專利名稱：一種電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油電混合動力機車用電池管理系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)在動力電池提供動力的電動和混合動力牽引系統(tǒng)中，通常以多只動力電池組串聯(lián)組成的電池組形式出現(xiàn)。在油電混合動力內燃機車系統(tǒng)中，為了獲得匹配的直流電壓，動力電池組的串聯(lián)只數達到數百只，此時動力電池組的充放電模型是一個復雜、多變、分布參數的不確定系統(tǒng)，而且系統(tǒng)不穩(wěn)定，也不便于檢修?，F(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)已經無法滿足油電混合動力內燃機車的需要了，為了在保證電池安全和使用壽命的前提下，充分利用動力電池的能力，基于大量的實驗數據和樣車運行數據，在現(xiàn)有的基礎上發(fā)明
了一種用于油電混合動力內燃機車用電池管理系統(tǒng)。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種電池管理系統(tǒng)，以克服上述所述的缺陷。本實用新型所述的一種電池管理系統(tǒng)是通過以下技術方案來實現(xiàn)一種電池管理系統(tǒng)，包括主控制器單元，所述主控制器單元上并聯(lián)有高壓DC模塊、通訊總線、電壓鑒別模塊、電池故障診斷模塊、專家模塊、歷史記錄模塊和電流鑒別模塊，所述的高壓DC模塊串聯(lián)雙控開關一，雙控開關一串聯(lián)接入快速充電接口，電池故障診斷模塊串聯(lián)人機界面，專家模塊串聯(lián)專家體統(tǒng)，電流鑒別模塊串聯(lián)電流表，電流表串聯(lián)接入快速充電接口，電壓鑒別串聯(lián)電壓表，電壓表串聯(lián)接入快速充電接口，通訊總線串聯(lián)電池參數模塊；1/0模塊一與I/O模塊二和雙控開關二串聯(lián)、I/O模塊三與I/O模塊四串聯(lián)后并聯(lián)接入快速充電接口的兩極；所述電池一、電池二、電池η串聯(lián)后接入快速充電接口的兩級。所述電池上設有正負兩級；電池參數模塊并聯(lián)有電池監(jiān)控參數模塊一、均衡充電控制模塊一、電池參數監(jiān)控η和均衡充電控制模塊η，電池監(jiān)控參數模塊一和均衡充電控制模塊一為一組、串聯(lián)后接入電池一的一級，電池監(jiān)控參數模塊η和均衡充電控制模塊η為一組、串聯(lián)后接入電池η的另一級，重復η組，η > I。本實用新型所述的一種電池管理系統(tǒng)的有益效果是本電池管理系統(tǒng)結構簡單，線路連接方便，系統(tǒng)整體較穩(wěn)定，檢修維護方便，應用廣泛。

下面根據附圖對本實用新型作進一步詳細說明。圖I是本實用新型一種電池管理系統(tǒng)電路原理框圖。圖中標注對應的名稱為I、I/O模塊三；2、高壓DC模塊；3、通訊總線；4、電池監(jiān)控參數模塊一 ；5、均衡充電控制模塊一 ；6、電池一 ；7、快速充電接口 ；8、電池二 ；9、電池η ;10、電池參數監(jiān)控η ;11、均衡充電控制模塊η ; 12、電池參數模塊；13、電壓表；14、電壓鑒別模塊；15、電流表；16、電流鑒別模塊；17、歷史記錄模塊；18、專家體統(tǒng)；19、人機界面；20、專家模塊；21、電池故障診斷模塊；22、主控制器單元；23、I/O模塊四；24、I/O模塊二 ；25、I/O模塊一 ；26、雙控開關一；27、雙控開關二。
