CN102479979B - 动力电池组管理方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力电池组管理领域，公开了一种动力电池组管理方法以及系统。方法包括：各单体控制器同步测量获取各单体电池的电压，将各电压发送至上层控制器；上层控制器同步测量母线电流；上层控制器估算当前各单体电池的荷电状态；上层控制器根据当前各单体电池的荷电状态，向各单体控制器发送荷电均衡指令；各单体控制器根据接收到的荷电均衡指令，均衡本单体控制器连接的单体电池的电荷量。应用本方案对动力电池组的均衡与安全管理精度比竞争技术更高。

Description

动力电池组管理方法以及系统

技术领域

本发明涉及动力电池组管理领域，尤其涉及一种动力电池组管理系统。

背景技术

随着全球资源短缺问题的突出，动力电池组成为世界目前的重大项目，经过十多年的技术发展，目前的动力电池组管理系统主要为以下几种形式：

1、集中管理架构。具体是对于所有的单体电池，从每个单体电池之间的电连接体、以及电池组两端分别引接长测试线到集中采集器，集中采集器通过各长测试线顺次逐个采集各单体的电压；并且，在电池箱中放置1至数个温度传感器，该温度传感器与集中控制器连接，该温度传感器检测电池箱内空间的温度变化情况，并将该温度变化情况传递至集中控制器，并且，集中控制器在主电源母线上检测母线电流，并根据母线电流对时间的积分进行电池荷电状态(State of Charge，简称SOC，用于反映电池的剩余电量)估算，并在显示端显示当前的SOC估算值。当集中控制器根据当前的SOC估算值，判定当前的电池管理系统需要进行均衡处理时，则集中控制器进行均衡控制，具体是：通过电阻放电、电容或电感储能与转移方式实现不同单体之间的荷电均衡。

由上可见，由于采用集中管理架构，基本所有的运算、控制任务均由同一控制管理器处理，故该管理架构俗称为集中管理架构。该架构虽然原理简单、容易实现，但是存在以下的缺陷：

(1)由于所有的单体电池均由同一个控制器管理，在单体电池电压测试的过程中，单体电池之间不能避免地存在很高的共模电压，严重影响实际测试的精确度和测试电路的安全性。

(2)由于控制器对各单体电池的电压测试按照时序顺次测试的方式，故该管理架构不能准确测得各单体电池的相对差，无法有效去除干扰；另外，单体电池的内阻是单体电池健康状态的重要指标，而应用上述的管理架构无法获得各单体电池的内阻，无法对电池进行有效的管理。

(3)由于需要采用较长的导线连接各单体电池从而测试各单体电池的电压，不可避免母线电流脉动对各单体电池的电压测量的干扰。特别地，在当前的脉动电流与当前的电压巡检周期相关时，在该脉动电流干扰下，系统无法通过软件滤波消除干扰，管理架构误将当前强干扰情况下测试的单体电池的电压认为真实电压，对当前的单体电池电量情况作出误判，不能有效实现单体电池的荷电均衡：往往对不需要均衡的单体电池进行了均衡，而实际需要均衡的单体电池反而未能得到均衡；或者，应该充电均衡的单体电池反而被放电均衡等等。

(4)另外，由于该管理架构中的测试线繁多，而在使用的过程中，其中一根如果受到鼠虫损坏，将可能导致整个管理架构出现较为严重的均衡管理错误，可能损耗其他的电池单体。

(5)为了减少共模电压给测试带来的误差，提高测试精确度，人们不得不在控制电路板上连接高耐压的低速开关元件来转接单体与测试电路，然而该高耐压的低速开关元件存在成本高，重量尺寸大，开关速度慢、控制复杂的固有缺点，特别地，该高耐压的低速开关元件的引入还会给系统引入很高的开关噪音，使系统即使在实验室的静态环境下，应用该系统都难以得到稳定、可靠的单体电压数据，更别说在充满电磁干扰的现实环境中正常工作，故目前基本无任何汽车采用该系统。

