二次電池組充放電管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種二次電池組充放電管理系統(tǒng)，包括：電池組、升降壓模塊、主控模塊；電池組由多個(gè)單體電池模塊串聯(lián)而成；單體電池模塊的自控部分用于控制串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合；主控模塊用于根據(jù)電池組的工作狀態(tài)產(chǎn)生控制電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)的信號(hào)、選擇單節(jié)電池串接入電池組的信號(hào)，并控制升降壓電路調(diào)整充放電電壓、電流。采用本發(fā)明提供的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，在單節(jié)電池容量與內(nèi)阻存在差異的情況下，提高整體電池組的利用率、壽命和安全性；通過(guò)計(jì)算均衡使用電池電量；在不使用升壓電路的情況下，可以得到不同電壓；進(jìn)而降低使用該二次電池組充放電系統(tǒng)的電動(dòng)車等用電設(shè)備的運(yùn)行成本，提高設(shè)備整體工作效率。
【專利說(shuō)明】二次電池組充放電管理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地，涉及一種二次電池組充放電管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]電池組，尤其是動(dòng)力電池組，應(yīng)用越來(lái)越多，如電動(dòng)工具、各種電動(dòng)車等等，電池的個(gè)體差異及在使用的環(huán)境差異，使電池個(gè)體的容量和內(nèi)阻存在差異，并在日積月累后變化更大，如不加以控制管理，會(huì)對(duì)充放電安全、整體使用容量及壽命造成巨大影響。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)對(duì)電池組充放電管理注重于讓各個(gè)電池在充放電時(shí)平衡，以便于共同進(jìn)退，采用的是被動(dòng)均衡(分流式或耗能式均衡)和主動(dòng)均衡(無(wú)損均衡)。其中，被動(dòng)均衡電路簡(jiǎn)單、成本低，但效果差，發(fā)熱量高，能源利用率低，并且只能是在充電時(shí)起到作用，放電時(shí)無(wú)法均衡。
[0004]主動(dòng)均衡能在充放電都起作用，但目前只停留于概念或?qū)嶒?yàn)室研究中，市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值不大，主要原因如下:1、均衡電流太小，不能滿足實(shí)際要求；2、在電動(dòng)汽車等應(yīng)用中，工作電流大，均衡電流也要大，則均衡設(shè)備體積大，成本高，安裝在車上耐振耐候性差，因而整體可靠性差；3、雖然效率比被動(dòng)式高很多，但仍不夠，并產(chǎn)生散熱問(wèn)題。
[0005]另外，無(wú)論是被動(dòng)均衡還是主動(dòng)均衡，當(dāng)電池組中單個(gè)電池出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題時(shí)(比如斷路、短路、內(nèi)阻很大無(wú)法安全放電等情況時(shí))整體電池組就只好跟著罷工，無(wú)法避開(kāi)問(wèn)題電池而選擇使用正常電池。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種二次電池組充放電管理系統(tǒng)，在單節(jié)電池容量存在差異的情況下，能充分使用電池組中每節(jié)電池電量，提高整體電池組的利用率和安全性。
[0007]為了解決上述問(wèn)題，提供了一種二次電池組充放電管理系統(tǒng)，包括:電連接一起的電池組、升降壓模塊、電池組的主控模塊；所述電池組由預(yù)設(shè)數(shù)量的單體電池模塊串聯(lián)而成，每個(gè)單體電池模塊包括:電路部分和自控部分；所述升降壓模塊包括:并聯(lián)連接升降壓電路和電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)；每個(gè)所述單體電池模塊的電路部分包括:單節(jié)電池，與所述單節(jié)電池串聯(lián)的串入開(kāi)關(guān)，與所述單節(jié)電池和串入開(kāi)關(guān)串聯(lián)而成的電路進(jìn)行并聯(lián)的旁路開(kāi)關(guān)，與所述串入開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第一二極管，與所述旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第二二極管；所述單體電池模塊的自控部分具體為單體自控模塊，用于產(chǎn)生控制所述串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合的信號(hào)；所述主控模塊用于根據(jù)電池組的工作狀態(tài)產(chǎn)生控制所述電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)的信號(hào)、選擇單節(jié)電池串接入電池組的信號(hào)，并控制所述升降壓電路調(diào)整充放電電壓和充放電電流。
[0008]可選的，所述主控模塊具體包括:主檢測(cè)單元，用于檢測(cè)電池組升降壓電路前端和后端的電壓和電流以用于對(duì)所述電池組的充放電控制；主數(shù)據(jù)處理單元，用于獲取充電設(shè)備、用電設(shè)備的請(qǐng)求及數(shù)據(jù)、各個(gè)所述單體電池模塊和整體電池組的充放電容量、性能參數(shù)并進(jìn)行估算，從而輸出對(duì)電池組的充放電電流、電壓、單節(jié)電池是否投入使用的控制信息、向所述充電設(shè)備或用電設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)和/或報(bào)警信息；充放電控制單元，用于根據(jù)主數(shù)據(jù)處理單元輸出的控制信息控制所述電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)、控制所述升降壓電路工作時(shí)的電壓和電流；主控供電單元，用于為所述主控模塊供電。
[0009]可選的，所述主控模塊還包括:安全保護(hù)單元，用于檢測(cè)影響主控模塊正常工作的溫度、環(huán)境、進(jìn)水、壓力、煙霧、碰撞、短路等性能參數(shù)，發(fā)送信息給主數(shù)據(jù)處理單元作為主控模塊產(chǎn)生對(duì)電路控制和保護(hù)信號(hào)的條件和依據(jù)；溫度管控單元，用于檢測(cè)整個(gè)電池組的溫度以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池組的溫度的控制和管理；休眠和喚醒單元，用于在獲知電池組處于不放電也不充電狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生送至自控模塊的關(guān)閉自控部分電路的信號(hào)，使電池組進(jìn)入休眠狀態(tài)；以及在自控模塊進(jìn)入深度休眠需要喚醒時(shí)，控制輔助隔離供電單元為單體自控模塊供電以喚醒單體自控模塊進(jìn)入工作狀態(tài)。
