CN105576304A - 一种电池组管理系统及电池组管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组管理系统及电池组管理方法，其中，所述的系统包括由n个单体电池串联组成的电池组以及电阻负载R组成的主回路，还包括温度检测装置、温度参数调理电路、光耦继电器阵列、电压传感器、电流传感器、主控芯片、至少一个继电器逻辑控制电路、第一驱动电路、第二驱动电路、控制开关以及显示面板。本发明对电池组的每一个单体电池的工作参数进行检测，以及估算每一个单体电池的剩余容量SOC指标和SOH健康指标，且当每一个单体电池的工作参数异常时，则进行调整保护，避免出现单个单体电池的“水桶效应”，影响整个电池组的正常工作，以及损坏整个电池组。

Description

一种电池组管理系统及电池组管理方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，具体涉及一种电池组管理系统及电池组管理方法。

背景技术

蓄电池性能的好坏直接影响着武器系统的机动性能与作战效能的发挥，而目前车载串联蓄电池组在使用过程中存在以下问题：

串联蓄电池组因单体电池性能和实际使用容量存在差异，随着充放电次数的增加，容易出现单个电池的“水桶效应”，导致蓄电池组无法正常工作，也容易因为单个电池的损坏影响整个电池组的正常工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电池组管理系统及电池组管理方法，能够对电池组中的每一个单体电池的工作参数进行监控。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种电池组管理系统，包括由n个单体电池串联组成的电池组以及电阻负载R组成的主回路，还包括温度检测装置、温度参数调理电路、光耦继电器阵列、电压传感器、电流传感器、主控芯片、至少一个继电器逻辑控制电路、第一驱动电路、第二驱动电路、控制开关以及显示面板；

所述温度检测装置包括n个温度传感器，每一个温度传感器均安置于对应的单体电池上，用于检测对应的单体电池的工作温度；每一个温度传感器均与温度参数调理电路连接，用于将检测的对应的单体电池的工作温度发送给温度参数调理电路，其中，n为正整数；

所述光耦继电器阵列包括n个光耦继电器，每一个光耦继电器与对应的单体电池并联，用于检测对应的单体电池的工作电压；每一个光耦继电器均与电压传感器相连接，用于将检测的对应的单体电池的工作电压发送给电压传感器，其中，n为正整数；

所述电流传感器串联设置于主回路中，用于检测各个单体电池的工作电流；

所述温度参数调理电路、电压传感器以及电流传感器均与主控芯片电连接，所述温度参数调理电路将各个单体电池的工作温度传输给主控芯片，所述电压传感器将各个单体电池的工作电压传输给主控芯片，所述电流传感器将各个单体电池的工作电流传输给主控芯片；

所述主控芯片，用于对各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流进行处理分析，判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常，若异常，则通过显示面板上的报警电路进行报警提示；还用于当单体电池的工作电流异常时，则通过第一驱动电路控制控制开关切断主回路，其中，控制开关串联设置于主回路中；以及还用于当单体电池的工作电压异常时，通过第二驱动电路控制与异常单体电池并联的开关闭合，其中，每一个单体电池均配置有对应的电阻Rn和开关Kn，所述电阻Rn和开关Kn串联后与单体电池并联；

所述开关电源模块，用于将外部220V电压转换成各部件需要的电压，为各部件提供需要的电压。

本发明的有益效果为：检测电池组的每一个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，并判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否在正常范围内，当出现异常时，采取相应的措施进行调整保护，且进行报警提示，避免出现单个电池的“水桶效应”，影响整个电池组的正常工作，以及损坏整个电池组。

在上述技术方案的基础上，还可以做如下改进。

进一步的，所述主控芯片中包括AD转换器，所述AD转换器分别与电压传感器以及电流传感器电连接，用于对电压传感器发送的各个单体电池的模拟形式的工作电压以及电流传感器发送的各个单体电池的模拟形式的工作电流进行A/D转换，形成数字形式的工作电压和工作电流，以供主控芯片对数字形式的工作电压以及工作电流进行处理分析。

