一种电池冗余控制系统的制作方法

[0001]
本发明涉及蓄电池保护技术领域，尤其涉及一种电池冗余控制系统。


背景技术：

[0002]
在通常情况下，蓄电池的保护功能由(battery management system，bms)系统中的电池管理单元(battery management unit，bmu)和电池控制单元(battery control unit，bcu)共同完成，bmu负责采集蓄电池的单体电芯电压和蓄电池温度，然后通过通信发送给bcu，由bcu对蓄电池单体电芯电压和蓄电池温度数据进行处理，当满足一定的条件(通常包含过压，欠压，过温等条件)则进行蓄电池保护，切断蓄电池工作回路，防止继续工作对蓄电池造成不可逆的损害，以及防止蓄电池在异常工况下持续工作造成火灾爆炸等。
[0003]
在上述情况中，对于蓄电池的保护功能是由bmu和bcu共同完成，由bmu采集数据，由bcu对数据进行处理并执行保护动作，bmu和bcu之间还需要进行通信，技术实现方案复杂，并且中间环节都有软件参与，任何一个环节出现问题(例如通信丢失，bmu电压或者温度采集异常)都可能导致蓄电池监控功能或者保护功能失效，继而不利于实现对蓄电池的有效监控。


技术实现要素：

[0004]
本发明要解决的技术问题是：如何实现对蓄电池的有效监控，以在传统bms系统失效的情况下，仍能继续实现对蓄电池的监控，提高蓄电池工作的安全性和可靠性。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池冗余控制系统，其包括：
[0006]
主控制模块和从控制模块，所述主控制模块和所述从控制模块的输入端分别与电池模块连接，所述主控制模块的输出端与主开关模块连接，所述从控制模块的输出端与从开关模块连接，其中，所述从控制模块用于接收所述电池模块的状态参数，并在所述主控制模块故障且所述状态参数满足第一预设条件时，输出控制信号；
[0007]
所述主开关模块用于响应于所述主控制模块的控制指令而断开所述电池模块所在的供电通路；
[0008]
所述从开关模块用于响应于所述从控制模块的所述控制信号而断开所述电池模块所在的供电通路。
[0009]
可选的，所述状态参数包括电池电压，
[0010]
所述从控制模块用于接收所述电池模块的状态参数，并在所述主控制模块故障且所述状态参数满足第一预设条件时，输出控制信号，包括：
[0011]
所述从控制模块用于接收所述电池模块的电池电压，并在所述主控制模块故障且所述电池电压大于第一过压阈值时，输出控制信号；或者，在所述主控制模块故障且所述电池电压小于第一欠压阈值时，输出控制信号。
[0012]
可选的，所述从控制模块包括：
[0013]
与所述电池模块连接的过压/欠压保护电路、与所述过压/欠压保护电路连接的或
逻辑电路、与所述或逻辑电路连接的功率输出电路，其中，
[0014]
所述过压/欠压保护电路用于对接收到的所述电池电压进行监测，在监测到所述电池电压大于所述第一过压阈值或在监测到所述电池电压小于所述第一欠压阈值时，向所述或逻辑电路发送保护信号；所述或逻辑电路用于在接收到所述保护信号时驱动所述功率输出电路，以使所述功率输出电路输出所述控制信号。
[0015]
可选的，所述状态参数包括电池温度，
[0016]
所述从控制模块用于接收所述电池模块的状态参数，并在所述主控制模块故障且所述状态参数满足第一预设条件时，输出控制信号，包括：
[0017]
所述从控制模块用于接收所述电池模块的电池温度，并在所述主控制模块故障且所述电池温度大于第一过温阈值时，输出控制信号。
[0018]
可选的，所述从控制模块包括：
[0019]
与所述电池模块连接的过温保护电路、与所述过温保护电路连接的或逻辑电路、与所述或逻辑电路连接的功率输出电路，其中，
[0020]
所述过温保护电路用于对接收到的所述电池温度进行监测，在监测到所述电池温度大于所述第一过温阈值时，向所述或逻辑电路发送保护信号；所述或逻辑电路用于在接收到所述保护信号时驱动所述功率输出电路，以使所述功率输出电路输出所述控制信号。
[0021]
可选的，所述电池冗余控制系统还包括与所述从开关模块并联的旁路开关，所述旁路开关的接通使得所述从控制模块中断对所述从控制开关的控制。
[0022]
可选的，所述主控制模块包括：
[0023]
电池管理单元，所述电池管理单元用于采集所述电池模块的所述状态参数并将所述状态参数发送给电池控制单元；
[0024]