[0010]可選的，所述單體自控模塊包括:身份標(biāo)識(shí)單元，用于標(biāo)識(shí)單體自控模塊唯一的身份；電壓傳感器，用于檢測(cè)單節(jié)電池充放電時(shí)的電壓，并將檢測(cè)到的電壓值傳輸給數(shù)據(jù)處理單元；溫度傳感器，用于檢測(cè)單節(jié)電池的溫度，并將檢測(cè)到的溫度值傳輸給數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元，對(duì)來(lái)自主控模塊的信息、單節(jié)電池充放電過(guò)程中的性能參數(shù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)以及進(jìn)行運(yùn)算處理從而產(chǎn)生送至串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路，在接收到數(shù)據(jù)處理單元發(fā)出的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)作為串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)的MOS器件、磁保持繼電器或磁保持接觸器工作；通訊單元，用于實(shí)現(xiàn)單體電池模塊與主控模塊的之間的雙向隔離通訊，向主控模塊發(fā)送單體電池模塊的性能參數(shù)和/或工作狀態(tài)、接收主控模塊向單體電池模塊發(fā)送的控制信號(hào)。
[0011]可選的，所述單體自控模塊還包括:安全檢測(cè)單元，用于檢測(cè)影響單節(jié)電池正常工作的壓力、碰撞、煙霧、進(jìn)水、驅(qū)動(dòng)供電電壓、串入與旁路開(kāi)關(guān)及并聯(lián)二極管的溫度，發(fā)送信息給所述數(shù)據(jù)處理單元以產(chǎn)生切斷串入開(kāi)關(guān)、閉合旁路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)確保單節(jié)電池安全并向主控模塊發(fā)送故障信號(hào)；開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元，用于檢測(cè)串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理單元以產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)從而確保一個(gè)開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)后再閉合另外一個(gè)開(kāi)關(guān)，防止共通短路；安全保護(hù)電路，用于當(dāng)單體電池內(nèi)阻過(guò)大及斷路或單體電池發(fā)生短路時(shí)，一方面單體自控模塊供電由輔助隔離供電接替，另一方面由保護(hù)電路直接斷開(kāi)串入開(kāi)關(guān)，接通旁路開(kāi)關(guān)，使單體電池旁路掉，以實(shí)現(xiàn)瞬間保護(hù)單體自控模塊的電子器件免遭損壞；輔助隔離供電單元，用于當(dāng)單體電池不能正常給所述單體自控模塊供電時(shí)或單體自控模塊進(jìn)入深度休眠需要喚醒時(shí)，在所述主控模塊的控制下給單體自控模塊供電；自控供電電路，一方面用于為所述單體自控模塊提供穩(wěn)定供電電壓，另一方面為功率MOS器件驅(qū)動(dòng)電路提供驅(qū)動(dòng)供電。
[0012]可選的，所述單體自控模塊還包括:狀態(tài)指示電路，通過(guò)狀態(tài)指示燈指示當(dāng)前電池的工作狀態(tài)，以便快速找出不良電池；監(jiān)視電路，用于在高可靠性應(yīng)用中對(duì)電池的各個(gè)信息進(jìn)行監(jiān)視。
[0013]可選的，所述串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)具體為磁保持繼電器或磁保持接觸器。
[0014]可選的，所述串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)具體為低壓大電流低導(dǎo)通電阻的功率MOS器件；所述第一二極管、第二二極管為所述功率MOS器件自身寄生二極管或肖特基二極管。
[0015]可選的，所述自控模塊還包括:驅(qū)動(dòng)供電電路，用于為驅(qū)動(dòng)MOS器件供電。
[0016]可選的，在提供的二次電池組充放電管理系統(tǒng)實(shí)施例中，用法拉電容作為所述單節(jié)電池使用。
[0017]可選的，所述升降壓電路具體為:由一個(gè)電感和兩個(gè)功率MOS器件或兩個(gè)IGBT器件組成的半橋型升降壓主電路。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明提供的二次充電電池組管理系統(tǒng)采用旁路方式對(duì)由預(yù)設(shè)數(shù)量的單體電池串聯(lián)而成的電池組的充電和放電進(jìn)行管理，在單節(jié)電池容量存在差異的情況下，讓先放盡或充滿的單體電池模塊旁路退出；在不使用升壓電路的情況下，可以得到不同電壓；主控模塊可以根據(jù)充電設(shè)備或驅(qū)動(dòng)設(shè)備需要，通過(guò)計(jì)算均衡使用電池電量；進(jìn)而降低使用該二次電池組充放電系統(tǒng)的電動(dòng)車等設(shè)備的運(yùn)行成本，提高設(shè)備的整體工作效率。充放電更加充分，均衡使用電池電量。實(shí)現(xiàn)電池組中單體電池模塊使用的最優(yōu)化以及改善電池組的性能和耐久性，提高整體電池組的利用率和安全性。
[0019]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
圖1是本發(fā)明一種二次電池組充放電管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中電路部分實(shí)施例一的示意圖；
圖3是本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中電路部分實(shí)施例二的示意圖；
圖4是本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中升降壓模塊實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是每個(gè)單體電池模塊中單體自控模塊實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)框圖；
圖6是每個(gè)單體電池模塊中單體自控模塊實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)框圖；
圖7是本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中主控模塊實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)框圖；
圖8是本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中主控模塊實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例的核心構(gòu)思之一在于，二次充電電池組采用旁路(斷流)方式由對(duì)預(yù)設(shè)數(shù)量的單體電池串聯(lián)而成的電池組的充電和放電進(jìn)行管理。所謂旁路(斷流)方式是指當(dāng)單體電壓在滿足一定條件時(shí)，或者是外部控制下，把單節(jié)電池的回路斷開(kāi)，并使用另一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行旁路。主控模塊可以根據(jù)充電設(shè)備或驅(qū)動(dòng)設(shè)備需要制定控制策略決定使用或不使用某些單體電池，實(shí)現(xiàn)電池組中單體電池模塊使用的最優(yōu)化以及改善電池組的性能和耐久性。
[0022]參照?qǐng)D1，示出了本發(fā)明一種二次電池組充放電管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，包括，電連接在一起的電池組1、電池組的升降壓模塊2、電池組的主控模塊3。
[0023]其中，電池組I由預(yù)設(shè)數(shù)量的單體電池模塊11串聯(lián)而成。每個(gè)單體電池模塊11包括:電路部分和單體自控部分。
