一種基于載波通信技術(shù)的電池組及其管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于載波通信技術(shù)的電池組及其管理系統(tǒng)，電池組管理系統(tǒng)包括主監(jiān)控設(shè)備、電池組與包括微處理器的各單體電池監(jiān)控模塊，各單體電池監(jiān)控模塊通過載波通信方式與主監(jiān)控設(shè)備通信連接：以電池組在工作狀態(tài)下形成的一次回路為載波信道；微處理器通過載波通信模塊連接到對應(yīng)單體電池的一次回路上，主監(jiān)控設(shè)備的通信接口與一次回路耦合連接；本實用新型采用載波通信技術(shù)將各單體電池狀態(tài)信息轉(zhuǎn)化為高頻信號疊加到系統(tǒng)一次主回路上，通過載波通信設(shè)備獲得各個單體電池監(jiān)控模塊上傳的高頻信號，進而對高頻信號進行處理獲得電池狀態(tài)信息，省去了傳統(tǒng)的外部附屬供電及通信線路，使電池組管理系統(tǒng)設(shè)計、維護更為簡單、可靠。
【專利說明】一種基于載波通信技術(shù)的電池組及其管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電池管理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于載波通信技術(shù)的電池組及其管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電池技術(shù)的日益成熟，電池應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，應(yīng)用數(shù)量日益增長增長。通常，在電池應(yīng)用技術(shù)中采用串聯(lián)或并聯(lián)成組擴大電池系統(tǒng)容量。在電池系統(tǒng)日常應(yīng)用中，需要實時監(jiān)控電池系統(tǒng)內(nèi)各單體電池電壓、溫度、電流、SOC等關(guān)鍵狀態(tài)信息，并依據(jù)上述狀態(tài)信息進行相應(yīng)的充放電操作。
[0003]另外，由眾多單體電池構(gòu)成的電池電源系統(tǒng)存在著木桶效應(yīng)，即整個電池電源系統(tǒng)的可用容量由系統(tǒng)內(nèi)容量最低的單體電池容量決定，容量最低的單體電池在充放電過程中先于其他單體電池觸發(fā)過充/過放報警，系統(tǒng)充放電過程停止，造成大部分系統(tǒng)容量無法使用。
[0004]隨著電池系統(tǒng)的使用，電池電源系統(tǒng)內(nèi)各單體電池一致性越來越差，即各單體電池實際可用容量差異越來越大，最終成為影響電池電源系統(tǒng)可用容量的首要因素。為解決上述一致性問題，目前通常采用主動電量轉(zhuǎn)移或者被動電阻耗能技術(shù)改善電池電源系統(tǒng)的一致性。但是上述技術(shù)受限于控制策略與電路結(jié)構(gòu)均未能將各單體電池恢復(fù)至出廠狀態(tài)。
[0005]為監(jiān)控電池電源系統(tǒng)內(nèi)各單體電池狀態(tài)信息(電壓、電流、溫度、S0C)并進行一致性修復(fù)，目前電池管理系統(tǒng)通常采用主從設(shè)計。一個從控模塊負責監(jiān)控數(shù)支單體電池的狀態(tài)信息，通過CAN總線上傳至主控模塊。一個主控模塊負責收集多個從控模塊上傳的單體電池的狀態(tài)信息，形成對整個電池電源系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控并形成控制策略，并將相應(yīng)的控制策略下發(fā)至各個從控模塊進行一致性修復(fù)。申請?zhí)枮?00780048774.X的名稱為“電池管理系統(tǒng)”的中國專利公開了一種電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，主從模塊之間需要構(gòu)建復(fù)雜的樹狀電源及通信線路，附屬電路嚴重制約了電池電源系統(tǒng)的設(shè)計及運行穩(wěn)定性；在電池系統(tǒng)充放電過程中，從控模塊在同一時間只能對某一支單體電池進行一致性修復(fù)，實際應(yīng)用表明，在同一時間需要多支單體進行一致性修復(fù)，傳統(tǒng)的主從結(jié)構(gòu)的電池管理系統(tǒng)不能在一次充電過程中將電池一致性修復(fù)至出廠狀態(tài)。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是提供一種基于載波通信技術(shù)的電池組，以解決現(xiàn)有電池組在管理時附屬線路復(fù)雜、維護成本高的問題。