2、模块管理架构。在该管理架构中将一定数量的单体电池串联作为一电池模块组，然后将多电池模块组串联起来达到动力电池组系统要求的电压。对于各电池组模块，从本电池组模块中的各单体电池两端引接长引线电连接于对应的模块控制器，由本模块控制器集中测试该电池组模块中的各单体电池的电压。并且，将各模块控制器电连接到与上层控制器电连接的串行通信总线上，该上层控制器还与主电源母线电连接，检测母线电流，并根据母线电流对时间的积分进行电池荷电状态估算，并在显示端显示当前的SOC估算。当需要进行系统荷电均衡时，上层控制器或模块控制器控制相应的控制模块，由该控制模块对本控制模块下的电池组模块内的各电池单体进行电压均衡。采用该电池管理模式，由于设立了控制模块，每控制模块负责电池系统中一组电池单体的控制，在实际中可以将本控制模块下串联的单体电池的数量控制在一定范围，从而使得模块内的共模电压不超过常规工艺集成电路的耐压，方便测试电路的实现。

虽然该模块管理模式可以避免过高共模电压带来的一系列问题，但是还存在以下的缺陷：

各控制模块内对各单体电池的测试仍然是通过每单体电池的两端拉出一根长线实现测试，各拉出线的路径不同，拉线与模块内的主电流通路所包围的面积不同，汽车电动机或逆变器的强动态负载电流产生的电磁辐射干扰对系统所产生的干扰也就不相同。另外，如考虑各单体电池内阻在电流变化下带来的误差，再加上各电池单体串联后本身仍然有数十伏特的共模电压的干扰，故应用该系统，仍然无法精确获得单体的电压参数，导致均衡误判，且仍然无法实现模块之间的荷电均衡，应用其仍然会出现模块之间的不均衡充电、放电的情况，仍然存在集中管理架构中的(2)、(3)、(4)所述的缺陷，导致用户实际可使用的容量下降、安全性下降。

3、单体独立管理架构。在现有的动力电池组管理系统中，还存在一种独立的，或者说是，集中式、模块式混合的单体独立管理架构。目前该模式主要实际是在每个单体电池上设置一个单体数码电池的保护IC，各保护IC对每单体电池进行检测，当单体电池的电压高于上限或者低于下限时，保护IC向系统发出警告信号，而在单体电池处于正常的工作区间时，这些保护IC与系统是没有任何的信息交互的。

该单体独立管理模式存在以下的缺点：目前独立保护IC实际上仅能做到电池电电压的检测功能，在充电过压时，启动耗能式小电流放电均衡，在正常的使用中，它完全不参与系统管理工作，只有当发出超限预警信号时，系统只能停止充电、放电，几乎没有一点余地，故该单体独立管理机构在实际中不适合应用于交通设施的动力电池组管理。

如果利用该单体独立管理架构的预警信号进行电池均衡管理，只能在部分模块或者单体已经充电完成时，才能开始非常微弱的耗能均衡操作，而在放电状态下是无法均衡的。

综上，现有的动力电池组管理架构在强干扰的现实环境中均不能准确测量各单体电池的电压、内阻变化，无法准确实施荷电均衡管理操作，不能达到及早防范单体电池引发的故障与损坏。

发明内容

发明第一目的在于：动力电池组管理方法，其对动力电池组的均衡管理精度更高。

发明第二目的在于：动力电池组管理系统，其对动力电池组的均衡管理精度更高。

发明实施例提供的一种动力电池组管理方法，包括：

各单体控制器同步测量获取各单体电池的电压，并将所述各单体电池的电压发送至上层控制器；

上层控制器与所述单体控制器测量单体电池的电压时，同步地测量获取动力电池组的母线电流，其中所述动力电池组由所述各单体电池串联组成；

所述上层控制器根据所述各单体电池的电压、以及母线电流，估算当前所述各单体电池的荷电状态；

所述上层控制器根据当前所述各单体电池的荷电状态、以及所述各单体电池的电压，向所述各单体控制器发送荷电均衡指令；

所述各单体控制器根据接收到的荷电均衡指令，均衡本单体控制器连接的单体电池的电荷量。

优选地，在所述步骤：上层控制器向所述各单体控制器发送荷电均衡指令之前，还包括：

所述各单体控制器测量各单体电池的温度，将所述温度值发送至上层控制器；

所述上层控制器具体是根据所述各单体电池的电压、以及母线电流、温度值，估算当前所述各单体电池的荷电状态。

优选地，所述各单体控制器分别设置在所述各单体电池的电极引出极上。

优选地，所述各单体控制器具体测量所述各单体电池的电极引出极温度作为所述各单体电池的温度；

当任一单体电池的温度超过预定的温度范围时，所述上层控制器启动外部的温度调节系统，使所述各单体电池的温度均保持在所述预定的温度范围内。

优选地，在步骤：所述上层控制器测量获取动力电池组的母线电流之后，还包括：

所述上层控制器根据所述母线电流、以及所述各单体电池的电压，分别确定一确定时间段的母线电流变化量、以及所述各单体电池的电压变化量，根据所述母线电流变化量、以及所述各单体电池的电压变化量，计算确定所述各单体电池的内阻；

