專利名稱：動力電池組管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及動力電池組管理領(lǐng)域，尤其涉及一種動力電池組管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球資源短缺問題的突出，動力電池組成為世界目前的重大項目，經(jīng)過十多年的技術(shù)發(fā)展，目前的動力電池組管理系統(tǒng)主要為以下幾種形式1、集中管理架構(gòu)。具體是對于所有的單體電池，從每個單體電池之間的電連接體、 以及電池組兩端分別引接長測試線到集中采集器，集中采集器通過各長測試線順次逐個采集各單體的電壓；并且，在電池箱中放置1至數(shù)個溫度傳感器，該溫度傳感器與集中控制器連接，該溫度傳感器檢測電池箱內(nèi)空間的溫度變化情況，并將該溫度變化情況傳遞至集中控制器，并且，集中控制器在主電源母線上檢測母線電流，并根據(jù)母線電流對時間的積分進(jìn)行電池荷電狀態(tài)(state of Charge，簡稱S0C，用于反映電池的剩余電量)估算，并在顯示端顯示當(dāng)前的SOC估算值。當(dāng)集中控制器根據(jù)當(dāng)前的SOC估算值，判定當(dāng)前的電池管理系統(tǒng)需要進(jìn)行均衡處理時，則集中控制器進(jìn)行均衡控制，具體是通過電阻放電、電容或電感儲能與轉(zhuǎn)移方式實現(xiàn)不同單體之間的荷電均衡。由上可見，由于采用集中管理架構(gòu)，基本所有的運算、控制任務(wù)均由同一控制管理器處理，故該管理架構(gòu)俗稱為集中管理架構(gòu)。該架構(gòu)雖然原理簡單、容易實現(xiàn)，但是存在以下的缺陷(1)由于所有的單體電池均由同一個控制器管理，在單體電池電壓測試的過程中， 單體電池之間不能避免地存在很高的共模電壓，嚴(yán)重影響實際測試的精確度和測試電路的安全性。(2)由于控制器對各單體電池的電壓測試按照時序順次測試的方式，故該管理架構(gòu)不能準(zhǔn)確測得各單體電池的相對差，無法有效去除干擾；另外，單體電池的內(nèi)阻是單體電池健康狀態(tài)的重要指標(biāo)，而應(yīng)用上述的管理架構(gòu)無法獲得各單體電池的內(nèi)阻，無法對電池進(jìn)行有效的管理。(3)由于需要采用較長的導(dǎo)線連接各單體電池從而測試各單體電池的電壓，不可避免母線電流脈動對各單體電池的電壓測量的干擾。特別地，在當(dāng)前的脈動電流與當(dāng)前的電壓巡檢周期相關(guān)時，在該脈動電流干擾下，系統(tǒng)無法通過軟件濾波消除干擾，管理架構(gòu)誤將當(dāng)前強干擾情況下測試的單體電池的電壓認(rèn)為真實電壓，對當(dāng)前的單體電池電量情況作出誤判，不能有效實現(xiàn)單體電池的荷電均衡往往對不需要均衡的單體電池進(jìn)行了均衡，而實際需要均衡的單體電池反而未能得到均衡；或者，應(yīng)該充電均衡的單體電池反而被放電均衡等等。(4)另外，由于該管理架構(gòu)中的測試線繁多，而在使用的過程中，其中一根如果受到鼠蟲損壞，將可能導(dǎo)致整個管理架構(gòu)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的均衡管理錯誤，可能損耗其他的電池單體。(5)為了減少共模電壓給測試帶來的誤差，提高測試精確度，人們不得不在控制電路板上連接高耐壓的低速開關(guān)元件來轉(zhuǎn)接單體與測試電路，然而該高耐壓的低速開關(guān)元件存在成本高，重量尺寸大，開關(guān)速度慢、控制復(fù)雜的固有缺點，特別地，該高耐壓的低速開關(guān)元件的引入還會給系統(tǒng)引入很高的開關(guān)噪音，使系統(tǒng)即使在實驗室的靜態(tài)環(huán)境下，應(yīng)用該系統(tǒng)都難以得到穩(wěn)定、可靠的單體電壓數(shù)據(jù)，更別說在充滿電磁干擾的現(xiàn)實環(huán)境中正常工作，故目前基本無任何汽車采用該系統(tǒng)。2、模塊管理架構(gòu)。在該管理架構(gòu)中將一定數(shù)量的單體電池串聯(lián)作為一電池模塊組，然后將多電池模塊組串聯(lián)起來達(dá)到動力電池組系統(tǒng)要求的電壓。對于各電池組模塊，從本電池組模塊中的各單體電池兩端引接長引線電連接于對應(yīng)的模塊控制器，由本模塊控制器集中測試該電池組模塊中的各單體電池的電壓。