CN111478387A - 一种电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池管理系统，包括：多个电池管理单元用于采集电池模块的运行状态信息，控制电池串间均衡及模块均衡；多个电池控制单元，用于根据电池模块的运行状态信息，控制电池堆集充放电；其中，多个所述电池控制单元中包括一个电池集中控制单元，用于获取自身管辖的多个电池模块以及其它电池堆集的运行状态信息，并发送到变换器。本发明利用电池管理单元、电池控制单元、电池集中控制单元建立搭积木式的电池管理系统，且不再需要第三级硬件资源集中管理电池控制单元，提高了系统运行可靠性、适用性、灵活性。

Description

一种电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池管理系统。

背景技术

新能源不断地发展，各种光伏发电、风能发电储能装置也不断地兴起。而作为这些光伏发电、风能发电储能装置的心脏-动力电池，电池管理系统则是用户和动力电池之间的纽带。电池管理系统为对动力电池的各串单体电压、总电压、温度、充电电流、放电电流、SOC(电池剩余容量)等参数进行检测，当某一项参数异常时，电池管理系统将在变换器配合下调节到合理的工作状态，并进行保护以及均衡，以保证电芯的寿命和正常使用。但是由于现有技术中电池管理系统中电路配置复杂，第三级硬件较多，导致系统可靠性较低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电池管理系统中电路配置复杂、第三级硬件较多、系统可靠性较低的缺陷，从而提供一种电池管理系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种电池管理系统，包括：多个电池管理单元，每个电池管理单元均与一个电池模块连接，一个电池模块包括多个电池串，一个电池管理单元与一个电池模块构成一个电池包；所述电池管理单元用于采集电池模块的运行状态信息，控制电池串间均衡及电池模块间均衡；多个电池控制单元，每个电池控制单元均与预设数量的电池管理单元连接，一个电池控制单元与预设数量的电池包构成一个电池堆集；电池控制单元用于根据电池模块的运行状态信息，通过控制电池管理单元控制相应的电池模块充放电；其中，多个电池控制单元中包括一个电池集中控制单元，直接与变换器连接，所述电池集中控制单元为任意指定的电池控制单元；电池集中控制单元用于获取自身管辖的多个电池包以及其它电池堆集的运行状态信息，并发送到变换器。

在一实施例中，电池管理系统还包括：多个二次保护电路，每个电池管理单元及电池控制单元均配置二次保护电路，用于当电池管理系统故障时，发送故障信号到电池控制单元；多个开关装置，每个开关装置均与一个电池控制单元连接，用于断开故障状态下的两备份继电器。

在一实施例中，电池管理单元包括：检测电流运放电路，包括充电检测电流运放电路及放电检测电流运放电路，用于检测并放大充电电流及放电电流；过流比较电路，包括充电电流比较电路及放电电流比较电路，用于将充电电流及放电电流与其相应的比较阈值比较；温度监测电路，包括过温检测电路及低温检测电路，用于在温度采样点，采集电池模块运行温度；均衡电路，包括串间均衡电路及模块间均衡电路，用于当电池串间或电池模块间电压差超过相应的比较阈值时，控制电压高出比较阈值的电池模块或电池包的均衡开关管打开。

在一实施例中，电池管理单元还包括：从控电源电路、多个电池管理芯片级联所组成的电路及从控单片机，其中，从控电源电路，与电池模块连接，用于将电池模块的电压转换成供电电压，为电池管理单元提供电能；多个电池管理芯片级联所组成的电路，与从控单片机连接，用于采集电池模块运行状态信息，配置电池模块运行状态比较阈值；从控单片机，与检测电流运放电路、温度监测电路及电池控制单元分别连接，用于采集电池模块运行状态信息并发送到电池控制单元，并控制串间均衡及模块间均衡。

在一实施例中，电池管理单元还包括：从控数据通信接口电路，与电池控制单元连接，用于实现电池管理单元与电池控制单元之间数据信息传输；从控差分二次保护接口电路，与二次保护电路连接，用于将故障信号发送到单片机，发送其它电池管理单元及电池控制单元以实施二次保护。

在一实施例中，电池控制单元包括：主控电源电路，与电池堆集连接，用于将电池堆集电压转换成供电电压，为电池控制单元提供电能；从控板电源激活电路，与电池管理单元连接，用于激活唤醒处于休眠或自行停掉自身电源的电池管理单元；两组拨码开关电路，用于设置串联电池包数量、指定一个电池控制单元为电池集中控制单元、设置并联电池堆集数量及未被指定为电池集中控制单元的其它电池控制单元的ID号；并用于当系统全部断电时，确定是否执行黑启动方式。

