一種整車級電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請實施例公開了一種整車級電池管理系統(tǒng)，包括整車級控制器和箱級電池管理系統(tǒng)，該箱級電池管理系統(tǒng)包括箱級控制器和多個均衡控制芯片；電池箱中每相鄰兩個單體電池設(shè)置有一個該均衡控制芯片，通過該均衡控制芯片對該相鄰兩個單體電池進行均衡控制，實現(xiàn)同一電池箱中的多個單體電池之間的電量均衡；通過箱級控制器監(jiān)控每個均衡控制芯片的工作狀態(tài)，對該箱級電池管理系統(tǒng)中的多個均衡控制芯片進行協(xié)調(diào)控制；整車級控制器通過與箱級控制器進行通信，根據(jù)該實際需求信息對多個箱級電池管理系統(tǒng)進行集中調(diào)控，從而實現(xiàn)了不同電池箱之間的電量均衡、性能同一，延長了每個單體電池、每個電池箱及整個車載電池的使用壽命，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題。
【專利說明】一種整車級電池管理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及電動汽車【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種整車級電池管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著資源、環(huán)境問題的日益突出，以車載電源為動力的電動汽車得到越來越廣泛的應(yīng)用。鋰電池具有能量密度和體積密度高、工作電壓高、無記憶效應(yīng)、自放電低又無環(huán)境污染問題等優(yōu)點，是電動汽車的理想動力源。但是單個鋰電池的電壓過小，為得到更高的工作電壓，一般需要將鋰電池串聯(lián)為電池組(電池箱)后使用。
[0003]單體電池在制造過程中，具有性能的分散性，并且在使用過程中電池包內(nèi)部環(huán)境也具有非均勻性，因此隨著使用時間的增加，單體電池之間的性能差異將逐漸拉大，而如果不采取相應(yīng)的措施來減小這種差異，將造成某些單體電池過充電、某些單體電池過放電以及過充和過放的后果，這不僅影響電池的使用壽命，損壞電池，而且還可能產(chǎn)生大量的熱量引起電池燃燒或爆炸。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，電動汽車的電池箱在使用時，由于電池質(zhì)量、批次等自身的原因以及在使用過程中個別單體電池的損壞，使得電池箱在長期使用后，單體電池之間的性能差異將逐漸拉大，而這種差異會隨時間變得越來越大，造成在給該電池箱中的多個電池同時充電時，容量小的單體電池，總是處于過充過放狀態(tài)，加快了其壽命的衰減，最終導(dǎo)致電池箱的整體壽命隨之下降。
[0005]因此如何減小電池箱中各個單體電池之間性能差異、延長其使用壽命，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本申請目的在于提供一種整車級電池管理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有車載電池的電池箱中各個單體電池之間存在性能差異，電池箱的使用壽命衰減過快的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案:
[0008]一種整車級電池管理系統(tǒng)，應(yīng)用于車載電池，所述車載電池包括具有多個串聯(lián)連接的單體電池的電池箱；
[0009]所述整車級電池管理系統(tǒng)包括箱級電池管理系統(tǒng)，和，監(jiān)控所述箱級電池管理系統(tǒng)并與外部進行通信的整車級控制器；
[0010]所述箱級電池管理系統(tǒng)包括:多個檢測所述單體電池的電池狀態(tài)信號并根據(jù)所述電池狀態(tài)信號對所述單體電池進行均衡控制的均衡控制芯片，和監(jiān)控所述均衡控制芯片的工作狀態(tài)并與外部所述整車級控制器進行通信的箱整車級控制器；
[0011]所述電池箱中任意相鄰兩個單體電池與一個所述均衡控制芯片連接；每個均衡控制芯片通過數(shù)據(jù)線與所述箱級控制器連接；所述箱級控制器通過總線與所述整車級控制器連接。
[0012]優(yōu)選的，一個所述車載電池中所述電池箱的個數(shù)為4個，一個所述電池箱中單體電池的個數(shù)為24個；
[0013]所述整車級電池管理系統(tǒng)中所述箱級電池管理系統(tǒng)至少有4套，與所述電池箱一一對應(yīng)；每套所述箱級電池管理系統(tǒng)中所述均衡控制芯片的個數(shù)至少為23個。
[0014]優(yōu)選的，每套所述箱級電池管理系統(tǒng)中的多個均衡控制芯片集成于一電路板。
[0015]優(yōu)選的,所述均衡控制芯片包括荷電量控制單元；
[0016]所述荷電量控制單元包括:
[0017]檢測所述相鄰兩個單體電池的荷電量的荷電量檢測單元；
[0018]根據(jù)所述荷電量檢測單元的檢測結(jié)果，判斷所述相鄰兩個單體電池的荷電量是否存在差異的荷電量判斷單元；以及，
