电池管理系统、管理方法及储能装置与流程

本发明主要涉及电池优化及管理，尤其涉及一种电池管理系统、管理方法及储能装置。

背景技术：

1、近年来，储能产业迎来爆发式增长。相较于其他储能技术，由于生产技术的快速进步、制造成本的逐步下降等因素，锂离子电池具备更显著的竞争力，在储能领域的市场渗透率越来越高。作为对电池进行监控和管理的电子装置，电池管理系统（battery managementsystem，bms）是储能系统的核心部件之一，能够对电池进行监控与控制的系统，将采集的电池信息实时反馈给用户，同时根据采集的信息调节参数，充分发挥电池的性能。电池管理系统能够智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态，其功能安全关系到整个锂离子储能电站的安全稳定运行。

2、在储能系统中，bms通常采用三级架构（从控（bmu）、主控（bcu）、总控（bau）），实现从电池模组（pack）-簇-堆的分级管理和控制。通常bmu的功能主要是实现电池单体电压、温度的采集，负责电池均衡策略的执行。现有的储能电芯尺寸越来越大、容量也越来越高，因此对单体电芯的精细化管理要求也随之提高，但现有三级架构的电池管理系统无法对无模组的储能装置进行精细化管理，且bmu在电池管理系统中的任务也越来越重，所以bmu失效的几率也最大。

3、此外，目前的电池管理系统采用的双微控制单元主要集中在双微控制单元独立运行。在双微控制单元形式中，电池管理系统通过接插件和数据采集线连接到电池组，获取电芯的电压、温度等参数，并输入到第一微控制单元进行数据处理，通过控制输出接口实现对外设（外部设备）的控制和保护。而第二微控制单元监控第一微控制单元的运行状态、控制状态与健康状态，当第一微控制单元出现异常或失效时，第二微控制单元启动，接管第一微控制单元的工作，使电池管理系统继续正常运行，提高电池管理系统的安全等级和可靠性。这种双微控制单元独立运行的方式存在以下不足：1）电池管理系统并未完全启用第二微控制单元的作用，仅将其作为备用，存在资源浪费；2）外设控制主要是通过一控一模式，也就是单微控制单元控制外设，未实现双控，增加了系统危险性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种电池管理系统、管理方法及储能装置，能够对每一个电芯进行管理，将现有从控对整个电池包集中管理分散给每个电芯管理单元进行管理，使得各个部件的工作负荷更加均衡，解决了现有电池管理系统中从控易失效的问题，且能够充分利用两个微控制单元，系统运行更加安全可靠。

2、为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种电池管理系统，包括：微控制单元和采集单元，所述微控制单元用于接收和/或发送控制信号，所述采集单元用于采集电芯参数，其中，所述采集单元两端与所述微控制单元连接，所述采集单元包括至少一个电芯管理单元，每个所述电芯管理单元具有模拟前端，所述模拟前端用于连接一个电芯，采集电芯参数；所述微控制单元包括第一微控制单元和第二微控制单元，所述电芯管理单元包括第一组电芯管理单元和第二组电芯管理单元，其中第一组电芯管理单元连接至所述第一微控制单元；第二组电芯管理单元连接至所述第二微控制单元；所述第一组电芯管理单元中每个电芯管理单元用于连接一个电芯，第二组电芯管理单元中每个电芯管理单元用于连接一个电芯，以对所述电芯参数进行采集；所述第一微控制单元与所述第二微控制单元连接，所述第一微控制单元与所述第二微控制单元共享参数信号和控制信号。

3、可选地，所述参数信号包括电芯参数和模拟前端识别码，所述控制信号包括外部设备控制信号和采集单元控制信号。

4、可选地，还包括第一隔离变压器和第二隔离变压器；在所述第一组电芯管理单元中，首尾两个所述电芯管理单元分别通过一个第一隔离变压器连接到所述第一微控制单元；相邻两个所述电芯管理单元之间连接有所述第一隔离变压器；在所述第二组电芯管理单元中，首尾两个所述电芯管理单元分别通过一个第二隔离变压器连接到所述第二微控制单元；相邻两个所述电芯管理单元之间连接有所述第二隔离变压器。

5、可选地，还包括第一桥接单元和第二桥接单元；在所述第一组电芯管理单元中，首尾两端的所述第一隔离变压器分别通过一个第一桥接单元与所述第一微控制单元相连接；在所述第二组电芯管理单元中，首尾两端的所述第二隔离变压器分别通过一个第二桥接单元与所述第二微控制单元相连接。