[0024]升降壓模塊2包括:升降壓電路和電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)，二者并聯(lián)連接。
[0025]主控模塊3用于根據(jù)電池組I的工作狀態(tài)產(chǎn)生控制電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)k0的信號(hào)、選擇單節(jié)電池串接入電池組的信號(hào)，并控制升降壓電路調(diào)整充放電電壓和充放電電流。其中，選擇單節(jié)電池串接入電池組的信號(hào)包括選擇單節(jié)電池的數(shù)目以及對(duì)應(yīng)單節(jié)電池的ID信息等。
[0026]圖2示出了本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中電路部分實(shí)施例一的示意圖，每個(gè)電池組由預(yù)設(shè)數(shù)量的單體電池模塊11串聯(lián)而成，每個(gè)單體電池模塊11具有唯一的ID ；電池組與升降壓模塊連接。
[0027]每個(gè)單體電池模塊11包括:電路部分111和自控部分112。其中，單體電池模塊的電路部分111具體包括:單節(jié)電池BAT，與單節(jié)電池BAT串聯(lián)的串入開(kāi)關(guān)kl，與單節(jié)電池BAT和串入開(kāi)關(guān)kl串聯(lián)而成的電路進(jìn)行并聯(lián)的旁路開(kāi)關(guān)k2，與串入開(kāi)關(guān)kl并聯(lián)的第一二極管D1，與旁路開(kāi)關(guān)k2并聯(lián)的第二二極管D2。此處需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例中也可以將多個(gè)電池并聯(lián)而成的電池看作單節(jié)電池，或者將法拉電容即超級(jí)電容作為單節(jié)電池使用。
[0028]根據(jù)不同的應(yīng)用，串入開(kāi)關(guān)kl和旁路開(kāi)關(guān)k2選用的器件也不相同，如果該電源系統(tǒng)用于低倍率放電或有可能長(zhǎng)時(shí)間放置不用的設(shè)備中，可以采用磁保持繼電器作為串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)。如果電源系統(tǒng)主要用于電動(dòng)車等高倍率放電設(shè)備，則可使用低壓大電流低導(dǎo)通電阻功率MOS器件作為串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)，上述MOS器件可以是MOS管或MOS模塊。在以磁保持繼電器為開(kāi)關(guān)的應(yīng)用中，串入開(kāi)關(guān)kl和旁路開(kāi)關(guān)k2分別為同一繼電器或接觸器的常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)。繼電器線圈在驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)脈沖作下實(shí)現(xiàn)常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)的切換，本實(shí)施例中，串入開(kāi)關(guān)kl和旁路開(kāi)關(guān)k2選用磁保持繼電器或磁保持接觸器。
[0029]磁保持繼電器(接觸器)和普通繼電器的區(qū)別在于，普通繼電器中的一種狀態(tài)，需要持續(xù)的電流來(lái)保持，一方面消耗能量，另一方面產(chǎn)生熱量，磁保持繼電器的兩個(gè)狀態(tài)，均不需電流來(lái)保持，只需觸發(fā)，也沒(méi)有線圈熱量。更重要的是由此構(gòu)成的電池組，無(wú)論電池是否向外供電，繼電器均不消耗電池電量(切換瞬間除外)對(duì)于一些低倍率放電和可能長(zhǎng)期不用的應(yīng)用中尤為合適。
[0030]本實(shí)施例中，升降壓模塊包括:電池組對(duì)外供電升壓電路21、電池組充電降壓電路22、電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)k0，三者相互并聯(lián)。
[0031]其中，電池組對(duì)外供電升壓電路21用于電池組向外供電，包括但不限于圖2中的電路連接方式。電池組充電降壓電路22用于電池組充電以及制動(dòng)應(yīng)用中能量回收，包括但不限于示意圖中的主電路形式。電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)k0，此開(kāi)關(guān)實(shí)際上由預(yù)短接開(kāi)關(guān)和短接開(kāi)關(guān)構(gòu)成，在要閉合短接開(kāi)關(guān)時(shí)，預(yù)短接開(kāi)關(guān)先閉合，這個(gè)開(kāi)關(guān)串接了一只預(yù)充放電電阻，以防止開(kāi)關(guān)兩端的電壓差過(guò)大時(shí)電流沖擊，然后閉合短接開(kāi)關(guān)。為簡(jiǎn)單示意，本申請(qǐng)中將上述開(kāi)關(guān)組合簡(jiǎn)化成一個(gè)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)本身可由繼電器、接觸器或功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)構(gòu)成。
[0032]圖3示出了本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中電路部分實(shí)施例二的示意圖，與圖2所示電路不同之處在于:在本實(shí)施例中，每個(gè)單體電池模塊11中的電路部分選用功率MOS器件作為串入開(kāi)關(guān)kl和旁路開(kāi)關(guān)k2。MOSFET具有雙向?qū)üδ埽丛贕與S上施加正確的電壓后，MOS器件導(dǎo)通后，電流即可以從D流向S，也可以從S流向D。
[0033]目前低壓(一般低于40伏)大功率大電流低導(dǎo)通電阻功率MOS器件的內(nèi)阻已經(jīng)很低，比如，我們用100節(jié)鐵鋰電池串聯(lián)的電池組，最大放電電流200A，每路開(kāi)關(guān)選取8-10個(gè)IRFS7430-7P功率管并聯(lián)，則導(dǎo)通電阻單個(gè)只有0.55毫歐。并聯(lián)后只有約0.07毫歐，整體100個(gè)單元串聯(lián)后約為7毫歐，在最大電流下的損耗相對(duì)輸出功率也是很小的。
[0034]在以功率MOS器件為開(kāi)關(guān)的應(yīng)用中，串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)二極管可以是自身寄生二極管，也可以根據(jù)實(shí)際需求并聯(lián)肖特基二極管。優(yōu)選的，作為旁路開(kāi)關(guān)k2的功率MOS器件選用NM0S。而作為串入開(kāi)關(guān)kl的MOS器件，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，可選用NMOS器件，也可選用PMOS器件，其中，PMOS器件驅(qū)動(dòng)方便，但導(dǎo)通電阻大、成本高；NM0S器件成本低，導(dǎo)通電阻小，但驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。
[0035]從實(shí)用性方面考慮，例如在電動(dòng)車類大電流應(yīng)用中，采用多只低壓(40V左右及以下)大電流低導(dǎo)通電阻的功率NMOS器件(可多只并聯(lián))做開(kāi)關(guān)，最終目標(biāo)使電池組在IC放電率下，電池組的總開(kāi)關(guān)損耗小于電池組輸出功率的0.5%左右，最高可支持3-5C充放電，也可支持更高，但增加成本，因而具有實(shí)用價(jià)值。雖然所選MOS器件耐壓較低，整體電池組的電壓可能會(huì)高于單個(gè)MOS器件的耐壓，但由于開(kāi)關(guān)上的并聯(lián)二極管，再加上自控單元中的保護(hù)電路，電路是可以安全工作的。
