级联式电池管理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种级联式电池管理系统，属于动力电池应用技术领域。
【背景技术】
[0002]在能源资源日益紧缺和环境污染问题愈演愈烈的今天，全球汽车行业都面临着产品保留与技术革新的巨大挑战。现阶段，随着整体生活水平的提高，越来越多的汽车尾气排放无疑在一定程度上再次加重了全球大气污染和越来越频繁的雾霾天气。使用高效清洁的能源来替代传统动力源将成为汽车动力改革的主要方面，因此，加快实现汽车动力系统的电气化已成为各国缓解能源环境问题的重中之重。电池作为一种传统储能供电设备，其使用已经获得我国各行各业的认可，而且随着电池技术和工艺的不断提升，单体功率更大，更安全的电池逐渐面世，不但拓展了传统电池供电设备的应用场合，也衍生了一些适合新能源电动汽车的动力系统。
[0003]但当大量的动力电池进行串联时，由于电池特性的差异，电池组的整体特性将由最差的单体决定，即所谓的木桶效应，必须增加电池管理系统以实现对不同单体的电压、电流、荷电状态、温度等变量进行监测，并采取合适的平衡与热管理方法。传统的电池管理系统多为集中式的电池管理系统，成本相对较低，但连线较多，信号采集受干扰较为严重，管理系统可靠性大打折扣，并且针对不同数量的电池组需单独设计，可扩展性极差；同时，该电池管理系统通过采取电池组温度检测或某几个单体电池温度检测来衡量电池组内个电池的温度，误差较大，不能对各单体进行超温保护，其改进方法是，采用分布式采集方案，每个电池的温度采集都采用一个底层的控制板，通过CAN总线与主控制器相连，该方法避免单体电池温度检测误差较大的现象，但成本太高，底层控制板没有得到充分利用。因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。
【发明内容】
[0004]为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种级联式电池管理系统，该技术方案可以提高电池管理系统的可靠性，实现对电池组各单体电压、温度的实时检测，可依据电池信息对单体电池进行均衡管理，同时具备良好的可扩展性，成本较低。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种级联式电池管理系统，所述级联式电池管理系统包括级联式信号采集均衡保护电路，电压及温度处理电路，电流采集电路，数据处理及通信电路，级联式信号采集均衡保护电路分别采集电池组各节电池电压信号至电压及温度处理电路，数据处理及通讯电路分别收集电压及温度处理电路处理的各单体电池的电压、温度信号及电流采集电路采集的电池回路充放电的电流信息进行电池的荷电状态估计及超温、低温、欠压、过压、过充、过放等保护，同时将电池信息通过数据处理及通信电路与车载中控系统交互，电流采集电路采集电池组充放电电流信息传输至数据处理及通信电路，数据处理及通讯电路根据实时电流信息进行电池的荷电状态监测，避免电池出现过放、过充现象。
[0006]作为本发明的一种改进，所述级联式信号采集均衡保护电路由基准电位摄取电路及多个单级电位采集均衡保护电路级联组成，其中单级电位采集均衡保护电路的数量大于等于2的正整数。
[0007]作为本发明的一种改进，所述基准电位摄取电路包含一个采样电路和保险F0，采样电路具体由一个滤波电容C0和采样电阻R0组成，滤波电容C0两端分别与基准电位和公共地连接，采样电阻R0的两端分别和基准电位和保险F0连接，保险F0的另一端与电压及温度处理电路连接。
[0008]作为本发明的一种改进，所述单级电位采集均衡保护电路由采样电路、均衡保护电路和保险F1组成，第一节电池的正电位点与采样电路的输入端连接，采样电路的输出端连接着均衡保护电路的输入端口 1，均衡保护电路的输入端口 2与电压及温度处理电路相连，均衡保护电路的输出端口 4与前级采样电路的输出端相连，均衡保护电路的输出端口 3经保险F1与电压及温度处理电路。
[0009 ]作为本发明的一种改进，单级电位采集均衡保护电路中的采样电路由一个滤波电容C1和采样电阻R1组成，滤波电容C1两端分别与第一节电池的正电位点和公共地连接，采样电阻R1的一端与第一节电池的正电位点相连，另一端作为采样电路的输出端与均衡保护电路的输入端口 1相连。