具體實施方式如圖I所示，本實用新型實施例所述的一種電池管理系統(tǒng)，包括主控制器單元22，所述主控制器單元22上并聯(lián)有高壓DC模塊2、通訊總線3、電壓鑒別模塊14、電池故障診斷模塊21、專家模塊20、歷史記錄模塊17和電流鑒別模塊16，所述的高壓DC模塊2串聯(lián)雙控開關一 26，雙控開關一 26串聯(lián)接入快速充電接口 7，電池故障診斷模塊21串聯(lián)人機界面19，專家模塊20串聯(lián)專家體統(tǒng)18，電流鑒別模塊16串聯(lián)電流表15，電流表15串聯(lián)接入快速充電接口 7，電壓鑒別14串聯(lián)電壓表13，電壓表13串聯(lián)接入快速充電接口 7，通訊總線3串聯(lián)電池參數模塊12 ；1/0模塊一 25與I/O模塊二 24和雙控開關二 27串聯(lián)、I/O模塊三I與I/O模塊四23串聯(lián)后并聯(lián)接入快速充電接口 7的兩極；所述電池一 6、電池二 8、電池n9串聯(lián)后接入快速充電接口 7的兩級。所述電池上設有正負兩級；電池參數模塊12并聯(lián)有電池監(jiān)控參數模塊一 4、均衡充電控制模塊一 5、電池參數監(jiān)控nlO和均衡充電控制模塊nil,電池監(jiān)控參數模塊一 4和均衡充電控制模塊一 5為一組、串聯(lián)后接入電池一 6的一級，電池監(jiān)控參數模塊nlO和均衡充電控制模塊nil為一組、串聯(lián)后接入電池n9的另一級，重復η組，η彡I。本電池管理系統(tǒng)包括電池參數模塊12、電池監(jiān)控參數模塊一 4、均衡充電控制模塊一 5和電池組；電池檢測模塊包括電池參數監(jiān)控模塊和均衡充電控制模塊模塊。主控制模塊22的功能就是用能延長電池壽命的充電方法對電池進行充電，采用正負脈沖充電技術，能增加VRLA電池的充放電次數，延長電池的使用壽命。電池管理系統(tǒng)采取總線的分散數據采集和集中數據處理的結構，通過分散在各電池單元的電池管理模塊，就近完成對電池當前各種狀態(tài)，包括當前電池的電壓、電流、溫度等參數的監(jiān)測；再通過雙向數據線與中央控制器通訊，由中央控制器進行電池組SOC的計算、電池故障診斷、充電控制、電池溫度控制等數據處理和電池組控制，該控制模式靈活、參數精確度高、布線少。電池充、放電保護系統(tǒng)和溫度管理系統(tǒng)是電池智能管理系統(tǒng)所必須的組成部分。在單體電池發(fā)生故障的時候，保護系統(tǒng)應該迅速將該電池從電池組中切除。單體電池的過充電、過放電、長期欠充電、過溫短路對電池的壽命有很大的影響，故應有一套均衡管理系統(tǒng)來保證在充放電過程中所有單體電池不過充電、不過放電、不欠充電和不過溫。電池組參數測量模塊及參數采集監(jiān)視模塊包括對單體電池電壓、內阻、溫度等信息的采集以及根據這些參數來判斷電池的狀態(tài)。通信系統(tǒng)則包括管理系統(tǒng)內部模塊之間的相互通信以及管理系統(tǒng)和上位機的通訊。充電保護模塊采用高頻開關電源技術多段脈沖充電，主控制模塊22實時調整電電壓和電流進行充電。一般充電策略如下保護性充電當主控制模塊22檢測到電池組中有一個或多個單體電池的電壓低于電池最低保護電壓，充電機以一般低充電電流和電壓進行保護性充電，此時電池組中所有單體電池電壓漸漸上升，當所有電池電壓到達或高于電池最低保護電壓，充電進入恒流充電。恒流充電以一般高充電電流進行恒流充電，此時電池組中所有單體電池電壓較快上升，當其中任一單體電池最高電壓到達某一預設電壓，充電進入均衡充電。