模塊化智能電池管理系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種模塊化智能電池管理系統(tǒng)及其驅動方法，可以同時對不同的電池組的以不同的參數進行充放電。
【背景技術】
[0002]現有電動車輛大多以電池電能為能源驅動車輛行走，由于電池技術的局限通常以數量巨大的單體電池通過并聯(lián)、串聯(lián)成組后為車輛提供能源。
[0003]用于構成電池組的單體電池需要進行嚴格挑選以確保所有單體電池的性能參數一致。如果單體電池之間彼此的性能參數差異過大，會導致在經過一段時間使用后電池組的儲能急劇下降。同時，對于由數量巨大的單體電池構成的電池組進行維護也是非常費工費時的行為。
[0004]此外對電池組的進行快速充電時，充電速度與電池壽命的權衡也是困擾電動車行業(yè)的重要難題。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的是提供一種可以針對并聯(lián)單體電池組的個體差異進行最優(yōu)化充電，的模塊化智能電池管理系統(tǒng)(BMS)及其驅動方法。這種電池管理系統(tǒng)可以適當的放寬對單體電池的性能參數要求，從而實現更低的電池采購成本；電池管理系統(tǒng)可以針對并聯(lián)單體電池組的個體差異進行最優(yōu)化充電，從而更好地達到在快速充電時平衡好充電速度與電池壽命兩者的關系。
[0006]本實用新型所述的電池管理系統(tǒng)(BMS)包括:一個主電池管理系統(tǒng)以及至少兩個子電池管理系統(tǒng)。
[0007]單個的子電池管理系統(tǒng)中，若干個單體電池并聯(lián)成組后稱為并聯(lián)電池組，其正負極連接到子電池管理系統(tǒng)上用于連接電池的端子上，并聯(lián)電池組可以方便的實現與子電池管理系統(tǒng)的連接與分離。
[0008]主電池管理系統(tǒng)通過充放電線路、控制總線等線路連接子電池管理系統(tǒng)，充放電線路包括兩個以上并聯(lián)充電線路以及至少一條串聯(lián)充放電線路;這里所說的并聯(lián)充電線路主要是指用于以并聯(lián)方式連接安裝在子電池管理系統(tǒng)上的并聯(lián)電池組的一組線路，并聯(lián)充電線路主要用于為并聯(lián)電池組充電;這里所說的串聯(lián)充放電線路是指將主電池管理系統(tǒng)與所有子電池管理系統(tǒng)連接成成一閉合環(huán)的線路，主電池管理系統(tǒng)可以通過該線路為安裝在子電池管理系統(tǒng)上的并聯(lián)電池組充電與放電。
[0009]控制總線可以雙向通信，主電池管理系統(tǒng)與子電池管理系統(tǒng)均連接到控制總線上，子電池管理系統(tǒng)內有檢測控制單元，可以檢測電池組的工作參數，并將檢測到的數據通過控制總線傳送給主電池管理系統(tǒng)。
[0010]子電池管理系統(tǒng)內有受檢測控制單元的操作的內部線路，可以將子電池管理系統(tǒng)內的并聯(lián)電池組正負極連接到任意的并聯(lián)充電線路或串聯(lián)充放電線路上;也可以切斷子電池管理系統(tǒng)內的并聯(lián)電池組正負極與任意的并聯(lián)充電線路或串聯(lián)充放電線路的連接;還可以短接經過本子電池管理系統(tǒng)的串聯(lián)充放電線路，以確保串聯(lián)充放電線路的通暢。
[0011]電池管理系統(tǒng)充電時，主電池管理系統(tǒng)通過各并聯(lián)充電線路與串聯(lián)充放電線路向各子電池管理系統(tǒng)連接的并聯(lián)電池組提供充電電流，各子電池管理系統(tǒng)連可以更改內部線路的連接狀態(tài)，確保并聯(lián)電池組被連接到正確的適合于該并聯(lián)電池組的充電線路上去；各并聯(lián)充電線路與串聯(lián)充放電線路上的充電參數由主電池管理系統(tǒng)根據各子電池管理系統(tǒng)傳回的子電池管理系統(tǒng)內的電池組的工作參數決定。
[0012]電池管理系統(tǒng)放電時，主電池管理系統(tǒng)通過各串聯(lián)充放電線路接收并聯(lián)電池組電能，在進行相應的電壓變換后提供給用電設備;各子電池管理系統(tǒng)可以更改內部線路的連接狀態(tài)，將并聯(lián)電池組與各并聯(lián)充電線路的連接斷開，在保證各串聯(lián)充放電線路連接正常的情況下將所屬的并聯(lián)電池組連接到某條串聯(lián)充放電線路上或從某條串聯(lián)充放電線路上脫離出來。
