本发明涉及一种嵌入式bms多级级联电池管理系统及方法，属于嵌入式电池管理领域。
背景技术：
随着地球逐渐变暖能源越来越缺乏，各个国家对能源要求越来越高，对汽车排放污染要求越来越严格，新兴的新能源小汽车及公交车也越来越普及，本发明针对这些相关特点及要求对目前小汽车及公交车的供电系统进行管理，充分节省及利用能源，提高能源利用率。
目前各个小汽车及公交车及厂家供应商所设计的电池管理系统大部分最高管理电池串数8-15串，而8-15串的参数仅仅只能用于微小型汽车使用，针对现状本公司所发明的电池管理系统最高管理电池串数为16*16的256串，可以供各种小汽车及公交车使用，并且该数据可以通过互联网或者手机app读取数据，也可以通过电子计算机直接读取数据。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的技术方案提供了一种嵌入式bms多级级联电池管理系统及方法，本发明技术方案的电池管理系统最高管理电池串数为16*16的256串，可以供各种小汽车及公交车使用，并且该数据可以通过互联网或者手机app读取数据，也可以通过电子计算机直接读取数据。
本发明的技术方案包括一种嵌入式bms多级级联电池管理系统，该系统包括微电脑控制模块、多级级联模块及充电桩，其特征在于所述微电脑控制模块包括：测量模块，用于收集设置于所述多级级联模块的采集装置所采集的电池运行数据；soc计算模块，用于根据所述测量模块所采集的电池运行数据进行soc计算，得到电池精确的运行数据；报警模块，用于设置电池在不同的状态时运行数据的预设值，当运行数据超出预设值时，执行报警和/或保护处理；交互模块，用于根据所述测量模块、soc计算模块、报警模块将电池的实时状态通过显示装置进行显示。
根据所述的嵌入式bms多级级联电池管理系统，其中多级级联模块包括16个串联的级联模块，每个级联模块包括16个用于蓄电的电芯。
根据所述的嵌入式bms多级级联电池管理系统，其中的测量模块还包括：使用pid算法均衡时自动剔除线损压降对每个级联模块进行温度测量、电压测量及电流测量。
根据所述的嵌入式bms多级级联电池管理系统，其中的报警模块还包括：充电报警单元和放电报警单元，当充电报警单元和放电报警单元检测到任意级联模块及任意电芯的电池运行数据达到预设值时进行对应的报警和/或保护处理。
根据所述的嵌入式bms多级级联电池管理系统，其中充电报警单元用于执行以下步骤：当放电时检测到多级级联模块总电压达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，放电将被关断,保护后如果多级级联模块电压恢复到预设值或检测到有充电电流，保护被释放；当充电时检测到任意单串电芯电压达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发且充电将被关断，保护后若所有级联模块对应的电芯都恢复到预设值及以下时，或检测到有放电电流，则保护被释放；当充电时检测到电流达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，充电将被关断，保护后如果达到预设过流保护释放时间或检测到放电电流，保护被释放；当充电时检测到级联模块温度达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，充电将被关断，保护后如果温度恢复到预设值，保护被释放。
根据所述的嵌入式bms多级级联电池管理系统，其中放电报警单元用于执行以下步骤：当放电时检测到多级级联模块总电压达到预设值并且时间达到预设值，触发保护并关断放电，保护后如果电池组电压恢复到预设值或检测到有充电电流，则释放保护；当放电时检测到任意单串电芯电压达到预设值并且时间达到预设值，触发保护并关断放电，保护后如果所有级联模块对应的电芯都恢复到预设值或检测到有充电电流，保护被释放；当放电时检测到电流达到预设值并且时间达到预设值，触发保护且关断放电，保护后如果达到预设过流保护释放时间或检测到充电电流；当放电时检测到电池组温度达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，放电将被关断；若保护后如果温度恢复到预设值，则释放保护；当检测到电流达到预设反接保护值并且时间达到预设值，触发保护，关断所有放电，若保护后检测到反接消除，释放反接保护。