[0036]可選的，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，電池組的升降壓模塊可由圖4所示的結(jié)構(gòu)代替，升降壓電路采用圖4中所示的由半橋型雙向DCDC構(gòu)成的高效帶同步整流的升降壓電路代替。主電路由一個(gè)電感和兩個(gè)功率MOS器件或兩個(gè)IGBT器件構(gòu)成，電感一端連接電池組正極，另一端與上邊功率MOS器件的源極(對(duì)應(yīng)IGBT器件的發(fā)射極)、下邊功率MOS器件的漏極(對(duì)應(yīng)IGBT器件的集電極)相連，下邊功率MOS器件的源極與電池組的負(fù)極相連，上邊功率MOS器件漏與輸出相連，此電路能實(shí)現(xiàn)電池組對(duì)外升壓供電及外部對(duì)電池組降壓充電，并且效率高，使用器件數(shù)量少。當(dāng)用做電池組對(duì)外升壓供電時(shí)，上邊功率器件相當(dāng)于帶同步整流升壓電路(BOOST電路)中的同步整流續(xù)流二極管，下邊的功率器件相當(dāng)于帶同步整流升壓電路中的開(kāi)關(guān)管，當(dāng)用做外部對(duì)電池組充電時(shí)，上邊功率器件相當(dāng)于帶同步整流降壓電路(BUCK電路)的開(kāi)關(guān)管，下邊功率器件相當(dāng)于帶同步整流降壓電路中的同步整流續(xù)流二極管。
[0037]以上對(duì)本發(fā)明提供的二次電池組充放電管理系統(tǒng)的電路部分作了詳細(xì)介紹。在上述電路基礎(chǔ)上，每個(gè)單體電池模塊還包括:單體自控模塊112，用于根據(jù)單節(jié)電池的參數(shù)產(chǎn)生控制串入開(kāi)關(guān)kl、旁路開(kāi)關(guān)k2斷開(kāi)或閉合的信號(hào)以控制單節(jié)電池接入或退出電池組、實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。
[0038]圖5示出了每個(gè)單體電池模塊中單體自控模塊實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)框圖，包括:
身份標(biāo)識(shí)單元1121，用于標(biāo)識(shí)單體自控模塊唯一的身份。
[0039]電壓傳感器1122，用于檢測(cè)單節(jié)電池充放電時(shí)兩端的電壓，并將檢測(cè)到的電壓值傳輸給數(shù)據(jù)處理單元；同上，此處所述單節(jié)電池可以是一節(jié)電池，也可以是由預(yù)設(shè)數(shù)量的電池并聯(lián)而成的電池包等同的單節(jié)電池。
[0040]溫度傳感器1123，用于檢測(cè)單節(jié)電池的溫度，并將檢測(cè)到的溫度值傳輸給數(shù)據(jù)處理單元。
[0041]數(shù)據(jù)處理單元1124，對(duì)來(lái)自主控模塊的信息、單節(jié)電池充放電過(guò)程中的性能參數(shù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)以及進(jìn)行運(yùn)算處理從而產(chǎn)生送至串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。
[0042]上述來(lái)自主控模塊的信息包括:充放電閾值電壓、接入電池組的控制信息等。單體電池在不同充放電倍率的情況下充放電閾值是不同的，該閾值由主控模塊來(lái)產(chǎn)生，例如在快速充放電的情況下為保證充放電安全，相對(duì)于正常充放電閾值而言，應(yīng)縮小閾值范圍。
[0043]產(chǎn)生串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)的過(guò)程可以具體為:當(dāng)檢測(cè)到的實(shí)際電壓高于額定上限值或低于額定下限值時(shí)，產(chǎn)生先斷開(kāi)串入開(kāi)關(guān)然后閉合旁路開(kāi)關(guān)的信號(hào)，使單體電池從整個(gè)電池組中切斷而停止工作，防止單體電池過(guò)充過(guò)放；當(dāng)檢測(cè)到單體電池的實(shí)際溫度高于預(yù)置溫度時(shí)，產(chǎn)生同上信號(hào)。
[0044]驅(qū)動(dòng)電路1125，在接收到數(shù)據(jù)處理單元1124發(fā)出的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)作為串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)的MOS器件、磁保持繼電器或磁保持接觸器工作。
[0045]自控供電電路，一是為自控芯片提供合適的穩(wěn)定供電電壓，二是為MOS器件驅(qū)動(dòng)電路提供驅(qū)動(dòng)供電，供電輸入來(lái)自單體電池或輔助隔離供電。
[0046]當(dāng)串入、旁路開(kāi)關(guān)選用MOS器件時(shí)，因?yàn)镸OS器件驅(qū)動(dòng)時(shí)需要1V左右供電，串入開(kāi)關(guān)可能需要隔離的1V供電，因此需要設(shè)置供電電路作為MOS器件的驅(qū)動(dòng)供電電路；用磁保持繼電器作開(kāi)關(guān)一般則不需要獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)供電，直接取自單體電池及輔助隔離供電。
[0047]通訊單元1126，用于實(shí)現(xiàn)單體電池模塊與主控模塊的之間的雙向隔離通訊，向主控模塊發(fā)送單體電池模塊的性能參數(shù)和/或工作狀態(tài)、接收主控模塊向單體電池模塊發(fā)送的控制信號(hào)；具體采用CAN總線或485總線等總線通訊方式實(shí)現(xiàn)單體電池自控模塊與主控模塊之間通訊。
[0048]進(jìn)一步地，圖6示出了每個(gè)單體電池模塊中單體自控模塊實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)框圖，在圖5所示實(shí)施例一的基礎(chǔ)上還可以包括:
安全檢測(cè)單元1127，用于檢測(cè)影響單節(jié)電池正常工作的壓力、碰撞、煙霧、進(jìn)水、驅(qū)動(dòng)供電電壓、串入與旁路開(kāi)關(guān)及并聯(lián)二極管的溫度等信息，發(fā)送信息給數(shù)據(jù)處理單元1124以產(chǎn)生切斷串入開(kāi)關(guān)、閉合旁路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)確保單節(jié)電池安全并向主控模塊發(fā)送故障信號(hào)。
[0049]下面以檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電壓為例，說(shuō)明安全檢測(cè)單元1127的工作過(guò)程:當(dāng)檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)供電電壓不在合理范圍內(nèi)時(shí)，向主控模塊發(fā)出故障信號(hào)，以便主控決定整個(gè)電池組的工作狀態(tài)。特殊情況下，在檢測(cè)到單體電池受到壓力、碰撞、煙霧等嚴(yán)重威脅電池安全的信息時(shí)，發(fā)送信息給所述數(shù)據(jù)處理單元以產(chǎn)生切斷串入開(kāi)關(guān)、閉合旁路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)確保單節(jié)電池安全并向主控模塊發(fā)送故障信號(hào)。
