专利名称：一种电池组管理系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电池管理领域，尤其涉及一种电池组管理系统。
背景技术：
二次充电电池充电至其荷电状态为100%或放电至其荷电状态为0%，都会影响其
长期容量。为解决此技术问题，现有电池组充电或者放电都设有限制。 例如，使二次充电电池的工作容量范围为30%至70%，即二次充电电池的可用容量范围为电池总容量的40%。二次充电电池具有相对平坦的充放电曲线，如图I所示，在工作容量范围30%至70%之间曲线段相对平坦，仅几毫伏的电压变化就会引起电荷量的较大变化。为了充分利用电池组中每节二次充电电池的可用容量范围，电池管理系统必须非常准确的监视每节二次充电电池的电压。一个高压电池组中具有多节二次充电电池，由于制造的差异性，各节二次充电电池的容量略有不同；由于较差的二次充电电池比其他二次充电电池老化快，这种容量差异随着时间的推移也会增大。就容量较小于其它同电池组的二次充电电池而言，它在经历多个充电周期和放电周期后，充电状态将逐渐偏离，电池组中的某些二次充电电池最终会过充或过放，从而导致二次充电电池损坏，并最终导致电池组故障。
发明内容
本发明为解决电池组充放电时的安全问题，提供了一种电池组管理系统，该系统能够准确的检测电池组中每节二次充电电池的电压信号和电流信号，并根据这些信号对电池组中需要进行电荷均衡的二次充电电池进行均衡，以消除电池组的过充或过放现象。一种电池组管理系统，所述电池组由两节以上的二次充电电池构成，所述电池管理系统包括被动均衡电路模块、第一高压开关模块、放大电路模块、模数转换模块、数字控制电路模块、隔离通讯模块、上位机模块、充电模块；
所述上位机模块发出检测信号，经所述隔离通讯模块、数字控制电路模块的传递以作用于所述第一高压开关模块，以控制所述第一高压开关模块使被检测信号选中的二次充电电池导通；
所述第一高压开关模块采集所述导通的二次充电电池的电压信号和电流信号；
所述放大电路模块将所述电压信号和电流信号进行放大；
所述模数转换模块在所述数字控制电路模块的控制下将所述放大后的电压信号和电流信号转换成数字电压信号和数字电流信号；
所述数字控制电路模块将所述数字电压信号和数字电流信号通过所述隔离通讯模块传输到所述上位机模块；
所述上位机模块根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字电流信号得到第一均衡指令信号和第二均衡指令信号；所述第一均衡指令信号和第二均衡指令信号通过所述隔离通讯模块传输到所述数字控制电路模块；所述第一高压开关模块根据所述第一均衡指令信号控制所述被动均衡电路模块对与所述第一均衡指令信号对应的二次充电电池进行放电均衡，所述充电模块根据所述第二均衡指令信号对与第二均衡指令信号对应的二次充电电池进行充电均衡。本发明的上位机模块检测出所述电池组中所有二次充电电池电压信号和电流信号，并根据这些信号对电池组中部分电池进行充电均衡、部分电池进行放电均衡，以消除电池组的过充或过放现象。以达到延长电池组使用寿命的效果。
图I是现有技术提供的二次充电电池的充放电曲线示意图。图2是本发明实施例I提供的电池组管理系统示意图。
图3是本发明实施例2提供的电池组管理系统示意图。图4是本发明实施例3提供的电池组管理系统示意图。图5是本发明实施例提供的电池组管理系统电路示意图。图6是本发明实施例提供的第一高压开关模块电路示意图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明针对电池组保护市场，提供了一种电池组管理系统。作为本发明实施例I提供的电池组管理系统，如图2所示，所述电池组21由两节以上的二次充电电池构成，所述电池管理系统包括被动均衡电路模块22、第一高压开关模块23、放大电路模块24、模数转换模块25、数字控制电路模块26、隔离通讯模块27、上位机模块28、充电模块29 ；
所述上位机模块28发出检测信号，经所述隔离通讯模块27、数字控制电路模块26的传递以作用于所述第一高压开关模块23，以控制所述第一高压开关模块23使被检测信号选中的二次充电电池导通；
所述第一高压开关模块23采集所述导通的二次充电电池的电压信号和电流信号； 所述放大电路模块24将所述电压信号和电流信号进行放大；