所述电池控制单元用于接收所述电池管理单元发送的所述状态参数，判断所述状态参数是否满足第二预设条件，并在所述状态参数满足所述第二预设条件时，输出所述控制指令。
[0025]
可选的，对于相同的所述状态参数，与所述第一预设条件对应的所述控制信号的输出触发条件高于与所述第二预设条件对应的所述控制指令的输出触发条件。
[0026]
可选的，所述电池模块设置有多个，多个所述电池模块并联，其中，针对每个电池模块分别对应设置有所述从控制模块以及位于所述电池模块所在支路上的所述从控制开关。
[0027]
可选的，所述电池模块设置有多个，多个所述电池模块串联，其中，针对每个电池模块分别对应设置有所述从控制模块，所述从开关模块设置于所述电池模块的电压正输出端。
[0028]
可选的，所述主控制模块的输入端与各个所述电池模块连接，所述主控模块的输出端与所述主开关模块连接，所述主控制模块用于采集各个所述电池模块的所述状态参数，判断与所述电池模块对应的所述状态参数是否满足第二预设条件，并在任意一个所述电池模块对应的所述状态参数满足所述第二预设条件时，输出所述控制指令；
[0029]
所述主开关模块设置于与所述电池模块的电压正输出端连接的干路上。
[0030]
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0031]
应用本发明的电池冗余控制系统，该系统中主控制模块和从控制模块的输入端分别与电池模块连接，主控制模块的输出端与主开关模块连接，主开关模块用于响应于主控制模块的控制指令而断开电池模块所在的供电通路；从控制模块用于接收电池模块的状态参数，并在主控制模块故障且状态参数满足第一预设条件时，输出控制信息；从开关模块用于响应于从控制模块的控制信号而断开电池模块所在的供电通路。该系统可以在主控制模块故障时，仍能继续实现对蓄电池的监控，提高了蓄电池工作的安全性和可靠性。
附图说明
[0032]
通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本公开的范围。其中所包括的附图是：
[0033]
图1示出了本发明实施例提供的一种电池冗余控制系统的结构示意图；
[0034]
图2(1)示出了本发明实施例提供的应用于过压/欠压保护的从控制模块12结构示意图；图2(2)示出了本发明实施例提供的应用于过温保护的从控制模块12结构示意图；
[0035]
图3示出了本发明实施例提供的应用于并联电池模块13的电池冗余控制系统结构示意图；
[0036]
图4示出了本发明实施例提供的应用于串联电池模块13的电池冗余控制系统结构示意图。
[0037]
附图标记说明
[0038]
11：主控制模块
[0039]
111：电池管理单元
[0040]
112：电池控制单元
[0041]
12：从控制模块
[0042]
13：电池模块
[0043]
14：主开关模块
[0044]
15：从开关模块
[0045]
16：旁路开关
具体实施方式
[0046]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0047]
在通常情况下，蓄电池的保护功能由bms系统中的电池管理单元(bmu)和电池控制单元(bcu)共同完成，bmu负责采集蓄电池的单体电芯电压和蓄电池温度，然后通过通信送给bcu，由bcu对蓄电池单体电芯电压和蓄电池温度数据进行处理，当满足一定的条件(通常包含过压，欠压，过温等条件)则进行蓄电池保护，切断蓄电池工作回路，防止继续工作对蓄电池造成不可逆的损害，以及防止蓄电池在异常工况下持续工作造成火灾爆炸等。
[0048]
在上述情况中，对于蓄电池的保护功能是由bmu和bcu共同完成，由bmu采集数据，由bcu对数据进行处理并执行保护动作，bmu和bcu之间还需要进行通信，技术实现方案复杂，并且中间环节都有软件参与，任何一个环节出现问题(例如通信丢失，bmu电压或者温度
采集异常)都可能导致蓄电池监控功能或者保护功能失效，继而不利于实现对蓄电池的有效监控。
[0049]
有鉴于此，本申请提供了一种电池冗余控制系统，该系统中主控制模块和从控制模块的输入端分别与电池模块连接，主控制模块的输出端与主开关模块连接，主开关模块用于响应于主控制模块的控制指令而断开电池模块所在的供电通路；从控制模块用于接收电池模块的状态参数，并在主控制模块故障且状态参数满足第一预设条件时，输出控制信息；从开关模块用于响应于从控制模块的控制信号而断开电池模块所在的供电通路。该系统可以在主控制模块故障时，仍能继续实现对蓄电池的监控，进一步提高了监控的有效性，有利于蓄电池工作的安全性和可靠性。