[0050]開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元1128，用于檢測(cè)串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元以產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)從而確保一個(gè)開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)后再閉合另外一個(gè)開(kāi)關(guān)，防止共通短路。
[0051]安全保護(hù)電路1129，用于當(dāng)檢測(cè)到單體電池內(nèi)阻過(guò)大及斷路或單體電池發(fā)生短路時(shí)，一方面單體自控模塊供電由輔助隔離供電接替；另一方面由保護(hù)電路直接斷開(kāi)串入開(kāi)關(guān)kl，接通旁路開(kāi)關(guān)k2，使單節(jié)電池旁路掉，以實(shí)現(xiàn)瞬間保護(hù)單體自控模塊的電子元器件免遭損壞。由于單體自控模塊需要響應(yīng)時(shí)間，遇到上述情況不能及時(shí)保護(hù)，所以不通過(guò)單體自控模塊執(zhí)行，而是由安全保護(hù)電路直接執(zhí)行。
[0052]輔助隔離供電單元1102，用于當(dāng)電池自身不能正常給自控模塊供電時(shí)或單體自控模塊進(jìn)入深度休眠需要喚醒時(shí)，在主控模塊的控制下給單體自控模塊不同電壓的供電。自控供電電路1112,—方面用于為自控模塊提供穩(wěn)定供電電壓，另一方面為MOS器件驅(qū)動(dòng)電路提供驅(qū)動(dòng)供電，供電輸入來(lái)自單體電池或輔助隔離供電。
[0053]狀態(tài)指示電路1122，用于通過(guò)狀態(tài)指示燈指示當(dāng)前電池的工作狀態(tài)，以便快速找出不良電池。具體地，狀態(tài)指示燈可以根據(jù)單體電池不同級(jí)別的不良狀況發(fā)出不同顏色的燈光，如單節(jié)電池工作正常的情況下發(fā)出綠色燈光；在電池容量接近最低預(yù)置時(shí)發(fā)出黃色燈光；當(dāng)電池容量低于預(yù)置閾值時(shí)發(fā)出紅色燈光。電池故障時(shí)發(fā)出紅光閃爍，并在不需要時(shí)關(guān)閉狀態(tài)指示電路以減少電量消耗?？梢?jiàn)，設(shè)置狀態(tài)指示電路，在需要更換單節(jié)電池時(shí)，可以方便操作人員快速找到不良電池。
[0054]電池單元監(jiān)視電路1132，用于在高可靠性應(yīng)用中對(duì)電池的各個(gè)信息進(jìn)行監(jiān)視。上述高可靠性應(yīng)用包括二次電池管理系統(tǒng)在工業(yè)、汽車或軍用設(shè)備中的應(yīng)用。
[0055]圖7示出了本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中主控模塊實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)框圖，包括:
主檢測(cè)單元41，用于檢測(cè)電池組升降壓電路前端和后端的電壓和電流以用于對(duì)所述電池組的充放電控制；此處，將升降壓短接開(kāi)關(guān)k0的左側(cè)定義為前端，右側(cè)定義為后端。
[0056]主數(shù)據(jù)處理單元42，用于獲取充電設(shè)備、用電設(shè)備的請(qǐng)求及數(shù)據(jù)、各個(gè)單體電池模塊和整體電池組的充放電容量、性能參數(shù)并進(jìn)行估算，從而輸出對(duì)電池組的充放電電流、電壓、單節(jié)電池是否投入使用的控制信息、向上述充電設(shè)備或用電設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)和/或報(bào)警信息。
[0057]主數(shù)據(jù)處理單元42具體包括:獲取充電設(shè)備、用電設(shè)備的請(qǐng)求及數(shù)據(jù)來(lái)參與計(jì)算和控制；根據(jù)單體電池模塊的使用歷史記錄中記載的充放電容量、內(nèi)阻、工作溫升等綜合運(yùn)算，判斷能否正常使用，對(duì)于不良單體電池發(fā)出必須更換或建議更換等提示信息，或者將上述提示信息發(fā)送給單體自控模塊，控制狀態(tài)指示電路指示不良單體電池的報(bào)警狀態(tài)，方便操作人員發(fā)現(xiàn)并及時(shí)更換不良單體電池；以及向上述充電設(shè)備或用電設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)和/或報(bào)警信息。
[0058]充放電控制單元43，用于根據(jù)主數(shù)據(jù)處理單元42輸出的控制信息控制所述電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)k0的工作狀態(tài)、控制升降壓電路工作時(shí)的電壓和電流；上述電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)k0的工作狀態(tài)包括:預(yù)短接開(kāi)關(guān)和短接開(kāi)關(guān)斷開(kāi)及閉合的時(shí)機(jī)及時(shí)長(zhǎng)等。
[0059]主控供電單元44，用于為主控模塊供電；該供電單元給主控模塊供電方式可以是電池組輸出電壓經(jīng)過(guò)變換進(jìn)行供電，也可以是來(lái)自于獨(dú)立的外供電。
[0060]圖8示出了本發(fā)明二次電池組充放電管理系統(tǒng)中主控模塊實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)框圖，在圖7所示實(shí)施例一的基礎(chǔ)上還包括:
安全保護(hù)單元45，用于檢測(cè)影響主控模塊正常工作的溫度、環(huán)境、進(jìn)水、壓力、煙霧、碰撞、短路等性能參數(shù)，發(fā)送信息給主數(shù)據(jù)處理單元作為主控模塊產(chǎn)生對(duì)電路控制和保護(hù)信號(hào)的條件和依據(jù)。
[0061]溫度管控單元46，用于檢測(cè)整個(gè)電池組的溫度以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池組的溫度的控制和管理。
[0062]休眠和喚醒單元47，用于在獲知電池組處于不放電也不充電狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生送至自控模塊以關(guān)閉自控部分電路的信號(hào)，使電池組進(jìn)入休眠狀態(tài)；以及在自控模塊進(jìn)入深度休眠需要喚醒時(shí)，控制上述輔助隔離供電單元為單體自控模塊供電以喚醒單體自控模塊進(jìn)入工作狀態(tài)。
[0063]以上是對(duì)本發(fā)明提供的二次充電電池的充放電管理系統(tǒng)的電路部分和控制部分作了詳解介紹。下面結(jié)合上述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)介紹本發(fā)明提供的二次充電電池的充放電管理系統(tǒng)的工作過(guò)程: 工作方式一
在放電開(kāi)始滿電情況下，所有電池的旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，串入開(kāi)關(guān)閉合，升降壓電路不工作，電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)閉合，輸出電壓為整組電池滿電壓，隨著用電時(shí)間增長(zhǎng)，各節(jié)電池電壓下降，最先下降到電池下限保護(hù)閥值的，則在自控模塊或外部主控模塊的控制下斷開(kāi)串入開(kāi)關(guān)，閉合旁路開(kāi)關(guān)，這樣此單節(jié)電池就被旁路掉(摘除掉)退出使用，此時(shí)對(duì)于整體電池組來(lái)說(shuō)，除了電壓下降一節(jié)電池電壓(下限閥值電壓)外，電池組對(duì)外供電電流不會(huì)因開(kāi)關(guān)切換而出現(xiàn)中斷，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)并聯(lián)二極管在開(kāi)關(guān)切換中起續(xù)流作用。
