一种锂电池组智能监控系统及方法与流程

1.本发明涉及锂电池监控技术领域，具体涉及一种锂电池组智能监控系统及方法。


背景技术：

2.铅酸电池使用时通过串联形成一个电池模块，具有能量密度小、寿命短、重金属污染大、维护保养繁琐、具备记忆效应、放电深度小等缺点，而锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池以高储存能量密度、使用寿命长、自放电率极低和绿色环保等特性逐步替代了铅酸电池，并被制作成电平而广泛应用于电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车等多个领域。
3.现有技术中，多个锂电池通过串并联组合连接形成一个完整电池模组，为提高电池模组的使用寿命，需使用匹配的电池管理系统进行电池模组的监控及管理。公开号为cn111541287a的专利公开一种储能型锂电池组电池管理系统及控制方法，通过电池管理单元监控系统输入端电流、输出端电流、充放电电流和电池寿命、电池温度、充电电流和放电电流，并通过采集数据控制充电继电器实现充电回路的通断。但由于电池组的数量繁多且连接关系复杂，该储能型锂电池组电池管理系统无法清楚表明各电池组间的连接关系，不便于单个电池组的监控、检修和更换。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提出了一种锂电池组智能监控系统及方法，实现电池模组的标准化设计，并通过系统条形码和编码对每个电池组进行监控显示，实时监控电池组的容量、电压和健康状况，监控数据直观且便于电池组发生故障时进行维修、更换。
5.本发明采用的技术方案是：
6.本技术提出一种锂电池组智能监控系统，包括：
7.电池模组，包括多个通过串并联组合连接且呈矩阵式排列的电池组，并根据电池组的数量及串并联组合连接关系形成系统条形码，所述电池组包括多个串联连接的锂电池；
8.多个监控模块，所述监控模块包括微控制器、均与微控制器电性连接的采样模块、功率管控制模块、通讯接口、检测模块和编码识别模块，且用于监控每个电池组的电池状态、电池容量和电池温度，所述微控制器通过通讯接口连接有无线传输模块，所述编码识别模块用于通过编码表示每个电池组连接的串联位和并联位，且传输至微控制器，所述编码识别模块包括编码单元和控制板，通过控制板的串并联组合连接实现电池组的串并联组合连接，用于改变电池模组的总电压和电池容量；
9.显示终端，用于计算并显示监控模块的实时监控数据，并对电池模组进行追踪定位实现防盗功能，所述显示终端通过无线传输模块与监控模块电性连接。
10.优先地，所述采样模块包括处理单元、与处理单元电性连接的电压采样单元、电池温度采样单元和电流采样单元，所述电压采样单元连接每节锂电池的正极和负极，所述电
池温度采样单元连接锂电池，所述电流采样单元一端连接电池组的负极且另一端连接功率管控制模块。
11.优先地，所述电池温度采样单元采用负温度系数电阻ntc，所述电流采样单元采用电流采样电阻。
12.优先地，所述功率管控制模块包括功率管控制单元和mosfet管组，所述功率管控制单元电性连接微控制器，所述mosfet管组的栅极连接功率管控制单元，所述mosfet管组的漏极或源极连接电流采样单元或控制板的负极，且用于根据采样数据和检测模块的检测数据控制电池组的充电和放电。
13.优先地，所述通讯接口包括uart通讯接口、rs485通讯接口和can通讯接口，所述微控制器还连接有lcd显示屏，所述显示终端包括无线显示终端和有线显示终端，所述微控制器通过无线传输模块连接无线显示终端且用于系统管理，或通过通讯接口连接有线显示终端且用于系统管理。
14.优先地，所述检测模块包括充电检测电路、放电检测电路、过充电压检测电路、过放电压检测电路、充电过流检测电路和放电过流检测电路，且分别用于检测电池组的充电状态、放电状态、过充电压状态、过放电压状态、充电过流状态和放电过流状态，且通过lcd显示屏或通过无线传输模块传输至显示终端显示实时检测数据。
15.优先地，所述显示终端的实时监控数据包括电池模组工作状态、机车行驶速度、总放电时间、电池模组总电压值、总电流值、总功率值、总容量、电池组的最高温度值、电池组的数量、每个电池组的电池状态、充电完成时间、健康状况、电压值、电池容量和温度值。
