具有独立BMS功能的分段主动均衡锂电池阵列包的制作方法

本发明属于电池管理技术领域，具体涉及一种具有独立BMS功能的分段主动均衡锂电池阵列包。

背景技术：

目前广为应用的电动汽车电池管理系统（BMS）的构成，一般都是由直接连接电池组或者单体电池的多个电池参数检测单元(MMU)和上一层总的电池管理单元（即BMU模块，或者叫系统控制器Processor）组成，如专利申请号为201410114848.7、201510264556.6、200910192589.9、201010200477.6的中国专利，或者如专利申请号为US 20120143542的美国专利，不管与单体电池直接相连的电池参数检测单元(MMU)是否带电池均衡功能，都是这样的分上下两层的结构，即下面是多个MMU单元，上面一个总的BMU单元（或者叫Processor），上下两层结合在一起组成整个车载电池组的BMS系统，这样结构的BMS，比较适合于电池组与电动汽车车体合二为一的工况。

另外，最新在kickstarter campaign平台上众筹的项目：The Professional Grade Battery Management System (BMS)项目，也是一个由多个底层检测和均衡板“monitoring and balancing boards (MBBs)”和一个电池管理系统控制器“Battery Management System Controller (BMSC)及包括高电压和电流检测、显示器、绝缘模块在内的其他组件。多个MBBs板采集单体电池的电压和温度参数，并且用分段被动均衡的模式来实现3~6个单体锂电池的参数检测和电压被动均衡，这多个MBBs板再上传数据到总的BMSC控制单元，再结合其他附件模块，来实现整个车载锂电池组的包括SOC和SOH估算在内的BMS功能，这种系统是目前业界主流的上、下双层结构的锂电池组管理系统，如特斯拉、福特等公司的最新款电动汽车都采用这种方式。

上述主流的电池管理系统（BMS），是一台电动汽车的所有电池共享一个BMS模块（或叫主控模块BMU、Processor等名称），与整个电池组一起，作为一套系统从一而终式地固定在一辆电动汽车上，是比较适合的结构，但如果进一步要监测和管理到每个单体电池的SOC和SOH，要在电池组使用寿命期内更换与整组电池SOH差别大的单体电池，或者要采用换电池的工作模式，上述垂直一体化BMS结构就会遇到很大的麻烦，这种模式，也不利于锂电池全寿命期的梯级利用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有独立BMS功能的分段主动均衡锂电池阵列包。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种具有独立BMS功能的分段主动均衡锂电池阵列包，该分段主动均衡锂电池阵列包由2、3或者4的整数倍的m个单体锂电池串联成电池组后，再由n串电池组并联成由m*n个单体锂电池组成的分段主动均衡锂电池阵列；其中，在任意一串电池组上设置有具有分段主动均衡功能和整个PACK电池包完整BMS功能的主模块，其余n-1串电池组上分别设置有具有分段主动均衡功能和单体电池参数监测功能的从模块，所述主模块和n-1个从模块之间通过数据总线串行连接并交换数据；每2、3或者4的整数倍数量的单体锂电池为一段，每段通过4、6或者8个选通MOS管开关与一个双向DC/DC模块的一端连接，所述双向DC/DC模块的另一端与整串电池组连接。

上述方案中，所述主模块由电池管理模块和从模块构成，所述电池管理模块和整个分段主动均衡锂电池阵列包中n个从模块之间通过数据总线串行连接并交换数据。

上述方案中，所述每串电池组上连接有检流器，并与该串电池组上的主模块或者从模块连接。

上述方案中，所述每串电池组上连接有空气保护开关，所述空气开关与该串电池组上的主模块或者从模块连接。

上述方案中，所述主模块通过总线串联方式与电动汽车或者储能电站的主控电脑连接。

上述方案中，所述主模块通过无线方式与电动汽车或者储能电站的主控电脑连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用分布式结构，能够实现每串电池组的分段主动均衡，通过本发明容易搭建和构成满足不同电压等级、功率和容量需求的车载或储能电池组系统，延长电池组的使用寿命、降低电动汽车的使用成本。

