CN214626410U - 一种电池管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池管理***，包括：采集模块，用于采集电池组中单体电池的电压和温度参数信息，还包括：开关模块，用于旁路电池组中的单体电池；和与采集模块和开关模块电连接的控制模块，用于根据参数信息在电池组中有工作异常或过温的单体电池时，控制开关模块旁路对应的单体电池；其中，电池组中的各单体电池串联，且各单体电池均对应一个开关模块，以提高电池组的容量和效率。

Description

一种电池管理***

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种电池管理***。

背景技术

在现有技术中，为了解决电池组中各单体电池间差异性的问题，往往会对各单体电池进行均衡，以提高电池组的容量和效率。

其中，均衡模块主要分为主动均衡和被动均衡两大类。

被动均衡，一般是采用电阻放热的方式将高容量电池“多出的电量”进行释放，从而达到均衡的目的，其电路简单可靠，成本较低，但是电池效率较低。

主动均衡，一般是在对应的单体电池的电量过高时，通过均衡模块对外释放电能，以将多余的电量转移至其他高容量的电池组，或者回充至自己所在的电池组；反之，在对应的单体电池的电量过低时，则可通过均衡模块使外部电源对其进行充电，外部电源可以是自己所在的电池组或其他电池组。

但是，由于在主动均衡下，当均衡模块对电池组中的工作异常的单体电池进行均衡时，单体电池还在工作，因此均衡电流会比较低，进而导致均衡的效率较低，影响电池组的容量和效率；此外，主动均衡相较于被动均衡成本更高，电路复杂，可靠性低。

综上，关于如何提高电池组容量和效率的问题仍有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种电池管理***，以提高电池组的容量和效率。

为达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电池管理***，包括：采集模块，用于采集电池组中单体电池的电压和温度参数信息，还包括：开关模块，用于旁路电池组中的单体电池；和与采集模块和开关模块电连接的控制模块，用于根据参数信息在电池组中有工作异常或过温的单体电池时，控制开关模块旁路对应的单体电池；其中，电池组中的各单体电池串联，且各单体电池均对应一个开关模块。

进一步地，开关模块包括切换开关、第一二极管和第二二极管；切换开关包括常闭端、常开端和公共端，其常闭端与所述电池组中单体电池的负极连接，其常开端经过反向连接的第一二极管与电池组中单体电池的正极连接，其公共端与电池组中下一级单体电池的正极连接或电池组中最低电压的单体电池的负极连接，并经过正向连接的第二二极管与电池组中单体电池的正极连接。

进一步地，开关模块还包括开关驱动电路；切换开关为继电器；切换开关驱动电路包括第一电阻、第二电阻、三极管、第三二极管和第一电容；三极管的发射极与工作电源连接，并通过所述第一电阻与其基极连接；第二电阻的一端与控制模块电连接，另一端与三极管的基极连接；三极管的集电极经过反向连接的所述第三二极管接地；第一电容和所述继电器的线圈均与所述第三二极管管并联。

进一步地，控制模块还用于在处于充电状态下的电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于第一阈值且最高电压大于第二阈值时，控制对应继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路对应的单体电池。

进一步地，控制模块还用于在处于放电状态下的电池组中有单体电池的电压小于第三阈值时，控制对应的继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路对应的单体电池。

进一步地，还包括均衡模块；均衡模块用于对电池组中的单体电池进行均衡，且各单体电池均对应一个均衡模块；控制模块还用于在电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于第四阈值时开启均衡模块，小于第五阈值时关闭均衡模块。

进一步地，还包括通讯模块；通讯模块用于电信连接控制模块和上位机。

进一步地，控制模块还通过均衡模块依次对被旁路的单体电池进行核容，并通过通讯模块发送至上位机。

由上述对本实用新型的描述可知，相对于现有技术，本实用新型具有的如下有益效果：

1、通过设置开关模块，并通过控制模块根据参数信息在电池组中有工作异常或过温的单体电池时，控制开关模块旁路对应的单体电池的方式，使得电池组中有工作异常或过温的单体电池时，由电池组中其他单体电池组成的电池组仍能够正常工作，该设置有利于提高电池组的容量、效率以及安全性。