进一步的，所述电池组管理系统还包括信号调理电路，所述信号调理电路连接于所述温度传感器与所述AD转换电路之间，用于对所述电流传感器检测的电流进行低通滤波，以对工作电流进行超限保护。

进一步的，所述显示面板还包括LCD显示屏和按键电路；

所述LCD显示屏，用于将检测的各个单体电池的工作温度、工作电压、工作电流以及异常事项信息进行显示；

所述按键电路，用于输入各个单体电池的工作温度阈值、各个单体电池的工作电压阈值以及各个单体电池的电流阈值。

所述进一步的有益效果为：将检测的各个单体电池的工作参数显示于LCD显示屏上，以便管理人员查看。

进一步的，所述主控芯片，用于对各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流进行处理分析，判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常具体包括：

判断各个单体电池的工作温度是否大于对应的工作温度阈值，若是，则异常；若否，则正常；

判断各个单体电池的工作电压是否大于对应的工作电压阈值，若是，则异常，若否，则正常；

判断各个单体电池的工作电流是否大于对应的工作电流阈值，若是，则异常，若否，则正常。

进一步的，所述主控芯片还用于：

根据各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，采用卡尔曼过滤方法，结合电池剩余容量SOC经验估计公式，对每节单体电池的剩余容量SOC指标进行估算，并与显示面板上显示；

以及，借助于电池内阻法对每节单体电池的健康指标SOH进行估算，并与显示面板上显示。

所述进一步的有益效果为：对每一个单体电池进行电池剩余容量SOC以及健康指标SOH估算，以便及时了解每个单体电池的使用寿命。

进一步的，所述继电器逻辑控制电路的数量根据具体需求确定。

另一方面，本发明提供了一种电池组管理方法，包括：

安置于各个单体电池上的温度传感器检测各个单体电池的工作温度，与各个单体电池并联的光耦继电器检测各个单体电池的工作电压，串联于主回路中的电流传感器检测各个单体电池的工作电流，将各个单体电池的工作温度、工作电压和工作电流发送给主控芯片；

主控芯片判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常，若异常，则通过显示面板上进行报警提示；以及当单体电池的工作电流异常时，则通过第一驱动电路控制控制开关切断主回路，其中，控制开关串联设置于主回路中；以及当单体电池的工作电压异常时，通过第二驱动电路控制与异常单体电池并联的开关闭合，其中，每一个单体电池均配置有对应的电阻Rn和开关Kn，所述电阻Rn和开关Kn串联后与单体电池并联。

本发明的有益效果为：检测电池组的每一个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，并判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否在正常范围内，当出现异常时，采取相应的措施进行调整保护，且进行报警提示，避免出现单个电池的“水桶效应”，影响整个电池组的正常工作，以及损坏整个电池组。

在上述技术方案的基础上，还可以作如下改进。

进一步的，通过显示面板输入各个单体电池的工作温度阈值、各个单体电池的工作电压阈值以及各个单体电池的电流阈值；

所述主控芯片判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常具体包括：

判断各个单体电池的工作温度是否大于对应的工作温度阈值，若是，则异常；若否，则正常；

判断各个单体电池的工作电压是否大于对应的工作电压阈值，若是，则异常，若否，则正常；

判断各个单体电池的工作电流是否大于对应的工作电流阈值，若是，则异常，若否，则正常。

进一步的，还包括：

主控芯片根据各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，采用卡尔曼过滤方法，结合电池剩余容量SOC经验估计公式，对每节单体电池的剩余容量SOC指标进行估算，并与显示面板上显示；

以及，借助于电池内阻法对每节单体电池的健康指标SOH进行估算，并与显示面板上显示。

所述进一步的有益效果为：对每一个单体电池进行电池剩余容量SOC以及健康指标SOH估算，以便及时了解每个单体电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种电池组的管理系统示意图；

图2为本发明实施例2的一种电池组的管理方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1、一种电池组管理系统。下面结合图1对本实施例提供的系统进行说明。