附图说明

图1是本发明的结构框架图。

图2是本发明的分段均衡电路开关阵列设计示意图。

图3是本发明的主模块的框架图。

图4是由多个本发明的分段主动均衡锂电池阵列包串、并联组成车载电池组系统或储能电池组系统，及其与电动汽车或者地面储能站主控电脑之间的一种有线组网示意图；

图5是由多个本发明的分段主动均衡锂电池阵列包串、并联组成车载电池组系统或储能电池组系统，及其与电动汽车或者地面储能站主控电脑之间的另一种有线组网示意图；

图6是由多个本发明的分段主动均衡锂电池阵列包串、并联组成车载电池组系统或储能电池组系统，及其与电动汽车或者地面储能站主控电脑之间的一种无线组网示意图；

图7是由多个本发明的分段主动均衡锂电池阵列包串、并联组成车载电池组系统或储能电池组系统，及其与电动汽车或者地面储能站主控电脑之间的另一种无线组网示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种具有独立BMS功能的分段主动均衡锂电池阵列包，该分段主动均衡锂电池阵列包由2、3或者4的整数倍的m个单体锂电池串联成电池组后，再由n串电池组并联成由m*n个单体锂电池组成的分段主动均衡锂电池阵列；其中，任意一串电池组上设置有具有分段主动均衡功能和整个PACK电池包完整BMS功能的主模块（HM），其余n-1串电池组上分别设置有具有分段主动均衡功能和单体电池参数监测功能的从模块（SM），所述主模块和n-1个从模块之间通过数据总线串行连接并交换数据；

每2、3或者4的整数倍数量的单体锂电池为一段，每段通过4、6、8个选通MOS管开关与一个双向DC/DC模块的一端连接，所述双向DC/DC模块的另一端与整串电池组连接，这样，每串电池组通过双向DC/DC模块完成该电池组的分段主动均衡操作。

如图1所示，带独立并且完整BMS功能的锂电池PACK包：由成2、3或者4的整数倍的m个单体锂电池串联成组，即图中④，再由这样的n串电池组并联成由m*n个单体锂电池组成的电池阵列，和连接在其中一串单体锂电池组上的包括分段主动均衡功能和整个PACK电池包完整BMS功能的主（HOST）模块(HM)，即图中①，以及分别连接在其余n-1串锂电池组上的n-1个带分段主动均衡功能和单体电池参数监测功能的相同的从（SLAVE）模块(SM)，即图中②，1个HM模块和n-1个SM模块之间用数据总线串行连接并交换数据，这样，组成一个具有独立BMS功能的PACK电池包，其中③是PACK包与整车或者地面电站连接的热管理通道，⑤是检流计，⑥是单体电池电流检测和均衡连线，⑦是单体电池极柱温度检测线，⑧是PACK电池包充放电接口，⑨是PACK电池包数据无线传输天线，⑩是PACK电池包外壳。

如图2所示，例如以3个单体锂电池为一段，每段通过6个选通MOS管开关K1、K2、K3、K4、K5、K6与一个双向DC/DC模块的一端连接，所述双向DC/DC模块的另一端与整串电池组连接，在不需要做均衡操作时，K1至K6均断开，如果3个单体锂电池中的上面1个单体锂电池的电压高出或者低于单体锂电池平均电压达到某一幅值时，则开通K1、K2与双向DC/DC模块连接 ,启动整组电池组与该单体锂电池的均衡操作，如果3个单体锂电池中的中间1个单体锂电池的电压高出或者低于单体锂电池平均电压达到某一幅值时，则开通K3、K4与双向DC/DC模块连接 ,启动整组电池组与该单体锂电池的均衡操作，如果3个单体锂电池中的下面1个单体锂电池的电压高出或者低于单体锂电池平均电压达到某一幅值时，则开通K5、K6与双向DC/DC模块连接 ,启动整组电池组与该单体锂电池的均衡操作这样，每串电池组通过双向DC/DC模块完成该电池组的分段主动均衡操作。

主控电脑只需要加载一个简单的程序插件，把每个PACK电池包上传的电池管理数据进行简单的汇总，就可以操作和控制电动汽车的电机控制器或者根据负载需求操控分布式储能系统，并且在多个PACK包串、并联充电时给出统一的充电控制指令