所述模数转换模块25在所述数字控制电路模块26的控制下将所述放大后电压信号和电流信号转换成数字电压信号和数字电流信号；
所述数字控制电路模块26将所述数字电压信号和数字电流信号通过所述隔离通讯模块27传输到所述上位机模块28 ；
所述上位机模块28根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字电流信号得到第一均衡指令信号和第二均衡指令信号；
所述第一均衡指令信号和第二均衡指令信号通过所述隔离通讯模块27传输到所述数字控制电路模块26 ;所述第一高压开关模块23根据所述第一均衡指令信号控制所述被动均衡电路模块22对与所述第一均衡指令信号对应的二次充电电池进行放电均衡，所述充电模块29根据所述第二均衡指令信号对与第二均衡指令信号对应的二次充电电池进行充电均衡。所述上位机模块28根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字电流信号得到第一均衡指令信号的方法如下找出所有二次充电电池的数字电压信号中最小的数字电压信号值Vmin ；计算其它二次充电电池的数字电压信号值V与最小的数字电压信号值Vmin的第一电压差值VD1，并将所述第一电压差值Vdi与预设第一电压阈值Vsetl进行比较；如果第一电压差值Vdi大于第一电压阈值Vsetl,则上位机模块对应发出该二次充电电池的第一均衡指令信号；如果第一电压差值Vdi小于等于第一电压阈值Vsetl,则此二次充电电池不需要均衡，上位机模块不作处理。所述预设第一电压阈值Vsetl的确定方法如下所述上位机模块28对每节二次充电电池的所述数字电流信号进行累加计数得出二次充电电池放电容量Wl ;将二次充电电池总容量W减去放电容量Wl得到二次充电电池的第一荷电状态；所述上位机模块28根据电池组中每节二次充电电池的第一荷电状态确定第一电压阈值Vsetl的大小。其中电池总容量为每节二次充电电池的固有物理容量。二次充电电池的荷电状态与电压值为非线性关 系，是电池组中二次充电电池的属性决定的，电池组荷电状态与电压关系曲线中，曲线上不同段的斜率对应不同的第一电压阈值Vsetl，根据电池组荷电与电压关系曲线做个查找表。考虑到计算的误差，二次充电电池的总容量要每隔一段时间进行一次校正，先放掉所有电荷，然后电池总容量校正可在充电时进行，充进的电量就是二次充电电池的总容量W。所述上位机模块28根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字电流信号得到第二均衡指令信号的方法如下找出所有二次充电电池的数字电压信号中最大数字电压信号值Vmax ;计算最大数字电压信号值Vmax与其它二次充电电池的数字电压信号值V的第二电压差值VD2，并将所述第二电压差值Vd2与预设第二电压阈值Vset2进行比较；如果第二电压差值Vd2大于第二电压阈值Vset2,则上位机模块对应发出该二次充电电池的第二均衡指令信号；如果第二电压差值Vd2小于等于第二电压阈值Vset2，则此二次充电电池不需要均衡，上位机模块不作处理。所述预设第二电压阈值Vset2的确定方法如下所述上位机模块28对每节二次充电电池的所述数字电流信号进行累加计数得出二次充电电池放电容量Wl，将二次充电电池总容量W减去放电容量Wl得到二次充电电池的第一荷电状态；所述上位机模块根据电池组中每节二次充电电池的第一荷电状态确定第二电压阈值Vset2的大小。其中电池总容量为每节二次充电电池的固有物理容量。二次充电电池的荷电状态与电压值为非线性关系，是电池组中二次充电电池的属性决定的，电池组荷电状态与电压关系曲线中，曲线上不同段的斜率对应不同的第二电压阈值Vset2，根据电池组荷电与电压关系曲线做个查找表。所述数字控制电路模块26包括信号预处理单元、第一报警信号产生单元、高速同步串行口通讯单元、模数电路控制单元、指令传递单元。信号预处理单元用于对所述数字电压信号、数字电流信号进行滤波处理，使数字电压信号、电流信号质量更高。第一报警信号产生单元用于对所述数字电压信号与第一预设电压阈值、数字电流信号与第一预设电流阈值进行比较，如果数字电压信号大于第一预设电压阈值、或数字电流信号大于第一预设电流阈值，则产生第一报警信号，此第一报警信号通过隔离通讯模块27上传到上位机模块28，上位机模块28根据第一报警信号切断电池组21的工作状态，以达到保护电池组的目的。