[0019]當(dāng)所述荷電量判斷單元的判斷結(jié)果為是時,控制電荷由所述荷電量大的單體電池向所述荷電量小的單體電池轉(zhuǎn)移，直至所述相鄰兩個單體電池的荷電量相同的電量轉(zhuǎn)移控制單兀；其中，
[0020]所述荷電量判斷單元分別與所述荷電量檢測單元和電量轉(zhuǎn)移控制單元連接；所述荷電量檢測單元分別與所述相鄰兩個單體電池連接；所述電量轉(zhuǎn)移控制單元分別與所述相鄰兩個單體電池連接。
[0021]優(yōu)選的，所述箱級控制器包括:
[0022]與所述荷電量檢測單元連接，以存儲各個單體電池的荷電量的數(shù)據(jù)存儲單元；
[0023]與所述荷電量檢測單元和/或數(shù)據(jù)存儲單元連接，以輸出各個單體電池的荷電量的數(shù)據(jù)輸出單兀；
[0024]與所述荷電量判斷單元連接，以在所述荷電量判斷單元的判斷結(jié)果為是時進行報警的報警單元。
[0025]優(yōu)選的，所述均衡控制芯片還包括串接于所述相鄰兩個單體電池之間的電壓變換器；
[0026]所述電量轉(zhuǎn)移控制單元包括:根據(jù)所述相鄰兩個單體電池的荷電量確定均衡電流方向、均衡電流大小和均衡時間的計算單元，以及根據(jù)所述所述均衡電流方向和均衡電流大小調(diào)節(jié)所述電壓變換器的變比、并以所述均衡時間作為所述電壓變換器的工作時長的執(zhí)行單元。
[0027]優(yōu)選的，所述均衡控制芯片還包括電流控制單元；
[0028]所述電流控制單元包括:
[0029]檢測所述相鄰兩個單體電池的電流信息的電流檢測單元；
[0030]根據(jù)所述電流檢測單元的檢測結(jié)果，判斷所述相鄰兩個單體電池是否至少有一個的電流超出預(yù)設(shè)電流范圍的過流判斷單元；以及，
[0031]當(dāng)所述過流判斷單元的判斷結(jié)果為是時，對所述電流超范圍的單體電池進行過流保護的過流保護單元；
[0032]所述過流判斷單元分別與所述電流檢測單元和過流保護單元連接。
[0033]優(yōu)選的，所述均衡控制芯片還包括電壓控制單元；
[0034]所述電壓控制單元包括:
[0035]檢測所述相鄰兩個單體電池的電壓信息的電壓檢測單元；
[0036]根據(jù)所述電壓檢測單元的檢測結(jié)果，判斷所述相鄰兩個單體電池是否至少有一個的電壓超出預(yù)設(shè)的電壓范圍的過欠壓判斷單元；以及，
[0037]當(dāng)所述過欠壓判斷單元的判斷結(jié)果為是時，對所述電壓超范圍的單體電池進行過欠壓保護的過欠壓保護單元；
[0038]所述過欠壓判斷單元分別與所述電壓檢測單元和過欠壓保護單元連接。
[0039]優(yōu)選的，所述均衡控制芯片還包括溫度控制單元；
[0040]所述溫度控制單元包括:
[0041]檢測所述相鄰兩個單體電池的溫度信息的溫度檢測單元；
[0042]根據(jù)所述溫度檢測單元的檢測結(jié)果，判斷所述相鄰兩個單體電池是否至少有一個的溫度超出預(yù)設(shè)溫度范圍的過欠溫判斷單元；以及，
[0043]當(dāng)所述過欠溫判斷單元的判斷結(jié)果為是時，對所述溫度超范圍的單體電池進行過欠溫保護的過欠溫保護單元；
[0044]所述過欠溫判斷單元分別與所述溫度檢測單元和過欠溫保護單元連接。
[0045]優(yōu)選的，所述箱級電池管理系統(tǒng)還包括:當(dāng)所述電池箱容量衰減至預(yù)設(shè)容量時使能所述均衡控制芯片的使能單元。
[0046]優(yōu)選的，所述箱級電池管理系統(tǒng)還包括:獲取所述單體電池的電能、并將其供給所述均衡控制芯片的低壓穩(wěn)壓單元；
[0047]所述低壓穩(wěn)壓單元的輸入端與至少一個單體電池連接，所述低壓穩(wěn)壓單元的輸出端接于所述均衡控制芯片。
[0048]優(yōu)選的，所述箱級電池管理系統(tǒng)還包括:當(dāng)所述低壓穩(wěn)壓單元的輸出電壓低于預(yù)設(shè)最低工作電壓時關(guān)閉所述均衡控制芯片的電壓鎖定單元。
[0049]從上述的技術(shù)方案可以看出，本申請?zhí)峁┑恼嚰夒姵毓芾硐到y(tǒng)包括整車級控制器和箱級電池管理系統(tǒng)，該箱級電池管理系統(tǒng)包括箱級控制器和多個均衡控制芯片；電池箱中每相鄰兩個單體電池設(shè)置有一個該均衡控制芯片，通過該均衡控制芯片對該相鄰兩個單體電池進行均衡控制，消除其電量差異，實現(xiàn)同一電池箱中的多個單體電池之間的電量均衡；進一步的，通過箱級控制器監(jiān)控每個均衡控制芯片的工作狀態(tài)，對該箱級電池管理系統(tǒng)中的多個均衡控制芯片進行協(xié)調(diào)控制；整車級控制器通過與箱級控制器進行通信，獲取各個箱級電池管理系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并從外部設(shè)備獲取實際需求信息，根據(jù)該實際需求信息對多個箱級電池管理系統(tǒng)進行集中調(diào)控，從而實現(xiàn)了不同電池箱之間的電量均衡、性能同一，延長了每個單體電池、每個電池箱及整個車載電池的使用壽命，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0051]圖1 (a)為本申請實施例一提供的整車級電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0052]圖1 (b)為圖1 (a)中箱級電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0053]圖2為本申請實施例二提供的整車級電池管理系統(tǒng)中均衡控制芯片的具體結(jié)構(gòu)框圖；