2、通过在开关模块中设置切换开关、第一二极管和第二二极管的方式，使得切换开关位于常闭端时，电池组中的各单体电池彼此串联正常工作，当切换开关位于常开端时，若电池组处于放电状态，电流从该单体电池同组的第二二极管流过，以旁路该单体电池，避免其影响由其他单体电池组成的电池组的正常工作，若电池组处于充电状态，电流从该单体电池同组的第一二极管流过，以旁路该单体电池，进而提供一种具体的实施方式提高电池组的容量、效率和安全性。

3、通过将切换开关设置成继电器，并提供切换开关驱动电路，以使得控制模块能够控制开关模块对工作异常的单体电池进行旁路切换，进而不影响由其他单体电池组成的电池组的工作，提高电池组的容量、效率以及安全性。

4、通过在处于充电状态下的电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于第一阈值且最高电压大于第二阈值时，控制对应所述继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路对应的单体电池的方式，避免了电池组在充电的过程中，由于单体电池间容量差异性的问题，导致某个单体电池过充，进而影响电池组的容量和效率。

5、通过在处于放电状态下的电池组中有单体电池的电压小于第三阈值时，控制对应的继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路对应的单体电池的方式，避免了电池组在放电的过程中，由于单体电池间差异性的问题，导致某个单体电池过放，进而影响电池组的容量和效率。

6、通过对各单体电池均设置一个对应的均衡模块，并在电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于第四阈值时开启均衡模块，小于第五阈值时关闭均衡模块，且将第四阈值设置成小于第一阈值的方式，提高电池组的容量和效率；实现该技术效果的原理如下：由于电池组在充电的过程中，充电电流往往比均衡模块的电流大；因此，当电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值偏高时，能够先通过均衡电流较小的均衡模块对单体电池进行均衡，以降低该单体电池的电压差值，只有当均衡模块达不到降低电压差值的速度时，才采用旁路的方式，切断充电电流，以达到电压平衡的效果。

7、通过设置在控制模块与上位机之间设置通讯模块，以使控制模块能够通过通讯模块将所采集到的电池参数信息发送至上位机，并通过人工的实时观测各单体电池的参数信息控制开关模块的切换。

8、通过设置控制模块对电池组中的单体电池进行核容，再将核容的参数信息发送至上位机的方式，以便于用户更加直观快速地了解电池组的健康状态。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，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为本实用新型实施例所述的一种电池管理***的工作原理图；

图2为本实用新型实施例所述的开关模块的工作原理图。

主要附图标记说明：

采集模块1、均衡模块2；控制模块MCU；

开关模块T、切换开关S、第一二极管D1、第二二极管D2；

第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1、第三二极管D3、第一电容C1；

通讯模块3、外部电源4。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参见图1至图2，本实用新型公开了一种电池管理***，其包括采集模块1、均衡模块2、通讯模块3、开关模块T以及控制模块MCU。

采集模块1用于采集电池组中单体电池的参数信息，在本实用新型的实施例中，采集模块1用于采集电池组中各单体电池的电压和温度；其中，电池组由若干单体电池串联而成。

均衡模块2，用于对电池组中的单体电池进行均衡处理；需要注意的是，均衡模块2可为主动均衡或被动均衡，在本新型的实施例中，以主动均衡为例；在本实用新型的实施例中，均衡模块2的数量与电池组中单体电池的数量一致。

开关模块T，用于旁路电池组中的单体电池，其包括切换开关S、第一二极管D1、第二二极管D2和切换开关S驱动电路；在本实用新型的实施例中，开关模块T的数量与电池组中的各单体电池的数量一致。

切换开关S包括常闭端、常开端和公共端，其常闭端与电池组中单体电池的负极连接，其常开端经过反向连接的第一二极管D1与电池组中单体电池的正极连接，其公共端与电池组中下一级单体电池的正极连接或电池组中最低电压的单体电池的负极连接，并经过正向连接的第二二极管D2与电池组中单体电池的正极连接。