[0013]電池管理系統(tǒng)工作時，主電池管理系統(tǒng)隨時采集子電池管理系統(tǒng)通過信號傳輸線路反饋的電池組工作參數，根據這些參數向各子電池管理系統(tǒng)發(fā)送控制命令，各子電池管理系統(tǒng)依據接受到的控制命令更改內部線路的連接狀態(tài)，可以將子電池管理系統(tǒng)內的并聯(lián)電池組正負極連接到相應的并聯(lián)充電線路或串聯(lián)充放電線路上、依據相應的命令切斷電池管理系統(tǒng)內的電池組正負極與相應的并聯(lián)充電線路或串聯(lián)充放電線路的連接、依據相應的命令短接經過本子電池管理系統(tǒng)的指定串聯(lián)充放電線路以保證串聯(lián)充放電線路的通暢。
[0014]當某子電池管理系統(tǒng)內的并聯(lián)電池組出現異常時，子電池管理系統(tǒng)可以主動切斷該子電池管理系統(tǒng)內的并聯(lián)電池組正負極與所有的并聯(lián)充電線路或串聯(lián)充放電線路的連接，或在向主電池管理系統(tǒng)發(fā)送報警信號后，在主電池管理系統(tǒng)命令下切斷該子電池管理系統(tǒng)內的電池組正負極與所有的并聯(lián)充電線路或串聯(lián)充放電線路的連接;并短接經過該子電池管理系統(tǒng)的串聯(lián)充放電線路，使該子電池管理系統(tǒng)內的并聯(lián)電池組隔離出電池管理系統(tǒng)，從而避免并聯(lián)電池組異常情況繼續(xù)惡化，降低了系統(tǒng)危險。
【附圖說明】

[0015]圖1為電池管理系統(tǒng)的結構框圖。
[0016]圖2為子電池管理系統(tǒng)的連線原理圖。
[0017]S1、S2為串聯(lián)充放電線路，Pl、P2、PGND為電力總線，其中PGND為地線，Cl為控制總線，100為主電池管理系統(tǒng)，200為子電池管理系統(tǒng)，210為檢測控制單元，300為并聯(lián)電池組。
【具體實施方式】
[0018]為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本實用新型，并不限定本實用新型的保護范圍。
[0019]如圖1所示，本實用新型所示的電池管理系統(tǒng)由一個主電池管理系統(tǒng)100以及η個子電池管理系統(tǒng)200構成，主電池管理系統(tǒng)100與子電池管理系統(tǒng)200之間通過若干串聯(lián)充放電線路、并聯(lián)充電線路以及控制總線相連接。
[0020]如圖2所示，子電池管理系統(tǒng)200有檢測控制單元210，檢測控制單元210通過端子c_bus與控制總線Cl相連接，主電池管理系統(tǒng)100通過端子0_13118與控制總線Cl相連接。
[0021]檢測控制單元210可以接受主電池管理系統(tǒng)100經控制總線Cl的命令控制子電池管理系統(tǒng)200內所有開關的開合狀態(tài)。
[0022]如圖1所示，主電池管理系統(tǒng)100通過串聯(lián)充放電線路S1、串聯(lián)充放電線路S2串聯(lián)連接所有子電池管理系統(tǒng)200，其起點分別是主電池管理系統(tǒng)100的3_01^1、3_0此2端子，終點分別是主電池管理系統(tǒng)10(^^S_inl、S_in2端子，中間依次連接各子電池管理系統(tǒng)200。
[0023]以圖1中的串聯(lián)充放電線路SI為例:“子電池管理系統(tǒng)1”的8」111端子與主電池管理系統(tǒng)的3_0社1端子連接，“子電池管理系統(tǒng)ds_outl端子與“子電池管理系統(tǒng)2”的8_ini端子連接，如此重復，直到“子電池管理系統(tǒng)η”的s_outI端子與主電池管理系統(tǒng)的S_inI端子連接，從而構成一條串聯(lián)充放電線路。
[0024]串聯(lián)充放電線路S2與串聯(lián)充放電線路SI的連接相類似。
[0025]串聯(lián)充放電線路S1、串聯(lián)充放電線路S2之間沒有交叉現象。