[0050]
参见图1所示，图1示出了本发明实施例提供的一种电池冗余控制系统的结构示意图，其包括：
[0051]
主控制模块11和从控制模块12，主控制模块11和从控制模块12的输入端分别与电池模块13连接，主控制模块11的输出端与主开关模块14连接，从控制模块12的输出端与从开关模块15连接，其中，从控制模块12用于接收电池模块13的状态参数，并在主控制模块11故障且状态参数满足第一预设条件时，输出控制信号；
[0052]
主开关模块14用于响应于主控制模块11的控制指令而断开电池模块13所在的供电通路；
[0053]
从开关模块15用于响应于从控制模块12的控制信号而断开电池模块13所在的供电通路。
[0054]
需要说明的是，在本发明中可以将电池保护单元(battery protect unit，bpu)bpu作为从控制模块12。
[0055]
作为示例，参见图1所示，电池模块13的电压正输出端与蓄电池母线的正极连接，其中，电池模块13可以由多个电芯串联连接。
[0056]
主控制模块11和从控制模块12与电池模块13连接时，可以根据需要分别设置主控制模块11与电池模块13之间连接的线路数量以及从控制模块12与电池模块13之间连接的线路数量，以通过主控制模块11和/或从控制模块12与电池模块13之间的连接，获取电池模块13的状态参数。
[0057]
作为一示例，状态参数可以包括电池电压，从控制模块12用于接收电池模块13的电池电压，并在主控制模块11故障且电池电压大于第一过压阈值时，输出控制信号；或者，在主控制模块11故障且电池电压小于第一欠压阈值时，输出控制信号。其中，从控制模块12和电池模块13之间可以设置有多条连接线路，每条连接线路分别对应一个单体电芯，因此，基于多条连接电路，从控制模块12可以接收到电池模块13中各个单体电芯的电压，并基于多个单体电芯的电压判断是否输出控制信号。例如，可以在多个单体电芯中有一个单体电芯的电压大于第一过压阈值时，输出控制信号。
[0058]
在本发明实施例中，参见图2(1)所示，图2(1)示出了本发明实施例提供的应用于过压/欠压保护的从控制模块12结构示意图，其包括：
[0059]
与电池模块13连接的过压/欠压保护电路、与过压/欠压保护电路连接的或逻辑电路、与或逻辑电路连接的功率输出电路，其中，
[0060]
过压/欠压保护电路用于对接收到的电池电压进行监测，在监测到电池电压大于
第一过压阈值v
h1
或在监测到电池电压小于第一欠压阈值时v
l1
时，向或逻辑电路发送保护信号；或逻辑电路用于在接收到保护信号时驱动功率输出电路，以使功率输出电路输出控制信号。
[0061]
其中，电池电压大于第一欠压阈值小于第一过压阈值时，相应的过压/欠压保护电路将不输出保护信号。在本发明实施例中还可以实现监测电池电压是否回落到过压恢复电压v
h2
，其中，过压恢复电压v
h2
＜第一过压阈值v
h1
；以及还可以实现监测电池电压是否恢复到欠压恢复电压v
l2
，其中，欠压恢复电压v
l2
>第一欠压阈值v
l1
。
[0062]
通过利用纯硬件设置从控制模块12，并基于该从控制模块12进行蓄电池的监控，可以避免因软件故障引起的监控失效，进一步提高了监控的有效性，有利于在主控制模块11故障时仍继续对蓄电池进行监控，保障蓄电池工作的安全性和可靠性。
[0063]
作为另一示例，状态参数可以包括电池温度，从控制模块12用于接收电池模块13的电池温度，并在主控制模块11故障且电池温度大于第一过温阈值时，输出控制信号。其中，电池温度可以利用热敏电阻ntc测量，ntc的数量可以根据需求进行设置，从控制模块12和电池模块13之间可以设置有多条连接线路，每条连接线路分别对应一个ntc，以基于多条连接线路接收电池模块13的电池温度。
[0064]
在本发明实施例中，参见图2(2)所示，图2(2)示出了本发明实施例提供的应用于过温保护的从控制模块12结构示意图，其包括：
[0065]
与电池模块13连接的过温保护电路、与过温保护电路连接的或逻辑电路、与或逻辑电路连接的功率输出电路，其中，
[0066]
过温保护电路用于对接收到的电池温度进行监测，在监测到电池温度大于第一过温阈值t1时，向或逻辑电路发送保护信号；或逻辑电路用于在接收到保护信号时驱动功率输出电路，以使功率输出电路输出控制信号。
[0067]
其中，在本发明实施例中还可以实现监测电池温度是否回落到过温恢复温度t2，过温恢复温度t2＜第一过温阈值t1。
[0068]
