一种48V换电站电池仓用电池管理系统及方法与流程

一种48v换电站电池仓用电池管理系统及方法
技术领域
1.本发明涉及48v电池模块技术领域，具体来说，涉及一种48v换电站电池仓用电池管理系统及方法。


背景技术：

2.电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，通过传感器对电池的电压、电流、温度进行实时检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量(soc)、放电功率，报告电池劣化程度(soh)和剩余容量(soc)状态，还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程，以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过can总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通信。
3.尽管当前的电池制造工艺已经让各个电芯之间的差异化缩小，但是单节锂电池之间仍然存在者内阻、容量、电压等差异，所以在实际应用中，电池组内部各单体电池容易出现散热不均或过度充放电等现象。时间一长，这些处于不良工作状态下的电池就很可能提前损坏，电池组的整体寿命也就大大缩短。
4.不仅如此，电池处于严重过充电状态下还存在爆炸的危险，造成电池组损坏的同时还对使用者的人生安全造成威胁。因此，必须为电动汽车上的动力电池组配备一套具有针对性的电池管理系统(battery management system,bms)，从而对电池组进行有效的监控、保护、能量均衡和故障警报，进而提高整个动力电池组的工作效率和使用寿命。


技术实现要素：

5.针对相关技术中的问题，本发明提出一种48v换电站电池仓用电池管理系统及方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
6.为此，本发明采用的具体技术方案如下：
7.一种48v换电站电池仓用电池管理系统，包括电池管理芯片、主控单元、电源、串联在电池总线pack+、pack-上的继电器；
8.继电器，用于控制电池的充放电；
9.电池管理芯片与单体电池并联，包括电池信息采集单元、电池均衡控制单元，采集电池电压、电流、温度信息并通过通信接口与主控单元进行数据交换，用于判断管理电池各部分的状态并做出反应；
10.主控单元，控制继电器的开合，并用于dtu数据发送，当外部的can总线接入时，mcu根据当前状态决定是否闭合继电器；
11.电源，为电池管理芯片、主控单元供电；
12.还包括与主控单元电连接的gps定位模块以及gps数据发送模块。
13.在可能的一个设计中，还包括串联在电池包阴极与电池总线pack-之间的电流检测电阻，电池管理芯片与电流检测电阻电连接。
14.在可能的一个设计中，电流检测电阻为低电阻铜块。
15.在可能的一个设计中，还包括oled显示屏、控制按键，oled显示屏、控制按键均与主控单元电连接。
16.在可能的一个设计中，还包括串联在电池包阳极与电池总线pack+之间的保险丝。
17.在可能的一个设计中，主控单元为mcu。
18.在可能的一个设计中，还包括设置在单体电池外壁上的热敏电阻，电池信息采集单元与热敏电阻电连接。
19.在可能的一个设计中，至少包括步骤主控单元通电后，对外设进行初始化，等待外接服务器或者控制器分配地址，得到并配置成自身的can地址；还包括步骤，定时对电池的状态进行监测，包括电芯电压、电池包电压、电流、温度，以及保险丝状态、继电器状态等；还包括步骤，对采集到的数据进行换算，得到真实的电压电流和剩余容量soc等信息。
20.在可能的一个设计中，还包括步骤，判断当前电池状态是否正常或发生故障，通过通断继电器控制电池与外界的连接。
21.本发明还提供了一种电池管理方法，至少包括步骤主控单元通电后，对外设进行初始化，等待外接服务器或者控制器分配地址，得到并配置成自身的can地址；还包括步骤，定时对电池的状态进行监测，包括电芯电压、电池包电压、电流、温度，以及保险丝状态、继电器状态等；还包括步骤，对采集到的数据进行换算，得到真实的电压电流和剩余容量soc等信息。
22.在可能的一个设计中，还包括步骤，判断当前电池状态是否正常或发生故障，通过通断继电器控制电池与外界的连接。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24.本发明使用ti最新集成电池管理芯片，简化设计过程，优化硬件结构，并使用铜块作为检测电阻，同时也是电池的连接件，提高了散热能力和集成度，提高系统可靠性；本发明还设计了一套与电池柜或整车控制器等设备的can通信协议，保证通信的可靠性，本发明既能够起到监测电池状态的作用，又能够起到显示电池状态、控制电池输电的作用，提高了电池的智能性、安全性，从而具有较高的通用性。
25.本发明大大提升了电池模块安全性、智能性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
27.图1示出了本发明一种48v换电站电池仓用电池管理系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
28.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中
的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