[0054]圖3為本申請實施例三提供的整車級電池管理系統(tǒng)中均衡控制芯片的具體結(jié)構(gòu)框圖；
[0055]圖4為本申請實施例四提供的整車級電池管理系統(tǒng)中均衡控制芯片的具體結(jié)構(gòu)框圖；
[0056]圖5為本申請實施例五提供的整車級電池管理系統(tǒng)中箱級電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0057]圖6為本申請實施例六提供的整車級電池管理系統(tǒng)中箱級電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實施方式】
[0058]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本申請方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
[0059]本申請?zhí)峁┝艘环N整車級電池管理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有車載電池的電池箱中各個單體電池之間存在性能差異，電池箱的使用壽命衰減過快的問題。
[0060]本申請實施例提供的整車級電池管理系統(tǒng)應(yīng)用于車載電池。如圖1 (a)所示，該車載電池包括多個電池箱，每個電池箱包括多個串聯(lián)連接的單體電池；該整車級電池管理系統(tǒng)包括箱級電池管理系統(tǒng)001和整車級控制器002 ;整車級電池管理系統(tǒng)中箱級電池管理系統(tǒng)001的總套數(shù)與車載電池中電池箱的個數(shù)相同，每套箱級電池管理系統(tǒng)001對應(yīng)管理一個電池箱。
[0061]進一步如圖1 (b)所示，箱級電池管理系統(tǒng)001包括均衡控制芯片100和箱級控制器200。電池箱中任意相鄰兩個單體電池連接有一個均衡控制芯片100，即箱級電池管理系統(tǒng)001中均衡控制芯片100的總個數(shù)比一個電池箱中的單體電池總個數(shù)少I。每個均衡控制芯片100通過數(shù)據(jù)線與箱級控制器200連接。箱級控制器200通過總線與整車級控制器002連接。
[0062]均衡控制芯片100采集與其連接兩個單體電池的電池狀態(tài)信息，并根據(jù)該電池狀態(tài)信息對著兩個單體電池進行均衡控制。箱級控制器200監(jiān)控均衡控制芯片100的工作狀態(tài)并與整車級控制器002進行通信。整車級控制器002通過箱級控制器200進行通信，獲取均衡控制芯片100的工作狀態(tài)信息；同時通過與外部設(shè)備(如應(yīng)用上述車載電池的電動汽車的主控制器)獲取實際需求信息，并根據(jù)該實際需求信息對箱級電池管理系統(tǒng)001進行調(diào)控，如使能/停止該箱級電池管理系統(tǒng)001。
[0063]由上述結(jié)構(gòu)及功能可知，本申請實施例包括整車級控制器和箱級電池管理系統(tǒng)，該箱級電池管理系統(tǒng)包括箱級控制器和多個均衡控制芯片；電池箱中每相鄰兩個單體電池設(shè)置有一個該均衡控制芯片，通過該均衡控制芯片對該相鄰兩個單體電池進行均衡控制，消除其電量差異，實現(xiàn)同一電池箱中的多個單體電池之間的電量均衡；進一步的，通過箱級控制器監(jiān)控每個均衡控制芯片的工作狀態(tài)，對該箱級電池管理系統(tǒng)中的多個均衡控制芯片進行協(xié)調(diào)控制；整車級控制器通過與箱級控制器進行通信，獲取各個箱級電池管理系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并從外部設(shè)備獲取實際需求信息，根據(jù)該實際需求信息對多個箱級電池管理系統(tǒng)進行集中調(diào)控，從而實現(xiàn)了不同電池箱之間的電量均衡、性能同一，延長了每個單體電池、每個電池箱及整個車載電池的使用壽命，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0064]一般的，車載電池中電池箱的個數(shù)為4個，一個電池箱中單體電池的個數(shù)為24個。相應(yīng)的，整車級電池管理系統(tǒng)中箱級電池管理系統(tǒng)至少有4套，與4個電池箱一一對應(yīng)；每套箱級電池管理系統(tǒng)中均衡控制芯片的個數(shù)至少為23個。另外，同一箱級電池管理系統(tǒng)中的多個均衡控制芯片集成于一電路板，減小系統(tǒng)的空間占用量，便于安裝和集中接線。
[0065]下面結(jié)合圖2，對本申請實施例所述的的整車級電池管理系統(tǒng)中均衡控制芯片100的具體結(jié)構(gòu)進行詳細闡述。