当任一单体电池的内阻高于预定的内阻上限时，所述上层控制器向用户控制器发送报警信号。

优选地，在步骤：各单体控制器同步测量获取各单体电池的电压之后，还包括：

当所述任一单体电池的电压超过预定的电压上限，或低于预定的电压下限时，

或者，当所述任一单体电池的电极引出极温度高于预计温度上限，或低于预定温度下限时；

所述单体控制器向所述上层控制器、以及所述用户控制器发送报警信号。

本发明实施例提供的一种动力电池管理系统，包括：一个上层控制器、以及至少两个单体控制器，所述各单体控制器分别与所述上层控制器硬件电路连接；

其中，所述上层控制器包括：

上层同步模块，用于提供同步信号；

母线电流测量模块，与所述上层同步模块电连接，用于在所述同步信号的驱动下，测量获取动力电池组的母线电流，其中所述动力电池组由所述各单体电池串联组成；

上层荷电状态估算模块，与所述母线电流测量模块电连接，用于根据所述各单体电池的电压、以及母线电流，估算当前所述各单体电池的荷电状态；

上层荷电均衡模块，与所述上层荷电状态估算模块电连接，用于根据当前所述各单体电池的荷电状态、以及所述各单体电池的电压，向所述各单体控制器发送荷电均衡指令；

所述各单体控制器，分别包括：

单体电压测试模块，与所述上层同步模块连接，用于在所述同步信号的驱动下，测量获取与本单体控制器连接的单体电池的电压，将所述各单体电池的电压发送至所述上层控制器；

单体荷电均衡模块，用于根据所述上层控制器下发的荷电均衡指令，均衡与本单体控制器连接的单体电池的电荷量。

优选地，所述各单体控制器分别设置在所述各单体电池的电极引出极上。

优选地，所述各单体控制器还分别包括：

单体温度探测模块，用于探测与本单体控制器所在的单体电池的电极引出极温度，将所述电极引出极的温度发送至所述上层控制器；

所述上层控制器，还包括：

上层温度控制模块，用于当任一电极引出极温度超过预定的范围时，启动外部的温度调节系统，使所述各单体电池的温度均保持在所述预定的温度范围内。

优选地，所述上层控制器还包括：

单体内阻计算模块，与所述母线电流测量模块电连接，用于根据所述母线电流、以及所述各单体电池的电压，分别确定所述母线电流的变化率、以及所述各单体电池电压的变化率，根据所述各单体电池电压的变化率、母线电流的变化率，计算确定所述各单体电池的内阻；

内阻报警模块，用于当任一单体电池的内阻高于预定的内阻上限时，所向用户控制器发送报警信号。

优选地，所述各单体控制器还直接与所述用户控制器硬件电路连接；

所述各单体控制器还包括：

单体状态判定模块，分别与所述单体电压测量模块、温度探测模块电连接，用于判定本单体电池的电压是否超过预定的电压上限，或者低于预定的电压下限，判定本单体电池的电极引出极温度是否高于预计温度上限，或低于预定温度下限；

单体报警模块，与所述单体状态判定模块电连接，用于当所述本单体电池的电压超过预定的电压上限或低于预定电压下限时，或者，当本单体电池的温度高于预计温度上限或低于预定温度下限时，向所述上层控制器、以及所述用户控制器发送报警信号。

由上可见，在本实施例中，由于同步测量各单体电池的电压、母线电流(即流过各单体电池的电流)故得到的电压、电流中的干扰基本相同，即其中的干扰波形方向相同、振幅基本相同，特别是，在中低频干扰的一致。故在根据上述的各电压、母线电流估算电池组中各单体电池的荷电状态时，其中干扰可互相抵消，故利用这些同步测量获取的信号进行各单体电池的荷电状态均衡控制的精确度更高，且容易实施。

另外，本实施例采用简单的2层分布式控制管理架构，即统一的上层控制器、以及各单体控制器，各单体控制器分别与最小的被控制单元(各单体电池)一一对应，有利于保证控制管理系统保持高可靠性、高鲁棒性运行。另外，采用本实施例方案，将部分的底层测量、执行控制下放到最底层的各单体控制器执行，可以大大降低核心的上层控制器的工作负荷，使上层控制器不需要过高的运行速度，有利于提高整个控制系统的高可靠性。