[0026]主電池管理系統(tǒng)100通過三條電力總線Pl、P2、PGND連接各子電池管理系統(tǒng)200，其中電力總線PGND為地線；電力總線Pl與主電池管理系統(tǒng)10(^^P_outl端子連接，電力總線P2與主電池管理系統(tǒng)10(^P_out2端子連接，電力總線PGND與主電池管理系統(tǒng)10(^P_gnd端子連接；電力總線Pl與各子電池管理系統(tǒng)200的?」111端子連接，電力總線P2與各子電池管理系統(tǒng)200的p_in2端子連接，電力總線PGND與各子電池管理系統(tǒng)20(^^p_gnd端子連接。
[0027]電力總線Pl與電力總線PGND構成并聯(lián)充電線路I;電力總線P2與電力總線PGND構成并聯(lián)充電線路2。
[0028]如圖2所示:子電池管理系統(tǒng)200有端子W_tl，用于連接并聯(lián)電池組300的正極;子電池管理系統(tǒng)200有端子W_t 2，用于連接并聯(lián)電池組300的負極。
[0029]子電池管理系統(tǒng)200有端子s_inl、s_outl，屬于串聯(lián)充放電線路SI的一部分。
[0030]子電池管理系統(tǒng)200的端子s_inl經過開關X_sinl連接到端子W_tl，端子s_outl經過開關X_soutl連接到端子W_t2，開關X_sinl、X_soutl在子電池管理系統(tǒng)200內的檢測控制單元210的控制下開合。
[0031]子電池管理系統(tǒng)200有端子s_in2、s_out2，屬于串聯(lián)充放電線路S2的一部分。
[0032]子電池管理系統(tǒng)200的端子s_in2經過開關X_sin2連接到端子W_tl，端子s_out2經過開關X_out2連接到端子W_t2，開關X_sin2、X_sout2在子電池管理系統(tǒng)200內的檢測控制單元210的控制下開合。
[0033]子電池管理系統(tǒng)200的端子s_inl經過開關X_s_sinl連接到端子s_outl，端子s_in2經過開關X_s_sin2連接到端子s_sout2，開關X_s_sinl、X_s_sin2在子電池管理系統(tǒng)200內的檢測控制單元210的控制下開合。
[0034]子電池管理系統(tǒng)200有端子p_inl與電力總線Pl相連接。
[0035]子電池管理系統(tǒng)200的端子p_inl經過開關X_pinl連接到端子W_tl，開關X_pinl在子電池管理系統(tǒng)200內的檢測控制單元210的控制下開合。
[0036]子電池管理系統(tǒng)200有端子p_in2與電力總線P2相連接。
[0037]子電池管理系統(tǒng)200的端子p_in2經過開關X_pin2連接到端子W_tl，開關X_pin2在子電池管理系統(tǒng)200內的檢測控制單元210的控制下開合。
[0038]子電池管理系統(tǒng)200有端子p_gnd與電力總線PGND相連接。
[0039]子電池管理系統(tǒng)200的端子p_gnd經過開關X_pgnd連接到端子W_t2，開關X_pgnd在子電池管理系統(tǒng)200內的檢測控制單元210的控制下開合。
[0040]子電池管理系統(tǒng)200內的檢測控制單元210可以監(jiān)測并聯(lián)電池組300的工作參數，將并聯(lián)電池組300的工作參數通過控制總線Cl傳輸到主電池管理系統(tǒng)。
[0041 ]子電池管理系統(tǒng)200內的檢測控制單元210可以根據并聯(lián)電池組300的工作參數，判定并聯(lián)電池組300的工作狀態(tài)，更改子電池管理系統(tǒng)200內部線路的連接狀態(tài)，將并聯(lián)電池組300與其他的充放電線路相隔離，避免并聯(lián)電池組300在充放電過程中發(fā)生意外。
[0042]以下為本實用新型所示的電池管理系統(tǒng)的工作說明。
[0043]正常狀態(tài)下，子電池管理系統(tǒng)200與并聯(lián)電池組300—對一配對，子電池管理系統(tǒng)200的端子W_tl連接并聯(lián)電池組300的正極;子電池管理系統(tǒng)200的端子W_t2連接并聯(lián)電池組300的負極。
[0044]若某子電池管理系統(tǒng)200沒有連接并聯(lián)電池組300，或者并聯(lián)電池組300不能正常工作，則該子電池管理系統(tǒng)200中的開關x_s_sinl、x_s_sin2閉合，而其他開關均斷開;此時串聯(lián)充放電線路S1、串聯(lián)充放電線路S2中子電池管理系統(tǒng)200僅起一截導線的作用。