在一实施例中，电池控制单元还包括：两备份继电器及其驱动电路，包括主控充放电继电器、备份继电器及其驱动电路，用于通过断开或闭合两备份继电器，对电池管理单元及电池控制单元需要进行二次保护或解除二次保护；二次保护解除电路，用于当电池模块处于欠压时，闭合两备份继电器，解除二次保护；绝缘检测电路，用于测量绝缘电阻。

在一实施例中，电池集中控制单元还包括：CAN控制器及其驱动接口电路，用于与变换器及其他电池控制单元的CAN通信；主控单片机，用于配合CAN控制器、绝缘检测电路、二次保护解除电路、两备份继电器及从控板电源激活电路，实现与变换器及其他电池控制单元的CAN通信、检测绝缘电阻、解除二次保护、控制继电器开断状态及激活电池管理单元电源。

在一实施例中，电池控制单元还包括：主控数据通信接口，与电池管理单元连接，用于实现电池管理单元与电池控制单元之间的数据通信；主控差分二次保护接口电路，与二次保护电路连接，用于将故障信号发送到单片机，控制继电器群在故障发生时同时切断主控充放电回路继电器。

在一实施例中，电池控制单元还包括：USB主控制器，用于通过U盘传输的升级文件实现电池管理系统的程序升级。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的电池管理系统，利用电池管理单元控制管理电池模块充放电、电池控制单元控制管理预设数量的电池管理单元，并且在多个电池控制单元中，选定一个电池控制单元作为电池集中控制单元，集中控制单元用于获取自身管辖的多个电池模块以及其它电池堆集的运行状态信息，从而建立搭积木式的电池管理系统，且不再需要第三级硬件资源集中管理电池控制单元，提高了系统运行可靠性、适用性、灵活性。

2.本发明提供的电池管理系统，通过设置横向通到边及纵向通到底的二次保护、过充/过放保护、过温/低温保护、充电过流/放电过流保护、自检故障保护、通信故障保护、CAN通信故障保护、电流传感器故障保护、电压传感器故障保护、温度传感器故障保护、继电器故障保护、空开跳闸故障保护及绝缘故障保护等保护，进一步确保系统的安全可靠运行；通过设置均衡电路，根据电池串及电池模块的运行状态，实现串间均衡及模块间均衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电池管理系统的一个具体示例的组成图；

图2为本发明实施例提供的二次保护电路结构图；

图3为本发明实施例提供的开关装置的一个具体示例的示意图；

图4为本发明实施例提供的电池管理单元的一个具体示例的示意图；

图5为本发明实施例提供的检测电流运放电路结构图；

图6为本发明实施例提供的过流比较电路结构图；

图7为本发明实施例提供的电池控制单元的一个具体示例的示意图；

图8为本发明实施例提供的两备份继电器驱动电路结构图；

图9为本发明实施例提供的电池管理系统的另一个具体示例的组成图；

图10为本发明实施例提供的主控差分二次保护接口电路结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本发明实施例提供一种电池管理系统1，应用于电池技术领域，如图1所示包括：

多个电池管理单元11(Battery Management Unit，简称BMU)，每个BMU均与一个电池模块2连接，一个电池模块(MODULE)包括多个电池串(例如36串电池串)连接而成，一个BMU与一个电池模块2构成一个电池包3(Battery Pack，简称PACK)；BMU用于采集电池模块2的运行状态信息，控制电池串间均衡及电池模块2间均衡。

本发明实施例在大型多电池模块2下的供电系统中，为每个电池模块2配置一个BMU，用于实时获取电池模块2的电压、温度、电流，以便电池管理系统能及时对电池模块2实现过压(过充)、欠压(过放)、过温、低温、充电过流和放电过流保护及其二次冗余保护等保护，同时根据多个电池模块2的电压，实现串间动均衡及模块间均衡。

多个电池控制单元12(Battery Control Unit，简称BCU)，每个BCU均与预设数量的BMU连接，一个BCU与预设数量的电池包3构成一个电池堆集4(Battery Stack，简称STACK)；BCU用于根据电池模块2的运行状态信息，控制相应的电池模块2充放电。