16.基于上述的锂电池组智能监控系统，本技术还提出一种使用上述的锂电池组智能监控系统的监控方法，包括如下步骤：
17.s1.根据电池组的数量和串并联组合连接关系，生成系统条形码为(0a，0b)，其中，a表示串联的电池组数量，b表示并联的电池组数量，即b个电池组并联后形成一个电池单元用于提高电池单元容量，然后a个电池单元串联连接形成一个电池模组用于提高电池模组总电压值，电池组的总数量为a*b个，即生成电池组的串并联组合连接编码总数为a*b个；
18.s2.根据系统条形码(0a，0b)，则第k个电池组的编码为(0a 0b)，其中，a为大于0且小于等于a的整数，b为大于0且小于等于b的整数，k为大于0且小于等于a*b的整数，(0a 0b)表示第k个电池组连接0b号并联位和0a号串联位，且通过控制板的串并联组合连接实现电池组的串并联组合连接；
19.s3.采样模块通过电池温度采样单元监测每个锂电池的温度并提取最高温度表示该电池组的工作温度，通过电压采样单元检测每个锂电池的电压值，通过电流采样单元检测电池组的电流值；
20.s4.电池组的工作温度值、电流值、每个锂电池的电压值、每个电池组的编码和电池组的工作状态检测数据均上传至微控制器，并通过无线传输模块传输至显示终端进行统计分析，并实时显示计算得出的电池模组总容量、总放电时间、总电压、总电流值、总功率值和最高温度值，同时，根据每个电池组的编码，显示每个电池组的电池状态、容量、电压值、电流值、最高温度值、电池组的健康评估状况及电池组内锂电池的最高电压值、最低电压值和最大压差值。
21.本发明的有益效果是：
22.1.通过系统条形码表示电池模组中电池组的数量和串并联关系，并通过编码表示每个电池组的串并联关系且作为该电池组的识别码，便于对每个电池组进行单独监控，在电池模组发生故障时进行电池组的检修和更换，提高效率；
23.2.通过单个电池组的单独监控，便于显示终端进行整个电池模组的统计分析，提高监控的实时性。
附图说明
24.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
25.图1是本发明的连接示意图；
26.图2是本发明的电池组的排列示意图；
27.图3是本发明的电池组编码示意图。
具体实施方式
28.实施例一
29.如图1所示，本技术提出一种锂电池组智能监控系统，包括：
30.电池模组，包括多个通过串并联组合连接且呈矩阵式排列的电池组，并根据电池组的数量及串并联组合连接关系形成系统条形码，电池组包括多个串联连接的锂电池。
31.多个监控模块，监控模块包括微控制器、均与微控制器电性连接的采样模块、功率管控制模块、通讯接口、检测模块和编码识别模块，且用于监控每个电池组的电池状态、电池容量和电池温度，微控制器通过通讯接口连接有无线传输模块，编码识别模块用于通过编码表示每个电池组连接的串联位和并联位，且传输至微控制器，编码识别模块包括编码单元和控制板，通过控制板的串并联组合连接实现电池组的串并联组合连接，用于改变电池模组的总电压和电池容量。
32.显示终端，用于计算并显示监控模块的实时监控数据，并对电池模组进行追踪定位实现防盗功能，显示终端通过无线传输模块与监控模块电性连接。
33.如图1
‑
3所示，基于上述的锂电池组智能监控系统，本技术还提出一种使用上述的锂电池组智能监控系统的监控方法，包括如下步骤：
34.s1.根据电池组的数量和串并联组合连接关系，生成系统条形码为(0a，0b)，其中，a表示串联的电池组数量，b表示并联的电池组数量，即b个电池组并联后形成一个电池单元用于提高电池单元容量，然后a个电池单元串联连接形成一个电池模组用于提高电池模组总电压值，电池组的总数量为a*b个，即生成电池组的串并联组合连接编码总数为a*b个。
35.s2.根据系统条形码(0a，0b)，则第k个电池组的编码为(0a 0b)，其中，a为大于0且小于等于a的整数，b为大于0且小于等于b的整数，k为大于0且小于等于a*b的整数，(0a 0b)表示第k个电池组连接0b号并联位和0a号串联位，且通过控制板的串并联组合连接实现电池组的串并联组合连接。
36.如图2
‑
