CN207753126U - 一种锂电池管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池管理***，其包括一中央处理模块以及一个或多个本地测量模块，各本地测量模块均连接有一由锂电池组成的电池组，且各本地测量模块均通过RS485总线与所述中央处理模块连接；所述本地测量模块包括有主控模块，分别与主控模块连接的充电模块、均衡模块、数据采集模块以及电量计算模块。本实用新型提供的锂电池管理***，其采用两级控制结构，并采用模块化、分布式的设计，具有设计合理，可扩展性强，人机交互性好等优点。

Description

一种锂电池管理***

技术领域

本实用新型涉及一种锂电池管理***，尤其涉及一种应用于电动车太阳能充电相关设备的锂电池管理***。

背景技术

随着社会的发展，锂电池在生产生活的各个领域应用非常广泛，锂电池的应用与管理变成了各种设备发展中一种非常关键的技术。本世纪初以来，锂电池生产与研究获得了非常大的突破，因其拥有的诸多良好优点，如放电电压稳定，自放电率低，工作温度范围宽，无记忆效应，储存寿命长，重量轻，体积小等特点，已经慢慢地代替了传统的镍镉蓄电池及铅酸蓄电池，在社会生产和生活的应用领域越来越宽，变成了目前主流的动力电池。由于在锂电池内部，其化学反应非常复杂，因此人们在不断完善电池自身性能的同时，也在对电池的管理技术及使用进行不断的研究，以增加电池的使用寿命，提高电池效率，最大地发挥电池性能。为此，电池管理***(Battery Management System，BMS)应运而生，电池管理***用于动态地监控电池单元及电池组的运行状态，能够准确地计算电池的剩余电量，对电池实施充放电保护，促使其处在最佳工作状态，降低运行成本，提高使用寿命。目前，应用于电动车太阳能充电相关设备的锂电池管理***，其存在着可扩展性较低、***各种参数的测量不够精确、人机交互性较差等缺陷。

实用新型内容

为克服现有技术的不足及存在的问题，本实用新型提供一种锂电池管理***，该锂电池管理***具有设计合理，可扩展性强，***参数准确度高等优点。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种锂电池管理***，其包括一中央处理模块以及一个或多个本地测量模块，各本地测量模块均连接有一由锂电池组成的电池组且各本地测量模块均通过RS485总线与所述中央处理模块连接；

所述本地测量模块包括有主控模块，分别与主控模块连接的充电模块、均衡模块、数据采集模块以及电量计算模块；

所述本地测量模块用于对电池组进行数据测量，所述中央处理模块通过RS485总线通信方式对本地测量模块进行管理与控制，从而实现对电池组的监控及管理。

优选地，所述数据采集模块包括有分别与所述主控模块连接的电压采集模块、电流采集模块以及温度采集模块。

优选地，所述电压采集模块包括有相互连接的电压采集电路与光电隔离电路，所述电压采集电路先将电池组内各串的锂电池分别进行电压数据采集，然后对各电池组进行电压数据采集，再通过光电隔离电路将采集所得的电压数据传输到所述主控模块上，最后中央处理模块通过RS485总线从主控模块获取电池组的电压参数。

较佳地，所述温度采集模块通过光电隔离电路将电池组的温度信息传输至所述主控模块。

优选地，所述电流采集模块包括有放电控制电路、充电控制电路、电流采样及放大电路以及过流检测及保护电路，所述的放电控制电路、充电控制电路的一端均与所述电池组的正输出端B+，所述的充电控制电路依次通过充电控制开关、放电控制开关与所述电流采样及放大电路连接，所述的过流检测及保护电路与所述放电控制电路以及电流采样及放大电路均连接，所述放电控制电路还与所述放电控制开关连接，所述电池组的负输出端B-与所述过流检测及保护电路、电流采样及放大电路均连接，所述过流检测及保护电路还与放电控制开关和充电控制开关之间的公共节点J1连接。

进一步地，所述电流采集模块包括还包括有稳压电路，该稳压电路与放电控制电路和充电控制电路之间的公共节点J2连接；所述过流检测及保护电路还通过二极管与所述公共节点J1连接。

较佳地，所述过流检测及保护电路中的主控IC为精工半导体有限公司的IC S-8211DAJ-M5T1x；所述充电控制开关与放电控制开关为直流接触器。

较佳地，所述均衡模块中的主控IC的为精工半导体有限公司的S-8241ADTMC-GDTT2x。

本实用新型提供的锂电池管理***，其具有两级控制结构，分别为中央处理模块和本地测量模块，中央处理模块和本地测量模块通过RS485总线的形式实现通信连接，其采用模块化、分布式的设计，设计合理，可扩展性强，且人机交互性好；另外，电压采集模块在测量电压参数时，先以串为单位进行测量，再以电池组为单位进行测量，最后通过光电隔离电路将电压参数传输至主控模块，此外，电流采集模块与均衡模块均采用具有良好测量精度的电子元件，从而使得本实用新型具有测量精度高，传输数据安全可靠等优点。