本发明实施例所提供的电池管理系统为搭积木式电池管理系统，一个电池包3作为搭积木式电池管理系统的底层，在电池包3的上层，配置多个BCU，每个BCU均与预设数量的BMU连接，用于控制多个BCU协调运行，并实时采集各电池包3的电池电压、温度、电流及剩余电量数据等，实现所有电池包3整体的过充、过放、过温、低温、充电过流和放电过流保护以及电池包3所传递的二次差分输出接口实施的冗余保护，同时实现BMU电源激活、黑启动、模块间均衡、最大充电允许电流、最大放电允许电流算法处理，实现与变换器的CAN通信等。一个电池堆集4可以单独配给户用型变换器使用，其中变换器保护整流器、逆变器、降压/升压变换器等。

多个BCU中包括一个电池集中控制单元13(Battery Centralized Control Unit，简称BCCU)，直接与变换器连接，所述电池集中控制单元为任意指定的电池控制单元；BCCU用于获取自身管辖的多个电池包3以及其它电池堆集4的运行状态信息，并发送到变换器。

为了便于集中管理多个BCU，本发明实施例通过BCU中内置的拨码开关设置指定其中一个BCU作为BCCU，BCCU可以直接与变换器进行通信，同时可以设置所管辖的电池堆集4的数量。

BCCU与BCU主控板设置完全一致，但BCCU除了承担自己所管辖PACK的BCU功能外，软件处理增设了附加的抄读附属STACK和集中处理功能模块。增设的功能模块负责收集其它STACK数据，综合处理所有BCU的信息，统一汇集报给变换器，在协议处理层相对于BCU更高级别，尽管同一个CAN接口，BCCU到变换器之间通信的数据标识ID跟BCCU到BCU之间通信的数据标识ID在协议层不同，其通信协议为基于CAN支持多主通信。此外，拨码STACK数设置为1的BCCU，它并不管辖其他BCU。

本发明提供的电池管理系统，利用电池管理单元控制管理电池串间以及模块间均衡、电池控制单元控制管理预设数量的电池管理单元，并且在多个电池控制单元中，选定一个电池控制单元作为电池集中控制单元，集中控制单元用于获取自身管辖的多个电池模块以及其它电池堆集的运行状态信息，控制电池充放电，从而建立搭积木式的电池管理系统，且不再需要第三级硬件资源集中管理电池控制单元，提高了系统运行可靠性、适用性、灵活性。

在一具体实施例中，如图2所示，电池管理系统还包括：多个二次保护电路，每个BMU及BCU均配置二次保护电路，用于当电池管理系统故障时，发送故障信号到BCU或BCCU。

本发明实施例为每个BMU、BCU及BCCU均配置二次保护电路，二次保护是所有保护逻辑的集合，即电池过压、电池欠压、电池过温、电池欠温、电池充电过流、电池放电过流、电池短路、电池电压传感器故障、电流传感器故障、温度传感器故障、绝缘故障、电池内部RS-485通信故障、电池CAN通信故障、继电器故障和电路板各类故障、单片机死机性故障等等，都能通过电池管理系统、电池包3、电池堆集4内置的抗干扰的二次差分电路及其接口电路，将故障信号传递各个BCU或BCCU，以便同时切断开关装置群。

在一具体实施例中，如图3所示，电池管理系统还包括：多个开关装置，每个开关装置均与一个BCU连接，用于断开故障状态下的两备份继电器。本发明实施例中开关装置为继电器群(也可以根据需要设置其它保护装置)，继电器群主要包括量备份继电器、空开等。

在一具体实施例中，如图4所示，BMU包括：

检测电流运放电路111，包括充电检测电流运放电路及放电检测电流运放电路，用于检测并放大充电电流及放电电流。充电检测电流运放电路和放电检测电流运放电路可以集成在一个电路结构上，每个电路采用一个芯片和一个运算放大器，并配合相应的辅助电路来实现检测和放大充电电流和放大电源的作用。

过流比较电路112，包括充电电流比较电路及放电电流比较电路，用于将充电电流及放电电流与其相应的比较阈值比较。充电电流比较电路和放电电流比较电路可以采用相同的电路结构，该相同的电路结构的输入端输入充电电流或者放电电流，然后分别采用两个运算放大器，构成比较器，用于与相应的比较阈值进行比较判别。当然，本发明实施例中的两个比较电路的结构也可以不相同，也可以采用现有技术中的比较电路。

具体地，本发明实施例中，图5示出了一种检测电流运放电路111，其中，U29-A及U29-B两个运算放大器及其外围电路构成正负方向相反的充/放电电流放大器，R197为200微欧的精密电阻，双二极管D35用于防止电池短路时损坏运放，输出端CURRENT_DIS、CURRENT_CHG接单片机(Microcontrollers，简称MCU)的模拟输入。