另外，在本实施例方案中，还可以将各单体控制器分别固定在各单体电池的引出电极上，不再需要将每个单体电池的电压用长线引出来测量，所获得的电压与温度数据真实可靠，且进一步大大减少了测量中引入的干扰信号，且消除了长线短路、断路等造成故障的机会，进一步提高对动力电池组管理的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例1提供的一种动力电池组管理方法流程示意图；

图2为本发明实施例2提供的一种动力电池组管理方法流程示意图；

图3为本发明实施例3提供的一种动力电池组管理方法流程示意图；

图4为本发明实施例4提供的一种动力电池组管理系统的结构示意框图；

图5为本发明实施例5提供的一种动力电池组管理系统的结构示意框图；

图6为本发明实施例6提供的一种动力电池组管理系统的结构示意框图；

图7为本发明实施例7提供的一种动力电池组管理系统的结构示意框图；

图8为本发明实施例8提供的一种动力电池组管理系统的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明此发明，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释发明，但并不作为对发明的限定。

实施例1：

参见图1所示，本实施例提供的一种动力电池组管理方法流程，主要包括以下的步骤：

步骤101：各单体控制器同步测量各单体电池的电压，并将各单体电池的电压发送至上层控制器。

在组成该动力电池组的每个单体电池的附近(优选但不限于直接设置在各单体电池的电极引出极上)都固定有一个单体控制器，单体控制在上层控制器的同步控制下，分别测量与本单体控制器对应的单体电池的电压，分别将测量得到的单体电池的电压发送至上层控制器。

步骤102：上层控制器同步测量动力电池组的母线电流。

动力电池组由各单体电池串联组成，其母线电流即为流过各单体电池的电流，上层控制器通过对动力电池组整体的母线电流采样，测量母线电流。

在进行母线电流测量时，该测量与单体控制器对单体电池电压的测量同步，以使得母线电流、以及各单体电池的电压测量均保持同步，即同一时间输入至上层控制器的母线电流、各单体电池的电压分别在同一时刻测得，测试环境、干扰均相同。

由于母线电流、以及各单体电池的电压测量同步，故即使在测量过程中受到干扰，则干扰基本相同，即其中的干扰波形方向相同、振幅基本相同，特别是，在中低频干扰的一致性更高。故在根据上述的各电压、母线电流估算电池组中各单体电池的荷电状态时，其中干扰可互相抵消，故利用这些同步测量获取的信号进行各单体电池的荷电状态均衡控制的精确度更高，且容易实施。

步骤103：上层控制器根据各单体电池的电压信号、母线电流信号，估算当前各单体电池的荷电状态。

上层控制器根据各单体电池的电压信号、以及母线电流信号，估算各单体电池的荷电状态。在该步骤中的各单体电池的荷电状态估算方法可以但不限于采用比如：扩展卡尔曼滤波积分算法等估算，在此不进行赘述。

步骤104：上层控制器根据当前动力电池组中各单体电池的荷电状态、以及各单体电池的电压，向各单体控制器发送荷电均衡指令。

上层控制器根据得到的各单体电池的荷电状态(即步骤104中的SOC估算值)，按照预定的均衡控制策略，确定动力电池组的荷电均衡控制方式，向需要进行荷电均衡操作的单体电池对应的单体控制器下发荷电均衡指令。

在本实施例中，还可以进一步测量各单体电池的温度，进一步结合各单体电池的温度，估算各单体电池的荷电状态。

步骤105：各单体控制器根据接收到的荷电均衡指令，均衡本单体控制器连接的单体电池的电荷量。

各单体控制器根据上层控制器下发的荷电均衡指令，对本单体控制器对应的单体电池进行荷电均衡操作(充电或者放电)，使整个各单体电池的荷电状态保持均衡，保证整个各单体电池的荷电状态符合用户的需求，保证使用的安全性。

由上可见，在本实施例中，由于同步测量各单体电池的电压、母线电流(即流过各单体电池的电流)故得到的电压、电流中的干扰基本相同，即其中的干扰波形方向相同、振幅基本相同，特别是，在中低频干扰的一致性更高。故在根据上述的各单体电压、母线电流估算电池组中各单体电池的荷电状态时，其中干扰可互相抵消，故利用这些同步测量获取的信号进行各单体电池的荷电状态均衡控制的精确度更高，且容易实施。