附图说明

图1是本实用新型所述锂电池管理***的电路示意框图。

图2是本实用新型实施例所述本地测量模块的电路示意框图。

图3是本实用新型实施例所述电压采样模块与温度采样模块的电路图。

图4是本实用新型实施例所述均衡模块的电路图。

图5是本实用新型实施例所述电流采集模块的电路示意框图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如附图1-2所示，一种锂电池管理***，其包括一中央处理模块以及一个或多个本地测量模块，各本地测量模块均连接有一由锂电池组成的电池组且各本地测量模块均通过RS485总线与所述中央处理模块连接；

所述本地测量模块包括有主控模块，分别与主控模块连接的充电模块、均衡模块、数据采集模块以及电量计算模块；

所述本地测量模块用于对电池组进行数据测量，所述中央处理模块通过RS485总线通信方式对本地测量模块进行管理与控制，从而实现对电池组的监控及管理。

在本实施例中，所述数据采集模块包括有分别与所述主控模块连接的电压采集模块、电流采集模块以及温度采集模块。

在本实用新型实施例中，所述中央处理模块作为上位机，电池组的电池信息(如电池组总电压、单串电池电压、充放电电流、温度以及电流等信息)、均可显示在中央处理模块设置的显示器上，且用于控制本地测量模块对电池组进行检测管理的控制指令也均由中央处理模块发出。所述的主控模块，可以是由MCU构成的主控模。所述的中央处理模块、主控模块、充电模块以及电量计算模块等均为现有技术可实现的功能模块，在此不再详述。

以下对所述的数据采集模块和均衡模块作进一步的说明：

所述电压采集模块包括有相互连接的电压采集电路与光电隔离电路，所述电压采集电路先将电池组内各串的锂电池分别进行电压数据采集，然后对各电池组进行电压数据采集，再通过光电隔离电路将采集所得的电压数据传输到所述主控模块上，最后中央处理模块通过RS485总线从主控模块获取电池组的电压参数。另外，所述温度采集模块通过光电隔离电路将电池组的温度信息传输至所述主控模块，最后中央处理模块通过RS485总线从主控模块获取电池组的电压参数。

电池组内单串电池的单电池端电压，是实施电池剩余电量计算，充放电状态的选择，以及运行状态评估的一个主要依据，所以对电池组组进行监控的前提条件，就是要有一个合理的单电池端电压测量方法。然而由于电池组中电池数目多，总的电压比较高，而测量的精度要求高，因而实施电压测量的难度比较大，这也是现有技术中的电池管理***测量精度不高的原因之一。为解决这一技术问题，本电池管理***,是以多串模块的分布式的结构设计，其电压监测方案的工作原理是：首先，以单串电池为单位,进行电压测量(串数为数1至16串之间)，然后再对各电池组进行电压测量。

本实施例中的电压采集模块和温度采集模块的具体电路如附图3所示。本实施例中，温度采集模块的功能，是通过一个70℃(常闭)温度开关(图3中标号为KT的部件即为温度开关)实现的。每个电池组里均连接有一个用于温度采集的温度开关。

作为优选的实施例，所述均衡模块中的主控IC的为精工半导体有限公司的S-8241ADTMC-GDTT2x，均衡模块的具体电路图如附图4所示。在实施对串联连接的锂离子电池组充电时，因为电池组里的各单元化学特性的差异，如果一些单元电池充满电，但另一些单元电池却还没有充电完毕，这就会发生被充满电的电池单元产生过充电现象，这就会对锂离子电池影响很大。与此相反，如果那些锂离子电池不能长期充足电，及会增加内阻，降低锂离子电池的容量，导致锂离子电池的容易损坏。而解决锂离子电池在充电过程中的一些充电不足及过充问题的一个最有效的方法，就是实施对电池均衡充电，让所有的电池均可以达到均衡一致状态。利用本实施例中的均衡模块，可在充放电过程中依据检测到的各单体电池的电压值，进行对需均衡的单节电池动态均衡放电，以对该节电池电压进行管理与控制。

作为优选的实施例，所述电流采集模块如附图5所示，其包括有放电控制电路、充电控制电路、电流采样及放大电路以及过流检测及保护电路，所述的放电控制电路、充电控制电路的一端均与所述电池组的正输出端B+，所述的充电控制电路依次通过充电控制开关、放电控制开关与所述电流采样及放大电路连接，所述的过流检测及保护电路与所述放电控制电路以及电流采样及放大电路均连接，所述放电控制电路还与所述放电控制开关连接，所述电池组的负输出端B-与所述过流检测及保护电路、电流采样及放大电路均连接，所述过流检测及保护电路还与放电控制开关和充电控制开关之间的公共节点J1连接。