并且，將各模塊控制器電連接到與上層控制器電連接的串行通信總線上，該上層控制器還與主電源母線電連接，檢測母線電流， 并根據(jù)母線電流對時間的積分進(jìn)行電池荷電狀態(tài)估算，并在顯示端顯示當(dāng)前的SOC估算。 當(dāng)需要進(jìn)行系統(tǒng)荷電均衡時，上層控制器或模塊控制器控制相應(yīng)的控制模塊，由該控制模塊對本控制模塊下的電池組模塊內(nèi)的各電池單體進(jìn)行電壓均衡。采用該電池管理模式，由于設(shè)立了控制模塊，每控制模塊負(fù)責(zé)電池系統(tǒng)中一組電池單體的控制，在實際中可以將本控制模塊下串聯(lián)的單體電池的數(shù)量控制在一定范圍，從而使得模塊內(nèi)的共模電壓不超過常規(guī)工藝集成電路的耐壓，方便測試電路的實現(xiàn)。雖然該模塊管理模式可以避免過高共模電壓帶來的一系列問題，但是還存在以下的缺陷各控制模塊內(nèi)對各單體電池的測試仍然是通過每單體電池的兩端拉出一根長線實現(xiàn)測試，各拉出線的路徑不同，拉線與模塊內(nèi)的主電流通路所包圍的面積不同，汽車電動機(jī)或逆變器的強動態(tài)負(fù)載電流產(chǎn)生的電磁輻射干擾對系統(tǒng)所產(chǎn)生的干擾也就不相同。另外，如考慮各單體電池內(nèi)阻在電流變化下帶來的誤差，再加上各電池單體串聯(lián)后本身仍然有數(shù)十伏特的共模電壓的干擾，故應(yīng)用該系統(tǒng)，仍然無法精確獲得單體的電壓參數(shù)，導(dǎo)致均衡誤判，且仍然無法實現(xiàn)模塊之間的荷電均衡，應(yīng)用其仍然會出現(xiàn)模塊之間的不均衡充電、 放電的情況，仍然存在集中管理架構(gòu)中的O)、(3)、(4)所述的缺陷，導(dǎo)致用戶實際可使用的容量下降、安全性下降。3、單體獨立管理架構(gòu)。在現(xiàn)有的動力電池組管理系統(tǒng)中，還存在一種獨立的，或者說是，集中式、模塊式混合的單體獨立管理架構(gòu)。目前該模式主要實際是在每個單體電池上設(shè)置一個單體數(shù)碼電池的保護(hù)IC，各保護(hù)IC對每單體電池進(jìn)行檢測，當(dāng)單體電池的電壓高于上限或者低于下限時，保護(hù)IC向系統(tǒng)發(fā)出警告信號，而在單體電池處于正常的工作區(qū)間時，這些保護(hù)IC與系統(tǒng)是沒有任何的信息交互的。該單體獨立管理模式存在以下的缺點目前獨立保護(hù)IC實際上僅能做到電池電電壓的檢測功能，在充電過壓時，啟動耗能式小電流放電均衡，在正常的使用中，它完全不參與系統(tǒng)管理工作，只有當(dāng)發(fā)出超限預(yù)警信號時，系統(tǒng)只能停止充電、放電，幾乎沒有一點余地，故該單體獨立管理機(jī)構(gòu)在實際中不適合應(yīng)用于交通設(shè)施的動力電池組管理。如果利用該單體獨立管理架構(gòu)的預(yù)警信號進(jìn)行電池均衡管理，只能在部分模塊或者單體已經(jīng)充電完成時，才能開始非常微弱的耗能均衡操作，而在放電狀態(tài)下是無法均衡的。綜上，現(xiàn)有的動力電池組管理架構(gòu)在強干擾的現(xiàn)實環(huán)境中均不能準(zhǔn)確測量各單體電池的電壓、內(nèi)阻變化，無法準(zhǔn)確實施荷電均衡管理操作，不能達(dá)到及早防范單體電池引發(fā)的故障與損壞。
實用新型內(nèi)容實用新型第一目的在于提供一種動力電池組管理系統(tǒng)，其動力電池組的均衡與安全管理精度更高。本實用新型實施例提供的一種動力電池管理系統(tǒng)，包括一個上層控制器、以及至少兩個單體控制器，所述各單體控制器分別與所述上層控制器硬件電路連接；其中，所述上層控制器包括上層同步模塊，用于提供同步信號；母線電流測量模塊，與所述上層同步模塊電連接，用于在所述同步信號的驅(qū)動下， 測量獲取動力電池組的母線電流，其中所述動力電池組由所述各單體電池串聯(lián)組成；用于根據(jù)所述各單體電池的電壓、以及母線電流，估算當(dāng)前所述各單體電池的荷電狀態(tài)的上層荷電狀態(tài)估算模塊，與所述母線電流測量模塊電連接；用于根據(jù)當(dāng)前所述各單體電池的荷電狀態(tài)、以及所述各單體電池的電壓，向所述各單體控制器發(fā)送荷電均衡指令的上層荷電均衡模塊，與所述上層荷電狀態(tài)估算模塊電連接；所述各單體控制器，分別包括單體電壓測試模塊，與所述上層同步模塊連接，用于在所述同步信號的驅(qū)動下，測量獲取與本單體控制器連接的單體電池的電壓，將所述各單體電池的電壓發(fā)送至所述上層控制器；用于根據(jù)所述上層控制器下發(fā)的荷電均衡指令，均衡與本單體控制器連接的單體電池的電荷量的單體荷電均衡模塊，。