高速同步串行口通讯单兀(Serial Peripheral interface,简称SPI ;是一种标准的四线同步双向串行总线)用于和上位机模块进行数据通讯。模数电路控制单元用于控制模数转换电路对放大后的电压信号、电流信号进行模数转换，具体控制其转换时刻及转换速度。指令传递单元用于传递所述检测信号和均衡指令信号。所述隔离通讯模块27为磁隔离驱动电路，所述磁隔离驱动电路包括二个输出通道和一个输入通道；所述二个输出通道用于隔离所述数字电压信号和数字电流信号；所述输入通道用于隔离所述检测信号和所第一述均衡指令信号和第二均衡指令信号。磁隔离驱 动电路具有功耗低、通讯效率闻、占用电路面积小的特点。除了数字控制电路模块26能根据数字电压信号、数字电流信号产生报警信号外，所述上位机模块28也能根据接收到的数字电压信号、数字电流信号产生报警信。所述上位机模块28还包括第二报警信号产生单元；所述第二报警产生单元对所述数字电压信号与第二预设电压阈值、数字电流信号与第二预设电流阈值进行比较，如数字电压信号大于第二预设电压阈值、或数字电流信号大于第二预设电流阈值，则所述第二报警信号产生单元产生第二报警信号，上位机模块28根据第二报警信号切断电池组的工作状态，以达到保护电池组的目的。所述被动均衡电路模块22由与所述电池组中二次充电电池组数目相同的被动均衡单元构成，所述被动均衡单元与所述对应的二次充电电池连接。所述被动均衡单元包括电阻和三极管；所述电阻连接于所述二次充电电池正极与三级管集电极之间，所述三级管发射极与所述二次充电电池负极相连。二次充电电池放掉的电能消耗在电阻上，改变电阻可改变放电电流。当电阻阻值较小时，放电电流较大，放电比较快，但是同样的放电功率小电阻会占用较大的电路面积，且放电快会产生大量的热量，需解决散热的问题；当电阻阻值较大时，放电电流较小，放电比较慢，同样的放电功率大电阻占用电路面积小，且放电慢，产生的热量也较小。实际电路中需综合考虑均衡效率、电阻所占面积及均衡时产生的热量大小选择合适的放电电阻。 本发明的电池组管理系统中的电池组由多个二次充电电池串联构成，共模电压较高，第一高压开关模块23需采用高压工艺，以达到系统的要求。所述放大电路模块24为高性能差动运算放大器，对电压信号和电流信号进行差动放大，差动运算放大器共模抑制能力强。所述模数转换电路模块25的分辨率为16位，具有FIR(finite-impulse-response,有限冲击响应)滤波器,FIR滤波器具有稳定性好、线性相位和广泛的适用范围，故本发明采用FIR滤波器。所述模数转换电路模块25受数字控制电路模块26的控制，数字控制电路模块26控制模数转换电路模块25对电压信号、电流信号进行模数转换的时间及转换速度。另外，电池管理系统对应都具有时钟信号产生模块和电源模块，时钟信号产生模块用于为所述数字控制电路模块26提供时钟信号；电源模块用于为所述放大电路模块24和时钟信号产生模块提供电源信号。
本发明实施例中被动均衡电路模块22对部分需要放电均衡的二次充电电池进行放电均衡，充电模块29对部分需要充电均衡的二次充电电池进行充电均衡，能快速的使工作中电池组中的所有二次充电电池达到电荷均衡，以消除电池组的过充或过放现象。以达到延长电池组使用寿命的效果。作为本发明实施例2，如图3所示，包括电池组31，所述电池管理系统包括被动均衡电路模块32、第一高压开关模块33、放大电路模块34、模数转换模块35、数字控制电路模块36、隔离通讯模块37、上位机模块38，变压器控制模块391、变压器392、高压开关393、电压源394。与实施例I的区别在于将实施例I中的充电模块具体化，充电模块具体包括变压器控制模块391、变压器392、高压开关393、电压源394。所述变压器控制模块391根据所述第二均衡指令信号控制变压器392对电压源394提供的电压信号进行变压，产生合适的充电电压；所述高压开关393根据第二均衡指令信号控制充电电压对与所述第二均衡指令信号对应的二次充电电池进行充电均衡。