另外，本实施例采用简单的2层分布式控制管理架构，即统一的上层控制器、以及各单体控制器，各单体控制器分别与最小的被控制单元(各单体电池)一一对应，有利于控制管理系统保持高可靠性、高鲁棒性运行。

另外，采用本实施例方案，将部分的底层测量、执行控制下放到最底层的各单体控制器执行，可以大大降低核心的上层控制器的工作负荷，使上层控制器无需过高的运行速度，有利于提高整个控制系统的可靠性。

另外，在本实施例方案中，还可以将各单体控制器分别固定在各单体电池的引出电极上，不再需要将每个单体电池的电压用长线引出来测量，所获得的电压与温度数据真实可靠，且进一步大大减少了测量中引入的干扰信号，且消除了长线短路、断路等造成故障的机会，进一步提高对动力电池组管理的可靠性。

实施例2：

参见图2所示，本实施例动力电池组管理方法流程相对于与实施例1所不同之处在于以下：

在本实施例中可以，但不限于直接将各单体电池对应的单体控制器设置在对应单体电池的电极引出极上，使单体控制器与单体电池最接近。

本实施例流程还可以但不限于包括以下的流程：

步骤201：各单体控制器测量各单体电池的电极引出极温度，将各单体电池的电极引出极温度发送至上层控制器。

各单体电池的电极引出极上的温度传感器直接测量该电极引出极的温度，并分别将电极引出极的温度传递至上层控制器。

步骤201既可以在步骤101之前也可以在其之后。

步骤202：上层控制器接收各单体电池的电极引出极温度。

上层控制器收到各单体控制器发送的电极引出极温度后，上层控制器根据这些温度进行温度监控处理。

步骤203：如果任一电极引出极温度超过预定的温度范围，则执行步骤204、205；否则，返回。

步骤204：上层控制器启动外部的温度调节系统(风冷装置、和/或加热装置)，以使各单体电池的温度保持在预定的温度范围内，保证整个动力电池组在合理的温度环境中正常工作。

步骤205：上层控制器向用户控制器发送温度报警信号。

步骤205为一优选步骤，其报警可以进一步提醒用户，以供用户及时发现警情，及时处理。

由上可见，本实施例相对于实施例1方案所不同之处在于：由于本实施例直接测量各单体电池的电极引出极的温度作为温度控制的依据，其温度值真实可靠。

另外，在本实施例方案中，以所有单体电池的作为温度控制的依据，只要是任何一个单体电池不理想时，即启动温度调节系统，对动力电池组的温度进行调节，保证所有的单体电池均工作在理想的温度下，保证动力电池组使用的安全性。而不是如现有技术中，在动力电池组所在的电池箱中放置一到多个温度传感器而进行空气温度探测作为依据，现有技术存在探测盲点，可能部分单体电池的温度已大大过高，而温度传感器无法及时获得的缺陷。

实施例3：

参见图3所示，本实施例流程动力电池组管理方法流程相对于与实施例1所不同之处在于：

在步骤102：上层控制器测量获取动力电池组的母线电流之后，还可以包括以下步骤：

步骤301：上层控制器根据母线电流、以及各单体电池的电压，确定各单体电池的内阻。

上层控制器根据所述母线电流、以及所述各单体电池的电压分别确定所述母线电流的变化率、以及所述各单体电池电压的变化率，根据所述各单体电池电压的变化率、母线电流的变化率，计算确定所述各单体电池的内阻；

由于母线电流、各单体电压同步测量，故同一时刻测得的各单体电池的电压、电流受到的干扰相同，故可以计算确定时间段内的电压变化量、以及电流变化量，根据该电压变化量、电流变化量，采用欧姆定律获得各单体电池的内阻。

步骤302：当任一单体电池的内阻高于预定的内阻上限时，执行步骤303；否则返回。

步骤303：上层控制器向更上层的用户控制器发送报警信号。

其中步骤301、302、303既可以在步骤103、104之前，也可以在步骤103、104之后，在本实施例中仅以在步骤103、104之前为例作为示意说明。

当上层控制器发现任一单体电池的内阻高于预定的内阻上限(即该单体电池发生严重衰退)时，上层控制器向更上层的用户控制器发送报警信号，以提醒用户该单体电池的衰退情况，尽早更换该单体电池，避免该单体电池对整个动力电池组产生更坏的影响，有利于保证整各动力电池组的安全可靠使用。