参见图1，本实施例提供的电池组管理系统包括由n个单体电池串联组成的电池组以及电阻负载R组成的主回路，还包括温度检测装置、温度参数调理电路、光耦继电器阵列、电压传感器、电流传感器、主控芯片、至少一个继电器逻辑控制电路、驱动电路、控制开关以及显示面板。所述温度检测装置包括n个温度传感器，每一个温度传感器均安置于对应的单体电池上，用于检测对应的单体电池的工作温度；每一个温度传感器均与温度参数调理电路连接，用于将检测的对应的单体电池的工作温度发送给温度参数调理电路。所述光耦继电器阵列包括n个光耦继电器，每一个光耦继电器与对应的单体电池并联，用于检测对应的单体电池的工作电压；每一个光耦继电器均与电压传感器相连接，用于将检测的对应的单体电池的工作电压发送给电压传感器，其中，上述的n为正整数，本实施例中的电路均集成于芯片上，由于受芯片大小的限制，n通常为小于等于100的正整数。所述电流传感器串联设置于主回路中，用于检测各个单体电池的工作电流。

所述温度参数调理电路、电压传感器以及电流传感器均与主控芯片电连接，所述温度参数调理电路将检测的各个单体电池的工作温度传输给主控芯片，所述电压传感器将检测的各个单体电池的工作电压传输给主控芯片，所述电流传感器将检测的各个单体电池的工作电流传输给主控芯片。

所述主控芯片，用于对各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流进行处理分析，判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常，若异常，则通过显示面板上的报警电路进行报警提示；还用于当单体电池的工作电流异常时，则通过第一驱动电路控制控制开关切断主回路，其中，控制开关串联设置于主回路中；以及还用于当单体电池的工作电压异常时，通过第二驱动电路控制与异常单体电池并联的开关闭合，其中，每一个单体电池均配置有对应的电阻Rn和开关Kn，所述电阻Rn和开关Kn串联后与单体电池并联；

所述开关电源模块，用于将外部220V电压转换成各部件需要的电压，为各部件提供需要的电压。

其中，所述主控芯片中包括AD转换器，所述AD转换器分别与电压传感器以及电流传感器电连接，用于对电压传感器发送的各个单体电池的模拟形式的工作电压以及电流传感器发送的各个单体电池的模拟形式的工作电流进行A/D转换，形成数字形式的工作电压和工作电流，以供主控芯片对数字形式的工作电压以及工作电流进行处理分析。所述电池组管理系统还包括信号调理电路，所述信号调理电路连接于所述温度传感器与所述AD转换电路之间，用于对电流传感器检测的各个单体电池的工作电流进行低通过滤，已达到超限保护的功能。

所述显示面板还包括LCD显示屏和按键电路；所述LCD显示屏，用于将检测的各个单体电池的工作温度、工作电压、工作电流以及异常事项信息进行显示；所述按键电路，用于输入各个单体电池的工作温度阈值、各个单体电池的工作电压阈值以及各个单体电池的电流阈值。所述主控芯片判断各个单体电池的工作温度是否大于对应的工作温度阈值，若是，则异常；若否，则正常；判断各个单体电池的工作电压是否大于对应的工作电压阈值，若是，则异常，若否，则正常；判断各个单体电池的工作电流是否大于对应的工作电流阈值，若是，则异常，若否，则正常。所述主控芯片还用于：根据各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，采用卡尔曼过滤方法，结合电池剩余容量SOC经验估计公式，对每节单体电池的剩余容量SOC指标进行估算，并与显示面板上显示；以及，借助于电池内阻法对每节单体电池的健康指标SOH进行估算，并与显示面板上显示。

实施例2、一种电池组管理方法。下面结合图2对本实施例提供的方法进行描述。

参见图2，本实施例提供的方法包括：S1、安置于各个单体电池上的温度传感器检测各个单体电池的工作温度，与各个单体电池并联的光耦继电器检测各个单体电池的工作电压，串联于主回路中的电流传感器检测各个单体电池的工作电流，将各个单体电池的工作温度、工作电压和工作电流发送给主控芯片。

具体的，各个温度传感器均与温度参数调理电路连接，各个温度传感器将检测的对应的单体电池的工作温度通过温度参数调理电路发送给主控芯片；各个光耦继电器均与电压传感器连接，各个光耦继电器将检测的对应的单体电池的工作电压通过电压传感器发送给主控芯片。电流传感器通过信号调理电路与主控芯片连接，将检测的各个单体电池的工作电流发送给主控芯片。