作为另一示例，从控制模块12也可以利用设置有软件程序的模块实现，该从控制模块12可以包括采集单元、处理单元和发送单元，采集单元用于采集电池模块13的状态参数；处理单元用于对采集单元采集到的状态参数进行分析，判断状态参数是否满足第一预设条件；在主控制模块11故障且状态参数满足第一预设条件时，发送单元用于输出控制信号。此外，从控制模块12中还可以设置有存储单元，以对历史采集的状态参数和分析情况进行记录，便于后续对电池冗余控制系统的维护。
[0069]
需要说明的是，在本发明实施例中，从控制模块12可以同时用于接收电池模块13的电池电压以及电池温度，以基于电池电压实现对电池模块13的过压/欠压保护以及基于电池温度实现对电池模块13的过温保护。
[0070]
在本发明实施例中，可以将bms作为主控制模块11，主开关模块14可以设置于电池模块13的电压正输出端与蓄电池母线正极之间，其中，主开关模块14可以包括bms主断路器，bms主断路器可以响应于主控制模块11的控制指令而断开电池模块13的供电通路。
[0071]
从开关模块15也可以设置于电池模块13的电压正输出端与蓄电池母线正极之间，并与主开关模块14串联，其中，从开关模块15可以包括bpu过压/欠压断路器和bpu过温断路器，bpu过压/欠压断路器用于响应于从控制模块12中过压/欠压保护电路的控制信号而断
开电池模块13所在的供电通路，bpu过温断路器用于响应于从控制模块12中过温保护电路的控制信号而断开电池模块13所在的供电通路。
[0072]
另外，在本发明实施例中，电池冗余控制系统还可以包括与从开关模块15并联的旁路开关16，旁路开关16的接通使得从控制模块12中断对从控制开关15的控制。如此，可以在监测到从控制模块12出现故障时，利用可正常工作的主控制模块11进行电路保护。
[0073]
作为一示例，主控制模块11可以采用bms，其包括：
[0074]
电池管理单元bmu111，电池管理单元111用于采集电池模块13的状态参数并将状态参数发送给电池控制单元112；
[0075]
电池控制单元112用于接收电池管理单元111发送的状态参数，判断状态参数是否满足第二预设条件，并在状态参数满足第二预设条件时，输出控制指令。
[0076]
其中，电池管理单元111可以用于采集电池模块13的电池电压和/或电池温度，对于相同的状态参数，第一预设条件对应的控制信号的输出触发条件高于与第二预设条件对应的控制指令的输出触发条件。作为一示例，当状态参数为电池电压，第一预设条件可以为电池电压大于第一过压阈值v
h1
，第二预设条件可以为电池电压大于第二过压阈值v’h1
，其中，第一过压阈值v
h1
>第二过压阈值v’h1
；作为另一示例，当状态参数为电池电压，第一预设条件可以为电池电压小于第一欠压阈值v
l1
，第二预设条件可以为电池电压小于第二欠压阈值v’l1
，其中，第一欠压阈值v
l1
＜第二欠压阈值v’l1
；作为另一示例，当状态参数为电池温度，第一预设条件可以为电池温度大于第一过温阈值t1，第二预设条件可以为电池温度大于第二过温阈值t2，其中，第一过温阈值t1>第二过温阈值t2。
[0077]
作为示例，在利用bms进行电路保护时，还可以监测电池电压是否回落到过压恢复电压v’h2
，其中，过压恢复电压v’h2
＜第一过压阈值v’h1
；以及还可以监测电池电压是否恢复到欠压恢复电压v’l2
，其中，欠压恢复电压v’l2
>第一欠压阈值v’l1
。并且，可以设置有v
h1
＞v
h2
＞v’h1
＞v’h2
＞v’l2
＞v’l1
＞v
l2
＞v
l1
，通过设置过压和欠压相关电压的回差，可以保证提高进行过压和欠压保护的可靠性。
[0078]
作为示例，在利用bms进行电路保护时，还可以监测电池温度是否回落到过温恢复温度t
’2，过温恢复温度t
’2＜第一过温阈值t
’1。并且，可以设置有t1＞t2＞t
’1＞t
’2。
[0079]
如上述设置，对于相同的状态参数，使得第一预设条件对应的控制信号的输出触发条件高于与第二预设条件对应的控制指令的输出触发条件，从而可以保证在电池冗余控制系统中优先利用主控制模块11进行电路保护，在主控制模块11出现故障后再利用从控制模块12进行电路保护，实现了既可以保留bms的所有功能，又能通过从控制模块12实现冗余保护，极大的提高了电池保护功能的可靠性，有利于电池模块13工作的安全性和可靠性。
[0080]