[0045]本實用新型所示的電池管理系統(tǒng)在充電工作狀態(tài)時，系統(tǒng)內有串聯(lián)充放電線路S1、串聯(lián)充放電線路S2，兩條線路可以以相同或不同的電流對電池進行充電;還有由電力總線Pl與電力總線PGND構成的并聯(lián)充電線路I;由電力總線P2與電力總線PGND構成的并聯(lián)充電線路2。
[0046]主電池管理系統(tǒng)100可以根據子電池管理系統(tǒng)200從控制總線Cl反饋的并聯(lián)電池組300的參數，判定對應子電池管理系統(tǒng)200的并聯(lián)電池組300應該接入的充放電線路，命令子電池管理系統(tǒng)200更改內部線路的連接狀態(tài)，將并聯(lián)電池組300正確地接入正確的充放電線路中。
[0047]以圖1中的實施例來說，若串聯(lián)充放電線路SI用于對并聯(lián)電池組300的急速大電流充電、串聯(lián)充放電線路S2用于對并聯(lián)電池組300的中等電流充電、電力總線PI與電力總線PGND構成并聯(lián)充電線路I用于對并聯(lián)電池組300的恢復性預充電、電力總線P2與電力總線PGND構成并聯(lián)充電線路2用于對并聯(lián)電池組300的涓流充電，并且所有的線路上都有可能數目不等的并聯(lián)電池組300處于充電狀態(tài)時；明顯的，任意一個并聯(lián)電池組300在進行充電時一般只能接入其中一條充電線路。
[0048]當子電池管理系統(tǒng)200對應的對并聯(lián)電池組300使用串聯(lián)充放電線路SI進行急速大電流充電時，開關X_sinl、X_soutl、X_s_sin2閉合，而子電池管理系統(tǒng)200內其它所有開關均斷開;此時并聯(lián)電池組300接入串聯(lián)充放電線路SI，而經過子電池管理系統(tǒng)200的串聯(lián)充放電線路S2保持通暢。
[0049]當子電池管理系統(tǒng)200對應的對并聯(lián)電池組300使用串聯(lián)充放電線路S2進行中等電流充電時，開關X_sin2、X_sout2、X_s_sinl閉合，而子電池管理系統(tǒng)200內其它所有開關均斷開;此時并聯(lián)電池組300接入串聯(lián)充放電線路S2，而經過子電池管理系統(tǒng)200的串聯(lián)充放電線路SI保持通暢。
[0050]當子電池管理系統(tǒng)200對應的對并聯(lián)電池組300使用電力總線Pl與電力總線PGND構成并聯(lián)充電線路I進行恢復性預充電時，開關X_pinl、X_pgnd、X_s_sinl、X_s_sin2閉合，而子電池管理系統(tǒng)200內其它所有開關均斷開;此時并聯(lián)電池組300接入電力總線Pl與電力總線PGND構成的并聯(lián)充電線路I，而經過子電池管理系統(tǒng)200的串聯(lián)充放電線路SI與S2保持通暢。
[0051 ]當子電池管理系統(tǒng)200對應的對并聯(lián)電池組300使用電力總線P2與電力總線PGND構成并聯(lián)充電線路2進行涓流充電時，開關X_pin2、X_pgnd、X_s_sinl、X_s_sin2閉合，而子電池管理系統(tǒng)200內其它所有開關均斷開;此時并聯(lián)電池組300接入電力總線P2與電力總線PGND構成的并聯(lián)充電線路2，而經過子電池管理系統(tǒng)200的串聯(lián)充放電線路SI與S2保持通暢。
[0052]當本實用新型所示的電池管理系統(tǒng)在充電工作狀態(tài)時，若沒有并聯(lián)電池組300需要接入串聯(lián)充放電線路SI充電，則主電池管理系統(tǒng)100不向串聯(lián)充放電線路SI輸入電流，以免串聯(lián)充放電線路SI出現短路現象;若沒有并聯(lián)電池組300需要接入串聯(lián)充放電線路S2充電，則主電池管理系統(tǒng)100不向串聯(lián)充放電線路S2輸入電流，以免串聯(lián)充放電線路S2出現短路現象。