30.一种48v换电站电池仓用电池管理系统，包括电池管理芯片、主控单元、电源、串联在电池总线pack+、pack-上的继电器；继电器，用于控制电池的充放电；电池管理芯片与单体电池并联，包括电池信息采集单元、电池均衡控制单元，采集电池电压、电流、温度信息并通过通信接口与主控单元进行数据交换，用于判断管理电池各部分的状态并做出反应；主控单元，控制继电器的开合，并用于dtu数据发送，当外部的can总线接入时，mcu根据当前状态决定是否闭合继电器；电源，为电池管理芯片、主控单元供电。电池管理芯片包括热电阻检测模块，热电阻检测模块与电池包内的热电阻电连接；还包括串联在电池包阴极与电池总线pack-之间的电流检测电阻，电池管理芯片与电流检测电阻电连接。电流检测电阻为低电阻铜块；还包括与主控单元电连接的gps定位模块以及gps数据发送模块；还包括oled显示屏、控制按键，oled显示屏、控制按键均与主控单元电连接；还包括串联在电池包阳极与电池总线pack+之间的保险丝；主控单元为mcu。
31.如图1所示，具体的，一种48v换电站电池仓用电池管理系统，电池管理系统bms内主要包含了专用的电池管理芯片、主控mcu和电源等电路。
32.首先，电池包与外界的连接包括保险丝、继电器、电流检测电阻。保险丝可以在其他保护失效的情况下保护电池，防止长时间过电流，损坏电池。
33.继电器由bms控制导通或关断，用于控制电池的充放电。电流检测电阻在电池阴极与pack-之间，为了在高测量精度的同时保证散热，实际上做成了一个低电阻铜块，电池放电时产生的电流会在电阻上产生一定的压降，bms通过测量压降，就可以得到当前电池的放电电流，从而根据电流制定保护或者其他措施。
34.专用的电池管理芯片集成了管理电池的一系列外设和功能，如模数转换、线性稳压器、栅极驱动等等。可以与主控单元进行通信甚至可以自己构成一个系统。在本设计中，电池管理芯片bq76952采集每一个电芯的电压并可以根据电压数据做出反应。芯片集成的热电阻检测功能简化了监测系统，电池包中的热电阻直接连接到电池管理芯片就可以得到
当前的温度。芯片通过检测电池总线pack+和pack-上的电压或电流，就可以得到是否有负载或者充电装置接入。芯片集成的电流检测功能可以方便的获取当前放电电流。芯片还提供了可复用的数模转换引脚，在本设计中，使用这些adc复用引脚检测了继电器两端的电压，用于判断当前继电器和保险丝的工作状态。以上所有信息都可以通过通信接口与主控mcu进行数据交换。
35.主控单元pic18f25k80直接控制继电器的开合，是整个bms的控制核心。与外界通过can总线进行通信，通信对象包括其他电池管理系统、电机驱动系统等等。只有当外部的can总线接入时，mcu才会根据当前状态决定是否闭合继电器。mcu的功能不仅如此，还有按键控制、oled控制、gps模块、dtu数据发送模块等；还包括设置在单体电池外壁上的热敏电阻，电池信息采集单元与热敏电阻电连接，每个单体电池外可以设置2-3个热敏电阻，热敏电阻在单体电池外壁上中下三个部位分布。
36.本系统还加入了防偷盗功能，内置gps定位系统和数据发送单元，通过can通信单元进行判定，一旦发现被偷盗或者定位信息反常，就会启用防偷盗模式。系统停止供电和充电，并对外发送数据和定位信息。
37.除此之外，为了保证良好的交互性，系统还提供了oled显示屏、按键，让用户有更人性化的交互体验。
38.本发明还提供了一种电池管理方法，至少包括步骤主控单元通电后，对外设进行初始化，等待外接服务器或者控制器分配地址，得到并配置成自身的can地址；还包括步骤，定时对电池的状态进行监测，包括电芯电压、电池包电压、电流、温度，以及保险丝状态、继电器状态等；还包括步骤，对采集到的数据进行换算，得到真实的电压电流和剩余容量soc等信息。
39.在可能的一个设计中，还包括步骤，判断当前电池状态是否正常或发生故障，通过通断继电器控制电池与外界的连接。
40.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
41.本发明使用ti最新集成电池管理芯片，简化设计过程，优化硬件结构，并使用铜块作为检测电阻，同时也是电池的连接件，提高了散热能力和集成度，提高系统可靠性；本发明还设计了一套与电池柜或整车控制器等设备的can通信协议，保证通信的可靠性，本发明既能够起到监测电池状态的作用，又能够起到显示电池状态、控制电池输电的作用，提高了电池的智能性、安全性，从而具有较高的通用性。
42.本发明大大提升了电池模块安全性、智能性。
43.电池管理系统(bms)的功能应当包括电池基本保护功能、电池均衡功能、电池储备能量测算功能和网络通信功能。下面对几个重要功能做出解释。
44.soc估计：即准确估计电池剩余电量，保证soc维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。soc的估算精度高，对于相同容量的电池，可以有更高的续航里程。所以，高精度的soc估算可以有效地降低所需要的电池成本。soc是依据监测的外部特性信息计算出来的传输信息。soc告知车主当前电量的同时，也让汽车了解自身电量，防止过充过放，提高均衡一致性，提高输出功率减少额外冗余。系统底层内部都是经过复杂的算法计算，保证汽车安全持续稳定运行，提高安全性。因此精确估算soc数值变得非常重要。
45.均衡控制：为了保证电池单体的参数一致性，即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡控制分为主动均衡与被动均衡。主动均衡，是运用储能器件等，将荷载较多能量的电芯部分能量转移到能量较少的电芯上去，是能量的转移。被动均衡，是运用电阻器，将高电压或者高荷电量电芯的能量消耗掉，以达到减小不同电芯之间差距的目的，是一种能量的消耗。
46.电池保护：由于锂电池造成的安全事故频繁发生，电池的安全问题越来越受到关注。由于锂电池本身的特性以及生产工艺的问题，电池的使用必须符合规定。过充、过放、短路、过温等工况都会造成电池的损伤甚至爆炸，所以要对电池的温度、电压、电流等信息进行采集和监测，控制电池的工作状态，防止出现安全事故。
47.尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。