电池管理系统及电池管理方法与流程

文档序号:14686073发布日期:2018-06-14 23:02阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种电池管理系统,其特征在于,包括:电池组控制器、N个单体电池控制器、N个隔离变压器以及1对复用总线,所述电池组控制器连接至所述复用总线并用于管理一电池组,每个单体电池控制器通过一个隔离变压器连接至所述复用总线,所述电池组包括N个串联的单体电池,其中,N为正整数,每个单体电池控制器管理一个单体电池,所述复用总线时分复用,所述电池组控制器与所述N个单体电池控制器利用所述复用总线进行功率传输和信号传输。

2.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池管理系统还包括一DC-DC变换器,所述DC-DC变换器连接在所述电池组以及所述电池组控制器之间,用于将所述电池组总电压转变为直流母线电压。

3.如权利要求2所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池组控制器包括电池组信号采样调理电路、第一数字控制器以及第一开关变换器;

所述电池组信号采样调理电路用于采集所述电池组的信息;

所述第一数字控制器用于对所述电池组进行管理与监测,并生成控制所述第一开关变换器的第一控制信号;

所述第一开关变换器用于根据所述第一控制信号将所述DC-DC变换器输出的电压按一定的时序进行开关斩波,以实现功率传输和信号传输。

4.如权利要求3所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池组的信息包括电池组总电压以及电池组总电流。

5.如权利要求3所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池组控制器还包括第一功率驱动电路,连接在所述第一数字控制器和第一开关变换器之间,用于将所述第一控制信号进行功率放大。

6.如权利要求3所述的电池管理系统,其特征在于,所述第一数字控制器对所述电池组进行管理与监测,包括:对所述电池组信号采样调理电路采集的电池组的信息进行处理、与所述单体电池控制器进行信号传输以及生成单体电池控制器的电池均衡指令。

7.如权利要求6所述的电池管理系统,其特征在于,所述第一数字\t控制器对所述电池组进行管理与监测,还包括:对所述电池组进行安全保护。

8.如权利要求6所述的电池管理系统,其特征在于,所述第一数字控制器包括第一采样信号处理模块、第一控制信号生成模块、第一接收解码模块以及电池组主动均衡模块;

所述第一采样信号处理模块用于对所述电池组的信息进行处理;

所述第一控制信号生成模块用于在所述电池组控制器向所述单体电池控制器发送数据的时隙内,根据要发送的数据生成所述第一控制信号;

所述第一接收解码模块用于在所述电池组控制器接收数据的时隙内,对复用总线上的电平进行解码,得到所述单体电池控制器发送的信息;

所述电池组主动均衡模块用于根据所述电池组的信息以及所述单体电池控制器发送的单体电池的信息,生成电池均衡指令。

9.如权利要求3所述的电池管理系统,其特征在于,所述单体电池控制器包括单体电池信号采样调理电路、第二数字控制器、第二开关变换器以及电池主动均衡电路;

所述单体电池信号采样调理电路用于采集对应的单体电池的信息;

所述第二数字控制器用于对对应的单体电池进行管理与监测,并生成控制所述第二开关变换器的第二控制信号;

所述第二开关变换器与所述第一开关变换器相配合,实现单体电池控制器的供电以及第一数字控制器和第二数字控制器之间的信号传输;

所述电池主动均衡电路用于抽取所述电池组中的能量对对应的单体电池进行主动均衡,以使不同的单体电池电压恢复一致。

10.如权利要求9所述的电池管理系统,其特征在于,所述对应的单体电池的信息包括单体电池电压以及单体电池温度。

11.如权利要求9所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池组控制器还包括第二功率驱动电路,连接在所述第二数字控制器于第二开关变换器之间,用于将所述第二控制信号进行功率放大。

12.如权利要求9所述的电池管理系统,其特征在于,所述第二数字控制器对对应的单体电池进行管理与监测,包括:对所述单体电池信号\t采样调理电路采集的单体电池的信息进行处理、与所述电池组控制器进行信号传输以及控制所述电池主动均衡电路对对应的单体电池进行主动均衡。

13.如权利要求12所述的电池管理系统,其特征在于,所述第二数字控制器对对应的单体电池进行管理与监测,还包括:对所述单体电池进行安全保护。

14.如权利要求13所述的电池管理系统,其特征在于,所述第二数字控制器包括第二采样信号处理模块、第二控制信号生成模块、第二接收解码模块以及电池荷电状态估计模块;

所述第二采样信号处理模块用于对所述对应的单体电池的信息进行处理;