優(yōu)選地，所述各單體控制器分別設(shè)置在所述各單體電池的電極引出極上。優(yōu)選地，所述各單體控制器還分別包括單體溫度探測模塊，用于探測與本單體控制器所在的單體電池的電極引出極溫度，將所述電極引出極的溫度發(fā)送至所述上層控制器；所述上層控制器，還包括用于當(dāng)任一電極引出極溫度超過預(yù)定的范圍時，啟動外部的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使所述各單體電池的溫度均保持在所述預(yù)定的溫度范圍內(nèi)的上層溫度控制模塊，。優(yōu)選地，所述上層控制器還包括用于根據(jù)所述母線電流以及所述各單體電池的電壓分別確定所述母線電流的變化率以及所述各單體電池電壓的變化率，并且根據(jù)所述各單體電池電壓的變化率、母線電流的變化率，計算確定所述各單體電池的內(nèi)阻的單體內(nèi)阻計算模塊，與所述母線電流測量模塊電連接；用于當(dāng)任一單體電池的內(nèi)阻高于預(yù)定的內(nèi)阻上限時，所向用戶控制器發(fā)送報警信號的內(nèi)阻報警模塊，。優(yōu)選地，所述各單體控制器還直接與所述用戶控制器硬件電路連接；所述各單體控制器還包括用于判定本單體電池的電壓是否超過預(yù)定的電壓上限，或者低于預(yù)定的電壓下限，判定本單體電池的電極引出極溫度是否高于預(yù)計溫度上限，或低于預(yù)定溫度下限的單體狀態(tài)判定模塊，分別與所述單體電壓測量模塊、溫度探測模塊電連接；用于當(dāng)所述本單體電池的電壓超過預(yù)定的電壓上限或低于預(yù)定電壓下限時，或者，當(dāng)本單體電池的溫度高于預(yù)計溫度上限或低于預(yù)定溫度下限時，向所述上層控制器、以及所述用戶控制器發(fā)送報警信號的單體報警模塊，與所述單體狀態(tài)判定模塊電連接。由上可見，在本實施例中，由于同步測量各單體電池的電壓、母線電流(即流過各單體電池的電流)故得到的電壓、電流中的干擾基本相同，即其中的干擾波形方向相同、振幅基本相同，特別是，在中低頻干擾的一致。故在根據(jù)上述的各電壓、母線電流估算電池組中各單體電池的荷電狀態(tài)時，其中干擾可互相抵消，故利用這些同步測量獲取的信號進(jìn)行各單體電池的荷電狀態(tài)均衡控制的精確度更高，且容易實施。另外，本實施例采用簡單的2層分布式控制管理架構(gòu)，即統(tǒng)一的上層控制器、以及各單體控制器，各單體控制器分別與最小的被控制單元(各單體電池)一一對應(yīng)，有利于保證控制管理系統(tǒng)保持高可靠性、高魯棒性運行。另外，采用本實施例方案，將部分的底層測量、執(zhí)行控制下放到最底層的各單體控制器執(zhí)行，可以大大降低核心的上層控制器的工作負(fù)荷，使上層控制器不需要過高的運行速度，有利于提高整個控制系統(tǒng)的高可靠性。另外，在本實施例方案中，還可以將各單體控制器分別固定在各單體電池的引出電極上，不再需要將每個單體電池的電壓用長線引出來測量，所獲得的電壓與溫度數(shù)據(jù)真實可靠，且進(jìn)一步大大減少了測量中引入的干擾信號，且消除了長線短路、斷路等造成故障的機(jī)會，進(jìn)一步提高對動力電池組管理的可靠性。

此處所說明的附圖用來提供對實用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對實用新型的不當(dāng)限定，在附圖中圖1為本實用新型實施例1提供的一種動力電池組管理方法流程示意圖；圖2為本實用新型實施例2提供的一種動力電池組管理方法流程示意圖；圖3為本實用新型實施例3提供的一種動力電池組管理方法流程示意圖；圖4為本實用新型實施例5提供的一種動力電池組管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖6為本實用新型實施例6提供的一種動力電池組管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖7為本實用新型實施例7提供的一種動力電池組管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖8為本實用新型實施例8提供的一種動力電池組管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細(xì)說明此實用新型，在此實用新型的示意性實施例以及說明用來解釋實用新型，但并不作為對實用新型的限定。實施例1 參見圖1所示，本實施例提供的一種動力電池組管理方法流程，主要包括以下的步驟步驟101 各單體控制器同步測量各單體電池的電壓，并將各單體電池的電壓發(fā)送至上層控制器。