作为本发明实施例3,如图4所示,包括电池组41,所述电池管理系统包括被动均衡电路模块42、第一高压开关模块43、放大电路模块44、模数转换模块45、数字控制电路模块46、隔离通讯模块47、上位机模块48、变压器控制模块491、变压器492、高压开关493、电压源494、温度采集模块410。与实施例2相比，本实施例增加了温度采集模块410。所述温度采集模块410采集所述导通的二次充电电池的温度信号，并将温度信号通过所述第一高压开关模块43、放大电路模块44、模数转换模块45、数字控制电路模块46、隔离通讯模块47传送至上位机模块48，所述上位机模块根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字温度信号得到二次充电电池的第二荷电状态作为对第一荷电状态的修正。第一荷电状态计算方法同实施例I相同，第一荷电状态计算方法具体如下所述上位机模块48对每节二次充电电池的所述数字电流信号进行累加计数得出二次充电电池放电容量Wl，将二次充电电池总容量W减去放电容量Wl得到二次充电电池的第一荷电状态。二次充电电池经多次使用后，其电池总容量会发生变化，而对总容量的获取是间隔一定时间检测一次，不可避免的存在偏差，故上位机需采集每节二次充电电池的温度信号，利用所有二次充电电池的数字电压信号和数字温度信号得到第二荷电状态。当第一荷电状态值出现偏差时，利用第二荷电状态替代第一荷电状态，有效的对第一荷电状态进行及时、合理的修正，使第一电压阈值Vsetl和第二电压阈值Vset2的设置更加准确。所述上位机模块48根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字温度信号得到第二荷电状态的方法如下
所述上位机模块48将所有采集到的二次充电电池的数字电压信号、数字温度信号与预设荷电状态对照表对照，得到二次充电电池的第二荷电状态。作为本领域人员公知的，二次充电电池特定的温度值和电压值对应一个荷电状态值，所述预设荷电状态对照表为二次充电电池的数字电压信号、数字温度信号对应二次充电电池的荷电状态值的参照表。此种计算二次充电电池的荷电状态的方法作为实施例I和实施例2中计算二次充电电池荷电状态的一个补充，使第一电压阈值Vsetl和第二电压阈值Vset2的设置更加准确。由于该实施例增加了温度采集模块410，对应的放大电路模块44、模数转换模块45、数字控制单元46、隔离通讯模块47、上位机模块48的功能都进行相应的改变，具体内容下面内容进行对应的描述。所述放大电路模块44对电池组的温度信号、电压信号、电流信号进行放大；模数转换模45块对放大后的温度信号、电压信号、电流信号进行模数转换，得到数字温度信号、数字电压信号和数字电流信号。所述数字控制电路模块46包括信号预处理单元、第一报警信号产生单元、高速同步串行口通讯单元、模数电路控制单元、指令传递单元。信号预处理单元用于对所述数字电压信号、数字电流信号、数字温度信号进行滤 波处理；使数字温度信号、数字电压信号、数字电流信号质量更高。第一报警信号产生单元用于对所述数字电压信号与第一预设电压阈值、数字电流信号与第一预设电流阈值、数字温度信号与第一预设温度值进行比较，如数字电压信号大于第一预设电压阈值、或数字电流信号大于第一预设电流阈值、或数字温度信号大于第一预设温度阈值，则产生第一报警信号；此第一报警信号通过隔离通讯模块47上传到上位机模块48，上位机模块48根据第一报警信号切断电池组41的工作状态，以达到保护电池组的目的。高速同步串行口通讯单兀(Serial Peripheral interface,简称SPI ;是一种标准的四线同步双向串行总线)用于和上位机模块48进行数据通讯。模数电路控制单元用于控制模数转换电路对放大后的电压信号、电流信号、温度信号进行模数转换，具体控制其转换时刻及转换速度。 指令传递单元用于传递所述检测信号、第一均衡指令信号和第二均衡指令信号。所述隔离通讯模块47为磁隔离驱动电路，所述磁隔离驱动电路包括三个输出通道和一个输入通道；所述三个输出通道用于隔离所述数字电压信号、数字电流信号及数字温度信号；所述输入通道用于隔离所述检测信号和所述第一均衡指令信号和第二均衡指令信号。磁隔离驱动电路具有功耗低、通讯效率高、占用电路面积小的特点。除了数字控制电路模块46能根据数字温度信号、数字电压信号、数字电流信号产生报警信号外，所述上位机模块48也能根据接收到的数字温度信号、数字电压信号、数字电流信号产生报警信号。所述上位机模块48还包括第二报警信号产生单元；所述第二报警产生单元对所述数字电压信号与第二预设电压阈值、数字电流信号与第二预设电流阈值、数字温度信号与第二预设温度阈值进行比较，如果数字电压信号大于第二预设电压阈值、或数字电流信号大于第二预设电流阈值、或数字温度信号大于第二预设温度阈值，则所述第二报警信号产生单元产生第二报警信号，上位机模块48根据第二报警信号切断电池组的工作状态，以达到保护电池组的目的。