本发明实施例中，图6示出了一种过流比较电路112，其中U15_B和U15_A两个运放及其外围电路构成充电过流比较判别电路，U15_D和U15_C两个运放及其外围电路构成放电过流比较判别电路，二极管D13和D16分别用来在开启过流保护后，电流复位零时的状态锁存，当输入端WARK信号为高电平时，开启MOS管Q14和Q51，解除状态锁存。为了防止从控MCU一旦发生死机且处于高电平而使得过流二次比较电路失效，设置电容C151。软件在处理解锁信号时，置WARK为高电平，延时100毫秒以后复位为低电平。

温度监测电路113，包括过温检测电路及低温检测电路，用于在温度采样点，采集电池模块2运行温度。

一片BQ76PL536A采样6个CELL电压和6个CELL总电压，当采样的6个CELL电压之和与采样的6个CELL总电压之差超过所设定的偏差阈值一定时间以后，报电压传感器故障。

每个BMU均内置基于6个级联BQ76PL365A的多个电池管理芯片级联所组成的电路116，6片级联BQ76PL365A芯片分3片用于正向比较的二次过温检测电路和3片用于反向比较的二次低温检测电路，6片芯片一共采用12个热敏电阻采样6个温度点的温度，每一个温度采样点分配一个带有二次过温功能的热敏电阻和一个带有二次低温功能的热敏电阻。当同一个温度点的两个热敏电阻的温度采样值之差超过所设定的偏差阈值一定时间后，系统发出温度传感器故障信号。由于一个BCU/BCCU可以最少管辖两个PACK，因此，至少有两个电流传感器测量同一回路的电流，因此当相互间电流采样值之差超过所设定的偏差阈值一定时间后，系统发出电流传感器故障信号。

均衡电路114，包括串间均衡电路及模块间均衡电路，用于当电池串间或电池模块2间电压差超过相应的比较阈值时，控制电压高出比较阈值的电池串或电池模块2的均衡开关管打开。

串间均衡电路为当BMU中单片机检测到电池串间电压差大于所设定的串间电压差阈值，通过BMU内的BQ76PL536A发命令，控制高出阈值的对应电池串打开均衡MOS管，放电消耗高出部分的电压。

模块间均衡电路是通过BCU及BCCU检测到电池包3间电压差大于所设定的模块间电压差阈值，由BCU及BCCU发命令给BMU的单片机，控制高出阈值的电池包3打开均衡MOS管，放电消耗高出的电压。

在一具体实施例中，如图4所示，BMU还包括：

从控电源电路115，与电池模块2连接，用于将电池模块2的电压转换成供电电压，为BMU提供电能。

本发明实施例中从控电源电路115可以为DC/DC降压电源电路，其外接电池包3电池电压，其电压范围在65V～130V，经过DC/DC电源模块降压为直流5V，再由低压差线性稳压器(Low Dropout Regulato，简称LDO)线性降压到3.3V，然后分别给单片机、电流运放电路及电流过流二次硬件比较电路供电，以及基于隔离RS-485芯片的与BCU或BCCU进行通信的数据通信电路和基于隔离RS-485芯片的差分二次保护接口的一侧供电。

多个电池管理芯片级联所组成的电路116，与从控单片机117连接，用于采集电池模块2运行状态信息，配置电池模块2运行状态比较阈值。

本发明实施例中多个电池管理芯片级联所组成的电路116为基于6片级联的BQ76PL536A多个电池管理芯片级联所组成的电路，芯片内部配置有电池电压采集、温度采集、串间动均衡、过压/欠压和过温二次保护等功能，采用SPI通信方式与单片机通信，控制单片机采集其连接的电池模块2运行状态数据，并可以通过配置充电过压及放电欠压的电压点的模拟电压比较阈值、过温及欠温的温度点的模拟电压比较阈值等多种比较阈值，以保证在即便在单片机死机、BQ76PL536A芯片的A/D采样故障等情况下，通过实施536FULT和536ALERT对外输出高电平硬件保护逻辑。

