一种基于载波通信技术的电池组及其管理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于载波通信技术的电池组及其管理系统，电池组管理系统包括主监控设备、电池组与包括微处理器的各单体电池监控模块，各单体电池监控模块通过载波通信方式与主监控设备通信连接：以电池组在工作状态下形成的一次回路为载波信道；微处理器通过载波通信模块连接到对应单体电池的一次回路上，主监控设备的通信接口与一次回路耦合连接；本实用新型采用载波通信技术将各单体电池状态信息转化为高频信号叠加到系统一次主回路上，通过载波通信设备获得各个单体电池监控模块上传的高频信号，进而对高频信号进行处理获得电池状态信息，省去了传统的外部附属供电及通信线路，使电池组管理系统设计、维护更为简单、可靠。
【专利说明】一种基于载波通信技术的电池组及其管理系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电池管理【技术领域】，涉及一种基于载波通信技术的电池组及其管理系统。
【背景技术】
[0002]随着电池技术的日益成熟，电池应用领域不断扩大，应用数量日益增长增长。通常，在电池应用技术中采用串联或并联成组扩大电池系统容量。在电池系统日常应用中，需要实时监控电池系统内各单体电池电压、温度、电流、SOC等关键状态信息，并依据上述状态信息进行相应的充放电操作。
[0003]另外，由众多单体电池构成的电池电源系统存在着木桶效应，即整个电池电源系统的可用容量由系统内容量最低的单体电池容量决定，容量最低的单体电池在充放电过程中先于其他单体电池触发过充/过放报警，系统充放电过程停止，造成大部分系统容量无法使用。
[0004]随着电池系统的使用，电池电源系统内各单体电池一致性越来越差，即各单体电池实际可用容量差异越来越大，最终成为影响电池电源系统可用容量的首要因素。为解决上述一致性问题，目前通常采用主动电量转移或者被动电阻耗能技术改善电池电源系统的一致性。但是上述技术受限于控制策略与电路结构均未能将各单体电池恢复至出厂状态。
[0005]为监控电池电源系统内各单体电池状态信息(电压、电流、温度、S0C)并进行一致性修复，目前电池管理系统通常采用主从设计。一个从控模块负责监控数支单体电池的状态信息，通过CAN总线上传至主控模块。一个主控模块负责收集多个从控模块上传的单体电池的状态信息，形成对整个电池电源系统的状态监控并形成控制策略，并将相应的控制策略下发至各个从控模块进行一致性修复。申请号为200780048774.X的名称为“电池管理系统”的中国专利公开了一种电池管理系统，该系统采用主从结构，主从模块之间需要构建复杂的树状电源及通信线路，附属电路严重制约了电池电源系统的设计及运行稳定性；在电池系统充放电过程中，从控模块在同一时间只能对某一支单体电池进行一致性修复，实际应用表明，在同一时间需要多支单体进行一致性修复，传统的主从结构的电池管理系统不能在一次充电过程中将电池一致性修复至出厂状态。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种基于载波通信技术的电池组，以解决现有电池组在管理时附属线路复杂、维护成本高的问题。
[0007]本实用新型的另一目的是提供一种基于载波通信技术的电池组管理系统，以解决现有电池管理系统附属线路复杂、维护成本高、电池一致性修复效果差的问题。
[0008]为实现第一发明目的，本实用新型的基于载波通信技术的电池组包括各单体电池监控模块，该单体电池监控模块包括微处理器，所述单体电池监控模块均设有用于与主监控设备通信的载波通信模块，所述微处理器通过载波通信模块连接到对应单体电池的端子上。
[0009]所述载波通信模块为AD/DA转换器，其数字端连接微处理器，模拟端连接到对应电池的端子上。
[0010]所述单体电池监控模块安装于单体电池正负极柱外侧或集成于单体电池内部。
