一种船用锂电池组电池管理冗余控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池管理系统，具体涉及一种船用锂电池组电池管理系统控制系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着电动汽车的兴起，电池管理系统(BMS)也取得了长足进步。虽然电池管理系统没有非常成熟统一的整套技术方案及标准，但目前技术上较成熟的BMS已经能对电池的电压、电流、温度进行实时检测，同时还可进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒功能，计算剩余容量(SOC)、电功率等状态，还能根据电池的电压、电流及温度利用算法来控制最大输出功率(电流)以获得最大行驶里程、以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，并且可以通过CAN网络协议通信接口进行总线互联、实时通讯。国外的通用、奔驰和丰田等著名汽车企业研发的BMS已经配备在电动汽车上。我国在BMS领域内研宄水平正在快速上升。例如比亚迪股份有限公司于2008年推出BMS成功应用于双模F3混合动力车以及纯电动汽车上；春兰公司研发的基于总线CAN的BMS系统，具有较好的保护功能和自诊断能力等。哈尔滨冠拓电源采用模块化设计动力电池管理系统，北理工为某型号的混合动力车上的镍氢电池组设计的BMS取得较好的电池均衡和保护功能。清华大学为轻型电动客车设计的BMS，其最大的特点是设计了一套电池诊断及均衡方案。北京交通大学其设计的车载BMS加入了绝缘检测和故障诊断功能，保证了系统的稳定运行。北京航空航天大学针对纯电动汽车的镍氢电池BMS，其主要特点是将总线CAN应用于电动汽车的BMS。
[0003]目前针对新能源(特别是纯电力推进)船舶的能量管理系统，大多数情况是，直接将车载BMS应用于船舶来实现对电池能量的管理。国内外文献目前并没有详细区别车载和船载BMS的不同。
[0004]目前的车载电池管理系统(车载BMS)，由主控B⑶和从控LE⑶两部分组成，两者之间通过CAN总线通信互联。结合图1，从控LE⑶实现电池参数(电压、温度、电流等)的采集，以及根据电池模型的状态计算(如SOC计算)和均衡控制策略的制定，故障报警及充放电管理，整个从控LE⑶以低功耗模式运行，继电器开关在不安全的使用工况下切断电池组总正总负电缆，起到保护电池组的作用。主控BMS模块以RS485-Modbus或工业以太网等方式实现从控LECU信息的外发，集中监控、管理整个CAN网络的信息交换。应用到电动汽车上，主控B⑶实现与整车控制器及车载仪表盘的互联，同时通过GRRS、3G及WIFI等技术将电动汽车实时参数上传云端服务器，通过JAVA、C#等上位机软件，开发跨平台集中管控界面，实现与云端信息的同步，支持后台界面的管理及维护。
[0005]目前的车载电池管理系统(车载BMS)安装空间狭小，考虑到成本问题，整个系统的设备及线路没有实现双冗余。这在电动汽车上是可行的，在电池管理系统(BMS)发生故障时，电动汽车以较小放电电流工作到维修地点，甚至可以在电池管理系统(BMS)切断全车动力电池供电的情况下，通过外力牵引，容易到达指定地点进行维修。
[0006]针对船舶，其舱室结构复杂，空间不规则。加之高湿度、高盐度、易发霉等恶劣气候因素对BMS通信线路的腐蚀，以及电缆穿舱过室方式的合理性，检修、维护、保养的便捷性等各种因素都与电动汽车锂电池管理系统有较大的差异。
[0007]同时，船舶海况比较复杂，不定因素大，风、浪、流干扰因素具有明显的随机不确定性，并且船舶负荷波动频繁且变化范围大，动力电池一旦故障，会引发灾难性后果。
[0008]因此，直接将车载BMS应用于船舶来实现对电池能量的管理，存在明显的缺点:电池管理系统(BMS)没有做到双冗余，可靠性能低，发生故障难以及时修复。
【发明内容】
[0009]本发明旨在低成本下提高船舶电池管理系统(船舶BMS)的可靠性能。实现某些通信线路及关键节点设备发生故障时，船舶电池管理系统仍能以较高可靠性实时监视电池组使用状态，保证全船低故障率，并提高船舶设备安全性。
[0010]本发明采用以下技术方案实现:一种船用锂电池组电池管理冗余控制系统，其特征在于:包括主控B⑶设备、从控LE⑶设备、备用主控B⑶设备、电池组模块、ZIGBEE无线冗余模块、上位机后台监控模块、独立线路冗余模块；所述主控BCU设备与从控LECU设备在总线CAN无故障时，通过总线CAN通信；所述主控B⑶设备用于总线CAN的监控管理、从控LECU设备信息流的调度、电池组模块相关数据的分析处理及上位机接口的扩展；所述从控LE⑶设备用于电池组模块状态参数采集、电池组模块报警指示、电池组模块参数计算、电池组模块充放电管理及总线CAN通信实现；所述主控B⑶设备与备用主控B⑶设备在运行时通过生命信号进行联络；所述备用主控BCU设备与从控LECU设备在总线CAN无故障时，通过总线CAN通信；所述ZIGBEE无线冗余模块在总线CAN故障时，采集所述电池组模块状态关键参数，并将采集的数据上传到主控BCU设备或备用主控BCU设备；所述上位机后台监控模块用于电池参数的监视和控制指令的下传，同时对历史数据进行存盘；所述独立线路冗余模块用于上位机后台监控模块对电池组模块的直接控制或应急控制。
[0011]在本发明一实施例中，当主控B⑶设备正常运行过程中，其通过总线CAN实时采集从控LECU设备上传的电池参数，并每隔3-5秒，向上位机后台监控模块发送诸如电池组模块关键状态参数，上位机后台监控模块对历史数据进行存盘，此时备用主控BCU设备只对来自运行中的主控BCU设备生命信号进行监听，处于低功耗模式；当检测到运行中的主控BCU设备生命信号异常时，备用主控BCU设备复位异常运行的主控设备BCU，并从上位机后台监控模块回传断点处电池组模块的关键状态参数，在下个指令周期，备用主控BCU设备从断点进程中继续执行，实现主控BCU设备和备用主控BCU设备之间的热切换，并由上位机后台监控模块给出切换指示。
[0012]在本发明一实施例中，所述ZIGBEE模块独立于总线CAN ;所述ZIGBEE模块采用星形拓扑结构。
[0013]进一步的，所述系统包括四种工作模式:从控LE⑶设备故障或CAN总线故障模式；主控B⑶设备故障之后切换到备用B⑶设备模式；从控LE⑶设备故障且主控B⑶设备故障之后切换到备用B⑶设备模式；应急模式。
[0014]在本发明一实施例中，还包括一报警故障指示灯和一网关设备；现场测试和系统升级时，所述报警故障指示灯用于指示提醒；所述网关设备实现与驾驶台相关协议转换及路由选择。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下优点:具有线路冗余和设备冗余，在船舶海况比较复杂及负荷波动频繁的情况下，大大提高电池管理系统的可靠性能，降低全船故障率。
【附图说明】
[0016]图1为现有技术中汽车BMS的结构框图。
[0017]图2为本发明结构示意图。
[0018]图3为本发明四种故障模式下冗余技术实现示意图。
[0019]图4为本发明一具体实施例的工作示意图。
[0020]图5为本发明一实施例中ZIGBEE终端节点设备结构框图。
[0021]图6为本发明一实施例中ZIGBEE协调器节点设备工作流程图。
[0022]图7为本发明一实施例中ZIGBEE终端节点设备工作流程图。
[0023]图8为本发明设备冗余的控制流程图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图