从控单片机117，与检测电流运放电路111、温度监测电路113及BCU分别连接，用于采集电池模块2运行状态信息并发送到BCU，并控制串间均衡及模块间均衡。

从控单片机117通过SPI方式与BQ76PL536A通信；通过其8路A/D采样口对充电、放电电流运放电路的输出采样、对六路热敏电阻所组成的温度监测电路113进行采样；通过UART口与主控实现RS-485通信及程序升级；通过RS-485芯片组成的差分二次保护接口电路，实现各种保护信号逻辑或以后；通过抗干扰的差分传输给主控，实现从控对主控的继电器切断保护；通过BQ76PL536A控制均衡MOS管，实现串间均衡；通过其输出控制模块间均衡MOS管，实现模块间均衡。

在一具体实施例中，如图4所示，BMU还包括：

从控数据通信接口电路118，与BCU连接，用于实现BMU与BCU之间数据信息传输。从控差分二次保护接口电路119，与二次保护电路连接，用于将故障信号发送到单片机，发送到其它电池管理单元及电池控制单元以实施二次保护。本发明实施例中，当出现故障的电池堆集中的BCU检测到故障时，会将故障信号发送到自身的单片机，及其他未出现故障的BCU及BMU，以便实施二次保护，切断主控充放电回路。

在一具体实施例中，如图7所示，BCU包括：

主控电源电路121，与电池堆集4连接，用于将电池堆集4电压转换成供电电压，为BCU提供电能。

本发明实施例中主控电源电路121可以为隔离开关电源电路，其外接电池堆集4电压，电压范围在130V～650V，经过隔离开关电源变换输出与电池模块2隔离的+12V、+5V、3.3V(3.3V与+5V同一组，由LDO降压到3.3V)、-5V的三组共地电源和与电池模块2隔离并且与三组共地电源隔离的5V_485电源，+12V电源，用于启动继电器驱动和预充电路驱动的供电，+5V和-5V电源用于绝缘测量运放的供电，+5V电源还用于供给已启动继电器维持闭合的驱动和信号继电器的供电，3.3V电源用于单片机、CAN控制器及其驱动接口电路、主控数据通信接口、USB主控器、主控差分二次保护接口电路和二次保护解除电路的供电，5V_485电源用于隔离的主控数据通信接口、隔离的USB主控器、隔离的主控差分二次保护接口电路和两组拨码开关电路的供电。

从控板电源激活电路122，与BMU连接，用于激活唤醒处于休眠或自行停掉自身电源的BMU。

两组拨码开关电路123，用于设置串联电池包3数量、指定一个BCU为BCCU、设置并联STACK数量及未被指定为BCCU的其它BCU的ID号；并用于当系统全部断电时，确定是否执行黑启动方式。

在一具体实施例中，如图7所示，BCU还包括：两备份继电器及其驱动电路124、二次保护解除电路125及绝缘检测电路126。

如图3及图8分别所示的两备份继电器及其驱动电路124，包括主控充放电继电器、备份继电器及其驱动电路，用于通过断开或闭合两备份继电器，对BMU及BCU需要进行二次保护或解除二次保护。

图8中继电器的驱动电路(备份继电器的驱动电路与其原理图一致，备份继电器的控制信号为CHG_DIS_ABLE2，检测信号为CHG_DIS_I2)，主控MCU设置充放使能输入端CHG_DIS_ABLE1，接口J19接继电器线圈，接口J18接继电器辅助触点。当使能输入端CHG_DIS_ABLE1为高电平时，控制MOS管Q30导通。当输入端K2_P_5V处于低电平时，控制MOS管Q34导通。当继电器辅助触点断开时，且K2_P_12V为低电平时，控制MOS管Q28及Q33导通，此时继电器线圈因为得到吸合电压而启动闭合，在辅助触点闭合后，控制MOS管Q28及Q33截止，此时继电器则因MOS管Q34导通而维持闭合。输出端CHG_DIS_I1将继电器闭合状态检测信号，传送给主控MCU，当继电器闭合状态与驱动逻辑不吻合则BCU或BCCU发出继电器故障信号。

整个BCCU管辖内中每个BCU的继电器及BCCU自身的继电器在BCCU发出控制命令使得输入端CHG_DIS_ABLE1和CHG_DIS_ABLE2都置高电平，此时整个系统中所有继电器包括备份继电器同时闭合，当发生保护或二次保护的断开命令时，也通过二次保护控制继电器同时断开的，其同步控制为靠硬件联动控制保证同步的。