另外，电池管理系统对应都具有时钟信号产生模块和电源模块，时钟信号产生模块用于为所述数字控制电路模块46产生提供时钟信号；电源模块用于为所述温度采集模块49、放大电路模块44和时钟信号产生模块提供电源信号。本发明的电池管理系统能够准确的检测电池组中每节二次充电电池的温度信号、电压信号和电流信号，并根据这些信号进行分析，得出第一均衡指令信号和第二均衡指令信号；被动均衡电路模块根据第一均衡指令信号准确的对需要均衡的二次充电电池进行放电均衡，充电模块根据第二均衡指令信号准确的对需要均衡的二次充电电池进行充电均衡，消除电池组过充或过放的现象，以达到延长电池组使用寿命的效果。为了便于理解本发明的电池组管理系统，本发明还提供了详细的电池组管理系统电路,如图5所示，电池组51由多个二次充电电池构成，电池组管理系统包括被动均衡电路模块52、第一高压开关模块53、运算放大器模块54、模数转换模块55、数字控制电路模块56、隔离通讯模块57、上位机模块58、温度采集模块510、电源模块511和时钟产生模块512、变压器控制模块591、变压器592、高压开关593、电源电压594。所述被动均衡电路52由和与所述二次充电电池组数目相同的被动均衡单元构成，所述每个被动均衡单元与电池组51中对应的二次充电电池连接，使每个二次充电电池都可以独立的放电。所述被动均衡单元52包括电阻和三极管；所述电阻连接于所述二次充电电池正极与三级管集电极之间，所述三级管发射极与所述二次充电电池负极相连。二 次充电电池放掉的电能消耗在电阻上，改变电阻可改变放电电流。当电阻阻值较小时，放电电流较大，放电比较快，但是同样的功率小电阻会占用较大的电路面积，且放电快会产生大量的热量，需解决散热的问题；当电阻阻值较大时，放电电流较小，放电比较慢，同样的功率大电阻占用电路面积小，且放电慢，产生的热量也较小。实际电路中需综合考虑均衡效率、电阻所占面积及均衡时产生的热量大小选择合适的放电电阻。第一高压开关模块53能够承受较高的共模电压，其具体内部结构如图6所示。图6包括电池组61和第一高压开关模块63。第一高压开关模块63由多个单刀双掷开关和两个普通开关组成。运算放大器54为差动运算放大器，差动运算放大器共模抑制能力强。所述隔离通讯模块57为磁隔离驱动电路。所述磁隔离驱动电路包括三个输出通道和一个输入通道。该电池组管理系统电路工作过程如下上位机模块58发出检测信号，经所述隔离通讯模块57传送至所述数字控制电路模块56 ;所述数字控制电路模块56将检测信号作用于第一高压开关模块53以控制第一高压开关模块53使被检测信号选中的二次充电电池导通。所述温度采集模块510采集所述导通的二次充电电池的温度信号，并将所述温度信号传送到所述第一高压开关模块53 ;所述第一高压开关模块53采集所述二次充电电池的电压信号和电流信号；所述放大电路模块54将所述温度信号、电压信号和电流信号进行放大；所述模数转换模块55在所述数字控制电路模块56的控制下将所述放大后的温度信号、电压信号和电流信号转换成数字温度信号、电压信号和电流信号；所述数字控制电路模块56将所述数字温度信号、数字电压信号和数字电流信号通过所述隔离通讯模块57传输到所述上位机模块58。所述上位机模块58采集电池组51中所有二次充电电池的数字温度信号、电压信号和电流信号，并对这些信号进行处理，得到第一均衡指令信号和第二均衡指令信号。上位机模块58得到第一均衡指令信号方法如下找出所有二次充电电池的数字电压信号中最小的数字电压信号值Vmin ；计算其它二次充电电池的数字电压信号值V与最小的数字电压信号值Vmin的第一电压差值Vdi，并将所述第一电压差值Vdi与预设第一电压阈值Vsetl进行比较；如果第一电压差值Vdi大于第一电压阈值Vsetl,则上位机模块58对应发出该二次充电电池的第一均衡指令信号；如果第一电压差值Vdi小于等于第一电压阈值Vsetl，则此二次充电电池不需要均衡，上位机模块58不作处理。设定第一电压阈值Vsetl具有两种方法。方法一为所述上位机模块58对每节二次充电电池的所述数字电流信号进行累加计数得出二次充电电池放电容量Wl ;二次充电电池总容量W减去放电容量Wl得到二次充电电池的第一荷电状态；所述上位机模块58根据电池组中每节二次充电电池的第一荷电状态确定第一电压阈值Vsetl的大小。