在組成該動力電池組的每個單體電池的附近(優(yōu)選但不限于直接設(shè)置在各單體電池的電極引出極上)都固定有一個單體控制器，單體控制在上層控制器的同步控制下， 分別測量與本單體控制器對應(yīng)的單體電池的電壓，分別將測量得到的單體電池的電壓發(fā)送至上層控制器。步驟102 上層控制器同步測量動力電池組的母線電流。動力電池組由各單體電池串聯(lián)組成，其母線電流即為流過各單體電池的電流，上層控制器通過對動力電池組整體的母線電流采樣，測量母線電流。在進(jìn)行母線電流測量時，該測量與單體控制器對單體電池電壓的測量同步，以使得母線電流、以及各單體電池的電壓測量均保持同步，即同一時間輸入至上層控制器的母線電流、各單體電池的電壓分別在同一時刻測得，測試環(huán)境、干擾均相同。由于母線電流、以及各單體電池的電壓測量同步，故即使在測量過程中受到干擾， 則干擾基本相同，即其中的干擾波形方向相同、振幅基本相同，特別是，在中低頻干擾的一致性更高。故在根據(jù)上述的各電壓、母線電流估算電池組中各單體電池的荷電狀態(tài)時，其中干擾可互相抵消，故利用這些同步測量獲取的信號進(jìn)行各單體電池的荷電狀態(tài)均衡控制的精確度更高，且容易實施。步驟103 上層控制器根據(jù)各單體電池的電壓信號、母線電流信號，估算當(dāng)前各單體電池的荷電狀態(tài)。上層控制器根據(jù)各單體電池的電壓信號、以及母線電流信號，估算各單體電池的荷電狀態(tài)。在該步驟中的各單體電池的荷電狀態(tài)估算方法可以但不限于采用比如擴(kuò)展卡爾曼濾波積分算法等估算，在此不進(jìn)行贅述。步驟104 上層控制器根據(jù)當(dāng)前動力電池組中各單體電池的荷電狀態(tài)、以及各單體電池的電壓，向各單體控制器發(fā)送荷電均衡指令。上層控制器根據(jù)得到的各單體電池的荷電狀態(tài)(即步驟104中的SOC估算值)，按照預(yù)定的均衡控制策略，確定動力電池組的荷電均衡控制方式，向需要進(jìn)行荷電均衡操作的單體電池對應(yīng)的單體控制器下發(fā)荷電均衡指令。在本實施例中，還可以進(jìn)一步測量各單體電池的溫度，進(jìn)一步結(jié)合各單體電池的溫度，估算各單體電池的荷電狀態(tài)。步驟105 各單體控制器根據(jù)接收到的荷電均衡指令，均衡本單體控制器連接的單體電池的電荷量。各單體控制器根據(jù)上層控制器下發(fā)的荷電均衡指令，對本單體控制器對應(yīng)的單體電池進(jìn)行荷電均衡操作(充電或者放電)，使整個各單體電池的荷電狀態(tài)保持均衡，保證整個各單體電池的荷電狀態(tài)符合用戶的需求，保證使用的安全性。由上可見，在本實施例中，由于同步測量各單體電池的電壓、母線電流(即流過各單體電池的電流)故得到的電壓、電流中的干擾基本相同，即其中的干擾波形方向相同、振幅基本相同，特別是，在中低頻干擾的一致性更高。故在根據(jù)上述的各單體電壓、母線電流估算電池組中各單體電池的荷電狀態(tài)時，其中干擾可互相抵消，故利用這些同步測量獲取的信號進(jìn)行各單體電池的荷電狀態(tài)均衡控制的精確度更高，且容易實施。另外，本實施例采用簡單的2層分布式控制管理架構(gòu)，即統(tǒng)一的上層控制器、以及
8各單體控制器，各單體控制器分別與最小的被控制單元(各單體電池)一一對應(yīng)，有利于控制管理系統(tǒng)保持高可靠性、高魯棒性運行。另外，采用本實施例方案，將部分的底層測量、執(zhí)行控制下放到最底層的各單體控制器執(zhí)行，可以大大降低核心的上層控制器的工作負(fù)荷，使上層控制器無需過高的運行速度，有利于提高整個控制系統(tǒng)的可靠性。另外，在本實施例方案中，還可以將各單體控制器分別固定在各單體電池的引出電極上，不再需要將每個單體電池的電壓用長線引出來測量，所獲得的電壓與溫度數(shù)據(jù)真實可靠，且進(jìn)一步大大減少了測量中引入的干擾信號，且消除了長線短路、斷路等造成故障的機(jī)會，進(jìn)一步提高對動力電池組管理的可靠性。實施例2 參見圖2所示，本實施例動力電池組管理方法流程相對于與實施例1所不同之處在于以下在本實施例中可以，但不限于直接將各單體電池對應(yīng)的單體控制器設(shè)置在對應(yīng)單體電池的電極引出極上，使單體控制器與單體電池最接近。本實施例流程還可以但不限于包括以下的流程步驟201 各單體控制器測量各單體電池的電極引出極溫度，將各單體電池的電極引出極溫度發(fā)送至上層控制器。