CN115036593A - 电池管理***、电池***单元以及电池*** - Google Patents

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陈伦国
钟源
许东阳
林文彪
严志勇
唐军
石东山
赵悦
李华健
罗清群
刘鑫剑
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Abstract

本发明提供一种电池管理***、电池***单元以及电池***，电池管理***包括：第一主控、第二主控和多个从控制器；多个从控制器分别与一个电池***单元中的多个电池箱连接，用于采集电池箱中各电芯单体的状态信息，并根据状态信息对各电芯单体进行均衡控制；第一主控与从控制器以及连接电池箱与电池***单元主回路的接触器连接，用于接收状态信息并进行状态参数估计，并在电池***单元异常且第二主控无响应时下发第一断开指令至接触器；第二主控与第一主控以及连接电池箱与电池***单元主回路的接触器连接，用于根据第一主控传输的状态信息对各电池箱进行运行监控。本发明具备冗余安全控制，能够在主控失效时正常切断主回路接触器。

Description

电池管理***、电池***单元以及电池***
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，具体涉及到一种电池管理***、电池***单元以及电池***。
背景技术
电池管理***是保证电池***安全使用的关键部件，现有电池管理***多为单主控架构，且电池安全保护依赖软件控制，由该主控向电池***主回路接触器下发通断命令，主回路接触器根据主控控制信号来执行分断操作。若该主控失效导致主回路无法及时断开，易导致安全事故。
当电池***出现单体电池过温或过压时，只能通过电池管理***分析数据得到故障信息再断开电池***主回路的接触器。若电池管理***出现主控失效或者软件失效故障，便难以发现故障并切断主回路接触器，电池***无法及时与负载断开，存在安全隐患。
发明内容
本发明提供一种电池管理***、电池***单元以及电池***，以解决现有的主控失效或者软件失效时无法及时断开主回路接触器的问题。
基于上述目的，本发明实施例提供了一种电池管理***，包括：第一主控、第二主控和多个从控制器；多个所述从控制器分别与位于一个电池***单元中的相互串联的多个电池箱连接，用于采集各所述电池箱中各电芯单体的状态信息，并根据所述状态信息对各所述电池箱中各所述电芯单体进行均衡控制；所述第一主控与所述从控制器以及连接所述电池箱与电池***单元主回路的接触器连接，用于接收所述从控制器传输的状态信息并进行状态参数估计，并在所述电池***单元异常且所述第二主控无响应时下发第一断开指令至所述接触器以断开所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接；所述第二主控与所述第一主控以及连接所述电池箱与所述电池***单元主回路的所述接触器连接，用于根据所述第一主控传输的状态参数对各电池箱进行运行监控。
可选的，所述从控制器设置在电池箱中，任一所述电池***单元中所述从控制器与所述电池箱一一对应。
可选的，所述电池箱通过第一接触器与所述电池***单元主回路的正极连接，在所述电池***单元异常时，所述第二主控下发第二断开指令至所述第一接触器以断开所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接。
可选的，所述电池箱通过第二接触器与所述主电池***单元主回路的负极连接，所述第一主控通过所述第二接触器控制所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接与断开。
可选的，所述电池管理***还包括设置在各所述电池箱中的硬件冗余保护电路，用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的温度和电压，在所述从控制器异常时，根据所述温度和所述电压导通或切断与所述电池***单元主回路的连接。
可选的，所述硬件冗余保护电路包括：过压保护电路和过温保护电路，所述过压保护电路用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的电压，并在所述电压过压时切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接；所述过温保护电路用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的温度，并在所述温度过温时切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。
可选地，所述过压保护电路包括：依次连接电压比较电路、第一隔离电路以及过压继电器，所述过压继电器串联在所述电池箱与所述电池***单元主回路之间，所述电压比较电路将所述电池箱的所述电压与电压阈值比较输出电压比较信号，通过所述第一隔离电路将所述电压比较信号传输至所述过压继电器，控制所述过压继电器的通断，导通或切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。
可选的，所述过温保护电路包括：依次连接温度采集电路、温度比较电路、第二隔离电路以及过温继电器，所述过温继电器串联在所述电池箱与所述电池***单元主回路之间；所述温度采集电路采集所述电池箱的所述温度，所述温度比较电路对所述温度与温度阈值进行比较输出温度比较信号，通过所述第二隔离电路将所述温度比较信号传输至所述过温继电器，控制所述过温继电器的通断，导通或切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。
