一种锂电池管理系统及方法与流程

1.本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种锂电池管理系统及 方法。


背景技术：

2.锂电池作为一种清洁型能源存储器件，在后续能源变革的进程中， 将会得到越来越多的应用。
3.锂电池管理系统(bms)作为锂电池组的必备监控系统，在锂电 池的广泛应用中，重要性日渐凸显；其应用可靠性和检测实时性对锂 电池组应用的安全性和寿命影响至关重要。随着锂电池应用场合的普 及，小到手持设备、大到电动车、船用动力、储能电站等等，对锂电 池组应用的可靠性和实时性要求较高的场合也越来越多，传统单一检 测电路、单cpu的锂电池管理系统，无法满足检测实时性、应用可靠 性、电池一致性要求高的场合。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种锂电池管理系统及方法，解决了上述现有的技 术问题，实现了采样、均衡或断线等功能的同步进行，提高了检测的 实时性、可靠性，保持电芯的一致性。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池管理系统及方法， 一种锂电池管理系统包括:控制电路、检测电路、均衡电路、硬件保 护电路、回路控制电路；
6.所述控制电路包括主cpu、备用cpu、分别与所述主cpu和所述 备用cpu连接的通信总线1和通信总线2；所述检测电路包括1#检测 电路和2#检测电路，以及主回路的ui检测电路，ui检测电路是总电 压、电流检测电路；
7.所述硬件保护电路采用运放等分立器件搭建或锂电池专用硬件 保护芯片；所述检测电路、所述硬件保护电路、所述回路控制电路均 与所述控制电路连接，所述均衡电路连接所述检测电路。
8.所述主cpu和所述备用cpu为控制部分，通过通信总线1和通信 总线2对外交互信息。
9.所述通信总线1和通信总线2可以不同，可以是rs485总线或 can总线或wifi等无线通信方式。
10.所述检测电路中的1#检测电路和2#检测电路可以不同，且不局 限于一种锂电池单体信息的检测电路，可以是基于分立元器件搭建的 检测电路、基于电子开关切换选通加ad采集的检测电路或基于电池 前端采集芯片(afe)的检测电路。
11.主回路的ui检测电路的实现形式为电阻取样、霍尔信号或变送 器信号等。
12.控制电路通过spi、iic等通信形式或io控制接口连接检测电路。
13.所述硬件保护电路对电池组过压、欠压、过流以及短路或单体电 芯的过、欠压进行保护。
14.所述回路控制电路在大功率场合采用直流继电器，小功率场合采 用mos功率管搭建。
15.本发明还提供了一种锂电池管理方法，包括本发明所提供的锂电 池管理系统。
16.本发明通过将控制电路、检测电路及不同均衡电路的冗余配置， 结合灵活的检测与管理方法，实现采样、均衡或断线等功能的同步进 行，提高了检测实时性；主要电路的双套冗余配置，提高了检测的可 靠性；灵活的均衡策略，可以缩短均衡时间，保持电芯的一致性，以 适用不同场合的应用需求。
附图说明
17.图1为本发明提供的一种锂电池管理系统的原理框图。
18.图2为本发明提供的一种锂电池管理系统的应用流程框图。
19.图3为本发明采样与断线同步进行的应用示例图。
20.图4为本发明采样与均衡同步进行的应用示例图。
21.图5为本发明采样冗余及主/被动均衡结合的应用示例图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，可以理解的是，此 处所描述的附图和实施例仅仅用于解释本发明，并非对本发明的限制。 另外需要说明的是，为了便于说明，附图中仅示出了本发明的部分结 构而非全部结构。
23.参考图1，本发明提供的一种锂电池管理系统包括：控制电路、 检测电路、均衡电路、硬件保护电路、回路控制电路；
24.所述控制电路包括主cpu、备用cpu、与所述主cpu和所述备用 cpu连接的通信总线1和通信总线2；所述检测电路包括1#检测电路 和2#检测电路，以及主回路的ui检测电路(总电压、电流检测电路)；
25.所述硬件保护电路采用运放等分立器件搭建或锂电池专用硬件 保护芯片；所述检测电路、所述硬件保护电路、所述回路控制电路均 与所述控制电路连接，所述均衡电路连接所述检测电路。