[0011]为实现第二发明目的，本实用新型的基于载波通信技术的电池组管理系统包括主监控设备、电池组与各单体电池对应设有的各单体电池监控模块，各单体电池监控模块均包括微处理器，各单体电池监控模块通过载波通信方式与所述主监控设备通信连接，所述载波通信的载波信道为以电池组在工作状态下形成的一次回路；所述微处理器通过载波通信模块连接到对应单体电池的一次回路上，所述主监控设备的通信接口与一次回路耦合连接
[0012]所述主监控设备与高频互感器耦合。
[0013]所述载波通信模块为AD/DA转换器，其数字端连接微处理器，模拟端连接到对应电池的端子上。
[0014]所述单体电池监控模块安装于单体电池正负极柱外侧或集成于单体电池内部。
[0015]本实用新型的基于载波通信技术的电池组中，单体电池监控模块针对每支单体电池独立设计，单体电池监控模块设有用于与主监控设备通信的载波通信模块，微处理器通过载波通信模块连接到对应单体电池的端子上，可省去传统管理系统复杂的外部附属供电及通信线路，使电池电源系统设计维护更为简单、可靠。单体电池监控模块可就近安装于单体电池附近，提高电池系统内各单体电池的独立性。
[0016]本实用新型的基于载波通信技术电池管理系统采用载波通信技术将各单体电池状态信息转化为高频信号叠加到系统一次主回路上，通过载波通信设备获得各个单体电池监控模块上传的高频信号，进而对高频信号进行处理获得电池状态信息；同样，对于每个单体电池监控模块也可以通过一次线路上的高频信号获得主控制器整定参数指令，调整报警、保护参数；本系统可以省去传统的外部附属供电及通信线路，使电池组管理系统设计维护更为简单、可靠。单体电池监控模块可就近安装于单体电池附近，提高电池系统内各单体电池的独立性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型单体电池监控模块原理框图；
[0018]图2是本实用新型电池组管理系统原理框图。
【具体实施方式】
[0019]—、基于载波通信技术的电池组
[0020]如图2所示，该基于载波通信技术的电池组包括各单体电池监控模块，该单体电池监控模块包括微处理器和用于与主监控设备通信的载波通信模块，微处理器通过载波通信模块连接到对应单体电池的端子上。载波通信模块用于将微处理器传送的信号转换为高频信号，其数字端连接微处理器，模拟端连接到对应电池的端子上，载波通信模块可以为AD/DA转换器，也可采用具有这种转换功能的其他设备。
[0021]单体电池监控模块包括由监测传感器与微处理器MCU相连构成的采集处理模块和由MOS管与电阻串联构成的一致性修复模块，微处理器MCU控制连接MOS管，采集处理模块与一致性修复模块采用微型化集成技术集成于一微型模块，该微型模块安装于单体电池正负极柱外侧，也可集成于单体电池内部。单体电池监控模块通过取自单体电池的电量完成供电。将采集到的单体电池电压或温度信号传入微处理器MCU，进行逻辑处理后，判断单体电池电压是否需要进行限制，当单体电池电压超过设定值，微处理器MCU通过bl 口向MOS管施加导通电压，MOS管导通，MOS管导通后，将电阻R跨接于单体电池两端，电阻R将消耗单体电池的能量，阻止端电压上升。
[0022]各单体电池监控模块相互独立运行，各级报警与保护参数可分别独立设置。在同一时间内可有多个单体电池监控模块进行电阻耗能，最终将电池电源系统内各单体电池充电至同一端电压状态，电池系统内各单体电池间一致性恢复至出厂状态。
[0023]二、基于载波通信技术的电池组管理系统
[0024]如图2所示，基于载波通信技术的电池组管理系统包括主监控设备、电池组与各单体电池对应设有的各单体电池监控模块，各单体电池监控模块均包括微处理器，各单体电池监控模块通过载波通信方式与所述主监控设备通信连接，所述载波通信的载波信道为以电池组在工作状态下形成的一次回路；微处理器通过载波通信模块连接到对应单体电池的一次回路上，主监控设备的通信接口与一次回路耦合连接。主监控设备与高频互感器耦合。载波通信模块用于将微处理器传送的信号转换为高频信号，其数字端连接微处理器，模拟端连接到对应电池的端子上，载波通信模块可以为AD/DA转换器，也可采用具有这种转换功能的其他设备。图2中I表示负载，2表示高频互感器。