各單體電池的電極引出極上的溫度傳感器直接測量該電極引出極的溫度，并分別將電極引出極的溫度傳遞至上層控制器。步驟201既可以在步驟101之前也可以在其之后。步驟202 上層控制器接收各單體電池的電極引出極溫度。上層控制器收到各單體控制器發(fā)送的電極引出極溫度后，上層控制器根據(jù)這些溫度進(jìn)行溫度監(jiān)控處理。步驟203 如果任一電極引出極溫度超過預(yù)定的溫度范圍，則執(zhí)行步驟204、205 ； 否則，返回。步驟204 上層控制器啟動外部的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(風(fēng)冷裝置、和/或加熱裝置)，以使各單體電池的溫度保持在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)，保證整個動力電池組在合理的溫度環(huán)境中正常工作。步驟205 上層控制器向用戶控制器發(fā)送溫度報警信號。步驟205為一優(yōu)選步驟，其報警可以進(jìn)一步提醒用戶，以供用戶及時發(fā)現(xiàn)警情，及時處理。由上可見，本實施例相對于實施例1方案所不同之處在于由于本實施例直接測量各單體電池的電極引出極的溫度作為溫度控制的依據(jù)，其溫度值真實可靠。另外，在本實施例方案中，以所有單體電池的作為溫度控制的依據(jù)，只要是任何一個單體電池不理想時，即啟動溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對動力電池組的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證所有的單體電池均工作在理想的溫度下，保證動力電池組使用的安全性。而不是如現(xiàn)有技術(shù)中，在動力電池組所在的電池箱中放置一到多個溫度傳感器而進(jìn)行空氣溫度探測作為依據(jù)，現(xiàn)有技術(shù)存在探測盲點，可能部分單體電池的溫度已大大過高，而溫度傳感器無法及時獲得的缺陷。[0087]實施例3 參見圖3所示，本實施例流程動力電池組管理方法流程相對于與實施例1所不同之處在于在步驟102 上層控制器測量獲取動力電池組的母線電流之后，還可以包括以下步驟步驟301 上層控制器根據(jù)母線電流、以及各單體電池的電壓，確定各單體電池的內(nèi)阻。上層控制器根據(jù)所述母線電流、以及所述各單體電池的電壓分別確定所述母線電流的變化率、以及所述各單體電池電壓的變化率，根據(jù)所述各單體電池電壓的變化率、母線電流的變化率，計算確定所述各單體電池的內(nèi)阻；由于母線電流、各單體電壓同步測量，故同一時刻測得的各單體電池的電壓、電流受到的干擾相同，故可以計算確定時間段內(nèi)的電壓變化量、以及電流變化量，根據(jù)該電壓變化量、電流變化量，采用歐姆定律獲得各單體電池的內(nèi)阻。步驟302 當(dāng)任一單體電池的內(nèi)阻高于預(yù)定的內(nèi)阻上限時，執(zhí)行步驟303 ；否則返回。步驟303 上層控制器向更上層的用戶控制器發(fā)送報警信號。其中步驟301、302、303既可以在步驟103、104之前，也可以在步驟103、104之后， 在本實施例中僅以在步驟103、104之前為例作為示意說明。當(dāng)上層控制器發(fā)現(xiàn)任一單體電池的內(nèi)阻高于預(yù)定的內(nèi)阻上限(即該單體電池發(fā)生嚴(yán)重衰退)時，上層控制器向更上層的用戶控制器發(fā)送報警信號，以提醒用戶該單體電池的衰退情況，盡早更換該單體電池，避免該單體電池對整個動力電池組產(chǎn)生更壞的影響， 有利于保證整各動力電池組的安全可靠使用。由上可見，本實施例除了具有實施例1的有益效果外，進(jìn)一步有利于用戶及早發(fā)現(xiàn)單體電池的嚴(yán)重衰退，以便于用戶及時更換衰退嚴(yán)重的單體電池，進(jìn)一步有利于保證整動力電池組的安全可靠使用。實施例4本實施例動力電池組管理方法流程相對于與實施例1所不同之處在于以下在步驟101各單體控制器同步測量各單體電池的電壓，并將各單體電池的電壓測試數(shù)據(jù)發(fā)送至上層控制器之后，還可以進(jìn)一步包括以下流程步驟401 各單體控制器分別判斷當(dāng)前單體電池的電壓是否超過預(yù)定的電壓上限或低于預(yù)定電壓下限，以及判斷當(dāng)前單體電池的溫度是否高于預(yù)計溫度上限或低于預(yù)定溫度下限。