如图3所示，所述主模块(HM)由电池管理模块BMU①和从模块（SM模块）③构成，所述电池管理模块BMU①和整个分段主动均衡锂电池阵列包中n个从模块③之间通过数据总线串行连接并交换数据。

所述每串电池组上连接有检流器，并与该串电池组上的主模块或者从模块连接，所述主模块或者从模块读取本电池串上的充放电电流值，作为BMU管理整个电池PACK包、精确估算PACK包内每个单体锂电池SOC和SOH的电流参数的依据。

所述检流器采用分流器、电流互感器、霍尔电流传感器或者其他电流测试器件。

所述每串电池组上连接有空气保护开关，所述空气开关与该串电池祖上的主模块或者从模块连接，受本串电池组上HM或SM控制（SM模块受PACK包内HM模块或BMU模块控制），空气开关可以在紧急情况下断开本串电池组与电池包整体充放电能量回路的连接。

所述主模块通过总线串联方式与电动汽车或者储能电站的主控电脑连接。

所述主模块通过无线方式与电动汽车或者储能电站的主控电脑连接。

进一步地，无论通过总线串联方式还是无线方式，主控电脑收到每个PACK包上传的电池管理数据进行简单的汇总，根据数据操作和控制电动汽车的电机控制器或者根据负载需求操控分布式储能系统，并且在多个PACK包串、并联充电时给出统一的充电控制指令。

如图4所示，多个带独立并且完整BMS功能的锂电池PACK包①通过充放电线路③串联，组成满足车载或者储能系统要求的储电电池组，每个锂电池PACK包①内的HM模块（也可把HM模块拆分成一个BMU模块和一个SM模块），每个PACK电池包提供CAN总线接口②串联一起，由CAN总线④连接数据转发器⑦组成本地微网，再由数据转发器⑦上传本组电池PACK包内每个BMS处理后的数据到电动汽车或储能电站的主控电脑⑥，主控电脑⑥只需要进行简单的数据汇总，就可以操作和控制电动汽车的电机控制器、或者根据负载需求操控储能系统，并且在多个PACK包串、并联充电时给出统一的充电控制指令。

如图5所示，多个带独立并且完整BMS功能的锂电池PACK包①通过充放电线路②串联，组成满足车载或者储能系统要求的储电电池组，每个锂电池PACK包①内的HM模块（也可把HM模块拆分成一个BMU模块和一个SM模块）的CAN总线接口④串联一起，由CAN总线③直接上传本组电池PACK包内每个BMS处理后的数据到电动汽车或储能电站的主控电脑⑤，主控电脑⑤只需要进行简单的数据汇总，就可以操作和控制电动汽车的电机控制器、或者根据负载需求操控储能系统，并且在多个PACK包串、并联充电时给出统一的充电控制指令，主控电脑⑤还可以通过无线方式上传数据到远程车联网或者地面储能电站的服务器⑥。

如图6所示，多个带独立并且完整BMS功能的并且带无线数据发射功能的锂电池PACK包①通过充放电线路②串联，组成满足车载或者储能系统要求的储电电池组，每个锂电池PACK包①（也可把HM模块拆分成一个BMU模块和一个SM模块）直接发射本PACK包BMS处理后的电池管理数据，由电动汽车或储能电站的主控电脑③自带的无线接收天线④接收每个PACK包的上传数据并进行简单的数据汇总，就可以操作和控制电动汽车的电机控制器、或者根据负载需求操控储能系统，并且在多个PACK包串、并联充电时给出统一的充电控制指令。

如图7所示，多个带独立并且完整BMS功能的并且带无线数据发射功能的锂电池PACK包①通过充放电线路②串、并联，组成满足车载或者储能系统要求的储电电池组，每个锂电池PACK包①（也可把HM模块拆分成一个BMU模块和一个SM模块）直接发射本PACK包BMS处理后的电池管理数据，由电动汽车或储能电站的主控电脑③自带的无线接收天线④接收每个PACK包的上传数据并进行简单的数据汇总，就可以操作和控制电动汽车的电机控制器、或者根据负载需求操控储能系统，并且在多个PACK包串、并联充电时给出统一的充电控制指令。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。