根据所述的嵌入式bms多级级联电池管理系统，其中放电报警单元还用于执行以下步骤：s71，当检测到电流达到预设短路保护值并且时间达到预设值，保护被触发，所有放电将被关断，保护一定时间内后将会尝试重新恢复工作,；s72，在恢复时实时对电流进行测量，若仍处于短路状态，则立即启动保护，直至短路故障解除或连续预设次数恢复不成功，此时切断主回路输出，处于短路保护状态。
本发明的技术方案还包根据上述任意系统的一种嵌入式bms多级级联电池管理方法，其特征在于，改方法包括：收集设置于所述多级级联模块的采集装置所采集的电池运行数据；据所述测量模块所采集的电池运行数据进行soc计算，得到电池精确的运行数据；设置电池在不同的状态时运行数据的预设值，当运行数据超出预设值时，执行报警和/或保护处理；根据所述测量模块、soc计算模块、报警模块将电池的实时状态通过显示装置进行显示。
本发明的有益效果为：电池管理系统最高管理电池串数为16*16的256串，可以供各种小汽车及公交车使用，能够极大的提高电池的使用范围；并且该数据可以通过互联网或者手机app读取数据，也可以通过电子计算机直接读取数据，方便用户查看；采集及计算高精度，使得高电池利用率及可靠度高。
附图说明
图1所示为根据本发明实施方式的总体系统框图；
图2所示为根据本发明实施方式的多级级联模块框图；
图3所示为根据本发明实施方式的微电脑控制模块框图；
图4所示为根据本发明实施方式的微电脑控制模块结构框图；
图5a所示为根据本发明实施方式的多级级联模块-1结构框图；
图5b所示为根据本发明实施方式的多级级联模块-2～多级级联模块-15结构框图；
图5c所示为根据本发明实施方式的多级级联模块-16结构框图；
图6所示为根据本发明实施方式的充电桩结构框图；
图7所示为根据本发明实施方式的嵌入式控制示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的嵌入式bms多级级联电池管理系统及方法适用于各种小汽车及公交车的电池管理。
图1所示为根据本发明实施方式的总体系统框图。其包括微电脑控制模块、多级级联模块及充电桩，微电脑控制模块、多级级联模块及充电桩依次相连。
图2所示为根据本发明实施方式的微电脑控制模块框图。其中多级级联模块由16个串联的级联模块组成。
图3所示为根据本发明实施方式的微电脑控制模块框图。其具体包括，测量模块，用于收集设置于多级级联模块的采集装置所采集的电池运行数据；soc计算模块，用于根据测量模块所采集的电池运行数据进行soc计算，得到电池精确的运行数据；报警模块，用于设置电池在不同的状态时运行数据的预设值，当运行数据超出预设值时，执行报警和/或保护处理；交互模块，用于根据测量模块、soc计算模块、报警模块将电池的实时状态通过显示装置进行显示。
图4所示为根据本发明实施方式的微电脑控制模块结构框图。其中微电脑控制模块结构具体包括：无线通信模块、lcd液晶屏模块、电脑接口模块、微电脑充电模块、微电脑电源模块，其中输出端和输入端分别为2pin端子，微电脑控制模块的mcu两个引脚通过2pin端子与多级级联模块-1连接，读取多级级联模块-1的工作参数数据。无线通信模块通过一个32pin端子与mcu连接。lcd液晶屏模块通过32pin端子与mcu连接。电脑接口模块通过5pin端子与mcu连接。微电脑充电模块输入端通过2pin端子与外部ac220v交流电连接，微电脑充电模块输出端通过2pin端子与微电脑电源模块连接。微电脑供电模块通过2pin端子与微电脑充电模块连接，通过2pin输出端子与微电脑控制模块连接。微电脑控制模块通过2pin端子与多级级联模块连接，多级级联模块与隔离模块连接，隔离模块通过2pin端子与下一个多级级联模块连接。多级级联模块通过18pin端子与16s串联电芯模组连接，16s串联电芯模组正极与充电桩连接，16s串联电芯模组负极通过连接端子与下一个多级级联模块的16s串联电芯模组的正极连接。
图5a所示为根据本发明实施方式的多级级联模块-1结构框图。参考图4说明，每个多级级联模块均设有一对应的隔离模块，每个隔离模块作为当前的多级级联模块与下一级多级级联模块的保护装置。