步驟402 當(dāng)任一單體控制器發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的單體電池的電壓超過預(yù)定的電壓上限， 或低于預(yù)定電壓下限時；或者，當(dāng)前的單體電池的電極引出極溫度高于預(yù)計溫度上限， 或低于預(yù)定溫度下限時，執(zhí)行步驟403 ；否則返回。當(dāng)任一單體控制器發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的單體電池的電壓超過預(yù)定的電壓上限，或低于預(yù)定電壓下限時；或者，當(dāng)前的單體電池的電極引出極溫度高于預(yù)計溫度上限，或低于預(yù)定溫度下限時，則該單體控制器認(rèn)為本單體控制器對應(yīng)的單體電池處于狀態(tài)異常狀態(tài)。步驟403 該單體控制器直接向上層控制器、以及用戶控制器發(fā)送報警信號。[0105]當(dāng)任一單體電池處于異常狀態(tài)時，該單體電池對應(yīng)的單體控制器除了直接向上層控制器發(fā)送報警信號外，還通過硬件電路直接向用戶控制器發(fā)送報警信號。實現(xiàn)雙重報警， 特別地，在上層控制器失效時，各單體控制器可以直接將警情發(fā)送至用戶控制器，以及時通知用戶，進(jìn)一步有利提高動力電池組管理的可靠性。實施例5參見圖5所示，本動力電池組管理系統(tǒng)主要包括一個上層控制器500、以及至少兩個單體控制器501，各單體控制器501分別與該上層控制器500硬件電路連接。其中，上層控制器500可以但不限于包括上層同步模塊5001、母線電流測量模塊 5002、上層荷電狀態(tài)估算模塊5004、上層荷電均衡分析模塊5005。各部分的連接關(guān)系以及工作原理如下上層同步模塊5001用于提供同步信號，從而為單體控制器501對各單體電池的電壓測試、以及本上層控制器500內(nèi)母線電流測量模塊5002對動力電池組的母線電流提供測
試同步信號。母線電流測量模塊5002與上層同步模塊5001電連接，在該同步信號的驅(qū)動下，測量動力電池組的母線電流，由于動力電池組由所有的單體電池串聯(lián)組成，故該母線電流即為流過各單體電池的電流。上層荷電狀態(tài)估算模塊5004與母線電流測量模塊5004電連接，用于根據(jù)各單體電池的電壓、溫度以及母線電流，估算動力電池組中各單體電池的荷電狀態(tài)。上層荷電均衡分析模塊5005與上層荷電狀態(tài)估算模塊5004電連接，用于根據(jù)當(dāng)前的電池荷電狀態(tài)、以及各單體電池的電壓，確定荷電均衡分析的決策，并向各單體控制器 501發(fā)送荷電均衡指令。其中，各單體控制器501分別可以但不限于包括單體電壓測試模塊5011、單體荷電均衡模塊5012、單體溫度測試模塊。其中，各單體電壓測試模塊5011，分別在上層同步模塊5011的同步信號驅(qū)動下測量與本單體控制器501連接的單體電池的電壓信號，分別將該單體電池的電壓測量信號發(fā)送至上層控制器500。單體荷電均衡模塊5012，用于根據(jù)上層控制器500下發(fā)的荷電均衡指令均衡與本單體控制器501連接的單體電池的電荷量。本實施動力電池組管理系統(tǒng)的工作原理可以但不限于如實施例1中的相應(yīng)工作流程描述所述，在此不贅述。在本實施例中既可以如圖4所示地，各單體控制器501分別通過導(dǎo)線分別與上層控制器500電連接。但是為了使得電路連接更加方便，還可以采用圖5所示的電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)在圖5中，各單體控制器501分別設(shè)置在一單體控制電路板502上，各單體控制電路板502順次硬件電路連接，由順次硬件電路連接的單體控制電路板502構(gòu)成的整體首尾與上層控制器500，這樣單體控制電路板502、上層控制器500形成閉環(huán)回路，實驗證明圖5 所示的電路結(jié)構(gòu)實施更加方便。由上可見，在本實施例中，由于同步測量各單體電池的電壓、母線電流(即流過各單體電池的電流)故得到的電壓、電流中的干擾基本相同，即其中的干擾波形方向相同、振幅基本相同，特別是，在中低頻干擾的一致性更高。故在根據(jù)上述的各單體電池電壓、母線電流估算電池組的荷電狀態(tài)時，其中干擾可互相抵消，故利用這些同步測量獲取的信號進(jìn)行各單體電池的荷電狀態(tài)均衡控制的精確度更高，且容易實施。另外，本實施例采用簡單的2層分布式控制管理架構(gòu)，即統(tǒng)一的上層控制器、以及各單體控制器501，各單體控制器501分別與最小的被控制單元(各單體電池)一一對應(yīng)， 有利于保證控制管理系統(tǒng)保持高可靠性、高魯棒性運行。