二次保护解除电路125用于当电池模块2处于欠压时，闭合两备份继电器，解除二次保护。

二次保护失能是在当且仅当电池处于欠压保护时，通过二次保护失能启动继电器闭合，如果并在规定的时间内没有给电池充电，那么软件关闭二次保护失能，继电器恢复切断。

图9为电池管理系统组成框图，图3中横向有RS-485通信信号A、B线&二次差分保护信号N-、P+，纵向有CAN通信信号CANH、CANL&二次差分保护信号N-、P+，所有的BMU和BCU的N-、P+都连接在一起，RS-485通信不跨越主控，CAN通信不到从控，只有二次差分保护横到边纵到底全线贯通。

绝缘检测电路126用于测量绝缘电阻。电池管理系统后接的电池模块中设置了绝缘电路，因此为了避免绝缘电路故障而导致本发明实施例提供的电池管理系统故障，设置了绝缘检测电路，通过实时测量绝缘电阻阻值判断绝缘电路是否故障，当其故障时，及时切断连接继电器，隔离故障点。

在一具体实施例中，如图7所示，BCU还包括：

CAN控制器及其驱动接口电路127，用于与变换器及其他电池堆集4的CAN通信。USB主控制器1211，用于通过U盘传输的升级文件实现电池管理系统的程序升级。

主控单片机128，用于配合CAN控制器、绝缘检测电路126、二次保护解除电路125、两备份继电器及从控板电源激活电路122，实现与变换器及其他电池堆集4的CAN通信、检测绝缘电阻、解除二次保护、控制继电器开断状态及激活BMU电源。

主控数据通信接口129，与BMU连接，用于实现BMU与BCU之间的数据通信。本发明实施例中主控数据通信接口129为基于RS-485的数据通信接口。

如图10所示的主控差分二次保护接口电路1210，与二次保护电路连接，用于将故障信号发送到单片机，控制继电器群在故障发生时同时切断主控充放电回路继电器。本实施例中，系统还包括从控差分二次保护接口电路，该从控差分二次保护接口电路的电路结构与主控差分二次保护接口电路相似，本实施例仅以主控差分二次保护接口电路为例进行说明。

图10中主控MCU复位CHG_DIS_ABLE1或CHG_DIS_ABLE1为低电平，光耦隔离U9的发射极输出高电平，连接U13的发送使能，同BMU的二次保护差分输出接口电路一样，产生主控控制的差分N-高P+低的保护信号，U13的数据接收端接收来自所有BMU、其他BCU还包括主控自身所产生的差分保护信号转换为TTL电平信号再经过光耦U8隔离产生K2的二次保护控制信号，它参与继电器的控制逻辑。

同BMU一样，如果BCU发出了保护信号，但K2为低电平，则可检测到二次保护硬件电路故障。此外无论是一个BCU所管辖的BMU，还是BCCU所管辖的多个BCU以及其下面所管辖的BMU，还有BCCU自身，所有单元产生的二次差分控制信号全部都连接在一起，所有的保护逻辑形成逻辑或的关系。

本实施例还提供对于BCU和BCCU最大充电电流和最大放电电流的电流限流，储能电池系统通过设置最大充电电流和最大放电电流来与变换器配合，进行调节电池的工作电流上限值大小，当电池工作状况接近并趋向于过充、过放、过温、低温、剩余电量接近过低或过高，通过改变最大充电电流值或最大放电电流值，当最大充电电流小到零或最大放电电流小到零，则实现了软件保护，而非通过切断继电器达到的保护。

1)当最大电池模块电压小于等于充电限流电压阈值U1，最大充电电压限流值等于IMC_MAX，当最大电池模块电压大于等于充电限流电压阈值U2，最大充电电压限流值等于0A，当最大电池模块电压在充电限流电压阈值U1到充电限流电压阈值U2之间，最大充电电压限流值等于充电限流电压阈值U2与最大电池模块电压之差，再除以充电限流电压阈值U2与充电限流电压阈值U1之差，然后乘以IMC_MAX。

2)当PACK中最大SOC小于等于充电限流SOC阈值，最大充电SOC限流值等于IMC_MAX，当PACK中最大SOC等于充电限流100，最大充电SOC限流值等于0A，当PACK中最大SOC在充电限流SOC阈值到100之间，最大充电SOC限流值等于100与PACK中最大SOC之差，再除以100与充电限流SOC阈值之差，然后乘以IMC_MAX。

3)当最大电池模块温度小于等于充电限流高温阈值U1，最大充电高温限流值等于IMC_MAX，当最大电池模块温度大于等于充电限流高温阈值U2，最大充电高温限流值等于0A，当最大电池模块温度在充电限流高温阈值U1到充电限流高温阈值U2之间，最大充电高温限流值等于充电限流高温阈值U2与最大CELL温度之差，再除以充电限流高温阈值U2与充电限流高温阈值U1之差，然后乘以IMC_MAX。

