一种集成的一体化模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种集成的一体化模块。
【背景技术】
[0002] 由于蓄电元件(蓄电池、超级电容…）（为了说明方便，以下都用电池、电池组代替） 的基本特性，当电压超过或低于允许范围时都会导致单体电池、甚至整串电池组的损坏或 失效。所以，电池组使用时，保证每个电池单元的电压在合理范围内至关重要。即使每个电 池单元一致性很高，但是由于每节电池单元的参数在出厂时的细微差别，以及使用过程中 不同的接触电阻、不同的环境温度等，都可能会导致单节电池衰减速率的不同。当它们串联 在一起组成电池组并进行使用时，就有可能在充电时有部分电池提前充满电，而放电时有 部分电池提前放完电的情况出现。如果不进行均衡的话，就使得电池的实际容量与标定容 量有差别，单体电池寿命相对较长，一旦串联成组使用后，寿命就会因其一致性较差而大大 缩短，往往串联的越多，寿命就越短。因此，串联电池组需要配备电池均衡系统。
[0003] 现有技术中分为被动均衡方案和主动均衡方案。其中被动均衡方案主要通过电阻 对电压过高的电池进行放电来实现，该方案电路结构简单，成本较低，但是均衡电流小，能 量利用率低，发热严重；而主动均衡方案均衡电流大，能量损耗较少，但是结构较复杂，成本 也较高。要实现真正高效率的均衡，必须采用主动均衡方案。目前主动均衡方案众多，相互 之间差异较大，图1所示为其中一种方案。从图1可以看出，初级线圈与整个电池组相连，次 级线圈与每个电池单元相连，通过微控制器控制来达到电池均衡的目的。工作方法如下：对 所有单体电池进行电压采样，计算平均值，然后筛选出电压偏离平均值最大的电池单元，比 如第一节电池电压与平均值偏差最大，并低于平均值，则闭合主开关S0,电池组开始对变压 器充电，断开主开关S0，闭合开关S1，变压器存储的能量转移到第一节电池中。若第η节电 池电压与平均值偏差最大，并高于平均值，此时闭合开关Sn，该电池多余的能量通过磁场的 形式储存，断开开关Sn，闭合主开关S0,变压器从储能模式进入能量输出模式，将能量传送 给整个电池组。如此，对电压偏高的单体电池释放能量，对电压偏低的单体电池输入能量， 实现整组电池的均衡。存在以下缺点：
[0004] 1、整组电池同一时间最多只有一节电池均衡，均衡效率低。
[0005] 2、均衡并无电池电压检测、均衡工作状态控制(这两个功能都是靠电池管理系统， 即BMS实现的）和均衡电路状态检测功能，只实现了简单的均衡，大批量应用、升级、维护困 难。
【发明内容】
[0006] 本实用新型提供了一种提高了系统可维护性、方便了系统升级的集成的一体化模 块。
[0007] 本实用新型采用的技术方案是：
[0008] -种集成的一体化模块，其连接在电池组与电池管理系统之间，其特征在于：包括 模块本体，所述模块本体内集成有采样电池组电压和温度信息的采样模块、用于与电池管 理系统信息通讯的通信模块、对电池组及电池管理系统进行保护的保护模块、实现电池间 均衡的均衡模块以及控制均衡模块开启及关闭的控制模块。本实用新型的一体化模块将采 样、通信、保护、均衡、控制功能集成在一起，方便产品升级和维护，模块化生产，节省成本。 而且实现了电压采样功能，电池管理系统中的采集用的模拟前端可以省略，降低了成本。电 压、温度等信息通过通信模块可以直接传输给电池管理系统，电池管理系统能够实时监控 和控制各模块的工作状态，能通过控制模块对均衡模块下大强制均衡指令，只需升级电池 管理系统的软件就能完成均衡方案的升级。
[0009] 进一步，所述通信模块包括用于正常通讯的RS485通信模块和通讯异常时报警的 紧急报警模块，当所述紧急报警模块启动时，均衡模块进入自主均衡模式。本实用新型具有 保护和报警措施，提高了系统的可靠性。
[0010] 本实用新型的有益效果：
[0011] 1、实现了采样通信保护控制均衡一体化，在模块中集成了所有上述功能，方便产 品升级和维护；
[0012] 2、实现了电压采样功能，基本可以省略电池管理系统中为电池电压采集而使用的 模拟前端芯片，节省成本；
[0013] 3、一体化模块通过RS485通信实时地上报电压信息、温度信息和各种状态信息， 电池管理系统能够实时监控各个模块的工作；
[0014] 4、电池管理系统能够下达强制均衡指令，控制所有模块的工作状态，同时只需要 升级电池管理系统软件就能完成均衡方案升级；
[0015] 5、具有保护和报警措施，提高了系统的可靠性；
[0016] 6、模块化生产、节省成本。
【附图说明】
[0017] 图1是现有一种均衡方案的结构示意图。