[0066]為便于描述，本申請實施例中，電池箱中與同一個均衡控制芯片100連接的兩個相鄰的單體電池分別記為單體電池A和單體電池B。
[0067]本申請實施例二提供的整車級電池管理系統(tǒng)包括箱級電池管理系統(tǒng)和整車級控制器；其中，箱級電池管理系統(tǒng)包括多個均衡控制芯片和箱級控制器(可參考圖1 (a)和圖1(b))。對于任一均衡控制芯片100其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示,包括荷電量控制單元110。荷電量控制單元110具體包括荷電量檢測單元111、荷電量判斷單元112和電量轉(zhuǎn)移控制單元113。
[0068]荷電量判斷單元112分別與荷電量檢測單元111和電量轉(zhuǎn)移控制單元113連接；荷電量檢測單元111分別與相鄰兩個單體電池連接；電量轉(zhuǎn)移控制單元113也分別與上述相鄰兩個單體電池連接。
[0069]上述實施例中通過均衡控制芯片100對相鄰兩個單體電池進行均衡控制的工作過程/原理闡述如下:
[0070]荷電量檢測單元111檢測單體電池A和單體電池B的荷電量SOC ;荷電量判斷單元112根據(jù)荷電量檢測單元111的檢測結(jié)果，判斷單體電池A的荷電量SOCa和單體電池B的荷電量SOCb是否存在差異；當(dāng)荷電量判斷單元112的判斷結(jié)果為是(即SOCa辛SOCb)時，電量轉(zhuǎn)移控制單元113控制電荷由荷電量SOC大的單體電池向荷電量SOC小的單體電池轉(zhuǎn)移，直至兩個單體電池的荷電量相同(SOCa=SOCb)。
[0071]由上述結(jié)構(gòu)及工作原理可知，本申請實施例通過均衡控制芯片檢測電池箱中相鄰兩個單體電池的電池狀態(tài)信號，并根據(jù)該電池狀態(tài)信號對該相鄰兩個單體電池進行均衡控制；特別的，當(dāng)上述相鄰兩個單體電池的荷電量不同時，通過電荷轉(zhuǎn)移消除其荷電量差異；當(dāng)任意相鄰兩個單體電池的荷電量均相同時，整個電池箱中的各個單體電池的充放電過程即可達到一致，另外結(jié)合箱級控制器和整車級控制器的集中調(diào)控中，使得整個車載電池中的多個電池箱之間、每個電池箱的各個單體電池之間均達到性能一致,延長了電池箱及整個車載電池的使用壽命，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0072]另外，本申請實施例在判定相鄰兩個單體電池的荷電量不同后，沒有對荷電量SOC大的單體電池進行放電處理以減小其荷電量S0C，而是將其相對多余的電荷轉(zhuǎn)移至荷電量SOC小的單體電池，避免了電池能量浪費，實現(xiàn)了電池容量的最大化，并最大限度地延長了電池箱的使用壽命。
[0073]具體的，控制兩個單體電池之間的電荷轉(zhuǎn)移的方式可以有多種，本申請優(yōu)選如下實施例三所述方式。
[0074]本申請實施例三中，整車級電池管理系統(tǒng)包括箱級電池管理系統(tǒng)和整車級控制器；箱級電池管理系統(tǒng)包括均衡控制芯片和箱級控制器(可參考圖1 (a)和圖1 (b))。對于箱級電池管理系統(tǒng)中的任一均衡控制芯片100，其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括荷電量控制單元110和電壓變換器120。荷電量控制單元110具體包括荷電量檢測單元111、荷電量判斷單元112和電量轉(zhuǎn)移控制單元113。更具體的，電量轉(zhuǎn)移控制單元113包括計算單元1131和執(zhí)行單元1132。
[0075]上述均衡控制芯片100中各單元的連接關(guān)系為:荷電量檢測單元111的輸入端分別與電池箱中相鄰兩個單體電池(分別記為單體電池A和單體電池B，以便于描述)連接連接，荷電量檢測單元111的輸出端分別與荷電量判斷單元112的輸出端和計算單元1131的輸出端連接；荷電量檢測單元111的輸出端與計算單元1131的使能端連接；執(zhí)行單元1132的輸入端與計算單元1131的輸出端連接，執(zhí)行單元1132的輸出端與電壓變換器120的控制端連接，電壓變換器120 —非控制端與單體電池A連接，另一非控制端與單體電池B連接。
[0076]上述整車級電池管理系統(tǒng)中，均衡控制芯片100對單體電池A和單體電池B進行均衡控制的工作原理闡述如下。
[0077]當(dāng)荷電量判斷單元112判定荷電量檢測單元111檢測到的單體電池A的荷電量SOCa與單體電池B的荷電量SOCb不同時，向計算單元1132的使能端發(fā)送使能信號。
[0078]計算單元1131接收到使能信號后，根據(jù)單體電池A的荷電量SOCa與單體電池B的荷電量SOCb確定均衡電流方向、均衡電流大小和均衡時間；其中，均衡電流方向為由荷電量大的單體電池流向荷電量小的單體電池；均衡電流大小和均衡時間的乘積為兩個單體電池的荷電量差值的一半(S卩I SOCa-SOCb I/2)。
[0079]執(zhí)行單元1132接收到計算單元1131的計算結(jié)果后，啟動電壓變換器120并開始計時，同時調(diào)節(jié)電壓變換器120的變比，使得流過電壓變換器120的電流方向、大小分別為上述均衡電流方向和均衡電流大??；當(dāng)計時時長達到上述均和時間后，執(zhí)行單元1132控制電壓變換器120停止工作。