参见图3所示，图3示出了本发明实施例提供的应用于并联电池模块13的电池冗余控制系统结构示意图，其与图1中示出的电池冗余控制系统的主要区别在于，电池模块13可以设置有多个，多个电池模块13并联，其中，针对每个电池模块13分别对应设置有从控制模块12以及位于电池模块13所在支路上的从控制开关15。电池模块13可以和从控制模块12一一对应设置，在从控制模块12监测出电池模块13出现过压、欠压或过温时，输出控制信号，以控制该电池模块13所在支路上的从控制开关断开，从而能够对各支路上的电池模块13分别进行电路保护。
[0081]
作为示例，针对各支路上的从控制开关15还可以设置有与从开关模块15并联的旁
路开关16，旁路开关16的接通使得其所在支路上的从控制模块12的保护功能失效。
[0082]
另外，主控制模块11的输入端与各个电池模块13连接，主控制模块11的输出端与主开关模块14连接，主控制模块11用于采集各个电池模块13的状态参数，判断与电池模块13对应的状态参数是否满足第二预设条件，并在任意一个电池模块13对应的状态参数满足第二预设条件时，输出控制指令；主开关模块14设置于与电池模块13的电压正输出端连接的干路上。
[0083]
需要说明的是，主控制模块11中的电池管理单元111和电池控制单元112均可以采用分布或集成的方案设置，在本发明实施例中，将以电池管理单元111分布设置、电池控制单元112集成设置为例进行说明，具体可以参见图3所示，电池管理单元111可以设置有多个，每个电池管理单元111对应采集一个电池模块13的状态信息，各个电池管理单元111将采集到的电池模块13状态信息发送至电池控制单元112，由电池控制单元112判断与电池模块13对应的状态参数是否满足第二预设条件，并在任意一个电池模块13对应的状态参数满足第二预设条件时，输出控制指令；主开关模块14设置于与电池模块13的电压正输出端连接的干路上，并响应于电池控制单元112的控制指令，切断主回路上的供电通路。
[0084]
参见图4所示，图4示出了本发明实施例提供的应用于串联电池模块13的电池冗余控制系统结构示意图，其与图1中示出的电池冗余控制系统的主要区别在于，电池模块13可以设置有多个，多个电池模块13串联，其中，针对每个电池模块13分别对应设置有从控制模块12，从开关模块15设置于电池模块13的电压正输出端。即从控制模块12与电池模块13一一对应，多个从控制模块12中的任意一个监测到其对应的电池模块13出现欠压、过压或过温情况时，输出控制信号，以使设置于电池模块13电压正输出端的从开关模块15断开，切断电池模块13所在的供电通路。
[0085]
另外，主控制模块11的输入端与各个电池模块13连接，主控制模块11的输出端与主开关模块14连接，主控制模块11用于采集各个电池模块13的状态参数，判断与电池模块13对应的状态参数是否满足第二预设条件，并在任意一个电池模块13对应的状态参数满足第二预设条件时，输出控制指令；主开关模块14设置于与电池模块13的电压正输出端连接的干路上。即主开关模块14和从开关模块15可以设置为串联连接在电池模块13的电压正输出端。
[0086]
需要说明的是，主控制模块11中的电池管理单元111和电池控制单元112均可以采用分布或集成的方案设置，在本发明实施例中，将以电池管理单元111分布设置、电池控制单元112集成设置为例进行说明，具体可以参见图4所示，电池管理单元111可以设置有多个，每个电池管理单元111对应采集一个电池模块13的状态信息，各个电池管理单元111将采集到的电池模块13状态信息发送至电池控制单元112，由电池控制单元112判断与电池模块13对应的状态参数是否满足第二预设条件，并在任意一个电池模块13对应的状态参数满足第二预设条件时，输出控制指令；主开关模块14设置于与电池模块13的电压正输出端连接的干路上，并响应于电池控制单元112的控制指令，切断主回路上的供电通路。
[0087]
以上为本发明实施例提供的电池冗余控制系统，该系统中主控制模块11和从控制模块12的输入端分别与电池模块13连接，主控制模块11的输出端与主开关模块连接，主开关模块用于响应于主控制模块11的控制指令而断开电池模块13所在的供电通路；从控制模块12用于接收电池模块13的状态参数，并在主控制模块11故障且状态参数满足第一预设条
件时，输出控制信息；从开关模块15用于响应于从控制模块12的控制信号而断开电池模块13所在的供电通路。该系统可以在主控制模块11故障时，仍能继续实现对蓄电池的监控，提高蓄电池工作的安全性和可靠性。
[0088]
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。