[0025]如图1所示，单体电池监控模块包括由监测传感器与微处理器MCU相连构成的采集处理模块和由MOS管与电阻串联构成的一致性修复模块，且微处理器MCU控制连接MOS管，微处理器MCU通过模数转换器ADC将信号连入主控模块。采集处理模块与一致性修复模块采用微型化集成技术集成于一微型模块，该微型模块安装于单体电池正负极柱外侧，也可集成于单体电池内部。单体电池监控模块通过取自单体电池的电量完成供电。监测传感器为用于采集电池压力和温度信号的传感器，将两端的单体电池电压或温度信号传入微处理器MCU，完成对单体电池电压、温度的采集。单体电池监控模块对采集到电压信号进行逻辑处理后，判断单体电池电压是否需要进行限制，当单体电池电压超过设定值，微处理器MCU通过bl 口向MOS管施加导通电压，MOS管导通，MOS管导通后，将电阻R跨接于单体电池两端，电阻R将消耗单体电池的能量，阻止端电压上升。
[0026]各单体电池监控模块相互独立运行，各级报警与保护参数可分别独立设置。在同一时间内可有多个单体电池监控模块进行电阻耗能，最终将电池电源系统内各单体电池充电至同一端电压状态，电池系统内各单体电池间一致性恢复至出厂状态。
[0027]各单体电池监控模块通过微处理器MCU完成单体电池端电压、温度的采集与处理，并通过模数转换器ADC将需要上传的数字信号转换为模拟信号，转换后的模拟信号通过电池系统的一次回路上传至上一级监控系统，并通过一次回路接受监控系统的指令。
[0028]各单体电池监控模块通过微型化技术将此模块设计为一微型模块，可安装于单体电池正负极柱外侧，或集成于单体电池内部。多个单体监控模块可前后串联使用，成组形式完全等同于单体电池。一次回路中的信号可通过变压器或互感器获取，之后通过主控模块进行处理分析。[0029]电池组管理系统采用载波通信技术将各单体电池状态信息转化为高频信号叠加到系统一次主回路上，通过高频互感器获得各个控制器上传的高频信号，进而对高频信号进行DSP处理获得电池状态信息；同样，对于每个单体电池监控模块也可以通过一次线路上的高频信号获得上位机整定参数指令，调整报警、保护参数；此种设计可以省去传统的外部附属供电及通信线路，使电池电源系统设计维护更为简单、可靠。
[0030]最后所应说明的是:以上实施例仅用以说明而非限定本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.基于载波通信技术的电池组，包括各单体电池监控模块，该单体电池监控模块包括微处理器，其特征在于，所述单体电池监控模块均设有用于与主监控设备通信的载波通信模块，所述微处理器通过载波通信模块连接到对应单体电池的端子上。
2.根据权利要求1所述的基于载波通信技术的电池组，其特征在于:所述载波通信模块为AD/DA转换器，其数字端连接微处理器，模拟端连接到对应电池的端子上。
3.根据权利要求1或2所述的基于载波通信技术的电池组，其特征在于:所述单体电池监控模块安装于单体电池正负极柱外侧或集成于单体电池内部。
4.基于载波通信技术的电池组管理系统，包括主监控设备、电池组与各单体电池对应设有的各单体电池监控模块，各单体电池监控模块均包括微处理器，其特征在于:各单体电池监控模块通过载波通信方式与所述主监控设备通信连接，所述载波通信的载波信道为以电池组在工作状态下形成的一次回路；所述微处理器通过载波通信模块连接到对应单体电池的一次回路上，所述主监控设备的通信接口与一次回路耦合连接。
5.根据权利要求4所述的基于载波通信技术的电池组管理系统，其特征在于:所述主监控设备与高频互感器耦合。
6.根据权利要求4所述的基于载波通信技术的电池组管理系统，其特征在于:所述载波通信模块为AD/DA转换器，其数字端连接微处理器，模拟端连接到对应电池的端子上。
7.根据权利要求4或5或6所述的基于载波通信技术的电池组管理系统，其特征在于:所述单体电池监控模块安装于单体电池正负极柱外侧或集成于单体电池内部。
【文档编号】H01M10/48GK203481331SQ201320466146
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】朱建锦, 臧思佳, 陈海燕, 程永周, 冯慧敏, 王进军 申请人:中航锂电（洛阳）有限公司