26.所述主cpu和所述备用cpu为控制部分，通过通信总线1和通信 总线2对外交互信息。当备用cpu发现主cpu离线或死机时，接管主 cpu的所有工作，包括对上的通信交互，对下的检测功能、基于检测 信息的保护判定及控制功能；主cpu恢复在线时，备用cpu交还管理 权限。
27.所述通信总线1和通信总线2可以不同，可以是rs485总线、 can总线或wifi等无线通信方式。
28.所述检测电路中的1#检测电路和2#检测电路可以不同，且不局 限于一种锂电池单体信息的检测电路，可以是基于分立元器件搭建的 检测电路、基于电子开关切换选通加ad采集的检测电路或基于电池 前端采集芯片(afe)的检测电路，用以实现单体电压及单体温度的 采集。
29.主回路的ui检测电路的实现形式为电阻取样、霍尔信号或变送 器信号等。
30.控制电路通过spi、iic等通信形式或io控制接口连接检测电路。
31.所述检测电路为两套，以实现检测的冗余备份，与电池的连接根 据功能需求分为单套或双套连接，以实现均衡、采样或断线检测等功 能的同步进行。
32.所述均衡电路，与1#检测电路和2#检测电路相连接，可以为同 一种均衡电路，亦可以分别为主动均衡和被动均衡，亦仅其中一套检 测电路配置均衡电路，具体形式根据具体项目的需求而定，结合两套 检测电路可实现采样与均衡同步进行，从而避免采样时需关闭均衡而 影响均衡效率；
33.主、被动结合同步进行，即补充低电量电芯与消耗高电量电芯同 步进行，从而缩短均衡时间；或两套主动并行，从而增加均衡充电的 电流，缩短均衡时间；
34.所述硬件保护电路，主要是采用运放等分立器件搭建或锂电池专 用硬件保护芯片用以实现电池组过、欠压、过流以及短路的保护，对 于电池节数少的场合亦可以实现单体电芯的过、欠压等保护；
35.控制电路基于检测电路的检测信息通过逻辑判定实现软件的过、 欠压，过流保护，结合上述硬件保护实现软、硬件保护的双重保障。
36.所述回路控制电路，是针对保护的执行机构，用以实现故障时的 就地切断，从而避免故障或危险的进一步加剧，并通过通信及时上报； 实现形式根据系统容量确定，小功率的场合采用mos功率管搭建，针 对大功率场合多为直流继电器。
37.图1所表示的是应用的一种较全的配置，参考图3、图4、图5， 实际应用场合根据应用需求，各部分电路可选，根据需求可灵活配置 电路，并采用对应的管理策略，以满足实际需求。
38.参考图2，主cpu和备用cpu通过心跳机制实时判定各自在线 状态，以备及时接管后续功能权限，避免因单一cpu死机导致的系统 失效，单个cpu应用场合时忽略心跳机制。
39.接管权限的cpu能够控制1#检测电路和2#检测电路完成单体信 息、断线信息及电池组总电压、电流信息的实时检测，并根据检测信 息进行有效性判定确认是否有检测电路异常，并选取有效的信息进行 故障判定，与硬件保护电路同步控制回路执行电路，以实现故障就地 切断，避免后续危险和对电芯造成的损害。
40.进一步的，根据均衡需求，基于有效的单体信息，进行主/被动 均衡的控制，以保持单体电芯的电量一致性。
41.检测信息和故障判定信息实时由有效的通信电路上传，实现信息 的交互，进一步的配置显示的需求，可实现检测信息和故障判定信息 的本地显示和提示。
42.配置两套对外通信电路时，实时判定通信电路的在线情况，选取 有效的通信电路，以确保信息及时有效上传。
43.本发明还提供了一种锂电池管理方法，包括本发明任意实施例的 锂电池管理系统，实现了采样、均衡或断线等功能的同步进行，提高 了检测的实时性、可靠性，保持电芯的一致性。本发明提供的锂电池 管理方法包括上述的锂电池管理系统，因此本发明提供的锂电池管理 方法也具备上述实施例中的有益效果。
44.上述说明仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理，本发明 不限于上述实施例，在本领域专业技术人员不付出创造性劳动的情况 下，还可以通过上述实施例和方案得到其他的实施例，因此，本发明 所保护的范围不会仅限上述的实施例，而是符合与本发明所涉及的原 理和特征相一致的最宽的范围。