所述第二控制信号生成模块根据所述电池组控制器发送的电池均衡指令控制电池主动均衡电路进行主动均衡,并在所述单体电池控制器向所述电池组控制器发送数据的时隙内,根据要发送的数据生成所述第二控制信号;

所述第二接收解码模块用于在所述单体电池控制器接收数据的时隙内,对复用总线上的电平进行解码,得到所述电池组控制器发送的信息;

所述电池荷电状态估计模块根据所述电池组的信息以及对应的单体电池的信息,估算出对应的单体电池的荷电状态。

15.如权利要求14所述的电池管理系统,其特征在于,所述第二数字控制器还包括一电池历史信息存储模块,用于每隔预定时间保存所述对应的单体电池的信息。

16.如权利要求9所述的电池管理系统,其特征在于,所述第一开关变换器和第二开关变换器通过隔离变压器连接。

17.如权利要求16所述的电池管理系统,其特征在于,所述第一开关变换器采用全桥电路,包括:反并联第一二极管的第一开关管、反并联第二二极管的第二开关管、反并联第三二极管的第三开关管以及反并联第四二极管的第四开关管,所述第一开关管与第三开关管组成第一桥臂,所述第二开关管与第四开关管组成第二桥臂,所述第一桥臂与第二桥臂并联\t在母线两端,所述第一桥臂与第二桥臂的中点引出作为复用总线。

18.如权利要求17所述的电池管理系统,其特征在于,所述第二开关变换器包括电容以及反并联第五二极管的第五开关管,所述电容与隔离变压器的副边并联,所述第五开关管和电容构成半波整流电路。

19.如权利要求9所述的电池管理系统,其特征在于,所述电池主动均衡电路采用Buck电路。

20.如权利要求9所述的电池管理系统,其特征在于,所述第一数字控制器和第二数字控制器采用MCU、DSP、CPLD或FPGA。

21.如权利要求2所述的电池管理系统,其特征在于,所述DC-DC变换器采用Boost升压电路。

22.如权利要求1所述的电池管理系统,其特征在于,每个单体电池控制器与对应的单体电池在空间上紧邻布置。

23.一种电池管理方法,采用如权利要求1至22中任一项所述的电池管理系统,其特征在于,每个单体电池控制器管理一个单体电池,1对复用总线时分复用,使电池组控制器与N个单体电池控制器利用所述复用总线进行功率传输和信号传输。

24.如权利要求23所述的电池管理方法,其特征在于,所述电池组控制器发送数据与所述单体电池控制器发送数据在不同的时隙内进行。

25.如权利要求24所述的电池管理方法,其特征在于,所述功率传输的过程包括:

电池组总电压经过第一开关变换器开关斩波后转变为具有一定时序的矩形波,并经隔离变压器传输至第二开关变换器,第二开关变换器将矩形波转变为直流电压,以向单体电池控制器供电。

26.如权利要求25所述的电池管理方法,其特征在于,所述直流电压还用于电池主动均衡电路进行主动均衡。

27.如权利要求26所述的电池管理方法,其特征在于,所述信号传输的过程包括:

在电池组通信时隙内,电池组控制器向单体电池控制器发送数据,‘1’和‘0’通过不同的占空比来实现;

在单体电池控制器通信时隙内,单体电池控制器向电池组控制器发送数据,当发送‘0’时复用总线上电压被拉高,当发送‘1’时复用总线上为低电平。

28.如权利要求27所述的电池管理方法,其特征在于,在1个位周期内,包括t1时隙、t2时隙、t3时隙以及t4时隙;t1时隙内,第一开关管和第三开关管导通,第二开关管和第四开关管关闭;t2时隙内,第二开关管和第四开关管导通,第一开关管和第三开关管关闭;t3时隙与t4时隙内,第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管均关闭;

在t1时隙内,电池组控制器向单体电池控制器发送数据,‘1’和‘0’通过不同的占空比来实现;

在t4时隙内,单体电池控制器向电池组控制器发送数据,当发送‘0’时,第五开关管导通,使复用总线上电压被拉高,当发送‘1’时,第五开关管关闭,使复用总线上为低电平。

29.如权利要求28所述的电池管理方法,其特征在于,在t1时隙内,电池组控制器向单体电池控制器发送电池均衡指令以及电池组的信息。

30.如权利要求29所述的电池管理方法,其特征在于,电池主动均衡电路进行主动均衡时,控制策略为电感电流平均值单环控制,将实际电感电流值经过采样处理后与参考电感电流值进行比较得到误差信号,经过PI调节后控制电池主动均衡电路工作,以使电池主动均衡电路的输出电感电流平均值恒定。

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