均衡充電嚴格監(jiān)控每一單體電池電壓，實時調節(jié)總充電電流和電壓，減緩電壓已到達預設電壓范圍的單體電池的充電速度，加快未到達預設電壓范圍的單體電池的充電速度，使所有單體電池電壓先后到達某一預設電壓范圍，最后所有電池均到達這一預設電壓范圍，均衡充電完成，充電進入涓流充電。均衡電池電壓，通過電壓均衡充電控制模塊系統(tǒng)來達到對電池的長期保養(yǎng)，延長電池組的使用壽命。對鉛酸電池具有防止電池硫化，并對硫化有一定的修復功能。每個模塊分散并聯(lián)安裝在每節(jié)電池上，實現(xiàn)長期在線動態(tài)均衡，利用開關電源技術，以能量轉移方式將高電壓電池的電量轉移到低電壓電池，電量轉移是雙向并行進行，即任何一節(jié)高電壓電池的電量，都可以同時并行轉移到任何一節(jié)低電壓電池，從而達到電池電壓均衡。模塊工作,一邊檢測其所連接的電池電壓,一邊通過均衡線檢測其他電池電壓,得出電池組平均電壓，將電池電壓和電池組平均電壓比較，如果電池電壓高于平均電壓，模塊內DC/DC電路將·電池電量通過均衡線并行傳遞到其它電壓低的電池中，如果電池電壓低于平均電壓，則由其它電壓高的電池通過均衡線向電池充電，實現(xiàn)電壓均衡，通過對電池組中的每只電池的電壓做精細管理，及時防止并糾正電池過充、欠充、過放現(xiàn)象，對電池時刻進行活化保養(yǎng)維護，從而達到延長電池組使用壽命的目的。主控制器單元22采用DSP機實現(xiàn)，通過485總線與電池管理模塊、充電機等通訊，同時通過CAN通訊與整車控制網絡相連，實現(xiàn)整車管理系統(tǒng)的優(yōu)化。實時監(jiān)測單體電池電壓、電池組電流、電池溫度、電池組總電壓，實時估算電池組的S0C，并建立電池信息專家系統(tǒng)，對電池進行故障診斷和報警?？梢詫崿F(xiàn)以下幾個功能(I)電池組充電控制，根據用戶操作和電池組狀態(tài)，通過電力電子變流裝置控制電池組的充電電壓和電流，又分為保護性充電、恒流充電、均衡充電等充電模式。(2)監(jiān)測電池參數，即實時采集電池組中的每塊電池的電壓和溫度、充放電電流以及電池組電壓等參數。(3) SOC估算，根據采集到的電池電壓、溫度、充放電電流，結合電池循環(huán)使用情況、電池老化情況、自放電等諸多因素，估算電池組的剩余電量(SOC)，并根據車輛當前行駛工況，預測車輛續(xù)駛里程。(4)單體電池均衡管理在充放電過程中，均衡電池組中各單體電池的電壓、電量，提高電池組的均衡性，可以明顯提高電池組的能量利用率，延長電池組壽命。(5)電池故障診斷，根據測得的電池電壓、溫度、電流等參數對電池組中品質下降的電池做出提前預測和報警，以保證電池正常工作，延長電池的使用壽命。(6)電池的保護包括過壓保護、欠壓保護、過流保護、短路保護、溫度保護、下限自鎖電路等。(7)熱管理通過風扇等冷卻系統(tǒng)和熱電阻加熱裝置使電池組的環(huán)境溫度處于正常范圍內。(8)專家系統(tǒng)功能建立每塊電池的使用歷史檔案，根據這些歷史檔案給出每個電池的健康狀態(tài)及維護信息，為進一步優(yōu)化和開發(fā)電池管理系統(tǒng)、新型電池、充電器、電動機等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據。(9)通訊功能電池管理系統(tǒng)通過通訊接口與整車控制系統(tǒng)，如電機驅動控制系統(tǒng)、車載服務系統(tǒng)、人機界面等集成在一起；同時提供與地面充電站的通訊接口。SOC估算方法提出了一種基于AH定律、Peukert方程、溫度修正、SOH以及開路電壓的SOC估算方法。在電池充滿電后，SOH即代表了電池的初始容量，若機車停止行駛達數小時之后，則可以用電池的開路電壓準確地反映電池的初始容量，此外，開路電壓可以對AH法隨時間積累的誤差得到修正。同樣，機車在啟動和行駛過程中，放電電流會有較大的變化，利用Peukert方程能夠對放電電流進行修正，溫度修正能補償環(huán)境溫度的影響。