由上可见，本实施例除了具有实施例1的有益效果外，进一步有利于用户及早发现单体电池的严重衰退，以便于用户及时更换衰退严重的单体电池，进一步有利于保证整动力电池组的安全可靠使用。

实施例4

本实施例动力电池组管理方法流程相对于与实施例1所不同之处在于以下：

在步骤101各单体控制器同步测量各单体电池的电压，并将各单体电池的电压测试数据发送至上层控制器之后，还可以进一步包括以下流程：

步骤401：各单体控制器分别判断当前单体电池的电压是否超过预定的电压上限或低于预定电压下限，以及判断当前单体电池的温度是否高于预计温度上限或低于预定温度下限。

步骤402：当任一单体控制器发现当前的单体电池的电压超过预定的电压上限，或低于预定电压下限时；或者，当前的单体电池的电极引出极温度高于预计温度上限，或低于预定温度下限时，执行步骤403；否则返回。

当任一单体控制器发现当前的单体电池的电压超过预定的电压上限，或低于预定电压下限时；或者，当前的单体电池的电极引出极温度高于预计温度上限，或低于预定温度下限时，则该单体控制器认为本单体控制器对应的单体电池处于状态异常状态。

步骤403：该单体控制器直接向上层控制器、以及用户控制器发送报警信号。

当任一单体电池处于异常状态时，该单体电池对应的单体控制器除了直接向上层控制器发送报警信号外，还通过硬件电路直接向用户控制器发送报警信号。实现双重报警，特别地，在上层控制器失效时，各单体控制器可以直接将警情发送至用户控制器，以及时通知用户，进一步有利提高动力电池组管理的可靠性。

实施例5

参见图5所示，本动力电池组管理系统主要包括一个上层控制器500、以及至少两个单体控制器501，各单体控制器501分别与该上层控制器500硬件电路连接。

其中，上层控制器500可以但不限于包括：上层同步模块5001、母线电流测量模块5002、上层荷电状态估算模块5004、上层荷电均衡分析模块5005。各部分的连接关系以及工作原理如下：

上层同步模块5001用于提供同步信号，从而为单体控制器501对各单体电池的电压测试、以及本上层控制器500内母线电流测量模块5002对动力电池组的母线电流提供测试同步信号。

母线电流测量模块5002与上层同步模块5001电连接，在该同步信号的驱动下，测量动力电池组的母线电流，

由于动力电池组由所有的单体电池串联组成，故该母线电流即为流过各单体电池的电流。

上层荷电状态估算模块5004与母线电流测量模块5004电连接，用于根据各单体电池的电压、温度以及母线电流，估算动力电池组中各单体电池的荷电状态。

上层荷电均衡分析模块5005与上层荷电状态估算模块5004电连接，用于根据当前的电池荷电状态、以及各单体电池的电压，确定荷电均衡分析的决策，并向各单体控制器501发送荷电均衡指令。

其中，各单体控制器501分别可以但不限于包括：单体电压测试模块5011、单体荷电均衡模块5012、单体温度测试模块。

其中，各单体电压测试模块5011，分别在上层同步模块5011的同步信号驱动下测量与本单体控制器501连接的单体电池的电压信号，分别将该单体电池的电压测量信号发送至上层控制器500。

单体荷电均衡模块5012，用于根据上层控制器500下发的荷电均衡指令均衡与本单体控制器501连接的单体电池的电荷量。

本实施动力电池组管理系统的工作原理可以但不限于如实施例1中的相应工作流程描述所述，在此不赘述。

在本实施例中既可以如图4所示地，各单体控制器501分别通过导线分别与上层控制器500电连接。但是为了使得电路连接更加方便，还可以采用图5所示的电路实现结构：

在图5中，各单体控制器501分别设置在一单体控制电路板502上，各单体控制电路板502顺次硬件电路连接，由顺次硬件电路连接的单体控制电路板502构成的整体首尾与上层控制器500，这样单体控制电路板502、上层控制器500形成闭环回路，实验证明图5所示的电路结构实施更加方便。