S3a、主控芯片对各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流进行分析，判断是否异常。

S3a、主控芯片判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常，若异常，则通过显示面板上进行报警提示。

具体的，通过显示面板输入各个单体电池的工作温度阈值、各个单体电池的工作电压阈值以及各个单体电池的电流阈值。主控芯片判断各个单体电池的工作温度是否大于对应的工作温度阈值，若是，则异常；若否，则正常；判断各个单体电池的工作电压是否大于对应的工作电压阈值，若是，则异常，若否，则正常；判断各个单体电池的工作电流是否大于对应的工作电流阈值，若是，则异常，若否，则正常。当单体电池的工作参数出现异常时，通过显示面板进行报警提示，并且将各个单体电池的工作参数以及异常信息显示于显示面板上。

S3b、当单体电池的工作电流异常时，则通过第一驱动电路控制控制开关切断主回路，其中，控制开关串联设置于主回路中；以及当单体电池的工作电压异常时，通过第二驱动电路控制与异常单体电池并联的开关闭合，其中，每一个单体电池均配置有对应的电阻Rn和开关Kn，所述电阻Rn和开关Kn串联后与单体电池并联。

主控芯片还根据各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，采用卡尔曼过滤方法，结合电池剩余容量SOC经验估计公式，对每节单体电池的剩余容量SOC指标进行估算，并与显示面板上显示；以及，借助于电池内阻法对每节单体电池的健康指标SOH进行估算，并与显示面板上显示。通过对每节单体电池的剩余容量SOC以及健康指标SOH的估算，可预测每节单体电池的剩余使用寿命。

本发明提供的一种电池组管理系统及管理方法，检测电池组的每一个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，实现对电池组中的每个单体电池工作参数的实时监控，并判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否在正常范围内，当出现异常时，进行报警提示，并采取相应的措施对电池组进行调整保护，避免出现单个电池的“水桶效应”，影响整个电池组的正常工作，以及损坏整个电池组。根据每个单体电池的工作温度、工作电压和工作电流，估算每节单体电池的剩余容量SOC以及健康指标SOH，预测每节单体电池的剩余使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池组管理系统，包括由n个单体电池串联组成的电池组以及电阻负载R组成的主回路，其特征在于，还包括温度检测装置、温度参数调理电路、光耦继电器阵列、电压传感器、电流传感器、主控芯片、至少一个继电器逻辑控制电路、第一驱动电路、第二驱动电路、控制开关显示面板以及开关电源模块；

所述温度检测装置包括n个温度传感器，每一个温度传感器均安置于对应的单体电池上，用于检测对应的单体电池的工作温度；每一个温度传感器均与温度参数调理电路连接，用于将检测的对应的单体电池的工作温度发送给温度参数调理电路，其中，n为正整数；

所述光耦继电器阵列包括n个光耦继电器，每一个光耦继电器与对应的单体电池并联，用于检测对应的单体电池的工作电压；每一个光耦继电器均与电压传感器相连接，用于将检测的对应的单体电池的工作电压发送给电压传感器，其中，n为正整数；

所述电流传感器串联设置于主回路中，用于检测各个单体电池的工作电流；

所述温度参数调理电路、电压传感器以及电流传感器均与主控芯片电连接，所述温度参数调理电路将各个单体电池的工作温度传输给主控芯片，所述电压传感器将各个单体电池的工作电压传输给主控芯片，所述电流传感器将各个单体电池的工作电流传输给主控芯片；

所述主控芯片，用于对各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流进行处理分析，判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常，若异常，则通过显示面板上的报警电路进行报警提示；还用于当单体电池的工作电流异常时，则通过第一驱动电路控制控制开关切断主回路，其中，控制开关串联设置于主回路中；以及还用于当单体电池的工作电压异常时，通过第二驱动电路控制与异常单体电池并联的开关闭合，其中，每一个单体电池均配置有对应的电阻Rn和开关Kn，所述电阻Rn和开关Kn串联后与单体电池并联；