在本实用新型的实施例中，切换开关S为继电器。

切换开关S驱动电路用于驱动继电器切换，其包括第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1、第三二极管D3和第一电容C1。

三极管Q1的发射极与工作电源连接，并通过所述第一电阻R1与其基极连接；在本实施例中，工作电源为+5V；第二电阻R2的一端与控制模块MCU电连接，另一端与三极管Q1的基极连接；三极管Q1的集电极与第三二极管D3的阴极连接；第三二极管D3的阳极接地；第一电容C1和继电器的线圈均与第三二极管D3并联。

控制模块MCU分别与采集模块1、均衡模块2以及开关模块T电连接，在本实用新型的实施例中，控制模块MCU为单片机，其型号为DSPIC33FJ128GP708a。

其中，电池组中的各单体电池串联，且各单体电池均对应一个均衡模块2和一个开关模块T，在本实用新型的实施例中，各均衡模块2与对应的单体电池并联，各开关模块T与对应的单体电池串联。

通讯模块3用于电信连接控制模块MCU和上位机，以使控制模块MCU能够通过通讯模块3将电池组中各单体电池的参数信息发送至上位机。

控制模块MCU用于根据参数信息在电池组中有工作异常或过温的单体电池时，控制开关模块T旁路对应的单体电池，以提高电池组的容量、效率以及安全性；在本实用新型的实施例中，电池中有单体电池的温度超过60℃时为过温，当有单体电池的电压为0V时为工作异常。

控制模块MCU还用于在处于充电状态下的电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于第一阈值且最高电压大于第二阈值时，控制对应的继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路对应的单体电池；在本实用新型的实施例中，第一阈值为0.25V,第二阈值为3.65V；该设置避免了电池组在充电的过程中，由于单体电池间容量差异性的问题，导致某个单体电池过充，进而影响电池组的容量和效率的情况。

控制模块MCU还用于在处于放电状态下的电池组中有单体电池的电压小于第三阈值时，控制对应的继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路对应的单体电池；在本实用新型的实施例中，第三阈值为2.5V；该设置避免了电池组在放电的过程中，由于单体电池间差异性的问题，导致某个单体电池过放，进而影响电池组的容量和效率。

控制模块MCU还用于在电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于第四阈值时开启均衡模块2，小于第五阈值时关闭均衡模块2，且第四阈值小于第一阈值；在本实用新型的实施例中，第四阈值为0.03V,第五阈值为0.01V；该设置使得电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值偏高时，能够先通过均衡电流较小的均衡模块2对单体电池进行均衡，以降低该单体电池的电压差值，只有当均衡模块2达不到降低电压差值的速度时，才采用旁路的方式，切断充电电流，以达到电压平衡的效果；在本实用新型的实施例中，均衡模块2通过将电压偏高的单体电池的电量转移至外部电源4中，以降低该单体电池的电压。

在其他实施例中，当控制器内未设置阈值时，则可通过通讯模块3将各单体电池的参数信息发送至上位机，并通过人工实时观测各单体电池的参数信息的方式确定需要旁路的单体电池，并通过控制模块MCU控制开关模块T的切换。

控制模块MCU还通过均衡模块2依次对被旁路的单体电池进行核容，并通过通讯模块3发送至上位机。

在具体的工作过程中，当电池组的两端接于负载时，电池组处于放电状态；控制模块MCU通过采集模块1获得电池组中各单体电池的电压以及温度的参数信息。

电池组在充电状态下，当电池组中有单体电池的温度高于60℃或电压为0V时，控制模块MCU开启与该单体电池对应的开关模块T，使得开关模块T中的继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路该单体电池，此时电流流经对应的第二二极管D2。

当电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于0.25V且最高电压大于3.65V时，控制模块MCU开启与该单体电池对应的开关模块T，使得开关模块中的继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路该单体电池，此时电流流经第二二极管D2。

当电池组中有单体电池有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于0.03V时，控制模块MCU开启均衡模块2，均衡模块2可通过将该单体电池的电量转移至外部电源4或其他电池组的方式降低该单体电池的最高电压和最低电压的差值，但由于均衡电路往往比充电电流小；因此，当均衡模块2达不到降低电压差值的速度时，才开启开关模块T，以旁路该单体电池，切断充电电流，以达到电压平衡的效果。