權利要求1.一種電池管理系統(tǒng)，包括主控制器單元(22)，其特征在于所述主控制器單元(22)上并聯(lián)有高壓DC模塊(2)、通訊總線(3)、電壓鑒別模塊(14)、電池故障診斷模塊(21)、專家模塊(20)、歷史記錄模塊(17)和電流鑒別模塊(16)，高壓DC模塊(2)串聯(lián)雙控開關一(26)，雙控開關一(26)串聯(lián)接入快速充電接口(7)，電池故障診斷模塊(21)串聯(lián)人機界面(19),專家模塊(20)串聯(lián)專家體統(tǒng)(18)，電流鑒別模塊(16)串聯(lián)電流表(15)，電流表(15)串聯(lián)接入快速充電接口(7)，電壓鑒別(14)串聯(lián)電壓表(13)，電壓表(13)串聯(lián)接入快速充電接口( 7)，通訊總線(3)串聯(lián)電池參數模塊(12 );I/O模塊一(25)與I/O模塊二( 24)和雙控開關二(27)串聯(lián)、I/O模塊三(I)與I/O模塊四(23)串聯(lián)后并聯(lián)接入快速充電接口(7)的兩極；所述電池一(6)、電池二(8)、電池η (9)串聯(lián)后接入快速充電接口(7)的兩級。
2.根據權利要求I所述的一種電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述電池上設有正負兩級；電池參數模塊(12 )并聯(lián)有電池監(jiān)控參數模塊一(4 )、均衡充電控制模塊一(5 )、電池參數監(jiān)控η (10)和均衡充電控制模塊η (11),電池監(jiān)控參數模塊一(4)和均衡充電控制模塊一(5)為一組、串聯(lián)后接入電池一(6)的一級，電池監(jiān)控參數模塊η (10)和均衡充電控制模塊η (11)為一組、串聯(lián)后接入電池η (9)的另一級。
專利摘要本實用新型涉及一種電池管理系統(tǒng)，包括主控制器單元，高壓DC模塊串聯(lián)雙控開關一，雙控開關一串聯(lián)接入快速充電接口，電池故障診斷模塊串聯(lián)人機界面，專家模塊串聯(lián)專家體統(tǒng)，電流鑒別模塊串聯(lián)電流表，電流表串聯(lián)接入快速充電接口，電壓鑒別串聯(lián)電壓表，電壓表串聯(lián)接入快速充電接口，通訊總線串聯(lián)電池參數模塊；I/O模塊一與I/O模塊二和雙控開關二串聯(lián)、I/O模塊三與I/O模塊四串聯(lián)后并聯(lián)接入快速充電接口的兩極；所述電池一、電池二、電池n串聯(lián)后接入快速充電接口的兩級。本實用新型所述的一種電池管理系統(tǒng)的有益效果是本系統(tǒng)結構簡單，線路連接方便，系統(tǒng)整體較穩(wěn)定，檢修維護方便，應用廣泛。
文檔編號H02J7/00GK202696179SQ20112055455
公開日2013年1月23日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權日2011年12月27日
發(fā)明者張偉 申請人:湖北晨風軌道裝備有限公司, 武漢鋼鐵(集團)公司