[0080]假設(shè)電壓變換器120的變比為UA:Ub (Ua表示電壓變換器120與單體電池A連接的一端的電壓，Ub表示電壓變換器120與單體電池B連接的一端的電壓)，若SOCa > SOCb,則執(zhí)行單元1132調(diào)節(jié)電壓變換器120的變比Ua: UB> I，使均衡電流由單體電池A流向單體電池B。而由于均衡電流的大小和均衡時間相互影響，故可根據(jù)實際均衡要求確定；例如，若實際應(yīng)用中僅要求均衡時間不超過h，則可設(shè)定均衡時間為UO < t (、)，相應(yīng)的均衡電流大小I= I SOCa-SOCb I/(2t);若實際應(yīng)用中要求均衡時間不超過h且均衡電流不超過I。，可設(shè)定均衡電流大小為I (O < I彡Itl),相應(yīng)的均衡時間t’ =| SOCa-SOCb I/(21) ( tQ。
[0081]由上述實施例可知，本申請實施例通過控制電壓變換器的啟停，并調(diào)節(jié)其變比，實現(xiàn)了相鄰兩個單體電池之間的電荷定量轉(zhuǎn)移，不僅消除了兩個單體電池之間的荷電量差異，還避免了電池能量浪費，實現(xiàn)了電池容量的最大化，進而使得整個電池箱中的各個單體電池的充放電過程達到一致，減小甚至消除單體電池之間的性能差異，最大限度地延長了電池箱的使用壽命，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0082] 申請人:在研究過程中發(fā)現(xiàn)，單體電池在充放電過程中還可能出現(xiàn)電流、電壓或溫度過高/低的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象將對單體電池造成一定的損害，引起單體電池之間的性能差異，縮短單體電池的使用壽命。因此，有必要采取一定措施消除上述現(xiàn)象，以達到更好的電池均衡控制效果。
[0083]鑒于上述原因，本申請實施例四三提供了另一種整車級電池管理系統(tǒng)，整車級電池管理系統(tǒng)包括箱級電池管理系統(tǒng)和整車級控制器；箱級電池管理系統(tǒng)包括均衡控制芯片和箱級控制器。對于箱級電池管理系統(tǒng)中的任一均衡控制芯片100，其具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括荷電量控制單元110、電壓變換器120和電流控制單元130。
[0084]荷電量控制單元110具體包括荷電量檢測單元111、荷電量判斷單元112和電量轉(zhuǎn)移控制單元113。更具體的，電量轉(zhuǎn)移控制單元113包括計算單元和執(zhí)行單元。本實施例中，荷電量檢測單元110的各組成單元之間的連接關(guān)系及工作原理可參照上文所述，在此不再贅述。
[0085]電流控制單元130包括電流檢測單元131、過流判斷單元132和過流保護單元133。其中，過流判斷單元132分別與電流檢測單元131和過流保護單元133連接。
[0086]電流檢測單元131分別與單體電池A和單體電池B連接，用于檢測單體電池A的電流Ia和單體電池B的電流Ib ;過流判斷單元132根據(jù)電流檢測單元131的檢測結(jié)果，判斷單體電池A和單體電池B是否至少有一個的電流超出預(yù)設(shè)電流范圍；當(dāng)過流判斷單元132的判斷結(jié)果為是時，過流保護單元133對電流超范圍的單體電池進行過流保護。例如，若過流判斷單元132判定單體電池A的電流Ia超過預(yù)設(shè)電流最大值Imax,則過流保護單元133對單體電池A進行過流保護；若過流判斷單元132判定單體電池B的電流Ib超過預(yù)設(shè)電流最大值Imax，則過流保護單元1330對單體電池B進行過流保護。本實施例采用的過流保護方式為逐周期(Cycle by Cycle)電流控制方式。本實施例僅在單體電池電流過大時采取保護措施；實際上，如果有應(yīng)用需求，還可在單體電池電流過低時采取相應(yīng)的保護措施，是電流恢復(fù)正常值。
[0087]另外，電流檢測單元131采集的單體電池的電流既包括單體電池充電過程中的充電電流,也包括單體電池放電過程中的放電電流，即同時對單體電池的充電過程和放電過程進行過流保護。
[0088]仍參照圖4，本申請實施例四提供的整車級電池管理系統(tǒng)中，均衡控制芯片100還包括電壓控制單元140。
[0089]具體的，電壓控制單元140包括電壓檢測單元141、過欠壓判斷單元142和過欠壓保護單元143。其中，過欠壓判斷單元142分別與電壓檢測單元141和過欠壓保護單元143連接。
