[發明專利]基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統

有效

• 申請號: 201410387929.4
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN105337327B
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 方斌;彭富明
• 申請（專利權）人: 南京理工自動化研究院有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統，其特征在于，包括鋰電池組、主控制單元、數據采集單元、CAN總線、上位機以及顯示單元，其中：

所述鋰電池組包括多組電池包，每個電池包包括N節串聯的基本單體電池以及與之串聯的M節均衡單體電池，M≤N，每節單體電池與一開關串聯后再與另一開關并聯以形成一子開關網絡，每個電池包由N+M個子開關網絡串聯形成；

所述數據采集單元包括多個數據采集模塊，用于采集鋰電池組、每個電池包和單體電池的狀態參數并通過所述CAN總線傳輸至主控制單元的微處理器進行相關處理；

所述主控制單元包括微處理器、絕緣電阻檢測模塊、充放電控制模塊以及均衡管理模塊，其中：所述絕緣電阻檢測模塊與微處理器連接用于檢測鋰電池組的絕緣電；

所述充放電控制模塊與微處理器連接，并在微處理器的控制下開啟對應的充放電開關，以實現對電池包的充放電控制；

所述均衡管理模塊與微處理器連接，并且由微處理器根據所述鋰電池組的狀態參數控制進行電池均衡管理：在放電過程中，當一節或多節基本單體電池電壓低于一第一閾值時，用冗余的均衡單體電池替換過低電池，實現電池組整體均衡；在充電過程中，當一節或多節單體電池電壓高于一第二閾值時，用冗余的均衡單體電池替換過高電池，實現電池組整體均衡；在一節或多節單體電池發生損壞故障時，用冗余的均衡單體電池替換過故障電池；

所述上位機與主控制單元之間通過串口進行數據通訊，用于設置管理參數；

所述顯示單元與所述主控制單元通過串口進行數據通訊，用于顯示鋰電池組的工作狀態和狀態參數；

所述子開關網絡中的開關均選用IGBT開關管，IGBT驅動電路選用D8316驅動芯片實現；

所述微處理器采用STM 32F103ZET 6單片機；所述數據采集模塊中，對鋰電池組、每個電池包和單體電池的狀態參數的采集方式如下：

單節單體電池的電壓采集，采用集成運放組成的抗共模干擾電路進行差分測量；鋰電池組總電壓和充放電電流分別通過霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器檢測，并將測得的信號經一信號調理電路濾波、放大后再轉換為數字信號，然后通過CAN總線送至所述微處理器進行信號處理；

每個電池包中單節單體電池的溫度采集，利用數字溫度傳感器并采用1-wire方式進行多點測量，也即一根信號線來連接多個傳感器實現對每個電池包中單節單體電池的溫度檢測；所述單節單體電池的電壓采集的差分測量，選用光耦繼電器選通各單節單體電池，通過集成運放和電阻組成的抗共模電壓電路抵消測量端的共模電壓，實現單體電池電壓的測量；

所述絕緣電阻檢測模塊包括一正負極絕緣開關繼電器和一調理電路，所述微處理器通過其I/O選通正負極絕緣開關繼電器，正負極絕緣開關繼電器輸出絕緣電阻采樣電壓，得到絕緣電阻信號，后經信號調理后再傳輸至微處理器，微處理器計算得出實時的鋰電池組絕緣電阻。

2.根據權利要求1所述的基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統，其特征在于，所述數字溫度傳感器采用DALLAS公司的型號為DS18B20的數字溫度傳感器。

3.根據權利要求1所述的基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統，其特征在于，所述主控制單元還包括一熱管理模塊，與所述微處理器連接，并由微處理器基于電池包的溫度控制熱管理模塊內部的功率開關管通斷，以實現對電池散熱風機的啟停與風速控制。

4.根據權利要求1所述的基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統，其特征在于，所述主控制單元還包括一故障報警模塊，與所述微處理器連接，并且在微處理器收到電池故障信號時控制該故障報警模塊工作，發出對應的報警信號。

5.根據權利要求1所述的基于N/M冗余均衡策略的動力鋰電池管理系統，其特征在于，所述主控制單元還包括一與所述微處理器連接的熱管理模塊和故障報警模塊，其中：所述熱管理模塊由微處理器基于電池包的溫度控制熱管理模塊內部的功率開關管通斷，以實現對電池散熱風機的啟停與風速控制；以及所述故障報警模塊在微處理器收到電池故障信號時控制該故障報警模塊工作，發出對應的報警信號。