电池组在放电状态下，当电池组中有单体电池的温度高于60℃或电压为0V时，控制模块MCU开启与该单体电池对应的开关模块T，使得开关模块T中的继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路该单体电池，此时电流流经对应的第二二极管D1。

当电池组中有单体电池的电压小于2.5V时，控制模块MCU开启与该单体电池对应的开关模块T，使得开关模块T中的继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路该单体电池，此时电流流经第一二极管D1。

与此同时，为了便于用户更直观快速地了解电池组中各单体电池的健康状态，控制模块MCU还对被旁路的单体电池进行核容；在对某一单体电池进行核容时，控制模块MCU通过开关模块T旁路该单体电池，通过均衡模块2进行充放电，从而得到核容的结果，并检查电池的健康状态；其中，健康状态的计算如下：设定电池容量为100％时，其对应的健康状态为100；当电池容量为80％时，其健康状态值则为＝{(当前的电池容量/新电池的电池容量)-80％}/(1-80％)；如此一来，用户则可直接观测健康状态值来快速判断电池的健康状态。

综上，本实用新型所提供的一种电池管理***，不仅解决了电池组中单体电池差异性的问题，且提高了电池组的容量和效率。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池管理***，包括：

采集模块，用于采集电池组中单体电池的电压和温度参数信息，其特征在于：还包括：开关模块，用于旁路电池组中的单体电池；

和与所述采集模块和开关模块电连接的控制模块，用于根据所述参数信息在所述电池组中有工作异常或过温的单体电池时，控制所述开关模块旁路对应的单体电池；

其中，所述电池组中的各单体电池串联，且各单体电池均对应一个所述的开关模块。

2.如权利要求1所述的一种电池管理***，其特征在于：所述开关模块包括切换开关、第一二极管和第二二极管；

所述切换开关包括常闭端、常开端和公共端，其常闭端与所述电池组中单体电池的负极连接，其常开端经过反向连接的所述第一二极管与所述电池组中单体电池的正极连接，其公共端与所述电池组中下一级单体电池的正极连接或电池组中最低电压的单体电池的负极连接，并经过正向连接的所述第二二极管与所述电池组中单体电池的正极连接。

3.如权利要求2所述的一种电池管理***，其特征在于：所述开关模块还包括开关驱动电路；所述切换开关为继电器；所述切换开关驱动电路包括第一电阻、第二电阻、三极管、第三二极管和第一电容；

所述三极管的发射极与工作电源连接，并通过所述第一电阻与其基极连接；所述第二电阻的一端与所述控制模块电连接，另一端与所述三极管的基极连接；

所述三极管的集电极经过反向连接的所述第三二极管接地；

所述第一电容和所述继电器的线圈均与所述第三二极管管并联。

4.如权利要求3所述的一种电池管理***，其特征在于：所述控制模块还用于在处于充电状态下的电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于第一阈值且最高电压大于第二阈值时，控制对应所述继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路对应的单体电池。

5.如权利要求4所述的一种电池管理***，其特征在于：所述控制模块还用于在处于放电状态下的电池组中有单体电池的电压小于第三阈值时，控制对应的所述继电器由其常闭端切换至常开端，以旁路对应的单体电池。

6.如权利要求5所述的一种电池管理***，其特征在于：还包括均衡模块；所述均衡模块用于对所述电池组中的单体电池进行均衡，且各单体电池均对应一个所述的均衡模块；所述控制模块还用于在所述电池组中有单体电池的最高电压和最低电压的差值大于第四阈值时开启所述均衡模块，小于第五阈值时关闭所述均衡模块，且所述第四阈值小于所述第一阈值。

7.如权利要求6所述的一种电池管理***，其特征在于：还包括通讯模块；所述通讯模块用于电信连接所述控制模块和上位机。

8.如权利要求7所述的一种电池管理***，其特征在于：所述控制模块还通过所述均衡模块依次对被旁路的单体电池进行核容，并通过所述通讯模块发送至所述上位机。

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