[0090]電壓檢測單元141分別與單體電池A和單體電池B連接，用于檢測單體電池A的電壓Ua和單體電池B的電壓Ub ;過欠壓判斷單元142根據(jù)電壓檢測單元141的檢測結(jié)果，判斷單體電池A和單體電池B是否至少有一個的電壓超出預(yù)設(shè)的電壓范圍；如果是，則過欠壓保護單元143對該電壓超范圍的單體電池進行過欠壓保護。例如，若過欠壓判斷單元142判定單體電池A的電壓Ua超出預(yù)設(shè)電壓范圍(具體為Ua小于預(yù)設(shè)最小電壓值Umin,或，Ua大于預(yù)設(shè)最大電壓值Umax),則過欠壓保護單元143對單體電池A進行過欠壓保護；相應(yīng)的，若過欠壓判斷單元142判定單體電池B的電壓Ub超出預(yù)設(shè)電壓范圍(具體為Ub小于預(yù)設(shè)最小電壓值Umin，或，Ub大于預(yù)設(shè)最大電壓值Umax),則過欠壓保護單元143對單體電池B進行過欠壓保護。過欠壓保護的具體方式有多種，本申請實施例的優(yōu)選方式為中止電量轉(zhuǎn)移控制單元113對電壓變換器120的控制，直至電壓恢復(fù)至預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)。
[0091]另外，為預(yù)防過充現(xiàn)象，電壓控制單元140還包括充電方式控制單元144，用于在充電過程中根據(jù)電壓檢測單元141的檢測結(jié)果設(shè)置電池箱中單體電池的充電方式；即，在充電初期，電壓檢測單元141檢測到的電壓較小時，充電方式控制單元144設(shè)置電池箱以大功率串充方式進行充電，以提高充電速度、保證充電效率；在充電末期，電壓檢測單元141檢測到的電壓較大時，充電方式控制單元144設(shè)置電池箱以小功率并充方式進行充電，以減緩充電速度，防止過充。因此，通過充電方式控制單元144控制電池箱在兩種充電方式下切換，實現(xiàn)了充電效率和充電保護的統(tǒng)一。
[0092]仍參照圖4，本申請實施例四提供的整車級電池管理系統(tǒng)中，均衡控制芯片100還包括溫度控制單元150。
[0093]具體的，溫度控制單元150包括溫度檢測單元151、過欠溫判斷單元152和過欠溫保護單元153。其中，過欠溫判斷單元152分別與溫度檢測單元151和過欠溫保護單元153連接。
[0094]溫度檢測單元1510分別與單體電池A和單體電池B連接，用于檢測單體電池A的溫度Ta和單體電池B的溫度Tb ;過欠溫判斷單元152根據(jù)溫度檢測單元151的檢測結(jié)果，判斷單體電池A和單體電池B是否至少有一個的溫度超出預(yù)設(shè)溫度范圍；如果是，則過欠溫保護單元153對該溫度超范圍的單體電池進行過欠溫保護，使其溫度恢復(fù)至預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。例如，若過欠溫判斷單元152判定單體電池A的溫度Ta超出預(yù)設(shè)溫度范圍(具體為Ta大于預(yù)設(shè)最高溫度Tmax,或者，Ta小于預(yù)設(shè)最低溫度Tmin),則過欠溫保護單元153對單體電池A行過欠溫保護；相應(yīng)的，若過欠溫判斷單元152判定單體電池B的溫度Tb超出預(yù)設(shè)溫度范圍(具體為Tb大于預(yù)設(shè)最高溫度Tmax,或者，Tb小于預(yù)設(shè)最低溫度Tmin),則過欠溫保護單元153對單體電池B行過欠溫保護。過欠溫保護的具體方式有多種，本申請實施例優(yōu)選如下方式，當(dāng)溫度超出預(yù)設(shè)溫度范圍時，過欠溫保護單元153控制電壓變換器120停止工作，當(dāng)溫度恢復(fù)至預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)時，過欠溫保護單元153重新啟動電壓變換器120。
[0095]需要說明的是，實際應(yīng)用中，均衡控制芯片可同時具備上述電流控制單元、電壓控制單元和溫度控制單元，也可僅包含其中的任意一種或兩種。
[0096]由上述結(jié)構(gòu)和工作原理可知，本申請實施例通過電流控制單元對電池箱內(nèi)的單體電池進行過流保護，通過電壓控制單元對單體電池進行過欠壓保護，通過溫度控制單元對單體電池進行過欠溫保護，避免了單體電池出現(xiàn)電流、電壓或溫度過高/低的現(xiàn)象，消除了其對單體電池性能的影響，在一定程度上優(yōu)化了電池均衡控制效果、延長了單體電池的使用壽命。同時，通過充電方式控制單元控制電池箱在兩種充電方式下切換，實現(xiàn)了充電效率和充電保護的統(tǒng)一。
[0097]進一步的，本申請實施例所述的整車級電池管理系統(tǒng)中，箱級控制器包括數(shù)據(jù)存儲單元、數(shù)據(jù)輸出單元和報警單元中的至少一種。
[0098]其中，數(shù)據(jù)存儲單元與上述均衡控制芯片中的荷電量檢測單元、電流檢測單元、電壓檢測單元和溫度檢測單元中的至少一種連接，用于存儲各個單體電池的狀態(tài)信息；該狀態(tài)信息包括與該數(shù)據(jù)存儲單元連接的各個檢測單元的檢測結(jié)果，如單體電池的荷電量、電流、電壓或溫度。
[0099]數(shù)據(jù)輸出單元用于輸出各個單體電池的狀態(tài)信息，該數(shù)據(jù)輸出單元既可直接與上述數(shù)據(jù)存儲單元連接，以直接讀取數(shù)據(jù)存儲單元中存儲的單體電池的狀態(tài)信息并將其輸出；也可與需要輸出的狀態(tài)信息對應(yīng)的檢測單元連接，如只需輸出單體電池的荷電量，則只將數(shù)據(jù)輸出單元與荷電量檢測單元連接即可。
