从控模块及电池管理系统的制作方法

本实用新型涉及电池管理领域，尤其是涉及一种从控模块及电池管理系统。

背景技术：

在全球提倡节能减排的背景下，以车载电池组为动力的电动汽车，越来越受到人们的重视。车载电池组由多个单体电池串联组成，整个电池组系统的容量由容量最小的单体所决定，电池容量的差异性会使电池组实际可用容量降低，从而影响到整组电池的性能，于是对于电池容量的均衡处理，成为提升电池组性能，使其能够长期有效为电动汽车提供动力的关键。

目前，对于电池容量的均衡处理通常是利用放电电阻对电压较高的单体放电以使其和电压较低的电池保持一致性，电能以热的形式耗散掉。这种方式只能对电压高的单体放电，不能对容量低的单体进行补充电，且极大的损耗了电能，使得电池组无法长期有效运行。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种从控模块及电池管理系统，以保证电池组长期、有效运行。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种从控模块，该从控模块设置于电动汽车的电池管理系统，从控模块包括电源电路、单片机电路、通信电路、电压采集电路、温度采集电路和主动均衡电路；单片机电路分别与通信电路、电压采集电路、温度采集电路和主动均衡电路连接；通信电路通过CAN总线与电池管理系统的主模块连接；

电源电路用于供电；电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的各动力电池相连，用于采集动力电池的电压，并将采集到的电压数据传输至单片机电路；电压采集电路包括27个电压监测点；温度采集电路用于通过温度传感器采集动力电池的温度，并将采集到的温度数据传输至单片机电路；温度采集电路包括8个温度监测点；主动均衡电路分别与单片机电路和各动力电池连接，用于在单片机电路的控制下使各动力电池达到均衡状态；单片机电路用于通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块，单片机电路还用于控制主动均衡电路，以使各动力电池达到均衡状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，主动均衡电路采用双向主动均衡的工作方式。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，主动均衡电路包括均衡变压器和均衡选择开关；均衡选择开关与动力电池一一对应；单片机电路控制均衡选择开关，通过均衡变压器以使各动力电池达到均衡状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，电压采集电路包括电压采集部件和电压采集开关；电压采集部件共设置27个电压监测点；所述电压监测点与所述电压采集开关一一对应；所述单片机电路控制所述电压采集开关，以控制各个电压监测点的工作状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，单片机电路包括程序调试单元和单片机电路控制单元；程序调试单元用于接收上位机的控制指令，以对单片机电路控制单元的程序进行编辑。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，单片机电路还包括AD转换器；AD转换器分别与电压采集电路和温度采集电路连接；AD转换器用于将电压采集电路和温度采集电路的输出的模拟信号转换为数字信号。

结合第一方面的，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，从控模块还包括插接件电路；插接件电路分别与电压采集电路、温度采集电路及主动均衡电路连接；电压采集电路、温度采集电路及主动均衡电路通过插接件电路与动力电池连接。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，从控模块还包括外壳；外壳为长方体；壳体的材质包括铝合金。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电池管理系统，该电池管理系统应用于电动汽车；该电池管理系统包括一个主模块和多个上述从控模块；主模块通过CAN总线与多个从控模块连接。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，多个从控模块分别对电动汽车的动力电池组进行分组管理，对动力电池组的动力电池的电压和温度进行监测，将监测数据通过CAN总线反馈至主模块；主模块根据所述监测数据调整电池的工作状态。

本实用新型实施例提供了一种从控模块及电池管理系统，从控模块中的电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，将采集的动力电池的电压数据传输至单片机电路；该电压采集电路包括27个电压监测点；温度采集电路通过温度传感器采集所述动力电池的温度，该温度采集电路包括8个监测点；并将温度数据传输至单片机电路，该单片机电路再通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块；主动均衡电路与单片机电路相连，受单片机电路控制以使动力电池达到均衡状态。该方式减少了电池的容量损失，提高了电池组性能，能够使电池组长期有效的运行。