多级级联模块1与16个串联的电芯、隔离模块、微电脑控制模块连接，其中电芯1连接充电桩的正极，电芯16连接多级级联模块-2对应的电芯连接。
图5b所示为根据本发明实施方式的多级级联模块-2～多级级联模块-15结构框图。参考图4说明，每个多级级联模块均设有一对应的隔离模块，每个隔离模块作为当前的多级级联模块与下一级多级级联模块的保护装置。
多级级联模块n(其中2＝<n<＝15)与16个串联的电芯、隔离模块、n-1多级级联模块连接，其中电芯1连接多级级联模块n-1对应的电芯，电芯16连接多级级联模块n+1对应的电芯连接。
图5c所示为根据本发明实施方式的多级级联模块-16结构框图。参考图4说明，每个多级级联模块均设有一对应的隔离模块，每个隔离模块作为当前的多级级联模块与下一级多级级联模块的保护装置。
多级级联模块16与16个串联的电芯、隔离模块、微电脑控制模块连接，其中的隔离模块与下一组级联模组进行连接，其中电芯1连接上一多级级联模块对应的电芯，电芯16连接充电桩的负极。
图6所示为根据本发明实施方式的充电桩结构框图。其中充电桩的正极连接多级级联模块1的电芯1，充电桩的正极连接多级级联模块16的电芯16。
图7所示为根据本发明实施方式的嵌入式控制示意图。其包括：充电can通信、整车can通信、输出控制、报警控制、温度测量、电压测量、均衡控制、电流测量、soc计算，数据读取写入基于mcu芯片stm32f103与嵌入式软件的内部计算编写。
温度采集点16组，电压采集精度5mv，温度采集精度1℃，电流检测精度0.2％，剩余容量检测精度2％，分级报警安全控制机制确保系统高枕无忧，三级为一般报警，二级为严重报警，一级发保护动作。
采用先进pid算法，均衡时自动剔除线损压降，使得采集电压准确无误。智能学习功能，提高了soc计算的准确性。可以通过rs232接口与上位机进行通讯，从而在上位机端察看电池的各种信息。
基于上述信息，mcu根据采集到的电池数据进行对应的报警、提示及调整。其包括：
当充电时检测到电池组总电压达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，充电将被关断；保护后如果电池组电压恢复到预设值或检测到有放电电流，保护被释放。当充电时检测到某一单串电芯电压达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，充电将被关断；保护后如果所有电芯都恢复到预设值或检测到有放电电流，保护被释放。当充电时检测到电流达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，充电将被关断；保护后如果达到预设过流保护释放时间或检测到放电电流，保护被释放。当充电时检测到电池组温度达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，充电将被关断；保护后如果温度恢复到预设值，保护被释放。
当放电时检测到电池组总电压达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，放电将被关断；保护后如果电池组电压恢复到预设值或检测到有充电电流，保护被释放。当放电时检测到某一单串电芯电压达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，放电将被关断；保护后如果所有电芯都恢复到预设值或检测到有充电电流，保护被释放。当放电时检测到电流达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，放电将被关断；保护后如果达到预设过流保护释放时间或检测到充电电流，当放电时检测到电池组温度达到预设值并且时间达到预设值，保护被触发，放电将被关断；保护后如果温度恢复到预设值，保护被释放。当检测到电流达到预设短路保护值并且时间达到预设值，保护被触发，所有fet将被关断；保护一分钟后系统将会尝试重新恢复工作，发现仍处于短路状态，迅速发动保护；直至短路故障解除或连续10次恢复不成功，则切断主回路输出，处于短路保护状态。当检测到电流达到预设反接保护值并且时间达到预设值，保护被触发，所有fet将被关断；保护后检测到反接消除后，反接保护释放。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。