[0010]作为本发明的一种改进，所述均衡保护电路由电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容Cl 1、发光二极管D11、肖特基二极管D12、肖特基二极管D13、可控开关器件T1组成，电阻R11与发光二极管D11串联后与电阻R12并联，R12的两端分别与均衡保护电路的输入端口 1与可控开关器件T1的引脚1相连，均衡保护电路的输入端口 2经电阻R13与可控开关器件T1的引脚2相连，电阻R13和肖特基二极管D12并联后分别接于可控开关器件T1的引脚2和引脚3，电容C11与肖特基二极管D13并联，肖特基二极管D13的两端分别与可控开关器件T1的引脚3和均衡保护电路的输出端口 3相连，均衡保护电路的输出端口 3与输入端口 1直连，输出端口 4与可控开关器件T1的引脚3相连。
[0011]作为本发明的一种改进，所述电压及温度处理电路由温度信号采集电路和数据处理模块组成。各级电压及温度处理电路通过SPI总线传输逐级传输数据，数据处理及通信电路根据采集到的各个单体电池的电压、温度进行各单体电池的过压、欠压、超温、低温保护，同时依据不同单体间电压的差异，输出控制信号，控制级联式信号采集均衡保护电路中的电池均衡保护电路动作，保证各电池单体的电压趋于一致。
[0012]作为本发明的一种改进，所述温度信号采集电路有多路温度传感器PT、多路选择开关电路、光电隔离隔电路组成，多路温度传感器采集各电池组模块的温度信号与多路选择开关电路的输入端相连，数据处理及通信电路输出控制信号经光电隔离电路至多路选择开关电路的控制端，多路选择开关电路的输出端输出选择的电池的温度信号至数据处理模块。
[0013]作为本发明的一种改进，数据处理及通信电路包括数据处理芯片、CAN总线电路及485电路，数据处理芯片采集电压及温度处理电路采集的各电池组电压及温度信号进行电池状态监测及估算，数据处理芯片的CAN 口与CAN总线电路相连，数据处理芯片的串口与485电路相连。
[0014]相对于现有技术，本发明的优点如下，(1)整个技术方案中所述的级联式结构设计巧妙，紧凑，结构简单，成本较低，可扩展性强；(2)该技术方案中单体电池电压及温度独立监测，减小误差，可实现单体电池的电压均衡，同时便于实现各种保护；(3)整个技术方案连接线较少，降低了系统的外界干扰，提高了电池管理系统的可靠性；(4)单级式数据处理结构，响应速度快，降低了主处理器的工作负荷，提高了电池管理系统的动态响应及准确性。
【附图说明】
[0015]图1是一种级联式电池管理系统原理框图；
图2是一种2级级联电池管理系统框图；
图3a-3b是本发明的电池信息采集均衡保护电路原理框图；
图4a-4h是本发明的均衡保护电路；
图5是本发明的温度信号采集及数据处理及通信电路原理框图；
图6是本发明的电流采集电路电路图；
图7是本发明的CAN总线电路图；
图8是本发明的485总线电路图；
图中:1、第一级电池信息采集均衡保护电路，2、第二级电池信息采集均衡保护电路，3、第一级电压及温度处理电路，4、第二级电压及温度处理电路，5、电流采集电路，6、数据处理及通信电路，10、基准电位摄取电路，11、第一级级联式电位采集均衡保护电路，12、第二级级联式电位采集均衡保护电路，13、第三级级联式电位采集均衡保护电路，14、第四级级联式电位采集均衡保护电路，111、采样电路，112、均衡保护电路，31、温度信号采集电路，32数据处理模块，311、多路选择开关电路，312、光电隔离隔电路，61、数据处理芯片，62、CAN总线电路，63、485总线电路。
【具体实施方式】
[0016]为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明。
[0017]实施例1:
本实施例以对8节电池进行分2组采样进行电池管理，如图1，2，3所示，本发明一种级联式电池管理系统，包括第一级电池信息采集均衡保护电路1，第二级电池信息采集均衡保护电路2，第一级电压及温度处理电路3，第二级电压及温度处理电路4，电流采集电路5，数据处理及通信电路6。
[0018]第一级电池信息采集均衡保护电路1由基准电位摄取电路10及多个单级电位采集均衡保护电路级联组成，具体包含基准电位摄取电路10，第一级级联式电位采集均衡保护电路11，第二级级联式电位采集均衡保护电路12，第三级级联式电位采集均衡保护电路13，第四级级联式电位采集均衡保护电路14，各级级联式电位采集均衡保护电路分别采集电池组各节电池电压信号至第一级电压及温度处理电路3。
[0019]参见图3b，第二级电池信息采集均衡保护电路2由基准电位摄取电路20及多个单级电位采集均衡保护电路级联组成，具体包含基准电位摄取电路20，第一级级联式电位采集均衡保护电路21，第二级级联式电位采集均衡保护电路22，第三级级联式电位采集均衡保护电路23，第四级级联式电位采集均衡保护电路24，第二级电压及温度处理电路4，各级级联式电位采集均衡保护