所述开关电源模块，用于将外部220V电压转换成各部件需要的电压，为各部件提供需要的电压。

2.如权利要求1所述的电池组管理系统，其特征在于，所述主控芯片中包括AD转换器，所述AD转换器分别与电压传感器以及电流传感器电连接，用于对电压传感器发送的各个单体电池的模拟形式的工作电压以及电流传感器发送的各个单体电池的模拟形式的工作电流进行A/D转换，形成数字形式的工作电压和工作电流，以供主控芯片对数字形式的工作电压以及工作电流进行处理分析。

3.如权利要求2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信号调理电路，所述信号调理电路连接于所述温度传感器与所述AD转换电路之间，用于对所述电流传感器检测的电流进行低通滤波以对工作电流进行超限保护。

4.如权利要求1所述的电池组管理系统，其特征在于，所述显示面板还包括LCD显示屏和按键电路；

所述LCD显示屏，用于将检测的各个单体电池的工作温度、工作电压、工作电流以及异常事项信息进行显示；

所述按键电路，用于输入各个单体电池的工作温度阈值、各个单体电池的工作电压阈值以及各个单体电池的电流阈值。

5.如权利要求4所述的电池组管理系统，其特征在于，所述主控芯片，用于对各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流进行处理分析，判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常具体包括：

判断各个单体电池的工作温度是否大于对应的工作温度阈值，若是，则异常；若否，则正常；

判断各个单体电池的工作电压是否大于对应的工作电压阈值，若是，则异常，若否，则正常；

判断各个单体电池的工作电流是否大于对应的工作电流阈值，若是，则异常，若否，则正常。

6.如权利要求5所述的电池组管理系统，其特征在于，所述主控芯片还用于：

根据各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，采用卡尔曼过滤方法，结合电池剩余容量SOC经验估计公式，对每节单体电池的剩余容量SOC指标进行估算，并与显示面板上显示；

以及，借助于电池内阻法对每节单体电池的健康指标SOH进行估算，并与显示面板上显示。

7.如权利要求1所述的电池组管理系统，其特征在于，所述继电器逻辑控制电路的数量根据具体需求确定。

8.一种电池组管理方法，包括由n个单体电池串联组成的电池组以及电阻负载R组成的主回路，其特征在于，包括：

安置于各个单体电池上的温度传感器检测各个单体电池的工作温度，与各个单体电池并联的光耦继电器检测各个单体电池的工作电压，串联于主回路中的电流传感器检测各个单体电池的工作电流，将各个单体电池的工作温度、工作电压和工作电流发送给主控芯片；

主控芯片判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常，若异常，则通过显示面板上进行报警提示；以及当单体电池的工作电流异常时，则通过第一驱动电路控制控制开关切断主回路，其中，控制开关串联设置于主回路中；以及当单体电池的工作电压异常时，通过第二驱动电路控制与异常单体电池并联的开关闭合，其中，每一个单体电池均配置有对应的电阻Rn和开关Kn，所述电阻Rn和开关Kn串联后与单体电池并联。

9.如权利要求8所述的电池组管理方法，其特征在于，通过显示面板输入各个单体电池的工作温度阈值、各个单体电池的工作电压阈值以及各个单体电池的电流阈值；

所述主控芯片判断各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流是否异常具体包括：

判断各个单体电池的工作温度是否大于对应的工作温度阈值，若是，则异常；若否，则正常；

判断各个单体电池的工作电压是否大于对应的工作电压阈值，若是，则异常，若否，则正常；

判断各个单体电池的工作电流是否大于对应的工作电流阈值，若是，则异常，若否，则正常。

10.如权利要求8所述的电池组管理方法，其特征在于，还包括：

主控芯片根据各个单体电池的工作温度、工作电压以及工作电流，采用卡尔曼过滤方法，结合电池剩余容量SOC经验估计公式，对每节单体电池的剩余容量SOC指标进行估算，并与显示面板上显示；

以及，借助于电池内阻法对每节单体电池的健康指标SOH进行估算，并与显示面板上显示。