由上可见，在本实施例中，由于同步测量各单体电池的电压、母线电流(即流过各单体电池的电流)故得到的电压、电流中的干扰基本相同，即其中的干扰波形方向相同、振幅基本相同，特别是，在中低频干扰的一致性更高。故在根据上述的各单体电池电压、母线电流估算各单体电池的荷电状态时，其中干扰可互相抵消，故利用这些同步测量获取的信号进行各单体电池的荷电状态均衡控制的精确度更高，且容易实施。

另外，本实施例采用简单的2层分布式控制管理架构，即统一的上层控制器、以及各单体控制器501，各单体控制器501分别与最小的被控制单元(各单体电池)一一对应，有利于保证控制管理系统保持高可靠性、高鲁棒性运行。

另外，采用本实施例方案，将部分的底层测量、执行控制下放到最底层的各单体控制器501执行，可以大大降低核心的上层控制器500的工作负荷，使上层控制器500无需过高的运行速度，有利于提高整个控制系统的高可靠性。

另外，在本实施例方案中，还可以将各单体控制器501分别固定在各单体电池的引出电极上，不再需要将每个单体电池的电压用长线引出来测量，所获得的电压与温度数据真实可靠，且进一步大大减少了测量中引入的干扰信号，且消除了长线短路、断路等造成故障的机会，进一步提高对动力电池组管理的可靠性。

实施例6

参见图6所示，本实施例动力电池组管理系统相对于实施例5所不同之处在于：

单体控制器501分别设置在各单体电池的电极引出极上，各单体控制器501还分别可以但不限于包括：单体温度探测模块601。

相应地，上层控制器500还可以但不限于包括：上层温度控制模块602。

其工作原理主要如下：

各单体温度探测模块601探测与本单体控制器所在的单体电池的电极引出极温度，将该电极引出极的温度发送至上层控制器500。

上层控制器500中的上层温度控制模块602根据收到的所有单体电池的温度进行温度控制，当任一电极引出极温度超过预定的范围时，上层温度控制模块602即启动外部的温度调节系统，使所述各单体电池的温度均保持在所述预定的温度范围内。

上述模块的工作原理以及进一步有益效果可以但不限于如实施例2所述，在此不赘述。

实施例7：

参见图7所示，本实施例动力电池组管理系统相对于实施例5所不同之处在于：

该上层控制器500还可以包括：上层内阻计算模块701、内阻报警模块702。其中具体的连接关系以及工作原理如下：

上层内阻计算模块701与母线电流测量模块5002电连接，上层内阻计算模块701根据母线电流、以及各单体电池的电压，分别确定母线电流的变化率、以及各单体电池电压的变化率，根据各单体电池电压的变化率、母线电流的变化率，计算确定各单体电池的内阻。

内阻报警模块702，在任一单体电池的内阻高于预定的内阻上限(即任一单体电池发生严重衰退，其实际可用的容量大大低于额定要求)时，内阻报警模块702向用户控制器700发送报警信号，提醒用户更换该单体电池，避免该单体电池对整个动力电池组发生进一步连锁坏影响，进一步保证动力电池组使用的安全性。

上述模块的工作原理以及进一步有益效果可以但不限于如实施例3所述，在此不赘述。

实施例8：

参见图8所示，本实施例的动力电池组管理系统相对于实施例5所不同之处在于：

各单体控制器501还直接与所述用户控制器700直接硬件电路连接；

各单体控制器501还分别可进一步包括：单体状态判定模块800、单体报警模块801。

单体状态判定模块800，与单体电压测量模块5011、温度探测模块601电连接。单体报警模块801与单体状态判定模块800电连接。

单体状态判定模块800用于判定本单体电池的电压是否超过预定的电压上限，或者低于预定的电压下限，判定本单体电池的电极引出极温度是否高于预计温度上限，或低于预定温度下限。只要上述任一条件符合，则认为当前的单体电池处于异常状态。

该单体报警模块801在单体状态判定模块800认为单体电池处于异常状态时，除了向上层控制器500发送报警信号外，还向用户控制器700发送报警信号。

以上对发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。

Claims (3)