[0018] 图2是本实用新型的结构示意图。
[0019] 图3是本实用新型扩展使用的结构示意图。
[0020] 图4是本实用新型与电池管理系统连接的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限 于这些【具体实施方式】。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内 所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
[0022] 参照图2, 一种集成的一体化模块，其连接在电池组2与电池管理系统3之间，包括 模块本体1，所述模块本体1内集成有采样电池组电压和温度信息的采样模块11、用于与电 池管理系统信息通讯的通信模块12、对电池组及电池管理系统进行保护的保护模块13、实 现电池间均衡的均衡模块14以及控制均衡模块开启及关闭的控制模块15。本实用新型的 一体化模块将采样、通信、保护、均衡、控制功能集成在一起，方便产品升级和维护，模块化 生产，节省成本。而且实现了电压采样功能，电池管理系统3中的采集用的模拟前端可以省 略，降低了成本。电压、温度等信息通过通信模块可以直接传输给电池管理系统3,电池管理 系统3能够实时监控和控制各模块的工作状态，能通过控制模块15对均衡模块14下大强 制均衡指令，只需升级电池管理系统3的软件就能完成均衡方案的升级。
[0023] 本实施例所述通信模块12包括用于正常通讯的RS485通信模块和通讯异常时报 警的紧急报警模块，当所述紧急报警模块启动时，均衡模块14进入自主均衡模式。本实用 新型具有保护和报警措施，提高了系统的可靠性。
[0024] 本实用新型集成了采样、通信、保护、均衡和控制等功能。采样模块11包括采样电 池的电压和温度等信息；通信模块12包括RS485通信和紧急报警；保护模块13是指当电池 在充放电过程中发生极耳断裂的情况时，能够保护电池管理系统不会被烧毁以及保护电池 不被烧坏；均衡模块14是通过高效率双向DC/DC的方式来实现电池之间的一致性；控制模 块15是指可以控制均衡模块14开启及关闭，可以控制均衡强制上传能量或者强制下传能 量，也可以让均衡模块14自主均衡。
[0025] 本实用新型通过RS485通信模块向电池管理系统3上传电压温度等信息，电池管 理系统3根据电池组整体的电压信息下达均衡控制指令(也可让均衡模块自主均衡，均衡 模炔基于内部集成的算法独立工作)，强制控制一体化模块的均衡状态，每一个模块的均衡 方向都可以实现独立控制。通过修改电池管理系统3上的均衡算法，可以方便快捷地改变 整个电池管理系统3的均衡机制。当电池组的数目需要增减时，只需要增减相应的模块数 量，如图3所示，并对软件做简单的修改，就可以快速地完成方案的修改，大大减少了系统 升级的工作量。
[0026] 同时，本实用新型还拥有一条独立的紧急报警通道，当RS485通信异常时，启动紧 急报警模块，此时一体化模块将进入自主均衡模式，不再由电池管理系统3统一控制。紧急 报警通道连接示意图如图4所示，通信、紧急报警逻辑表如下表1所示。
[0027]表 1[0028]
[0029]如上表1所示，当RS485通信异常时，启动紧急报警模块，会把I/O口拉低。
【主权项】
1. 一种集成的一体化模块，其连接在电池组与电池管理系统之间，其特征在于：包括 模块本体，所述模块本体内集成有采样电池组电压和温度信息的采样模块、用于与电池管 理系统信息通讯的通信模块、对电池组及电池管理系统进行保护的保护模块、实现电池间 均衡的均衡模块以及控制均衡模块开启及关闭的控制模块。2. 如权利要求1所述的一种集成的一体化模块，其特征在于：所述通信模块包括用于 正常通讯的RS485通信模块和通讯异常时报警的紧急报警模块，当所述紧急报警模块启动 时，均衡模块进入自主均衡模式。
【专利摘要】本实用新型提供了一种集成的一体化模块，其连接在电池组与电池管理系统之间，包括模块本体，所述模块本体内集成有采样电池组电压和温度信息的采样模块、用于与电池管理系统信息通讯的通信模块、对电池组及电池管理系统进行保护的保护模块、实现电池间均衡的均衡模块以及控制均衡模块开启及关闭的控制模块。本实用新型提高了系统可维护性、方便了系统升级。
【IPC分类】H02J7/00, H01M10/44
【公开号】CN205004790
【申请号】CN201520741440
【发明人】张云程, 奚淡基, 周逊伟
【申请人】杭州协能科技有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月23日