基于同一发明构思，本发明实施例还提出了一种电池***单元，包括前述的电池管理***和与所述电池管理***连接的相互串联的多个电池箱，每个所述电池箱中包括串并联的多个电芯单体。
基于同一发明构思，本发明实施例还提出了一种计算机存储介质，包括中央管理***和多个前述的电池***单元，每个所述电池管理***单元中的电池管理***与所述中央管理***连接。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的一种电池管理***、电池***单元以及电池***，电池管理***包括：第一主控、第二主控和多个从控制器；多个所述从控制器分别与位于一个电池***单元中的相互串联的多个电池箱连接，用于采集各所述电池箱中各电芯单体的状态信息，并根据所述状态信息对各所述电池箱中各所述电芯单体进行均衡控制；所述第一主控与所述从控制器以及连接所述电池箱与电池***单元主回路的接触器连接，用于接收所述从控制器传输的状态信息并进行状态参数估计，并在所述电池***单元异常且所述第二主控无响应时下发第一断开指令至所述接触器以断开所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接；所述第二主控与所述第一主控以及连接所述电池箱与所述电池***单元主回路的所述接触器连接，用于根据所述第一主控传输的状态参数对各电池箱进行运行监控，通过在第二主控失效时应用第一主控切断主回路的接触器，具备冗余安全控制，能够在主控失效时正常切断主回路接触器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的电池管理***的结构示意图；
图2为本发明实施例中的硬件冗余保护电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本发明实施例提供了一种电池管理***。如附图1所示，电池管理***1包括：第一主控3、第二主控4和多个从控制器2。多个所述从控制器2分别与位于一个电池***单元中的相互串联的多个电池箱5连接，用于采集各所述电池箱5中各电芯单体的状态信息，并根据所述状态信息对各所述电池箱5中各所述电芯单体进行均衡控制。从控制器2负责采集电池箱/模组5内各电芯单体电压以及温度等状态信息，并将采集信号实时传输至第一主控3。第一主控3将根据采集信号判断各电芯单体一致性，若达到均衡开启阈值，下发均衡指令至从控制器2，由从控制器2对汤池箱5中各电池单体执行均衡。
本发明实施例的电池管理***采用三级架构，其中第二主控4为一级主控，第一主控3为二级主控，从控制器2为三级从控。电池***单元主回路亦为包括所述电池管理***的电池***单元所在的电池***的主回路。所述第一主控3与所述从控制器2以及连接所述电池箱5与电池***单元主回路的接触器6、7连接，用于接收所述从控制器2传输的状态信息并进行状态参数估计，并在所述电池***单元异常且所述第二主控4无响应时下发第一断开指令至所述接触器6、7以断开所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接。第一主控3有别于第二主控4，其具备状态估计与均衡控制等功能，主要实现核电状态、峰值功率、健康状态等状态参数估计，并将状态参数传输至一级主控4作为控制与保护策略的输入数据。
所述第二主控4与所述第一主控3以及连接所述电池箱5与所述电池***单元主回路的所述接触器6、7连接，用于根据所述第一主控3传输的状态参数对各电池箱5进行运行监控。第二主控4作为最上层控制中心，负责整个电池***单元的运行过程监控、逻辑控制、***保护、数据处理及存储、与其他***间进行通讯。
在本发明实施例中，从控制器2设置在电池箱5中，任一所述电池***单元中所述从控制器2与所述电池箱5一一对应。即电池***单元中，从控制器2的数量与电池箱5的数量相同，且两者一一对应。
继续参见图1，电池箱5通过第一接触器6与所述电池***单元主回路的正极连接，在所述电池***单元异常时，所述第二主控4下发断开指令至所述第一接触器6以断开所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接。电池箱5通过第二接触器7与所述主电池***单元主回路的负极连接，所述第一主控3通过所述第二接触器7控制所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接与断开。
基于电池管理***1的三级架构，电池管理***1所在的电池***单元具备冗余安全控制功能。电池***单元总体逻辑控制和保护由第二主控4负责，为防止出现第二主控4故障而导致主回路接触器6、7无法断开，将主回路接触器6、7控制权分别分配给第二主控4与第一主控3。若电池***单元出现异常而第二主控4未响应导致主回路正极接触器6无法断开，第一主控3将延迟下发第一断开指令至主回路负极接触器7，切断电池***单元主回路，达到安全保护的效果。具体第一主控3检测到与第二主控4无法通信后，下发第一断开指令至与主回路负极连接的第二接触器7，进而断开电池管理***1所在的电池***单元与主回路的连接。第一主控3下发第一断开指令的延迟时间在毫秒级，能及时断开电池箱与主回路的连接，不会影响主回路的正常运行。