4)当最小电池模块温度大于等于最大充电低温限流阈值U1，最大充电低温限流值等于IMC_MAX，当最小电池模块温度小于等于充电限流低温阈值U2，最大充电低温限流值等于0A，当最小CELL温度在充电限流低温阈值U1到充电限流低温阈值U2之间，最大充电低温限流值等于最小CELL温度与充电限流低温阈值U2之差，再除以充电限流高温阈值U1与充电限流高温阈值U2之差，然后乘以IMC_MAX。

5)选择最大充电电压限流值、最大充电SOC限流值、最大充电高温限流值和最大充电低温限流值其中最小值作为BCU的最大充电电流。

6)最大放电高温限流跟最大充电的处理方式是一样的。当最大电池模块温度小于等于放电限流高温阈值U1，最大放电高温限流值等于IMD_MAX，当最大电池模块温度大于等于放电限流高温阈值U2，最大放电高温限流值等于0A，当最大电池模块温度在放电限流高温阈值U1到放电限流高温阈值U2之间，最大放电的高温限流值等于放电限流高温阈值U2与最大CELL温度之差，再除以放电限流高温阈值U2与放电限流高温阈值U1之差，然后乘以IMD_MAX。

7)最大放电低温限流跟最大充电的处理方式是一样的。当最小电池模块温度大于等于最大放电的低温限流阈值U1，最大放电低温限流值等于IMD_MAX，当最小电池模块温度小于等于放电限流低温阈值U2，最大放电低温限流值等于0A，当最小CELL温度在放电限流低温阈值U1到放电限流低温阈值U2之间，最大放电低温限流值等于最小电池模块温度与放电限流低温阈值U2之差，再除以放电限流高温阈值U1与放电限流高温阈值U2之差，然后乘以IMD_MAX。

8)当最小电池模块电压大于等于放电限流电压阈值U1，最大放电电压限流值等于IMD_MAX，当最小电池模块电压小于等于放电限流电压阈值U2，最大放电电压限流值等于0A，当最小电池模块电压在放电限流电压阈值U1到放电限流电压阈值U2之间，最大放电电压限流值等于最大电池模块电压与充电限流电压阈值U2之差，再除以放电限流电压阈值U1与放电限流电压阈值U2之差，然后乘以IMD_MAX。

9)当PACK中最小SOC大于等于放电限流SOC阈值U1，最大放电SOC限流值等于IMD_MAX，当PACK中最小SOC小于等于放电限流SOC阈值U2，最大放电SOC限流值等于0A，当PACK中最小SOC在放电限流SOC阈值U1到放电限流SOC阈值U2之间，最大放电SOC限流值等于PACK中最小SOC与放电限流SOC阈值U2之差，再除以放电限流SOC阈值U1与放电限流SOC阈值U2之差，然后乘以IMD_MAX。

10)选择最大放电电压限流值、最大放电SOC限流值、最大放电高温限流值和最大放电低温限流值其中最小值作为BCU的最大放电电流。

11)BCCU的最大充电电流BCU最大充电电流乘以并联STACK数再乘以0.8，BCCU的最大放电电流和最大放电电流的算法处理为最大放电电流乘以并联STACK数再乘以0.8，其中的0.8是并联STACK间电流差异所留足的冗余打折系数，因为并联STACK中，各个STACK的电流是不一致的，如果没有冗余打折系数，则有可能产生实际STACK电流超过它所设置的最大充电电流或最大放电电流。

本发明提供的电池管理系统，利用电池管理单元控制管理电池模块充放电、电池控制单元控制管理预设数量的电池管理单元，并且在多个电池控制单元中，选定一个电池控制单元作为电池集中控制单元，集中控制单元用于获取自身管辖的多个电池模块以及其它电池堆集的运行状态信息，从而建立搭积木式的电池管理系统，且不再需要第三级硬件资源集中管理电池控制单元，提高了系统运行可靠性、适用性、灵活性；通过设置横向通到边及纵向通到底的二次保护、过充/放保护、过温/过低温保护、充电过流/放电过流保护、自检故障保护、通信故障保护、CAN通信故障保护、电流传感器故障保护、电压传感器故障保护、温度传感器故障保护、继电器故障保护、空开跳闸故障保护及绝缘故障保护等保护，进一步确保系统的安全可靠运行；通过设置均衡电路，根据电池串及电池模块的运行状态，实现串间均衡及模块间均衡。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：