3所示，根据电动车的行驶距离，选择电池模组的容量，进而选择电池组的数量和串并联关系。设每个电池组的电压为12.0v，容量为10ah，电池模组的系统条形码为(04，04)，表示4个电池组并联连接形成一个电池单元，且电池单元的电压为12v，容量为
40ah，4个电池单元串联连接形成一个完整的电池模组，且电池模组的电压为48v，容量为40ah，且电池组的数量为16个，即存在16个不同的编码，编码如图2所示。
37.其中，每一行表示处于同一电池单元的4个电池组并联连接，4列表示4个电池单元串联连接。每个电池单元内均有四个并联位和1个串联位，且串联位的序号和电池单元的序号相同。(0101)表示该电池组连接第一个电池单元内的01号并联位和01号串联位，且作为该电池组的编码，(0102)表示该电池组连接第一个电池单元内的02号并联位和01号串联位，依次类推，(0404)表示该电池组连接第四个电池单元内的04号并联位和04号串联位。
38.s3.采样模块通过电池温度采样单元监测每个锂电池的温度并提取最高温度表示该电池组的工作温度，通过电压采样单元检测每个锂电池的电压值，通过电流采样单元检测电池组的电流值；
39.s4.电池组的工作温度值、电流值、每个锂电池的电压值、每个电池组的编码和电池组的工作状态检测数据均上传至微控制器，并通过无线传输模块传输至显示终端进行统计分析，计算时并联连接扩大电池容量，串联连接扩大电压值，显示终端实时显示计算得出的电池模组总容量、总放电时间、总电压、总电流值、总功率值和最高温度值，同时，根据每个电池组的编码，显示每个电池组的电池状态、容量、电压值、电流值、最高温度值、电池组的健康评估状况及电池组内锂电池的最高电压值、最低电压值和最大压差值，起到监控和保护的作用，且便于用户在一定范围内对选择的参数，如电池组的容量、电压值和电流值等进行微调，提高用户体验感。
40.实施例二
41.如图1所示，本实施例与实施例二的区别之处在于：采样模块包括处理单元、与处理单元电性连接的电压采样单元、电池温度采样单元和电流采样单元，电压采样单元连接每节锂电池的正极和负极，电池温度采样单元连接锂电池，电流采样单元一端连接电池组的负极且另一端连接功率管控制模块。
42.如图1所示，功率管控制模块包括功率管控制单元和mosfet管组，功率管控制单元电性连接微控制器，mosfet管组的栅极连接功率管控制单元，mosfet管组的漏极或源极连接电流采样单元或控制板的负极，且用于根据采样数据和检测模块的检测数据控制电池组的充电和放电。如充电时，在过压、过流或高温状态下，微控制器通过功率管控制单元控制mosfet管组的充电mosfet管关断，停止充电，对电池组起到保护作用，提高使用寿命。
43.如图1所示，通讯接口包括uart通讯接口、rs485通讯接口和can通讯接口，满足不同接口的无线传输模块，显示终端包括无线显示终端和有线显示终端，无线显示终端包括手机、平板电脑、智能电视等，有线显示终端包括pc机，微控制器通过无线传输模块连接无线显示终端且用于系统管理，或通过通讯接口连接有线显示终端且用于系统管理，便于根据实际情况选择合适的通讯接口和系统管理机构。微控制器还连接有lcd显示屏，数据可直观显示。
44.如图1所示，显示终端的实时监控数据包括电池模组工作状态、机车行驶速度、总放电时间、电池模组总电压值、总电流值、总功率值、总容量、电池组的最高温度值、电池组的数量、每个电池组的电池状态、充电完成时间、健康状况、电压值、电池容量和温度值。
45.实施例三
46.如图1所示，本实施例与实施例三的区别之处在于：电池温度采样单元采用负温度
系数电阻ntc，电流采样单元采用电流采样电阻，在实现同等功能的基础上降低成本。
47.如图1所示，检测模块包括充电检测电路、放电检测电路、过充电压检测电路、过放电压检测电路、充电过流检测电路和放电过流检测电路，且分别用于检测电池组的充电状态、放电状态、过充电压状态、过放电压状态、充电过流状态和放电过流状态，且通过lcd显示屏或通过无线传输模块传输至显示终端显示实时检测数据，通过检测数据，微控制器进行及时预警。
48.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。