[0064]并且，一般用電設(shè)備都能在一個(gè)比較寬的供電電壓范圍內(nèi)正常工作，所以，一定數(shù)量的單節(jié)電池退出使用，對(duì)負(fù)載用電不產(chǎn)生影響。這是因?yàn)?電池組供電類設(shè)備，以電動(dòng)汽車為例，我們不能單從電池方面考慮效率問(wèn)題或者對(duì)電池性能參數(shù)進(jìn)行定義，要從整體去考慮，電池組給設(shè)備供電，接入用電設(shè)備后大多數(shù)情況是:要么進(jìn)行D⑶C變換，要么進(jìn)行類似于PWM的調(diào)整(比如電動(dòng)車的控制器、調(diào)速器、驅(qū)動(dòng)器、變頻器等等)，因此，可以得出，許多用電設(shè)備可以接受較寬的電壓范圍，因此電池組即使在不引入后端DCDC升壓的情況下，用電設(shè)備也能接受電池組旁路掉一部分電池單元(比如30%的電池節(jié)數(shù))，而設(shè)備整體性能和效率并沒(méi)多大影響。因而，鑒于升壓電路必定會(huì)引入損耗，短接直供則沒(méi)有損耗，可以在設(shè)備能接受的最低電壓和在什么電壓值開(kāi)始升壓之間進(jìn)行權(quán)衡，制定主控模塊的控制策略，盡可能減少使用升壓電路引入的損耗。
[0065]在此過(guò)程中，有些電池在急放電情況下退出運(yùn)行，一段時(shí)間后，電壓又有所恢復(fù)，主控模塊4可根據(jù)存儲(chǔ)的此電池之前沖入的電量估算是否用盡及恢復(fù)電壓等信息判斷是否可再次投入使用。
[0066]再隨著放電時(shí)間增長(zhǎng)，陸續(xù)有電池退出工作；如果電池組電壓已降到用電設(shè)備的最低電壓極限(例如從60V降到36V)，則主控模塊4控制電池組升降壓短接開(kāi)關(guān)k0斷開(kāi)，升壓電路開(kāi)始工作，同時(shí)主控模塊根據(jù)當(dāng)前檢測(cè)到的電池組的電壓值，還可以向用電設(shè)備發(fā)出降額使用信號(hào)。再隨著放電時(shí)間增長(zhǎng)，如果整個(gè)電池組只剩下少部分電池在工作，在主控模塊的控制下適時(shí)關(guān)閉整個(gè)電池組，完成整體放電工作。此時(shí)，既使所剩電池可能還有電量，但相對(duì)整個(gè)電池組來(lái)說(shuō)所占比例很小。這樣就能高效的保證電池組中的電能完全釋放，而不必進(jìn)行均衡。
[0067]充電過(guò)程，系統(tǒng)連接充電器后，主控模塊檢測(cè)到充電模式，向自控模塊發(fā)出信號(hào)，將所有電池的旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，串入開(kāi)關(guān)閉合，電池組升降壓短接開(kāi)關(guān)閉合，所有單節(jié)電池均被充電。當(dāng)有電池電壓達(dá)到充電上限保護(hù)閥值后，在自控模塊或主控模塊的控制下，斷開(kāi)串入開(kāi)關(guān)kl，旁路開(kāi)關(guān)k2閉合，此單節(jié)電池充滿退出。此時(shí)，因充電電流恒流，整個(gè)電池組電壓下降一節(jié)電池的電壓，(下降一節(jié)電池的滿(上限)電壓，在此之前電池組在充電過(guò)程中電壓是上升的)，隨著一個(gè)個(gè)電池陸續(xù)充滿退出，整體電池組所需的充電電壓不斷下降，當(dāng)充電器不能適應(yīng)繼續(xù)下降電壓時(shí)，電池組升降壓短接開(kāi)關(guān)k0斷開(kāi)，啟用電池組充電降壓電路22，直到要求數(shù)量的電池全部充電完畢。
[0068]另外，在具有制動(dòng)能量回收的電路中，如果電池組放電時(shí)沒(méi)有啟動(dòng)升降壓電路2，則在能量回收時(shí)，電池組電流直接反向流動(dòng)，即由放電變?yōu)槌潆?，不論是由繼電器或是MOS器件做成的串入、旁路開(kāi)關(guān)均支持電流雙向流動(dòng)，如放電時(shí)電池組的升降電路已工作在升壓模式，則能量回收時(shí)也要啟用降壓電路。下面以電動(dòng)汽車為例進(jìn)行說(shuō)明:例如當(dāng)前電池組共100節(jié)電池單元，每個(gè)單元滿電3.85V，當(dāng)有40節(jié)電池退出后，電壓約190V左右。在高速行駛時(shí)，則需開(kāi)啟升壓電路，將輸出電壓升至如385V。如果電動(dòng)汽車在此時(shí)的運(yùn)行中需要減速或緩制動(dòng)，并且具有能量回收功能，由于能量回收功能會(huì)在減速過(guò)程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電量存在于負(fù)載供電直流母線上，則在減速過(guò)程中，負(fù)載供電電壓高于升壓輸出電壓385V，電池組不再輸出能量，但也無(wú)法回收，因?yàn)樯龎弘娐分荒軉蜗蛄鲃?dòng)，可以設(shè)置一個(gè)電壓上升閥值，如450V，電壓升到這個(gè)閥值后啟動(dòng)電池組降壓電路，將負(fù)載直流母線上的電壓轉(zhuǎn)換成當(dāng)前60節(jié)電池單元的串聯(lián)電壓，向電池充電，在充電電流不過(guò)流的情況下保持負(fù)載直流母線上電壓穩(wěn)壓于閥值電壓450V。
[0069]在上述二次電池組充放電管理系統(tǒng)的工作過(guò)程中，旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)二極管的作用是:放電過(guò)程中，串入開(kāi)關(guān)與旁路開(kāi)關(guān)切換有一定時(shí)間間隔，約為MS級(jí)，雖然很短，但可以確保串入開(kāi)關(guān)徹底斷開(kāi)后再閉合旁路開(kāi)關(guān)，或者是旁路開(kāi)關(guān)徹底斷開(kāi)后再閉合串入開(kāi)關(guān)，防止發(fā)生共通短路，同時(shí)確保外部電流不中斷，二極管在此期間起電流接續(xù)作用。串入開(kāi)關(guān)并聯(lián)二極管在充電過(guò)程中起到類似的作用。
[0070]工作方式二
工作方式二可稱為:隨意組合，可變電壓式充放電，特別適合電動(dòng)車類，下面就以電動(dòng)車類應(yīng)用為例，假設(shè)電池組由100節(jié)電池單元構(gòu)成。
[0071]在滿電情況下開(kāi)始使用，車在啟動(dòng)時(shí)，需供給20%低電壓，用電設(shè)備或電動(dòng)車的控制系統(tǒng)向電池組主控模塊4發(fā)出電壓需求信號(hào)，電池組主控模塊選擇20節(jié)電池如f 20號(hào)或20個(gè)其它序號(hào)的電池單元，串入開(kāi)關(guān)閉合，旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。剩余單體電池模塊中，串入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，旁路開(kāi)關(guān)閉合，電池組升降壓電路不工作，短接開(kāi)關(guān)閉合。此時(shí)，電池組向用電設(shè)備提供了全部電壓的20%。電動(dòng)車啟動(dòng)后，需要提高供電池組全部電壓的40%，主控模塊再投入20個(gè)電池單元，也可以換成另外40個(gè)電池單元，車在加速時(shí)，需要80%電壓，主控模塊就投入80個(gè)電池單元，高速時(shí)需要100%電壓則所有電池單元全部投入使用。電動(dòng)車在下次啟動(dòng)時(shí)，主控模塊會(huì)根據(jù)存儲(chǔ)的電池電量數(shù)據(jù)決定選用電池電量較多的20個(gè)電池單元。以此類推，這樣既可以隨意組合出所需電壓，又能通過(guò)計(jì)算和策略控制均衡使用電池電量，還能提高整車效率，尤其是在城市路況需經(jīng)常啟動(dòng)停止，加速度又不是很快的情況下。