另外，采用本實施例方案，將部分的底層測量、執(zhí)行控制下放到最底層的各單體控制器501執(zhí)行，可以大大降低核心的上層控制器500的工作負(fù)荷，使上層控制器500無需過高的運行速度，有利于提高整個控制系統(tǒng)的高可靠性。另外，在本實施例方案中，還可以將各單體控制器501分別固定在各單體電池的引出電極上，不再需要將每個單體電池的電壓用長線引出來測量，所獲得的電壓與溫度數(shù)據(jù)真實可靠，且進(jìn)一步大大減少了測量中引入的干擾信號，且消除了長線短路、斷路等造成故障的機(jī)會，進(jìn)一步提高對動力電池組管理的可靠性。實施例6參見圖6所示，本實施例動力電池組管理系統(tǒng)相對于實施例5所不同之處在于單體控制器501分別設(shè)置在各單體電池的電極引出極上，各單體控制器501還分別可以但不限于包括單體溫度探測模塊601。相應(yīng)地，上層控制器500還可以但不限于包括上層溫度控制模塊602。其工作原理主要如下各單體溫度探測模塊601探測與本單體控制器所在的單體電池的電極引出極溫度，將該電極引出極的溫度發(fā)送至上層控制器500。上層控制器500中的上層溫度控制模塊602根據(jù)收到的所有單體電池的溫度進(jìn)行溫度控制，當(dāng)任一電極引出極溫度超過預(yù)定的范圍時，上層溫度控制模塊602即啟動外部的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使所述各單體電池的溫度均保持在所述預(yù)定的溫度范圍內(nèi)。上述模塊的工作原理以及進(jìn)一步有益效果可以但不限于如實施例2所述，在此不贅述。實施例7:參見圖7所示，本實施例動力電池組管理系統(tǒng)相對于實施例5所不同之處在于該上層控制器500還可以包括上層內(nèi)阻計算模塊701、內(nèi)阻報警模塊702。其中具體的連接關(guān)系以及工作原理如下上層內(nèi)阻計算模塊701與母線電流測量模塊5002電連接，上層內(nèi)阻計算模塊701 根據(jù)母線電流、以及各單體電池的電壓，分別確定母線電流的變化率、以及各單體電池電壓的變化率，根據(jù)各單體電池電壓的變化率、母線電流的變化率，計算確定各單體電池的內(nèi)阻。內(nèi)阻報警模塊702，在任一單體電池的內(nèi)阻高于預(yù)定的內(nèi)阻上限(即任一單體電池發(fā)生嚴(yán)重衰退，其實際可用的容量大大低于額定要求)時，內(nèi)阻報警模塊702向用戶控制器700發(fā)送報警信號，提醒用戶更換該單體電池，避免該單體電池對整個動力電池組發(fā)生進(jìn)一步連鎖壞影響，進(jìn)一步保證動力電池組使用的安全性。[0137]上述模塊的工作原理以及進(jìn)一步有益效果可以但不限于如實施例3所述，在此不贅述。實施例8:參見圖8所示，本實施例的動力電池組管理系統(tǒng)相對于實施例5所不同之處在于各單體控制器501還直接與所述用戶控制器700直接硬件電路連接；各單體控制器501還分別可進(jìn)一步包括單體狀態(tài)判定模塊800、單體報警模塊 801。單體狀態(tài)判定模塊800，與單體電壓測量模塊5011、溫度探測模塊601電連接。單體報警模塊801與單體狀態(tài)判定模塊800電連接。單體狀態(tài)判定模塊800用于判定本單體電池的電壓是否超過預(yù)定的電壓上限，或者低于預(yù)定的電壓下限，判定本單體電池的電極引出極溫度是否高于預(yù)計溫度上限，或低于預(yù)定溫度下限。只要上述任一條件符合，則認(rèn)為當(dāng)前的單體電池處于異常狀態(tài)。該單體報警模塊801在單體狀態(tài)判定模塊800認(rèn)為單體電池處于異常狀態(tài)時，除了向上層控制器500發(fā)送報警信號外，還向用戶控制器700發(fā)送報警信號。以上對實用新型實施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對實用新型實施例的原理以及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解實用新型實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)實用新型實施例，在具體實施方式