[0100]報警單元分別與上述均衡控制芯片中的荷電量判斷單元、過流判斷單元、過欠壓判斷單元和過欠溫判斷單元連接，用于當(dāng)任一判斷單元的判斷結(jié)果為是時，進行相應(yīng)的報警。例如，可如下設(shè)定報警方式:當(dāng)荷電量判斷單元的判斷結(jié)果為是時，進行蜂鳴報警；當(dāng)過欠壓判斷單元的判斷結(jié)果為是時，進行發(fā)光報警等。
[0101]為降低功耗，本申請實施例五提供了一種整車級電池管理系統(tǒng)，可根據(jù)電池箱的工作狀態(tài)控制均衡控制芯片適時啟動。本實施例五提供的整車級電池管理系統(tǒng)包括多個箱級電池管理系統(tǒng)和整車級控制器(可參考圖1 (a));對于任一箱級電池管理系統(tǒng)001，其具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括多個均衡控制芯片100、箱級控制器200和使能單元300。在電池箱使用初期時，不需要均衡控制，故均衡控制芯片100不啟動，以減小功耗，而僅由使能單元300檢測電池箱的電容量；隨著電池的使用時間增長，電池箱的電容量逐漸衰減，當(dāng)使能單元300檢測到的電池箱的電容量衰減至預(yù)設(shè)門限值(一般為初始電容量的80%)時，使能單元300觸發(fā)均衡控制芯片100，使得均衡控制芯片100開始對電池箱中單體電池進行均衡控制。具體的，根據(jù)驅(qū)動能力，實際應(yīng)用中可在每個箱級電池管理系統(tǒng)中設(shè)置一個或多個使能單元300。
[0102]本實施例提供的整車級電池管理系統(tǒng)中，均衡控制芯片的工作電壓可通過外接電源提供。為減小本系統(tǒng)空間占用量，便于與電池箱進行封裝，本申請實施例六提供了一種整車級電池管理系統(tǒng)，從被控電池箱中取電供給均衡控制芯片。具體的，該整車級電池管理系統(tǒng)包括多個箱級電池管理系統(tǒng)和整車級控制器(可參考圖1 (a));對于任一箱級電池管理系統(tǒng)001，其具體結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括均衡控制芯片100、箱級控制器200和低壓穩(wěn)壓單元400。其中均衡控制芯片100對電池箱中相鄰兩個單體電池進行均衡控制；低壓穩(wěn)壓單元400的輸入端至少與一個單體電池連接，輸出端與均衡控制芯片100連接，低壓穩(wěn)壓單元400從與其連接的單體電池上取電，并轉(zhuǎn)換為均衡控制芯片100的工作電壓，從而不需單獨的外部電源，減小了本整車級電池管理系統(tǒng)的空間占用量，提高了其獨立性，便于與電池箱進行封裝應(yīng)用。
[0103]根據(jù)驅(qū)動能力，實際應(yīng)用中每個低壓穩(wěn)壓單元可僅為一個均衡控制芯片供電，也可同時為多個均衡控制芯片供電。具體的，上述低壓穩(wěn)壓單元可采用低壓線性穩(wěn)壓器LD0。
[0104]進一步的，仍參照圖6，本申請實施例提供的整車級電池管理系統(tǒng)中，箱級電池管理系統(tǒng)001還包括電壓鎖定單元500。電壓鎖定單元500分別與低壓穩(wěn)壓單元400和均衡控制芯片100連接，用于檢測低壓穩(wěn)壓單元400的輸出電壓大小，當(dāng)該輸出電壓低于均衡控制芯片100的最低工作電壓(一般為3.2V)時，控制均衡控制芯片100進入休眠狀態(tài)，停止對電池箱的均衡控制，以防止均衡控制芯片100誤動作。
[0105]以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。
[0106]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種整車級電池管理系統(tǒng)，應(yīng)用于車載電池，其特征在于，所述車載電池包括具有多個串聯(lián)連接的單體電池的電池箱； 所述整車級電池管理系統(tǒng)包括箱級電池管理系統(tǒng)，和，監(jiān)控所述箱級電池管理系統(tǒng)并與外部進行通信的整車級控制器； 所述箱級電池管理系統(tǒng)包括:多個檢測所述單體電池的電池狀態(tài)信號并根據(jù)所述電池狀態(tài)信號對所述單體電池進行均衡控制的均衡控制芯片，和監(jiān)控所述均衡控制芯片的工作狀態(tài)并與外部所述整車級控制器進行通信的箱整車級控制器； 所述電池箱中任意相鄰兩個單體電池與一個所述均衡控制芯片連接；每個均衡控制芯片通過數(shù)據(jù)線與所述箱級控制器連接；所述箱級控制器通過總線與所述整車級控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，一個所述車載電池中所述電池箱的個數(shù)為4個，一個所述電池箱中單體電池的個數(shù)為24個； 所述整車級電池管理系統(tǒng)中所述箱級電池管理系統(tǒng)至少有4套，與所述電池箱一一對應(yīng)；每套所述箱級電池管理系統(tǒng)中所述均衡控制芯片的個數(shù)至少為23個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，每套所述箱級電池管理系統(tǒng)中的多個均衡控制芯片集成于一電路板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡控制芯片包括荷電量控制單元； 