本实用新型实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本实用新型实施例的上述技术即可得知。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种从控模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种从控模块的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电池管理系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种电池管理方法的流程图。

图标：

100-从控模块；102-电源电路；104-单片机电路；106-通信电路；108- 电压采集电路；110-温度采集电路；112-主动均衡电路；200-从控模块；202- 电源电路；204-单片机电路；206-通信电路；208-电压采集电路；210-温度采集电路；212-主动均衡电路；214-插件电路；31a-从控模块；31b-从控模块；31n-从控模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前电动汽车的动力电池组性能较差，基于此，本实用新型实施例提供的一种从控模块及电池管理系统，可以应用于电动汽车的电池管理系统及其他电池管理设备。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种从控模块进行详细介绍。

参见图1所示的一种从控模块的结构示意图，该从控模块设置于电动汽车的电池管理系统；该从控模块100包括电源电路102、单片机电路104、通信电路106、电压采集电路108、温度采集电路110、主动均衡电路112；单片机电路分别与通信电路、电压采集电路、温度采集电路和主动均衡电路连接；通信电路通过CAN(Controller Area Network，控制器区域网络) 总线与电池管理系统的主模块连接.

上述电源电路用于供电；具体地，该电源电路包含变压器，将外部电源提供的电压转换为从控模块各部分所需的电压；一般使用性价比较高的隔离变压器。

上述电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，用于采集动力电池的电压，并将采集到的电压数据传输至单片机电路；电压采集电路包括27个电压监测点；通常情况下，每个电压监测点对应一个单体电池；温度采集电路通过温度传感器采集动力电池的温度，并将采集到的温度数据传输至单片机电路；温度采集电路包括8个温度监测点；通常情况下，温度监测点设置于动力电池的外壳上；单片机电路用于通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块。

具体应用时，该电压数据和温度数据中还可以携带有对应的单体电池的标识信息，主模块对接收到的电压数据和温度数据进行逐一监控，当数据发生异常时，例如，某一单体电池的电压低于设定的电压阈值，或温度高于设定的温度阈值，则生成报警信息，该报警信息携带有单体电池的标识，以提供维修人员及时维修或更换电池。

上述单片机电路通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块，并接收主模块发送的命令，控制主动均衡电路，以使动力电池达到均衡状态；具体地，单片机电路包括程序调试单元和单片机控制单元；程序调试单元用于接收上位机的控制指令，以对单片机控制单元的程序进行编辑。

通常情况下，单片机电路还包括AD(Analog to Aigital，模拟信号转数字信号)转换器；该AD转换器分别与电压采集电路和温度采集电路连接； AD转换器用于将电压采集电路和温度采集电路的输出的模拟信号转换为数字信号。电压采集电路和温度采集电路输出时间连续、幅值也连续的模拟量，而单片机程序处理的数据应为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，在单片机电路中通常会集成AD转换器。

上述主动均衡电路分别与单片机电路和动力电池组连接；用于受单片机电路控制以使动力电池达到均衡状态。该主动均衡电路采用双向主动均衡的工作方式，包括均衡变压器和均衡选择开关；均衡选择开关与动力电池一一对应；单片机电路控制均衡选择开关，通过均衡变压器以使各动力电池达到均衡状态。

其中，双向主动均衡工作方式是对电压较高的电池放电，放出的能量用来对电压较低的单体进行充电，以达到能量转移的目的，从而减少了电池容量的损耗。在应用时可利用均衡变压器来实现这一目的，具体的，单片机电路将基于电压及温度监测点的的电压数据和温度数据通过通信电路发送至主模块收到主模块的命令后，控制均衡选择开关选择，基于均衡变压器对电压较高的电池放电，对电压较低的电池充电。均衡变压器可以是反激式变压器，利用其并接在电池上的绕组，通过电场与磁场的转换，实现当监测某节电池电压过高时，上述绕阻可以将该电池的能量转移到整个电池组上；当某节电池电压过低时，上述绕阻可以将电池组的能量转移到该电池上；如此以使电池达到均衡状态。