以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對實用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種動力電池組管理系統(tǒng)，其特征是，包括一個上層控制器、以及至少兩個單體控制器，所述各單體控制器分別與所述上層控制器硬件電路連接；其中，所述上層控制器包括 上層同步模塊，用于提供同步信號；母線電流測量模塊，與所述上層同步模塊電連接，用于在所述同步信號的驅(qū)動下，測量獲取動力電池組的母線電流，其中所述動力電池組由所述各單體電池串聯(lián)組成；用于根據(jù)所述各單體電池的電壓、以及母線電流，估算當(dāng)前所述各單體電池的荷電狀態(tài)的上層荷電狀態(tài)估算模塊，與所述母線電流測量模塊電連接；用于根據(jù)當(dāng)前所述各單體電池的荷電狀態(tài)、以及所述各單體電池的電壓，向所述各單體控制器發(fā)送荷電均衡指令的上層荷電均衡模塊，與所述上層荷電狀態(tài)估算模塊電連接； 所述各單體控制器，分別包括單體電壓測試模塊，與所述上層同步模塊連接，用于在所述同步信號的驅(qū)動下，測量獲取與本單體控制器連接的單體電池的電壓，將所述各單體電池的電壓發(fā)送至所述上層控制器；用于根據(jù)所述上層控制器下發(fā)的荷電均衡指令，均衡與本單體控制器連接的單體電池的電荷量的單體荷電均衡模塊，與所述上層控制器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力電池組管理系統(tǒng)，其特征是，所述各單體控制器分別設(shè)置在所述各單體電池的電極引出極上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動力電池組管理系統(tǒng)，其特征是， 所述各單體控制器還分別包括單體溫度探測模塊，用于探測與本單體控制器所在的單體電池的電極引出極溫度，將所述電極引出極的溫度發(fā)送至所述上層控制器； 所述上層控制器，還包括用于當(dāng)任一電極引出極溫度超過預(yù)定的范圍時啟動外部的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使所述各單體電池的溫度均保持在所述預(yù)定的溫度范圍內(nèi)的上層溫度控制模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的動力電池組管理系統(tǒng)，其特征是， 所述上層控制器還包括用于根據(jù)所述母線電流以及所述各單體電池的電壓分別確定所述母線電流的變化率以及所述各單體電池電壓的變化率，并且根據(jù)所述各單體電池電壓的變化率、母線電流的變化率，計算確定所述各單體電池的內(nèi)阻的單體內(nèi)阻計算模塊，與所述母線電流測量模塊電連接；用于當(dāng)任一單體電池的內(nèi)阻高于預(yù)定的內(nèi)阻上限時所向用戶控制器發(fā)送報警信號的內(nèi)阻報警模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動力電池組管理系統(tǒng)，其特征是， 所述各單體控制器還直接與所述用戶控制器硬件電路連接； 所述各單體控制器還包括用于判定本單體電池的電壓是否超過預(yù)定的電壓上限，或者低于預(yù)定的電壓下限，判定本單體電池的電極引出極溫度是否高于預(yù)計溫度上限，或低于預(yù)定溫度下限的單體狀態(tài)判定模塊，所述各單體狀態(tài)判定模塊分別與所述單體電壓測量模塊、溫度探測模塊電連接；用于當(dāng)所述本單體電池的電壓超過預(yù)定的電壓上限或低于預(yù)定電壓下限時，或者，當(dāng)本單體電池的溫度高于預(yù)計溫度上限或低于預(yù)定溫度下限時，向所述上層控制器、以及所述用戶控制器發(fā)送報警信號的單體報警模塊，所述單體報警模塊與所述單體狀態(tài)判定模塊電連接。
專利摘要本實用新型涉及動力電池組管理領(lǐng)域，公開了一種動力電池組管理系統(tǒng)。系統(tǒng)包括一個上層控制器、以及至少兩個單體控制器，各單體控制器分別與上層控制器硬件電路連接；上層控制器包括上層同步模塊提供同步信號；母線電流測量模塊測量獲取動力電池組的母線電流；上層荷電狀態(tài)估算模塊估算當(dāng)前各單體電池的荷電狀態(tài)；上層荷電均衡模塊向各單體控制器發(fā)送荷電均衡指令；各單體控制器分別包括單體電壓測試模塊將各單體電池的電壓發(fā)送至上層控制器；單體荷電均衡模塊均衡與本單體控制器連接的單體電池的電荷量。應(yīng)用本方案對動力電池組的均衡與安全管理精度比競爭技術(shù)更高。
文檔編號H01M10/42GK201994388SQ20102063994
公開日2011年9月28日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者鄭偉偉 申請人:欣旺達(dá)電子股份有限公司