方法二为所述上位机模块58将所述采集到的所述二次充电电池的数字电压信号、数字温度信号与预设荷电状态对照表对照，得到二次充电电池的第二荷电状态；所述上位机模块58根据电池组中每节二次充电电池的第二荷电状态确定第一电压阈值Vsetl的大小。其中方法二设定第一电压阈值Vsetl是对方法一的补充，使电池组管理系统能准确的对电池组中所用二次充电电池进行较好的放电均衡。上位机模块58得到第二均衡指令信号方法如下找出所有二次充电电池的数字电压信号中最大数字电压信号值Vmax ;计算最大数字电压信号值Vmax与其它二次充电电 池的数字电压信号值V的第二电压差值Vd2，并将所述第二电压差值Vd2与预设第二电压阈值Vset2进行比较；如果第二电压差值Vd2大于第二电压阈值Vset2，则上位机模块对应发出该二次充电电池的第二均衡指令信号；如果第二电压差值Vd2小于等于第二电压阈值Vset2，则此二次充电电池不需要均衡，上位机模块58不作处理。设定第二电压阈值Vset2具有两种方法。方法一为所述上位机模块58对每节二次充电电池的所述数字电流信号进行累加计数得出二次充电电池放电容量Wl ;将二次充电电池总容量W减去放电容量Wl得到二次充电电池的第一荷电状态；所述上位机模块58根据电池组中每节二次充电电池的荷电状态确定第二电压阈值Vset2的大小。方法二为所述上位机模块58将所述采集到的所述二次充电电池的数字电压信号、数字温度信号与预设荷电状态对照表对照，得到二次充电电池的第二荷电状态；所述上位机模块58根据电池组中每节二次充电电池的第二荷电状态确定第二电压阈值Vset2的大小。其中方法二设定第二电压阈值Vset2是对方法一的补充，使电池组管理系统能准确的对电池组中所用二次充电电池进行较好的放电均衡。所述第一均衡指令信号通过所述隔离通讯模块57的输入通道、所述数字控制电路模块56传输到所述第一高压开关模块53 ;所述第一高压开关模块53控制所述被动均衡电路模块52对与所述均衡指令信号对应的二次充电电池进行电荷均衡。所述第二均衡指令信号通过所述隔离通讯模块57的输入通道传输到数字控制电路模块56。所述变压器控制模块591根据第二均衡指令信号控制变压器592对电源电压594提供的电压信号进行变压,产生合适的充电电压；
所述高压开关593根据第二均衡指令信号控制充电电压对与所述第二均衡指令信号对应的二次充电电池进行充电均衡。时钟产生模块512用于为所述数字控制电路模块56提供时钟信号，电源模块511为温度采集模块54、放大电路模块55和时钟产生模块512提供电源。所述数字控制电路模块56包括信号预处理单元、第一报警信号产生单元、高速同步串行口通讯单元、模数电路控制单元、指令传递单元。信号预处理单元用于对所述数字电压信号、数字电流信号、数字温度信号进行滤波处理；使数字温度信号、电压信号、电流信号质量更高。 第一报警信号产生单元用于对所述数字电压信号与第一预设电压阈值、数字电流信号与第一预设电流阈值、数字温度信号与第一预设温度值进行比较，如数字电压信号大于第一预设电压阈值、或数字电流信号大于第一预设电流阈值、或数字温度信号大于第一预设温度阈值，则产生第一报警信号；此第一报警信号通过隔离通讯模块57上传到上位机模块58，上位机模块58根据第一报警信号切断电池组51的工作状态，以达到保护电池组的目的。高速同步串行口通讯单元(Serial Peripheral interface,简称SPI ;是一种标准的四线同步双向串行总线)用于和上位机模块58进行数据通讯。模数电路控制单元用于控制模数转换电路55对放大后的电压信号、电流信号进行模数转换，具体控制其转换时刻及转换速度。指令传递单元用于传递所述检测信号、第一均衡指令信号和第二均衡指令信号。所述上位机模块58还包括第二报警信号产生单元；所述第二报警产生单元对所述数字电压信号与第二预设电压阈值、数字电流信号与第二预设电流阈值、数字温度信号与第二预设温度阈值进行比较，如果数字电压信号大于第二预设电压阈值、或数字电流信 号大于第二预设电流阈值、或数字温度信号大于第二预设温度阈值，则所述第二报警信号产生单元产生第二报警信号，上位机模块根据第二报警信号切断电池组的工作状态，以达到保护电池组的目的。