在本发明实施例中，电池管理***还包括设置在各所述电池箱中的硬件冗余保护电路，用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的温度和电压，在所述从控制器异常时，根据所述温度和所述电压导通或切断与所述电池***单元主回路的连接。
如图2所示，硬件冗余保护电路包括：过压保护电路21和过温保护电路22。过压保护电路21和过温保护电路22连接在电池箱与主回路接触器之间。所述过压保护电路21用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的电压，并在所述电压过压时切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。所述过温保护电路22用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的温度，并在所述温度过温时切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。
继续参见图2，过压保护电路21包括：依次连接电压比较电路211、第一隔离电路212以及过压继电器213。所述过压继电器213串联在所述电池箱与所述电池***单元主回路之间，所述电压比较电路211将所述电池箱的所述电压与电压阈值比较输出电压比较信号，通过所述第一隔离电路212将所述电压比较信号传输至所述过压继电器213，控制所述过压继电器213的通断，导通或切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。在本发明实施例中，过压继电器213可以串联在主回路的正极回路中，如与图1中的第一接触器6串联；也可以串联在主回路的负极回路中，如与图1中的第二接触器7串联。而第一隔离电路212的输出端与过压继电器213的控制端连接，以控制过压继电器213的通断。电压比较电路211可以是能够实现电压比较功能的任一比较电路，如运算放大器构成的比较电路，第一隔离电路212可以是任一能够实现隔离功能的隔离电路，过压继电器213可以是包括控制开关在内的任一继电器，在此并不作限制。
过温保护电路22包括：依次连接温度采集电路221、温度比较电路222、第二隔离电路223以及过温继电器224。所述过温继电器224串联在所述电池箱与所述电池***单元主回路之间；所述温度采集电路221采集所述电池箱的所述温度，温度比较电路222对所述温度与温度阈值进行比较输出温度比较信号，通过所述第二隔离电路223将所述温度比较信号传输至所述过温继电器224，控制所述过温继电器224的通断，导通或切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。在本发明实施例中，温度采集电路221可以是任一能够进行温度采集的温度采集电路，如温度传感器。过温继电器222可以串联在主回路的正极回路中，如与图1中的第一接触器6串联；也可以串联在主回路的负极回路中，如与图1中的第二接触器7串联。而第二隔离电路223的输出端与过温继电器224的控制端连接，以控制过温继电器214的通断。温度比较电路222可以是能够实现温度比较功能的任一比较电路，如运算放大器构成的比较电路，第二隔离电路223可以是任一能够实现隔离功能的隔离电路，过温继电器214可以是包括控制开关在内的任一继电器，在此并不作限制。
在本发明实施例中，当电池***单元中出现电芯单体过温或过压时，若仅通过电池管理***分析数据得到故障信息并切断电池***单元主回路的接触器，一旦发生主控失效或者软件失效等故障，导致故障无法被发现，从而无法执行切断主回路接触器。此时可以通过硬件冗余保护电路来控制切断电池箱与主回路的连接。当某个电芯单体过压或过温时，控制过压继电器213或过温继电器224由输出常闭点切换至输出断开，从而切断电池箱与主回路的连接。
在本发明实施例中，电池***单元中每个电池箱中设置有一硬件冗余保护电路，硬件冗余保护电路与前面的各部分相对独立，在第一主控3和第二主控4同时失效，和/或从控制器2失效时，硬件冗余保护电路可以进行有效的硬件冗余保护功能，及时将电池箱所在电池***单元从主回路中切除。
本发明实施例的电池管理***设置有基于三层架构的冗余安全控制，将主回路正负极接触器控制权分别交予一级二级主控，若需执行保护动作而一级主控失效，由一级主控控制的接触器无法断开，二级主控将延迟下发指令使得另一接触器断开；同时还提供硬件冗余保护功能，若出现单体电池过温或过压且电池管理***出现主控失效或者软件失效故障，通过硬件冗余保护功能可实现主回路接触器断开。本发明实施例的电池管理***具备冗余安全控制、硬件冗余保护功能，能有效解决主控失效与软件失效故障导致主回路接触器无法断开的问题。
综上，本发明实施例的电池管理***包括：第一主控、第二主控和多个从控制器；多个所述从控制器分别与位于一个电池***单元中的相互串联的多个电池箱连接，用于采集各所述电池箱中各电芯单体的状态信息，并根据所述状态信息对各所述电池箱中各所述电芯单体进行均衡控制；所述第一主控与所述从控制器以及连接所述电池箱与电池***单元主回路的接触器连接，用于接收所述从控制器传输的状态信息并进行状态参数估计，并在所述电池***单元异常且所述第二主控无响应时下发第一断开指令至所述接触器以断开所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接；所述第二主控与所述第一主控以及连接所述电池箱与所述电池***单元主回路的所述接触器连接，用于根据所述第一主控传输的状态参数对各电池箱进行运行监控，通过在第二主控失效时应用第一主控切断主回路的接触器，具备冗余安全控制，能够在主控失效时正常切断主回路接触器。