6、可选地，所述第一桥接单元和所述第二桥接单元采用双通道spi桥接电路。

7、可选地，所述第一微控制单元和/或所述第二微控制单元的信号输入输出端连接有上拉电阻。

8、可选地，所述第一桥接单元和/或第二桥接单元与微控制单元相连的信号输入输出端连接有限流电阻或电感。

9、可选地，所述第一桥接单元和/或第二桥接单元与电芯管理单元相连的信号输入输出端连接瞬态电压抑制二极管的一端，所述瞬态电压抑制二极管的另一端接地。

10、可选地，还包括存储单元，所述存储单元分别连接所述第一微控制单元和所述第二微控制单元，用于存储所述参数信号和所述控制信号。

11、可选地，所述第一微控制单元与所述第二微控制单元之间采用串行或并行通信连接。

12、可选地，所述电芯管理单元还设置有mos管，所述mos管与所述模拟前端连接，用于在所述mos管开启时，旁路与所述电芯管理单元相连的电芯。

13、第二方面，本发明提供了一种储能装置，所述储能装置包括至少一个由若干电芯串联构成的电池簇，还包括如第一方面所述的电池管理系统，所述电池管理系统中每个模拟前端连接一个电芯。

14、第三方面，本发明提供了一种电池管理方法，应用于如第一方面所述的电池管理系统，包括：接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括模拟前端识别码以及所述模拟前端对应的电芯参数；根据所述参数判断电池管理系统运行状况；根据所述运行状况控制所述电池管理系统及控制外部设备，其中控制所述外部设备包括接收和/或发送控制信号，所述控制信号用于控制外部设备。

15、第四方面，本发明提供了一种电池管理方法，应用于如第一方面所述的电池管理系统，包括：接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括模拟前端识别码以及所述模拟前端对应的电芯参数；根据所述参数判断电池管理系统运行状况；根据所述运行状况控制所述电池管理系统；当所述微控制单元接收的参数中存在模拟前端识别码并且没有电芯参数时，电芯失效；所述微控制单元通过与所述模拟前端连接的mos管控制电芯与主回路旁路。

16、可选地，根据所述参数判断电池管理系统运行状况还包括：当所述采集单元采集的参数中所述模拟前端识别码的数量小于所述采集单元中模拟前端的数量时，对比采集参数中返回的模拟前端识别码与是采集单元中模拟前端的识别码，确定该模拟前端失效；并控制外部设备告警提示该模拟前端失效。

17、第五方面，本发明提供了一种电池管理方法，应用于如第一方面所述的电池管理系统，包括：接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括第一微控制单元接收的第一组电芯管理单元采集的参数，第二微控制单元接收的第二组电芯管理单元采集的参数；所述第一微控制单元与所述第二微控制单元共享参数信号和控制信号；根据所述参数判断电池管理系统运行状况；根据所述运行状况控制所述电池管理系统；当所述第一微控制单元检测到不能访问所述第二微控制单元的数据时，所述第一微控制单元控制外部设备与所述第二微控制单元断开，将与所述第二微控制单元连接的电芯断开主回路；当所述第二微控制单元检测到不能访问所述第一微控制单元的数据时，所述第二微控制单元控制外部设备与所述第一微控制单元断开，将与所述第一微控制单元连接的电芯断开主回路。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：采集单元中各电芯管理单元与电芯直接连接，对电芯直接进行管理，相对于现有的电池管理系统采用一个从控对一个电池包中所有电芯集中控制，本电池管理系统采用一个电芯管理单元对一个电芯进行精细化管理，将现有从控对整个电池包集中管理分散给每个电芯管理单元进行管理，使得各个部件的工作负荷更加均衡，解决了现有电池管理系统中从控易失效的问题。此外，通过设置第一微控制单元、第二微控制单元和两组电芯管理单元，第一微控制单元与第二微控制单元连接，第一微控制单元与第二微控制单元共享参数信号和控制信号，进而电池管理系统在正常工作时，能够同时利用两个微控制单元控制电芯管理单元对所有电芯进行数据采集、对电芯进行均衡以及对外部设备进行控制等工作，充分发挥两个微控制单元的效用，而当其中一个微控制单元异常时，另一个微控制单元也能够保持电池管理系统正常运行，使电池管理系统的运行更加安全可靠。