该电池组管理电路中上位机模块检测出所述电池组中所有二次充电电池的温度信号、电压信号和电流信号，然后对这些信号进行分析，得到第一均衡指令信号和第二均衡指令信号；被动均衡电路模块根据第一均衡指令信号对部分需要放电均衡的二次充电电池进行放电均衡，充电模块根据第二均衡指令信号对部分需要充电均衡的二次充电电池进行充电均衡，充电均衡和放电均衡同时进行，能快速的使工作的电池组中的所有二次充电电池达到电荷均衡，以消除电池组的过充或过放现象。以达到延长电池组使用寿命的效果。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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种电池组管理系统，所述电池组由两节以上的二次充电电池构成，其特征在于，所述电池管理系统包括被动均衡电路模块、第一高压开关模块、放大电路模块、模数转换模块、数字控制电路模块、隔离通讯模块、上位机模块、充电模块； 所述上位机模块发出检测信号，经所述隔离通讯模块、数字控制电路模块的传递以作用于所述第一高压开关模块，以控制所述第一高压开关模块使被检测信号选中的二次充电电池导通； 所述第一高压开关模块采集所述导通的二次充电电池的电压信号和电流信号； 所述放大电路模块将所述电压信号和电流信号进行放大； 所述模数转换模块在所述数字控制电路模块的控制下将所述放大后的电压信号和电流信号转换成数字电压信号和数字电流信号； 所述数字控制电路模块将所述数字电压信号和数字电流信号通过所述隔离通讯模块传输到所述上位机模块； 所述上位机模块根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字电流信号得到第一均衡指令信号和第二均衡指令信号； 所述第一均衡指令信号和第二均衡指令信号通过所述隔离通讯模块传输到所述数字控制电路模块；所述第一高压开关模块根据所述第一均衡指令信号控制所述被动均衡电路模块对与所述第一均衡指令信号对应的二次充电电池进行放电均衡，所述充电模块根据所述第二均衡指令信号对与第二均衡指令信号对应的二次充电电池进行充电均衡。
2.如权利要求I所述的电池组管理系统，其特征在于，所述上位机模块根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字电流信号得到第一均衡指令信号的方法如下 找出所有二次充电电池的数字电压信号中最小数字电压信号值Vmin ; 计算其它二次充电电池的数字电压信号值V与最小数字电压信号值Vmin的第一电压差值Vdi，并将所述第一电压差值Vdi与预设第一电压阈值Vsetl进行比较； 如果第一电压差值Vdi大于第一电压阈值Vsetl,则上位机模块对应发出该二次充电电池的第一均衡指令信号； 所述预设第一电压阈值Vsetl的确定方法如下 所述上位机模块对每节二次充电电池的所述数字电流信号进行累加计数得出二次充电电池放电容量Wl，将二次充电电池总容量W减去放电容量Wl得到二次充电电池的第一荷电状态； 所述上位机模块根据电池组中每节二次充电电池的第一荷电状态确定第一电压阈值Vsetl的大小。
3.如权利要求I所述的电池组管理系统，其特征在于，所述上位机模块根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字电流信号得到第二均衡指令信号的方法如下 找出所有二次充电电池的数字电压信号中最大数字电压信号值Vmax ; 计算最大数字电压信号值Vmax与其它二次充电电池的数字电压信号值V的第二电压差值VD2，并将所述第二电压差值Vd2与预设第二电压阈值Vset2进行比较； 如果第二电压差值Vd2大于第二电压阈值Vset2，则上位机模块对应发出该二次充电电池的第二均衡指令信号； 所述预设第二电压阈值Vset2的确定方法如下所述上位机模块对每节二次充电电池的所述数字电流信号进行累加计数得出二次充电电池放电容量Wl，将二次充电电池总容量W减去放电容量Wl得到二次充电电池的第一荷电状态； 所述上位机模块根据电池组中每节二次充电电池的第一荷电状态确定第二电压阈值Vset2的大小。
4.如权利要求2或3所述的电池组管理系统，其特征在于，所述电池组管理系统还包括温度采集模块，所述温度采集模块采集所述导通的二次充电电池的温度信号，并将所述温度信号通过所述第一高压开关模块、放大电路模块、模数转换模块、数字控制电路模块、隔离通讯模块传送至上位机模块，所述上位机模块根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字温度信号得到二次充电电池的第二荷电状态作为对第一荷电状态的修正。