作为优选，所述电流采集模块包括还包括有稳压电路，该稳压电路与放电控制电路和充电控制电路之间的公共节点J2连接，该稳压电路用于给过流检测及保护电路提供稳定的工作电压；另外，所述过流检测及保护电路还通过二极管与所述公共节点J1连接。

本实施例中，所述过流检测及保护电路中的主控IC为精工半导体有限公司所述过流检测及保护电路中的主控IC为精工半导体有限公司的IC S-8211DAJ-M5T1x。另外，在电流采样及放大电路中，利用FL-2外附分流器构成实现电流采样，利用TI公司TLC27L7CDR实现采样放大。

本实施例中由TLC27L7CDR、精工IC S-8211DAJ-M5T1x、FL-2外附分流器等元件构成的电流采集模块，其拥有良好的测量精度，没有***损耗，线性度出色，电流过载能力比较好，在摄氏25度以下，其测量精度能够达到±0.2％。

与现有技术相比，本实用新型提供的锂电池管理***，其具有两级控制结构，分别为中央处理模块和本地测量模块，中央处理模块和本地测量模块通过RS485总线的形式实现通信连接，其采用模块化、分布式的设计，设计合理，可扩展性强，且人机交互性好；另外，电压采集模块在测量电压参数时，先以串为单位进行测量，再以电池组为单位进行测量，最后通过光电隔离电路将电压参数传输至主控模块，此外，电流采集模块与均衡模块均采用具有良好测量精度的电子元件，从而使得本实用新型具有测量精度高，传输数据安全可靠等优点。

上述实施例为本实用新型的较佳的实现方式，并非是对本实用新型的限定，在不脱离本实用新型的实用新型构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池管理***，其特征在于：包括一中央处理模块以及一个或多个本地测量模块，各本地测量模块均连接有一由锂电池组成的电池组且各本地测量模块均通过RS485总线与所述中央处理模块连接；

所述本地测量模块包括有主控模块，分别与主控模块连接的充电模块、均衡模块、数据采集模块以及电量计算模块；

所述本地测量模块用于对电池组进行数据测量，所述中央处理模块通过RS485总线通信方式对本地测量模块进行管理与控制，从而实现对电池组的监控及管理。

2.根据权利要求1所述的锂电池管理***，其特征在于：所述数据采集模块包括有分别与所述主控模块连接的电压采集模块、电流采集模块以及温度采集模块。

3.根据权利要求2所述的锂电池管理***，其特征在于：所述电压采集模块包括有相互连接的电压采集电路与光电隔离电路，所述电压采集电路先将电池组内各串的锂电池分别进行电压数据采集，然后对各电池组进行电压数据采集，再通过光电隔离电路将采集所得的电压数据传输到所述主控模块上，最后中央处理模块通过RS485总线从主控模块获取电池组的电压参数。

4.根据权利要求2所述的锂电池管理***，其特征在于：所述温度采集模块通过光电隔离电路将电池组的温度信息传输至所述主控模块。

5.根据权利要求2所述的锂电池管理***，其特征在于：所述电流采集模块包括有放电控制电路、充电控制电路、电流采样及放大电路以及过流检测及保护电路，所述的放电控制电路、充电控制电路的一端均与所述电池组的正输出端B+，所述的充电控制电路依次通过充电控制开关、放电控制开关与所述电流采样及放大电路连接，所述的过流检测及保护电路与所述放电控制电路以及电流采样及放大电路均连接，所述放电控制电路还与所述放电控制开关连接，所述电池组的负输出端B-与所述过流检测及保护电路、电流采样及放大电路均连接，所述过流检测及保护电路还与放电控制开关和充电控制开关之间的公共节点J1连接。

6.根据权利要求5所述的锂电池管理***，其特征在于：所述电流采集模块包括还包括有稳压电路，该稳压电路与放电控制电路和充电控制电路之间的公共节点J2连接。

7.根据权利要求6所述的锂电池管理***，其特征在于：所述过流检测及保护电路还通过二极管与所述公共节点J1连接。

8.根据权利要求5～7中任意一项所述的锂电池管理***，其特征在于：所述过流检测及保护电路中的主控IC为精工半导体有限公司的IC S-8211DAJ-M5T1x。

9.根据权利要求8所述的锂电池管理***，其特征在于：所述充电控制开关与放电控制开关为直流接触器。

10.根据权利要求9所述的锂电池管理***，其特征在于：所述均衡模块中的主控IC的为精工半导体有限公司的S-8241ADTMC-GDTT2x。