本实用新型实施例提供了一种从控模块及电池管理系统，从控模块中的电压采集电路通过电压传感器与动力电池组的动力电池相连，将采集的动力电池的电压数据传输至单片机电路；该电压采集电路包括27个电压监测点；温度采集电路通过温度传感器采集所述动力电池的温度，该温度采集电路包括8个监测点；并将温度数据传输至单片机电路，该单片机电路再通过通信电路将电压数据和温度数据发送至主模块；主动均衡电路与单片机电路相连，受单片机电路控制以使动力电池达到均衡状态。该方式减少了电池的容量损失，提高了电池组性能，能够使电池组长期有效的运行。

本实用新型实施例还提供了另一种从控模块，该模块在图1所示的基础上实现。参见图2所示的另一种从控模块结构示意图，该从控模块200 包括电源电路202、单片机电路204、通信电路206、电压采集电路208、温度采集电路210、主动均衡电路212；插件电路214；单片机电路分别与通信电路、电压采集电路、温度采集电路和主动均衡电路连接；通信电路通过CAN总线与电池管理系统的主模块连接；插接件电路分别与电压采集电路、温度采集电路及主动均衡电路连接；电压采集电路、温度采集电路及主动均衡电路通过插接件电路与动力电池连接。

进一步地，上述从控模块还包括壳体；所述壳体为长方体；所述壳体的材质包括铝合金。实际中，需要在壳体上开孔，并安装插接件；该接插件与插接件电路连接。

参见图3所示的一种电池管理系统的结构示意图，该电池管理系统应用于电动汽车；该电池管理系统包括一个主模块30和多个上述从控模块 (31a，31b，…，31n)；主模块通过CAN总线与多个从控模块连接。

具体地，多个从控模块分别对电动汽车的动力电池组进行分组管理，对动力电池组的动力电池的电压和温度进行监测，将监测数据通过CAN总线反馈至主模块；所述主模块根据所述监测数据调整电池的工作状态。

进一步地，上述主模块还分别通过CAN总线与整车控制系统、充电机、电机控制器及仪表等连接；上述主模块的功能主要包括系统自我检测、电池组信息、电池容量估算、安全保护及警报功能、电池状态判断功能、数据记录功能以及系统参数设置功能等。

在上述各3个模块中，均采用32位高性能CPU，系统扩容升级方便，电池保护控制更为精准；采用高速CAN实现主模块与各从控模块之间通信，多路CAN中线间电气隔离，大幅提高运行稳定性。

进一步地，该电池管理系统还包括电源模块，电源模块为整个电池管理系统提供电源。

本实用新型实施例提供的电池管理系统，可以同时对电池组中串联的每个单体电池的工作状态进行监控，任一单体电池发生故障时及时提示用户维修，提高了电池组的工作稳定性。

参见图4所示的一种电池管理方法的流程图，该方法应用于上述电池管理系统，包括以下步骤：

步骤S400，采集动力电池的电压信号及温度信号；

具体地，通过从控模块的电压采集电路获取单个动力电池的电压数据，通过温度采集电路获取动力电池组设定的温度监测点的温度数据；利用从控模块的单片机电路通过通信电路将上述电压数据及温度数据传输至主模块。

步骤S402，根据电压信号及温度信号判断动力电池的工作状态；

具体地，根据预设的正常工作电压范围及温度范围及获取的电压数据和温度数据，通过主模块判断各个动力电池的工作状态。

步骤S404，调整动力电池的工作状态。

具体地，根据各个单体电池的电压情况，通过主模块向从控模块的单片机发送命令，通过从控模块的单片机电路控制控制均衡选择开关，基于双向主动均衡方式，利用均衡变压器对电压较高的电池进行放电；对电压较低的电池进行充电以实现各个动力电池的电压一致的均衡状态。

当动力电池组的温度超出正常工作的温度范围时，将发出报警信号，提醒用户动力电池组处于非正常状态，并停止使用。

本实用新型实施例提供的电池管理方法，与上述实施例提供的电池管理系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。