5.如权利要求4所述的电池组管理系统，其特征在于，所述上位机模块根据所有二次充电电池的数字电压信号和数字温度信号得到第二荷电状态的方法如下 所述上位机模块将所有采集到的二次充电电池的数字电压信号、数字温度信号与预设荷电状态对照表对照，得到二次充电电池的第二荷电状态。
6.如权利要求5所述的电池组管理系统，其特征在于，所述数字控制电路模块包括 信号预处理单元，用于对所述数字电压信号、数字电流信号、数字温度信号进行滤波处理； 第一报警信号产生单元，用于对所述数字电压信号与第一预设电压阈值、数字电流信号与第一预设电流阈值、数字温度信号与第一预设温度阈值进行比较，如果数字电压信号大于第一预设电压阈值、或数字电流信号大于第一预设电流阈值、或数字温度信号大于第一预设温度阈值，则产生第一报警信号； 高速同步串行口通讯单元，用于和上位机模块进行数据通讯； 模数电路控制单元，用于控制模数转换电路对放大后的电压信号、电流信号、温度信号进行模数转换； 指令传递单元，用于传递所述检测信号和均衡指令信号。
7.如权利要求5所述的电池组管理系统，其特征在于，所述隔离通讯模块为磁隔离驱动电路，所述磁隔离驱动电路包括三个输出通道和一个输入通道；所述三个输出通道用于隔离所述数字温度信号、数字电压信号和数字电流信号；所述输入通道用于隔离所述检测信号和所述均衡指令信号。
8.如权利要求5所述的电池组管理系统，其特征在于，所述上位机模块还包括第二报警信号产生单元；所述第二报警产生单元对所述数字电压信号与第二预设电压阈值、数字电流信号与第二预设电流阈值、数字温度信号与第二预设温度阈值进行比较，如果数字电压信号大于第二预设电压阈值、或数字电流信号大于第二预设电流阈值、或数字温度信号大于第二预设温度阈值，则所述第二报警信号产生单元产生第二报警信号。
9.如权利要求I所述的电池组管理系统，其特征在于，所述充电模块具体包括变压器控制模块、变压器、高压开关、电压源； 所述变压器控制模块根据所述第二均衡指令信号控制变压器对电源电压提供的电压信号进行变压，产生合适的充电电压； 所述高压开关根据第二均衡指令信号控制充电电压对与所述第二均衡指令信号对应的二次充电电池进行充电均衡。
10.如权利要求I所述的电池组管理系统，其特征在于，所述被动均衡电路模块由与所述电池组中二次充电电池组数目相同的被动均衡单元构成，所述被动均衡单元与所述对应的二次充电电池连接。
11.如权利要求10所述的电池组管理系统，其特征在于，所述被动均衡单元包括电阻和三极管；所述电阻连接于所述二次充电电池正极与三级管集电极之间，所述三级管发射极与所述二次充电电池负极相连。
12.如权利要求I任一项所述的电池组管理系统，其特征在于，所述模数转换电路模块的分辨率为16位。
13.如权利要求I所述的电池组管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括时钟信号产生模块，用于为所述数字控制电路模块产生提供时钟信号。
14.如权利要求13所述的电池组管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括电源模块，用于为所述温度采集模块、放大电路模块和时钟信号产生模块提供电源信号。
全文摘要
一种电池组管理系统，属于电池管理领域。包括被动均衡电路模块、第一高压开关模块、放大电路模块、模数转换模块、数字控制电路模块、隔离通讯模块、上位机模块、充电模块；被动均衡电路模块和第一高压开关模块均与电池组连接；高压开关还与被动均衡电路模块连接；放大电路模块与第一高压开关模块连接，模数转换模块与放大电路模块连接；数字控制电路模块与第一高压开关模块和模数转换模块连接；隔离通讯模块与数字控制电路模块连接，上位机模块与隔离通讯模块连接，充电模块与电池组和数字控制电路模块连接。该系统对电池组中的部分二次充电电池进行放电均衡、部分二次充电电池进行充电均衡，从而快速的消除电池组的过充过放现象。
文档编号H02H7/18GK102801184SQ20111013443
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者潘金龙, 何志强, 杨云 申请人:比亚迪股份有限公司