基于同一个构思，本发明实施例还提供了一种电池***单元。包括前述的电池管理***和与所述电池管理***连接的相互串联的多个电池箱，每个所述电池箱中包括串并联的多个电芯单体。
基于同一个构思，本发明实施例还提供了一种电池***。包括中央管理***和多个前述的电池***单元，每个所述电池管理***单元中的电池管理***与所述中央管理***连接。中央管理***可以是处理器或各电路组成的能实现前述功能的集成电路组件。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本申请旨在涵盖落入本发明实施例的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池管理***，其特征是，所述电池管理***包括：第一主控、第二主控和多个从控制器；
多个所述从控制器分别与位于一个电池***单元中的相互串联的多个电池箱连接，用于采集各所述电池箱中各电芯单体的状态信息，并根据所述状态信息对各所述电池箱中各所述电芯单体进行均衡控制；
所述第一主控与所述从控制器以及连接所述电池箱与电池***单元主回路的接触器连接，用于接收所述从控制器传输的状态信息并进行状态参数估计，并在所述电池***单元异常且所述第二主控无响应时下发第一断开指令至所述接触器以断开所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接；
所述第二主控与所述第一主控以及连接所述电池箱与所述电池***单元主回路的所述接触器连接，用于根据所述第一主控传输的状态参数对各电池箱进行运行监控。
2.如权利要求1所述的电池管理***，其特征是，所述从控制器设置在电池箱中，任一所述电池***单元中所述从控制器与所述电池箱一一对应。
3.如权利要求1所述的电池管理***，其特征是，所述电池箱通过第一接触器与所述电池***单元主回路的正极连接，在所述电池***单元异常时，所述第二主控下发第二断开指令至所述第一接触器以断开所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接。
4.如权利要求1所述的电池管理***，其特征是，所述电池箱通过第二接触器与所述主电池***单元主回路的负极连接，所述第一主控通过所述第二接触器控制所述电池***单元与所述电池***单元主回路的连接与断开。
5.如权利要求1所述的电池管理***，其特征是，所述电池管理***还包括设置在各所述电池箱中的硬件冗余保护电路，用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的温度和电压，在所述从控制器异常时，根据所述温度和所述电压导通或切断与所述电池***单元主回路的连接。
6.如权利要求5所述的电池管理***，其特征是，所述硬件冗余保护电路包括：过压保护电路和过温保护电路，
所述过压保护电路用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的电压，并在所述电压过压时切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接；
所述过温保护电路用于检测所述电池箱中各所述电芯单体的温度，并在所述温度过温时切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。
7.如权利要求6所述的电池管理***，其特征是，所述过压保护电路包括：依次连接电压比较电路、第一隔离电路以及过压继电器，所述过压继电器串联在所述电池箱与所述电池***单元主回路之间，所述电压比较电路将所述电池箱的所述电压与电压阈值比较输出电压比较信号，通过所述第一隔离电路将所述电压比较信号传输至所述过压继电器，控制所述过压继电器的通断，导通或切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。
8.如权利要求6所述的电池管理***，其特征是，所述过温保护电路包括：依次连接温度采集电路、温度比较电路、第二隔离电路以及过温继电器，所述过温继电器串联在所述电池箱与所述电池***单元主回路之间；所述温度采集电路采集所述电池箱的所述温度，所述温度比较电路对所述温度与温度阈值进行比较输出温度比较信号，通过所述第二隔离电路将所述温度比较信号传输至所述过温继电器，控制所述过温继电器的通断，导通或切断所述电池箱与所述电池***单元主回路的连接。
9.一种电池***单元，其特征是，所述电池***单元包括如权利要求1-8中任意一项所述的电池管理***和与所述电池管理***连接的相互串联的多个电池箱，每个所述电池箱中包括串并联的多个电芯单体。
10.一种电池***，其特征是，所述电池***包括中央管理***和多个如权利要求9所述的电池***单元，每个所述电池管理***单元中的电池管理***与所述中央管理***连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117826575A (zh) * 2024-03-04 2024-04-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 安全控制***及安全控制方法

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