CN115528323A - 一种集中式电池管理***的主控装置及其使用方法 - Google Patents

一种集中式电池管理***的主控装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种集中式电池管理***的主控装置及其使用方法，所述主控装置包括：低压模块和若干高压模块。通过在集中式高压盒内部通过整合各个BMS主控功能，改变BMS主控硬件架构后形成集中式BMS主控，将不同BMS主控集成在一块电路板上，由于最后只需要用到一块BMS主控，从而简化BMS架构，大大降低***成本。

Description

一种集中式电池管理***的主控装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种集中式电池管理***的主控装置及其使用方法。
背景技术
目前集装箱式储能***的电池管理***由三层式BMS(Battery ManagementSystem，电池管理***)架构组成，其中每一个能量链包括若干个电池簇，每一个电池簇包括若干电池包和高压盒，由电池簇从控(即第一层BMS架构)收集电池包内单体电芯电压、温度信息，然后上传到对应高压盒主控(即第二层BMS架构)，每一个高压盒主控通过CAN通讯方式将信息上传到总控(即第三层BMS架构)，如中国专利CN110265736A公开了一种具有智能火灾预警功能的储能电站电池管理***及预警方法，每MWh(电池容量单位)配一套包括电池包从控单元BMU(Battery Module Unit)、电池簇主控单元BCU(Battery ClusterUnit)、电池阵列总控单元BAMU(Battery Array Management Unit)三层控制架构的电池管理模块，BMU负责电池包的电压、温度采集，BCU负责电池簇的温度采集，BAMU负责对外的信息通信与指令下达。
但是，这种架构下每个高压盒需要配置一个主控，而储能***通常由多个高压盒组成，需要配置多个主控，这样在结构设计以及安装维护过程中带来不便。如果使用集中式高压盒结构，即将多个高压盒合并成一个高压盒，同时所有主控集中在高压盒内部，虽然一定程度上降低了硬件成本，但是主控数量并没有减少，而且需要对每一个主控进行设计并考虑主控之间的干涉问题，在后续生产装配过程中还需要逐一安装每一个主控并分别进行调试，导致安装维护仍然不便，而且增加了人工成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种集中式电池管理***的主控装置及其使用方法，以解决现有的集中式高压盒内多个主控在结构设计以及安装维护过程中带来不便的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种集中式电池管理***的主控装置，其中，所述主控装置包括：
低压模块和若干高压模块；
所述低压模块，与若干电池簇从控通讯连接，用于接收若干所述电池簇从控上传的数据并进行处理；
若干所述高压模块，与所述低压模块相互隔离，与若干电池簇电性连接，用于采集若干所述电池簇的总电压、主回路电流和对地绝缘电阻并进行处理。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述高压模块包括高压MCU、高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元；
所述高压MCU，与若干所述电池簇通过隔离CAN进行通讯连接，与所述高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元电性连接，用于接收所述高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元采集的数据；
所述高压采集单元，用于采集若干所述电池簇的总电压；
所述电流采集单元，用于采集若干所述电池簇的主回路电流；
所述绝缘采集单元，用于采集若干所述电池簇的对地绝缘电阻。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述低压模块，包括低压MCU；
所述低压MCU，与若干所述电池簇从控通过所述电池簇内部CAN进行通讯连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述若干所述电池簇从控上传的数据包括各电池包内单体电芯电压和温度。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述低压模块还包括唤醒单元和DCDC：
所述唤醒单元通过所述DCDC与所述低压MCU通讯连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述低压模块还包括模拟信号输入单元、模拟信号输出单元、数字信号输入单元和数字信号输出单元；
所述模拟信号输入单元与所述低压MCU通讯连接；
所述模拟信号输出单元与所述低压MCU通讯连接；
所述数字信号输入单元与所述低压MCU通讯连接；
所述数字信号输出单元与所述低压MCU通讯连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述低压模块还包括霍尔信号输入单元；
所述霍尔信号输入单元与所述低压MCU通讯连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述低压模块还包括EEPROM单元；
所述EEPROM单元与所述低压MCU通讯连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述低压模块还包括整车CAN单元；
所述整车CAN单元与所述低压MCU通讯连接。
另一方面，本发明提供一种集中式电池管理***的主控装置的使用方法，其采用了如上所述的集中式电池管理***的主控装置，其中，包括如下步骤：
S1.集中式电池管理***上电工作；