[0072]在切換改變輸出電壓時(shí)，為了防止大的電壓變化引起電流沖擊，多個(gè)電池單元投入與退出是逐個(gè)依次進(jìn)行或者由升降短接開(kāi)關(guān)(和預(yù)短接開(kāi)關(guān))配合)
與上述隨意組合、可變電壓式供電方式相對(duì)應(yīng)是:本發(fā)明提供的二次電池組充放電管理系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)可變電壓、組合式充電。在一些特殊情況下，電池組不能使用與之配套的充電設(shè)備?，F(xiàn)有技術(shù)中的電池組若使用與電池組不配套的充電設(shè)備時(shí)，可能會(huì)因充電電壓不匹配而無(wú)法充電。而在本發(fā)明實(shí)施例中，則可使用相近的充電設(shè)備，如果充電設(shè)備電壓高，可使用電池組充電降壓電路22進(jìn)行降壓。如果充電設(shè)備提供的充電電壓偏低，主控模塊可以根據(jù)檢測(cè)計(jì)算，選擇適合充電設(shè)備電壓的電池單元節(jié)數(shù)，先對(duì)選中的電池單元充電即將這些電池單元的旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，串入開(kāi)關(guān)閉合，主控模塊通過(guò)估算再控制其它節(jié)電池單元輪流接入和斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)全部電池的充電。
[0073]在此過(guò)程中，可將充電設(shè)備的信息參數(shù)輸入主控模塊或主控模塊通過(guò)與充電設(shè)備通訊主動(dòng)獲取充電設(shè)備的信息參數(shù)，主控根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)過(guò)此充電設(shè)備的數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)檢測(cè)運(yùn)算處理讓當(dāng)前電池組去適應(yīng)充電設(shè)備的電壓和電流，這樣，在充電設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的情況下，也能有電可充，對(duì)于電動(dòng)車類的推廣很具實(shí)用意義。
[0074]綜上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的二次電池組充放電管理系統(tǒng)除了能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中均衡電路實(shí)現(xiàn)的功能外，還具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、每個(gè)單體電池模塊作為一個(gè)獨(dú)立個(gè)體，便于生產(chǎn)、調(diào)試、管理、使用、維護(hù)和更換，可組合性強(qiáng)(甚至允許一定容量差別的電池組合使用)，易用性，替換性強(qiáng)。
[0075]電池組中的每個(gè)單體電池模塊都具有一個(gè)類似于網(wǎng)卡物理地址的唯一 ID標(biāo)識(shí)(可由廠家標(biāo)識(shí)加序列標(biāo)識(shí)構(gòu)成)，從而具有地址唯一性。
[0076]電池組中的每一個(gè)單體電池模塊的電路和單體自控部分在形式上完全相同，便于生產(chǎn)，管理和維護(hù)，每一個(gè)自控單元都直接通過(guò)隔離通訊和主控通訊。隨意組合，不分序順和層級(jí)，N個(gè)帶自控的單體電池模塊和主控模塊完成電氣連接組合后，主控在自檢初始化完成，并且檢測(cè)數(shù)據(jù)得到使用者的確認(rèn)，即完成電池組的組合。
[0077]2、對(duì)于不良電池，可以在自控模式下退出或在主控模塊的要求下退出運(yùn)行，基本不影響整體使用，這對(duì)于多個(gè)單體電池模塊串聯(lián)的電池組，尤為重要。與現(xiàn)有技術(shù)中一旦電池組中一節(jié)電池出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題，整組電池均不能使用的情況相比較，有效提高了電池組的利用率。
[0078]3、可以定期通過(guò)查詢主控模塊存儲(chǔ)的各單體電池模塊的使用歷史記錄或主控模塊在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)主動(dòng)發(fā)出維護(hù)指示，方便及時(shí)更換個(gè)別不良單體電池模塊。
[0079]4、實(shí)現(xiàn)單體電池模塊的芯片及電路成本低，采樣精度高，技術(shù)成熟，生產(chǎn)、調(diào)試、管理、維修都方便。
[0080]5、在意外發(fā)生時(shí)如受到撞擊或進(jìn)水等情況時(shí)，在單體自控模塊或主控模塊的控制下可進(jìn)行部分旁路或全部電池分?jǐn)?即串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)全部打開(kāi))，可將電池分?jǐn)喑蓡误w電壓，即相當(dāng)于多節(jié)沒(méi)有連接的單個(gè)單體電池模塊，將次生災(zāi)難機(jī)率降低，提高安全性。
[0081]6、在不使用升壓電路情況下，也可以得到多種不同電壓，還可以隨意組合和選擇電池組內(nèi)的單體電池模塊，比如10節(jié)電節(jié)組成的電池組，想用5節(jié)電池的電壓，這一刻使用
1、3、5、7、9，下一刻使用2、4、6、8、10。這對(duì)于電動(dòng)車類應(yīng)用中，希望隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速而改變供電電壓來(lái)提高效率適用(并與其它的改變電壓形式相配合)。
[0082]7、可兼容不配套充電設(shè)備，提高通用性及設(shè)備利用率，減少社會(huì)重復(fù)性投資費(fèi)用。
[0083]本說(shuō)明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可。
[0084]以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種二次電池組充放電管理系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，包括:電連接一起的電池組、升降壓模塊、電池組的主控模塊；所述電池組由預(yù)設(shè)數(shù)量的單體電池模塊串聯(lián)而成，每個(gè)單體電池模塊包括:電路部分和自控部分； 所述升降壓模塊包括:并聯(lián)連接升降壓電路和電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)；每個(gè)所述單體電池模塊的電路部分包括:單節(jié)電池，與所述單節(jié)電池串聯(lián)的串入開(kāi)關(guān)，與所述單節(jié)電池和串入開(kāi)關(guān)串聯(lián)而成的電路進(jìn)行并聯(lián)的旁路開(kāi)關(guān)，與所述串入開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第一二極管，與所述旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第二二極管； 所述單體電池模塊的自控部分具體為單體自控模塊，用于產(chǎn)生控制所述串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合的信號(hào)； 