***，其特征在于，所述电池管理单元包括：
采集模块，所述采集模块负责采集所述电池组内各节电池单体的电压和温度信号；
滤波分析模块，所述滤波分析模块接收所述采集模块采集的所述电压和温度信号，并进行滤波及分析处理，得到各节电池单体对应的电池容量；
第一均衡模块，与所述滤波分析模块连接，所述第一均衡模块对所述电池组内各节电池单体进行均衡；
均衡控制模块，与所述第一均衡模块连接，所述均衡控制模块根据电池容量控制所述第一均衡模块；
第一通讯模块，用于与所述电池组管理单元通信。
3.根据权利要求1所述电池管理***，其特征在于，所述电池组管理单元包括：
运算分析模块，所述运算分析模块将得到每个电池组的容量信息进行运算分析；
第二均衡模块，所述第二均衡模块根据所述运算分析模块的运算分析结果对多个所述电池组之间进行均衡；
第二通讯模块，用于与所述电池管理单元通信。
4.根据权利要求2或3所述电池管理***，其特征在于，所述第一均衡模块和所述第二均衡模块均包括一均衡电路，所述均衡电路包括：
第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管，所述第一二极管第一端连接所述第一电容第一端，所述第二二极管第一端连接所述第二电容的第一端；
第一电阻、第二电阻，所述第一电阻第一端连接所述第一电容第一端，所述第二电阻第一端连接所述第二电容的第一端；
第一MOS管，所述第一MOS管的栅极连接所述第一电阻第一端；
第二MOS管，所述第二MOS管的栅极连接所述第二电阻第一端，所述第二MOS管的漏极连接所述第一MOS管的漏极；
第三二极管、第四二极管，所述第三二极管第一端、所述第四二极管第一端连接所述第一MOS管的漏极；
第一电感，所述第一电感第一端连接第三二极管第一端；
第三电容、第四电容，所述第三电容第一端、所述第四电容第一端连接所述第一电感第二端；
第一电池、第二电池，所述第一电池第一端、第二电池第一端连接所述第一电感第二端；
其中，所述第二电池第二端、第四电容第二端、第四二极管第二端、第二MOS管源极、第二电阻第二端与第二二极管第二端连接；
所述第一电池第二端、第三电容第二端、第三二极管第二端、第一MOS管源极、第一电阻第二端与第一二极管第二端连接。
5.根据权利要求4所述电池管理***，其特征在于，所述第一均衡模块中，所述第一电池和所述第二电池为单个电池单体，且所述第一电容第二端、所述第二电容第二端连接所述电池管理单元的控制信号；
所述第二均衡模块中，所述第一电池和所述第二电池为电池组，且所述第一电容第二端、所述第二电容第二端连接所述电池组管理单元的控制信号。
6.根据权利要求4所述电池管理***，其特征在于，所述第一均衡模块和所述第二均衡模块均采用主动均衡电路设计。
7.根据权利要求4所述电池管理***，其特征在于，所述第一电池的容量比所述第二电池的容量高时，从所述第一电容的第二端输入占空比固定的方波脉冲，在方波的高电平部分驱动所述第一MOS管导通，将所述第一电池的能量存储在所述第一电感中，在方波的低电平部分所述第一MOS管截止关断，所述第一电感存储的能量通过第四二极管续流，再经过第四电容滤波成平滑的电流给所述第二电池充电，所述第一电池的能量搬移给所述第二电池。
所述第一电池的容量比所述第二电池的容量低时，从所述第二电容的第二端输入占空比固定的方波脉冲，在方波的低电平部分驱动所述第二MOS管导通，将所述第二电池的能量存储在所述第一电感中，在方波的高电平部分所述第二MOS管截止关断，所述第一电感存储的能量通过第三二极管续流，再经过第三电容滤波成平滑的电流给所述第一电池充电，所述第二电池的能量搬移给所述第一电池。
8.一种电池管理方法，其特征在于，所述电池管理方法包括：
利用多个电池管理单元分别对应管理多个电池组的组内各电池单体的均衡；
利用一个电池组管理单元管理多个所述电池组之间的均衡。
9.根据权利要求8所述电池管理方法，其特征在于，所述电池管理单元和所述电池组管理单元之间的通信采用CAN通信协议。
10.根据权利要求8所述电池管理方法，其特征在于，在充电和放电模式下，所述电池管理单元和所述电池组管理单元均可做均衡，其中：
当每一所述电池组中的某个电池单体接近过充时，对应的所述电池管理单元将该接近过充的电池单体的充电电流分配到所述电池组中其他尚未充满的电池单体中；
当不同的所述电池组之间产生容量差异时，所述电池组管理单元将容量高的电池组的能量分配到其他容量低的电池组。
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