S2.如果所述集中式电池管理***满足高压采集、电流采集或绝缘采集要求，所述主控装置的每一个所述高压模块同步进行所述电池簇的总电压、主回路电流或对地绝缘电阻的数据采集，通过所述隔离CAN上传数据到所述高压MCU；
如果所述集中式电池管理***满足单体电芯电压采集或单体电芯温度采集要求，每一个所述电池簇从控同步进行单体电芯电压或单体电芯温度的数据采集，并且通过对应的所述电池簇内部CAN上传数据到所述主控装置的低压MCU；
S3.如果所述集中式电池管理***不满足以上数据采集条件，则其一直处于等待状态，直到满足所述数据采集条件进行数据采集。
本发明的集中式电池管理***的主控装置及其使用方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过在集中式高压盒内部通过整合各个BMS主控功能，改变BMS主控硬件架构后形成集中式BMS主控，将不同BMS主控集成在一块电路板上，由于最后只需要用到一块BMS主控，从而简化BMS架构，大大降低***成本；
(2)针对单个BMS主控，包括低压模块以及高压模块，高低压模块相互隔离，高压模块负责采集电池簇总压、主回路电流以及绝缘检测；
(3)将不同主控高压部分设计成一个单独的模块，每一个主控高压部分作为单独的部分集成在集中式主控板上，选择合适资源数量的MCU，适当增加输入输出资源以及为每一个电池簇配置一路CAN通讯与对应的电池簇从控进行通讯。
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的一些实施例，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为本发明的集中式电池管理***的主控装置结构图；
图2为传统的BMS主控结构图；
图3为本发明的集中式电池管理***的主控装置使用方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明的一种集中式电池管理***的主控装置，其中，所述主控装置包括：
低压模块和若干高压模块；
所述低压模块，与若干电池簇从控通讯连接，用于接收若干所述电池簇从控上传的数据并进行处理；
若干所述高压模块，与所述低压模块相互隔离，与若干电池簇(1，2，…，N)电性连接，用于采集若干所述电池簇的总电压、主回路电流和对地绝缘电阻并进行处理。
本主控装置主要是在集中式高压盒内部通过整合各个BMS主控功能(图2所示)，改变BMS主控硬件架构后形成集中式BMS主控(图1所示)，将不同BMS主控集成在一块电路板上，由于最后只需要用到一块BMS主控，从而简化BMS架构，大大降低***成本。
其中，所述高压模块包括高压MCU、高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元；
所述高压MCU，与若干所述电池簇通过隔离CAN进行通讯连接，与所述高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元电性连接，用于接收所述高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元采集的数据；
所述高压采集单元，用于采集若干所述电池簇的总电压；
所述电流采集单元，用于采集若干所述电池簇的主回路电流；
所述绝缘采集单元，用于采集若干所述电池簇的对地绝缘电阻。
针对单个BMS主控，包括低压模块以及高压模块，高低压模块相互隔离，高压模块负责采集电池簇总压、主回路电流以及绝缘检测。
其中，所述低压模块，包括低压MCU；
所述低压MCU，与若干所述电池簇从控通过所述电池簇内部CAN进行通讯连接。
若干电池簇从控采集电池包内的单体电芯电压或单体电芯温度，低压模块负责与若干电池簇从控进行通讯，用于接收从控上传的数据。
其中，所述若干所述电池簇从控上传的数据包括各电池包内单体电芯电压和温度。
电池簇从控通过电压传感器，温度传感器定时检测其对应的电池包中单体电芯的电压、温度这些状态，并将采集数据传输给从控内的MCU，该MCU通过电池簇内部CAN再将数据传给主控装置内的低压MCU。
其中，所述低压模块还包括唤醒单元和DCDC：
所述唤醒单元通过所述DCDC与所述低压MCU通讯连接。
DCDC表示的是将某一电压等级的直流电源变换其他电压等级直流电源的装置，通过唤醒单元在一定条件下把高压的直流电变换为低压的直流电。
其中，所述低压模块还包括模拟信号输入单元、模拟信号输出单元、数字信号输入单元和数字信号输出单元；
所述模拟信号输入单元与所述低压MCU通讯连接；
所述模拟信号输出单元与所述低压MCU通讯连接；
所述数字信号输入单元与所述低压MCU通讯连接；
所述数字信号输出单元与所述低压MCU通讯连接。
模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号；数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示；通过输入输出单元进行模拟信号和数字信号的输入输出。
其中，所述低压模块还包括霍尔信号输入单元；
所述霍尔信号输入单元与所述低压MCU通讯连接。
通过接收霍尔信号，低压MCU控制继电器的通断。
其中，所述低压模块还包括EEPROM单元；
所述EEPROM单元与所述低压MCU通讯连接。
EEPROM(Electrically Erasable Programmable read only memory)是指带电可擦可编程只读存储器，是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。设置EEPROM单元可以在主控上擦除已有信息，重新编程，即插即用。
其中，所述低压模块还包括整车CAN单元；
所述整车CAN单元与所述低压MCU通讯连接。
通过整车CAN单元，低压MCU可与整车控制器进行通讯。
本实施例中的集中式电池管理***的主控装置，将不同主控高压部分设计成一个单独的模块，每一个主控高压部分作为单独的部分集成在集中式主控板上，选择合适资源数量的MCU，适当增加输入输出资源以及为每一个电池簇配置一路CAN通讯与对应的电池簇从控进行通讯。由于采用了集中式BMS主控架构，大大简化了***复杂性，研发过程中只需要设计集中式BMS主控，在后续生产安装过程中无须一一安装每一个BMS主控，只需要安装一次BMS主控，安装简单方便，后续调试只需要针对一个BMS主控进行调试，维修过程拆卸方便，大大节省成本。