所述主控模塊用于根據(jù)電池組的工作狀態(tài)產(chǎn)生控制所述電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)的信號(hào)、選擇單節(jié)電池串接入電池組的信號(hào)，并控制所述升降壓電路調(diào)整充放電電壓和充放電電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述主控模塊具體包括: 主檢測(cè)單元，用于檢測(cè)電池組升降壓電路前端和后端的電壓和電流以用于對(duì)所述電池組的充放電控制； 主數(shù)據(jù)處理單元，用于獲取充電設(shè)備、用電設(shè)備的請(qǐng)求及數(shù)據(jù)、各個(gè)所述單體電池模塊和整體電池組的充放電容量、性能參數(shù)并進(jìn)行估算，從而輸出對(duì)電池組的充放電電流、電壓、單節(jié)電池是否投入使用的控制信息、向所述充電設(shè)備或用電設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)和/或報(bào)警信息； 充放電控制單元，用于根據(jù)主數(shù)據(jù)處理單元輸出的控制信息控制所述電池組升降壓電路短接開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)、控制所述升降壓電路工作時(shí)的電壓和電流； 主控供電單元，用于為所述主控模塊供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述主控模塊還包括: 安全保護(hù)單元，用于檢測(cè)影響主控模塊正常工作的溫度、環(huán)境、進(jìn)水、壓力、煙霧、碰撞、短路等性能參數(shù)，發(fā)送信息給主數(shù)據(jù)處理單元作為主控模塊產(chǎn)生對(duì)電路控制和保護(hù)信號(hào)的條件和依據(jù)； 溫度管控單元，用于檢測(cè)整個(gè)電池組的溫度以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池組的溫度的控制和管理； 休眠和喚醒單元，用于在獲知電池組處于不放電也不充電狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生送至自控模塊的關(guān)閉自控部分電路的信號(hào)，使電池組進(jìn)入休眠狀態(tài)；以及在自控模塊進(jìn)入深度休眠需要喚醒時(shí)，控制輔助隔離供電單元為單體自控模塊供電以喚醒單體自控模塊進(jìn)入工作狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述單體自控模塊包括: 身份標(biāo)識(shí)單元，用于標(biāo)識(shí)單體自控模塊唯一的身份； 電壓傳感器，用于檢測(cè)單節(jié)電池充放電時(shí)的電壓，并將檢測(cè)到的電壓值傳輸給數(shù)據(jù)處理單元； 溫度傳感器，用于檢測(cè)單節(jié)電池的溫度，并將檢測(cè)到的溫度值傳輸給數(shù)據(jù)處理單元； 數(shù)據(jù)處理單元，對(duì)來(lái)自主控模塊的信息、單節(jié)電池充放電過(guò)程中的性能參數(shù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)以及進(jìn)行運(yùn)算處理從而產(chǎn)生送至串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)； 驅(qū)動(dòng)電路，在接收到數(shù)據(jù)處理單元發(fā)出的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)作為串入開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)的MOS器件或磁保持繼電器、磁保持接觸器工作； 通訊單元，用于實(shí)現(xiàn)單體電池模塊與主控模塊的之間的雙向隔離通訊，向主控模塊發(fā)送單體電池模塊的性能參數(shù)和/或工作狀態(tài)、接收主控模塊向單體電池模塊發(fā)送的控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述單體自控模塊還包括: 安全檢測(cè)單元，用于檢測(cè)影響單節(jié)電池正常工作的壓力、碰撞、煙霧、進(jìn)水、驅(qū)動(dòng)供電電壓、串入與旁路開(kāi)關(guān)及并聯(lián)二極管的溫度，發(fā)送信息給所述數(shù)據(jù)處理單元以產(chǎn)生切斷串入開(kāi)關(guān)、閉合旁路開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)確保單節(jié)電池安全并向主控模塊發(fā)送故障信號(hào)； 開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元，用于檢測(cè)串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理單元以產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)從而確保一個(gè)開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)后再閉合另外一個(gè)開(kāi)關(guān)，防止共通短路； 安全保護(hù)電路，用于當(dāng)單體電池內(nèi)阻過(guò)大及斷路或單體電池發(fā)生短路時(shí)，一方面單體自控模塊供電由輔助隔離供電接替，另一方面由保護(hù)電路直接斷開(kāi)串入開(kāi)關(guān)，接通旁路開(kāi)關(guān)，使單體電池旁路掉，以實(shí)現(xiàn)瞬間保護(hù)單體自控模塊的電子器件免遭損壞； 輔助隔離供電單元，用于當(dāng)單體電池不能正常給所述單體自控模塊供電時(shí)或單體自控模塊進(jìn)入深度休眠需要喚醒時(shí)，在所述主控模塊的控制下給單體自控模塊供電； 自控供電電路，一方面用于為所述單體自控模塊提供穩(wěn)定供電電壓，另一方面為功率MOS器件驅(qū)動(dòng)電路提供驅(qū)動(dòng)供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述單體自控模塊還包括: 狀態(tài)指示電路，通過(guò)狀態(tài)指示燈指示當(dāng)前電池的工作狀態(tài)，以便快速找出不良電池； 監(jiān)視電路，用于在高可靠性應(yīng)用中對(duì)電池的各個(gè)信息進(jìn)行監(jiān)視。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)具體為磁保持繼電器或磁保持接觸器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述串入開(kāi)關(guān)和旁路開(kāi)關(guān)具體為低壓大電流低導(dǎo)通電阻的功率MOS器件；所述第一二極管、第二二極管為所述功率MOS器件自身寄生二極管或肖特基二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述自控模塊還包括:驅(qū)動(dòng)供電電路，用于為驅(qū)動(dòng)MOS器件供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，用法拉電容作為所述單節(jié)電池使用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的二次電池組充放電管理系統(tǒng)，其特征在于，所述升降壓電路具體為:由一個(gè)電感和兩個(gè)功率MOS器件或兩個(gè)IGBT器件組成的半橋型升降壓主電路。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104253469SQ201410492740
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】于志章 申請(qǐng)人:于志章