多个电池管理单元，每个电池管理单元均与一个电池模块连接，一个电池模块包括多个电池串，一个电池管理单元与一个电池模块构成一个电池包；所述电池管理单元用于采集电池模块的运行状态信息，控制电池串间均衡及电池模块间均衡；

多个电池控制单元，每个电池控制单元均与预设数量的电池管理单元连接，一个电池控制单元与所述预设数量的电池包构成一个电池堆集；所述电池控制单元用于根据电池模块的运行状态信息，控制相应的电池模块充放电；

其中，多个所述电池控制单元中包括一个电池集中控制单元，直接与变换器连接，所述电池集中控制单元为任意指定的电池控制单元；所述电池集中控制单元用于获取自身管辖的多个电池包以及其它电池堆集的运行状态信息，并发送到变换器。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括：

多个二次保护电路，每个电池管理单元及电池控制单元均配置二次保护电路，用于当电池管理系统故障时，发送故障信号到电池控制单元；

多个开关装置，每个开关装置均与一个电池控制单元连接，用于断开故障状态下的两备份继电器。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理单元包括：

检测电流运放电路，包括充电检测电流运放电路及放电检测电流运放电路，用于检测并放大充电电流及放电电流；

过流比较电路，包括充电电流比较电路及放电电流比较电路，用于将充电电流及放电电流与其相应的比较阈值比较；

温度监测电路，包括过温检测电路及低温检测电路，用于在温度采样点，采集电池模块运行温度；

均衡电路，包括串间均衡电路及模块间均衡电路，用于当电池串间或电池模块间电压差超过相应的比较阈值时，控制电压高出比较阈值的电池包或电池模块的均衡开关管打开。

4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理单元还包括：从控电源电路、多个电池管理芯片级联所组成的电路及从控单片机，其中，

从控电源电路，与电池模块连接，用于将电池模块的电压转换成供电电压，为电池管理单元提供电能；

多个电池管理芯片级联所组成的电路，与从控单片机连接，用于采集电池模块运行状态信息，配置电池模块运行状态比较阈值；

从控单片机，与检测电流运放电路、温度监测电路及电池控制单元分别连接，用于采集电池模块运行状态信息并发送到电池控制单元，并控制串间均衡及模块间均衡。

5.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理单元还包括：

从控数据通信接口电路，与电池控制单元连接，用于实现电池管理单元与电池控制单元之间数据信息传输；

从控差分二次保护接口电路，与二次保护电路连接，用于将故障信号发送到单片机，发送其它电池管理单元及电池控制单元以实施二次保护。

6.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池控制单元包括：

主控电源电路，与电池堆集连接，用于将电池堆集电压转换成供电电压，为所述电池控制单元提供电能；

从控板电源激活电路，与电池管理单元连接，用于激活唤醒处于休眠或自行停掉自身电源的电池管理单元；

两组拨码开关电路，用于设置串联电池包数量、指定一个电池控制单元为电池集中控制单元、设置并联电池堆集数量及未被指定为电池集中控制单元的其它电池控制单元的ID号；并用于当系统全部断电时，确定是否执行黑启动方式。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池控制单元还包括：

两备份继电器及其驱动电路，包括主控充放电继电器、备份继电器及其驱动电路，用于通过断开或闭合两备份继电器，对电池管理单元及电池控制单元需要进行二次保护或解除二次保护；

二次保护解除电路，用于当电池模块处于欠压时，闭合两备份继电器，解除二次保护；

绝缘检测电路，用于测量绝缘电阻。

8.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池集中控制单元还包括：

CAN控制器及其驱动接口电路，用于与变换器及其他电池控制单元的CAN通信；

主控单片机，用于配合CAN控制器、绝缘检测电路、二次保护解除电路、两备份继电器及从控板电源激活电路，实现与变换器及其他电池控制单元的CAN通信、检测绝缘电阻、解除二次保护、控制继电器开断状态及激活电池管理单元电源。

9.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池控制单元还包括：

主控数据通信接口，与电池管理单元连接，用于实现电池管理单元与电池控制单元之间的数据通信；

主控差分二次保护接口电路，与二次保护电路连接，用于将故障信号发送到单片机，控制继电器群在故障发生时同时切断主控充放电回路继电器。

10.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池控制单元还包括：

USB主控制器，用于通过U盘传输的升级文件实现电池管理系统的程序升级。

Images