实施例二
如图3所示，提供一种集中式电池管理***的主控装置的使用方法，其采用了如实施例一所述的集中式电池管理***的主控装置，其中，包括如下步骤：
S1.集中式电池管理***上电工作；
集中式电池管理***的主控装置上电工作。
S2.如果所述集中式电池管理***满足高压采集、电流采集或绝缘采集要求，所述主控装置的每一个所述高压模块同步进行所述电池簇的总电压、主回路电流或对地绝缘电阻的数据采集，通过所述隔离CAN上传数据到所述高压MCU；
集中式电池管理***判断是否满足高压采集、电流采集或绝缘采集要求，如果满足要求，就对各电池簇进行高压采集、电流采集或绝缘采集。
如果所述集中式电池管理***满足单体电芯电压采集或单体电芯温度采集要求，每一个所述电池簇从控同步进行单体电芯电压或单体电芯温度的数据采集，并且通过对应的所述电池簇内部CAN上传数据到所述主控装置的低压MCU；
集中式电池管理***判断是否满足单体电芯电压采集或单体电芯温度采集要求，如果满足要求，就对各电池簇进行单体电芯电压或单体电芯温度采集。
S3.如果所述集中式电池管理***不满足以上数据采集条件，则其一直处于等待状态，直到满足所述数据采集条件进行数据采集。
本实施例中的集中式电池管理***的主控装置的使用方法，由于采用了集中式BMS主控架构，大大简化了***复杂性，研发过程中只需要设计集中式BMS主控，在后续生产安装过程中无须一一安装每一个BMS主控，只需要安装一次BMS主控，安装简单方便，后续调试只需要针对一个BMS主控进行调试，维修过程拆卸方便，大大节省成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述主控装置包括：
低压模块和若干高压模块；
所述低压模块，与若干电池簇从控通讯连接，用于接收若干所述电池簇从控上传的数据并进行处理；
若干所述高压模块，与所述低压模块相互隔离，与若干电池簇电性连接，用于采集若干所述电池簇的总电压、主回路电流和对地绝缘电阻并进行处理。
2.如权利要求1所述的集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述高压模块包括高压MCU、高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元；
所述高压MCU，与若干所述电池簇通过隔离CAN进行通讯连接，与所述高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元电性连接，用于接收所述高压采集单元、电流采集单元和绝缘采集单元采集的数据；
所述高压采集单元，用于采集若干所述电池簇的总电压；
所述电流采集单元，用于采集若干所述电池簇的主回路电流；
所述绝缘采集单元，用于采集若干所述电池簇的对地绝缘电阻。
3.如权利要求1所述的集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述低压模块，包括低压MCU；
所述低压MCU，与若干所述电池簇从控通过所述电池簇内部CAN进行通讯连接。
4.如权利要求3所述的集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述若干所述电池簇从控上传的数据包括各电池包内单体电芯电压和温度。
5.如权利要求3所述的集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述低压模块还包括唤醒单元和DCDC；
所述唤醒单元通过所述DCDC与所述低压MCU通讯连接。
6.如权利要求3所述的集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述低压模块还包括模拟信号输入单元、模拟信号输出单元、数字信号输入单元和数字信号输出单元；
所述模拟信号输入单元与所述低压MCU通讯连接；
所述模拟信号输出单元与所述低压MCU通讯连接；
所述数字信号输入单元与所述低压MCU通讯连接；
所述数字信号输出单元与所述低压MCU通讯连接。
7.如权利要求3所述的集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述低压模块还包括霍尔信号输入单元；
所述霍尔信号输入单元与所述低压MCU通讯连接。
8.如权利要求3所述的集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述低压模块还包括EEPROM单元；
所述EEPROM单元与所述低压MCU通讯连接。
9.如权利要求3所述的集中式电池管理***的主控装置，其特征在于：所述低压模块还包括整车CAN单元；
所述整车CAN单元与所述低压MCU通讯连接。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的集中式电池管理***的主控装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.集中式电池管理***上电工作；
S2.如果所述集中式电池管理***满足高压采集、电流采集或绝缘采集要求，所述主控装置的每一个所述高压模块同步进行所述电池簇的总电压、主回路电流或对地绝缘电阻的数据采集，通过所述隔离CAN上传数据到所述高压MCU；
如果所述集中式电池管理***满足单体电芯电压采集或单体电芯温度采集要求，每一个所述电池簇从控同步进行单体电芯电压或单体电芯温度的数据采集，并且通过对应的所述电池簇内部CAN上传数据到所述主控装置的低压MCU；
S3.如果所述集中式电池管理***不满足以上数据采集条件，则其一直处于等待状态，直到满足所述数据采集条件进行数据采集。
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