[0053]當本實用新型所示的電池管理系統(tǒng)工作在電池放電狀態(tài)時，主電池管理系統(tǒng)100通過串聯(lián)充放電線路S I與串聯(lián)充放電線路S2收集子電池管理系統(tǒng)傳輸的能量;此時子電池管理系統(tǒng)200中的開關X_pinl、X_pin2、X_pgnd均斷開;若并聯(lián)電池組300需要在串聯(lián)充放電線路SI中放電，則開關X_sinl、X_outl閉合，而開關X_s_sinl斷開;若并聯(lián)電池組300不在串聯(lián)充放電線路SI中放電，則開關X_sinl、X_outl斷開，而開關X_s_sinl閉合;若并聯(lián)電池組300需要在串聯(lián)充放電線路S2中放電，則開關X_sin2、X_out2閉合，而開關X_s_sin2斷開；若并聯(lián)電池組300不在串聯(lián)充放電線路S2中放電，則開關X_sin2、X_out2斷開，而開關X_s_sin2閉合;若并聯(lián)電池組300不能在任意串聯(lián)充放電線路中放電時，則開關X_sinl、X_outl、X_sin2、X_out2 均斷開，而開關 X_s_s in2、X_s_s in2 均閉合。
【主權項】
1.模塊化智能電池管理系統(tǒng)，由主電池管理系統(tǒng)(100)與若干子電池管理系統(tǒng)(200)組成，單體電池并聯(lián)構成并聯(lián)電池組(300)連接到子電池管理系統(tǒng)(200)上，其特征在于:子電池管理系統(tǒng)(200)連接的并聯(lián)電池組(300)可以連接到不同的充放電線路中，進行充電；子電池管理系統(tǒng)(200 )連接的并聯(lián)電池組(300 )也可以連接到不同的充放電線路中，進行放電。2.如權利要求1所述的模塊化智能電池管理系統(tǒng)，其特征在于:子電池管理系統(tǒng)(200)連接的并聯(lián)電池組(300)可以通過一條以上的串聯(lián)充放電線路連接到主電池管理系統(tǒng)(100)，主電池管理系統(tǒng)(100)可以通過串聯(lián)充放電線路對子電池管理系統(tǒng)(200)連接的并聯(lián)電池組(300)進行充電和放電；主電池管理系統(tǒng)(100)與子電池管理系統(tǒng)(200)之間有三條以上電力總線，其中至少一條為地線(PGND)，子電池管理系統(tǒng)(200)以并聯(lián)的方式連接到這些電力總線上，構成兩個以上的并聯(lián)充電線路，主電池管理系統(tǒng)(100)通過并聯(lián)充電線路為子電池管理系統(tǒng)(200)連接的并聯(lián)電池組(300)充電。3.如權利要求1所述的模塊化智能電池管理系統(tǒng)，其特征在于:子電池管理系統(tǒng)(200)內有一組內部線路，子電池管理系統(tǒng)(200)內的檢測控制單元(210)可以更改內部線路的連接狀態(tài)將并聯(lián)電池組(300)連接到不同的充放電線路上，檢測控制單元(210)也可以將并聯(lián)電池組(300)從正在連接的充放電線上路斷開;子電池管理系統(tǒng)(200)內的檢測控制單元(210)與主電池管理系統(tǒng)(100)共同連接在控制總線(Cl)上，檢測控制單元(210)向主電池管理系統(tǒng)(100)傳輸檢測到的關于并聯(lián)電池組(300)的狀態(tài)參數，并接受主電池管理系統(tǒng)(100)的命令改變子電池管理系統(tǒng)(200)內部線路的連接狀態(tài)。
【專利摘要】模塊化智能電池管理系統(tǒng)涉及一種模塊化智能電池管理系統(tǒng)，由主電池管理系統(tǒng)與若干子電池管理系統(tǒng)組成，單體電池并聯(lián)構成并聯(lián)電池組連接到子電池管理系統(tǒng)上，子電池管理系統(tǒng)連接的并聯(lián)電池組可以連接到不同的充放電線路中，進行充電；也可以連接到不同的充放電線路中，進行放電。主電池管理系統(tǒng)通過多條串聯(lián)充放電線路串聯(lián)子電池管理系統(tǒng)，并且以多條并聯(lián)充電線路連接子電池管理系統(tǒng)；主電池管理系統(tǒng)可以依據子電池管理系統(tǒng)所安裝的并聯(lián)電池組的實際狀態(tài)進行最優(yōu)化的充放電，同時保持系統(tǒng)連線的簡潔?？梢苑艑拰﹄姵亟M中單體電池性能參數一致性的要求，從而減低整車電池采購成本。電池結構可以降低維修保養(yǎng)得難度與成本。靈活的充放電方式，可以在實現快速充電同時，盡可能的延長電池循環(huán)壽命。
【IPC分類】H02J7/00, B60L11/18
【公開號】CN205385325
【申請?zhí)枴緾N201620183531
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】肖華軍
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年3月10日