所述荷電量控制單元包括: 檢測所述相鄰兩個單體電池的荷電量的荷電量檢測單元； 根據(jù)所述荷電量檢測單元的檢測結(jié)果，判斷所述相鄰兩個單體電池的荷電量是否存在差異的荷電量判斷單元；以及， 當(dāng)所述荷電量判斷單元的判斷結(jié)果為是時，控制電荷由所述荷電量大的單體電池向所述荷電量小的單體電池轉(zhuǎn)移，直至所述相鄰兩個單體電池的荷電量相同的電量轉(zhuǎn)移控制單元；其中， 所述荷電量判斷單元分別與所述荷電量檢測單元和電量轉(zhuǎn)移控制單元連接；所述荷電量檢測單元分別與所述相鄰兩個單體電池連接；所述電量轉(zhuǎn)移控制單元分別與所述相鄰兩個單體電池連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述箱級控制器包括: 與所述荷電量檢測單元連接，以存儲各個單體電池的荷電量的數(shù)據(jù)存儲單元； 與所述荷電量檢測單元和/或數(shù)據(jù)存儲單元連接，以輸出各個單體電池的荷電量的數(shù)據(jù)輸出單兀； 與所述荷電量判斷單元連接，以在所述荷電量判斷單元的判斷結(jié)果為是時進行報警的報警單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡控制芯片還包括串接于所述相鄰兩個單體電池之間的電壓變換器； 所述電量轉(zhuǎn)移控制單元包括:根據(jù)所述相鄰兩個單體電池的荷電量確定均衡電流方向、均衡電流大小和均衡時間的計算單元，以及根據(jù)所述所述均衡電流方向和均衡電流大小調(diào)節(jié)所述電壓變換器的變比、并以所述均衡時間作為所述電壓變換器的工作時長的執(zhí)行單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡控制芯片還包括電流控制單元； 所述電流控制單元包括: 檢測所述相鄰兩個單體電池的電流信息的電流檢測單元； 根據(jù)所述電流檢測單元的檢測結(jié)果，判斷所述相鄰兩個單體電池是否至少有一個的電流超出預(yù)設(shè)電流范圍的過流判斷單元；以及， 當(dāng)所述過流判斷單元的判斷結(jié)果為是時，對所述電流超范圍的單體電池進行過流保護的過流保護單元； 所述過流判斷單元分別與所述電流檢測單元和過流保護單元連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡控制芯片還包括電壓控制單元； 所述電壓控制單元包括: 檢測所述相鄰兩個單體電池的電壓信息的電壓檢測單元； 根據(jù)所述電壓檢測單元的檢測結(jié)果，判斷所述相鄰兩個單體電池是否至少有一個的電壓超出預(yù)設(shè)的電壓范圍的過欠壓判斷單元；以及， 當(dāng)所述過欠壓判斷單元的判斷結(jié)果為是時，對所述電壓超范圍的單體電池進行過欠壓保護的過欠壓保護單元； 所述過欠壓判斷單元分別與所述電壓檢測單元和過欠壓保護單元連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡控制芯片還包括溫度控制單元； 所述溫度控制單元包括: 檢測所述相鄰兩個單體電池的溫度信息的溫度檢測單元； 根據(jù)所述溫度檢測單元的檢測結(jié)果，判斷所述相鄰兩個單體電池是否至少有一個的溫度超出預(yù)設(shè)溫度范圍的過欠溫判斷單元；以及， 當(dāng)所述過欠溫判斷單元的判斷結(jié)果為是時，對所述溫度超范圍的單體電池進行過欠溫保護的過欠溫保護單元； 所述過欠溫判斷單元分別與所述溫度檢測單元和過欠溫保護單元連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述箱級電池管理系統(tǒng)還包括:當(dāng)所述電池箱容量衰減至預(yù)設(shè)容量時使能所述均衡控制芯片的使能單J Li ο
11.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述箱級電池管理系統(tǒng)還包括:獲取所述單體電池的電能、并將其供給所述均衡控制芯片的低壓穩(wěn)壓單元； 所述低壓穩(wěn)壓單元的輸入端與至少一個單體電池連接，所述低壓穩(wěn)壓單元的輸出端接于所述均衡控制芯片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的整車級電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述箱級電池管理系統(tǒng)還包括:當(dāng)所述低壓穩(wěn)壓單元的輸出電壓低于預(yù)設(shè)最低工作電壓時關(guān)閉所述均衡控制芯片的電壓鎖定單元。
【文檔編號】H02J7/00GK104426176SQ201310382096
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】張帆, 林曉斌, 鄭正仙, 嚴性平, 蘇芳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司, 杭州大有科技發(fā)展有限公司, 杭州協(xié)能科技有限公司