1.一种动力电池组管理方法，其特征是，包括：各单体控制器同步测量获取各单体电池的电压，并将所述各单体电池的电压发送至上层控制器；上层控制器与所述单体控制器测量单体电池的电压时，同步地测量获取动力电池组的母线电流，其中所述动力电池组由所述各单体电池串联组成；所述上层控制器根据所述各单体电池的电压、以及母线电流，估算当前所述各单体电池的荷电状态；所述上层控制器根据当前所述各单体电池的荷电状态、以及所述各单体电池的电压，向所述各单体控制器发送荷电均衡指令；所述各单体控制器根据接收到的荷电均衡指令，均衡本单体控制器连接的单体电池的电荷量；所述各单体控制器分别设置在所述各单体电池的电极引出极上；所述各单体控制器具体测量所述各单体电池的电极引出极温度作为所述各单体电池的温度；当任一单体电池的温度超过预定的温度范围时，所述上层控制器启动外部的温度调节系统，使所述各单体电池的温度均保持在所述预定的温度范围内；在步骤：所述上层控制器测量获取动力电池组的母线电流之后，还包括：所述上层控制器根据所述母线电流、以及所述各单体电池的电压，分别确定一确定时间段的母线电流变化量、以及所述各单体电池的电压变化量，根据所述母线电流变化量、以及所述各单体电池的电压变化量，计算确定所述各单体电池的内阻；当任一单体电池的内阻高于预定的内阻上限时，所述上层控制器向用户控制器发送报警信号；在所述步骤：上层控制器向所述各单体控制器发送荷电均衡指令之前，还包括：所述各单体控制器测量各单体电池的温度，将所述温度值发送至上层控制器；所述上层控制器具体是根据所述各单体电池的电压、以及母线电流、温度值，估算当前所述各单体电池的荷电状态；在步骤：各单体控制器同步测量获取各单体电池的电压之后，还包括：当所述任一单体电池的电压超过预定的电压上限，或低于预定的电压下限时，或者，当所述任一单体电池的电极引出极温度高于预计温度上限，或低于预定温度下限时；所述单体控制器向所述上层控制器、以及用户控制器发送报警信号。

2.一种动力电池组管理系统，其特征是，包括：一个上层控制器、以及至少两个单体控制器，所述各单体控制器分别与所述上层控制器硬件电路连接；其中，所述上层控制器包括：上层同步模块，用于提供同步信号；母线电流测量模块，与所述上层同步模块电连接，用于在所述同步信号的驱动下，测量获取动力电池组的母线电流，其中所述动力电池组由所述各单体电池串联组成；上层荷电状态估算模块，与所述母线电流测量模块电连接，用于根据所述各单体电池的电压、以及母线电流，估算当前所述各单体电池的荷电状态；上层荷电均衡模块，与所述上层荷电状态估算模块电连接，用于根据当前所述各单体电池的荷电状态、以及所述各单体电池的电压，向所述各单体控制器发送荷电均衡指令；所述各单体控制器，分别包括：单体电压测试模块，与所述上层同步模块连接，用于在所述同步信号的驱动下，测量获取与本单体控制器连接的单体电池的电压，将所述各单体电池的电压发送至所述上层控制器；单体荷电均衡模块，用于根据所述上层控制器下发的荷电均衡指令，均衡与本单体控制器连接的单体电池的电荷量；

所述各单体控制器分别设置在所述各单体电池的电极引出极上；

所述各单体控制器还分别包括：单体温度探测模块，用于探测与本单体控制器所在的单体电池的电极引出极温度，将所述电极引出极的温度发送至所述上层控制器；所述上层控制器，还包括：上层温度控制模块，用于当任一电极引出极温度超过预定的范围时，启动外部的温度调节系统，使所述各单体电池的温度均保持在所述预定的温度范围内；

所述上层控制器还包括：单体内阻计算模块，与所述母线电流测量模块电连接，用于根据所述母线电流、以及所述各单体电池的电压，分别确定所述母线电流的变化率、以及所述各单体电池电压的变化率，根据所述各单体电池电压的变化率、母线电流的变化率，计算确定所述各单体电池的内阻；内阻报警模块，用于当任一单体电池的内阻高于预定的内阻上限时，向用户控制器发送报警信号。

3.根据权利要求2所述的动力电池组管理系统，其特征是，所述各单体控制器还直接与所述用户控制器硬件电路连接；所述各单体控制器还包括：单体状态判定模块，分别与所述单体电压测量模块、温度探测模块电连接，用于判定本单体电池的电压是否超过预定的电压上限，或者低于预定的电压下限，判定本单体电池的电极引出极温度是否高于预计温度上限，或低于预定温度下限；单体报警模块，与所述单体状态判定模块电连接，用于当所述本单体电池的电压超过预定的电压上限或低于预定电压下限时，或者，当本单体电池的温度高于预计温度上限或低于预定温度下限时，向所述上层控制器、以及所述用户控制器发送报警信号。