[0007]本實用新型的另一目的是提供一種基于載波通信技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有電池管理系統(tǒng)附屬線路復(fù)雜、維護成本高、電池一致性修復(fù)效果差的問題。
[0008]為實現(xiàn)第一發(fā)明目的，本實用新型的基于載波通信技術(shù)的電池組包括各單體電池監(jiān)控模塊，該單體電池監(jiān)控模塊包括微處理器，所述單體電池監(jiān)控模塊均設(shè)有用于與主監(jiān)控設(shè)備通信的載波通信模塊，所述微處理器通過載波通信模塊連接到對應(yīng)單體電池的端子上。
[0009]所述載波通信模塊為AD/DA轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字端連接微處理器，模擬端連接到對應(yīng)電池的端子上。
[0010]所述單體電池監(jiān)控模塊安裝于單體電池正負極柱外側(cè)或集成于單體電池內(nèi)部。
[0011]為實現(xiàn)第二發(fā)明目的，本實用新型的基于載波通信技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)包括主監(jiān)控設(shè)備、電池組與各單體電池對應(yīng)設(shè)有的各單體電池監(jiān)控模塊，各單體電池監(jiān)控模塊均包括微處理器，各單體電池監(jiān)控模塊通過載波通信方式與所述主監(jiān)控設(shè)備通信連接，所述載波通信的載波信道為以電池組在工作狀態(tài)下形成的一次回路；所述微處理器通過載波通信模塊連接到對應(yīng)單體電池的一次回路上，所述主監(jiān)控設(shè)備的通信接口與一次回路耦合連接
[0012]所述主監(jiān)控設(shè)備與高頻互感器耦合。
[0013]所述載波通信模塊為AD/DA轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字端連接微處理器，模擬端連接到對應(yīng)電池的端子上。
[0014]所述單體電池監(jiān)控模塊安裝于單體電池正負極柱外側(cè)或集成于單體電池內(nèi)部。
[0015]本實用新型的基于載波通信技術(shù)的電池組中，單體電池監(jiān)控模塊針對每支單體電池獨立設(shè)計，單體電池監(jiān)控模塊設(shè)有用于與主監(jiān)控設(shè)備通信的載波通信模塊，微處理器通過載波通信模塊連接到對應(yīng)單體電池的端子上，可省去傳統(tǒng)管理系統(tǒng)復(fù)雜的外部附屬供電及通信線路，使電池電源系統(tǒng)設(shè)計維護更為簡單、可靠。單體電池監(jiān)控模塊可就近安裝于單體電池附近，提高電池系統(tǒng)內(nèi)各單體電池的獨立性。
[0016]本實用新型的基于載波通信技術(shù)電池管理系統(tǒng)采用載波通信技術(shù)將各單體電池狀態(tài)信息轉(zhuǎn)化為高頻信號疊加到系統(tǒng)一次主回路上，通過載波通信設(shè)備獲得各個單體電池監(jiān)控模塊上傳的高頻信號，進而對高頻信號進行處理獲得電池狀態(tài)信息；同樣，對于每個單體電池監(jiān)控模塊也可以通過一次線路上的高頻信號獲得主控制器整定參數(shù)指令，調(diào)整報警、保護參數(shù)；本系統(tǒng)可以省去傳統(tǒng)的外部附屬供電及通信線路，使電池組管理系統(tǒng)設(shè)計維護更為簡單、可靠。單體電池監(jiān)控模塊可就近安裝于單體電池附近，提高電池系統(tǒng)內(nèi)各單體電池的獨立性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型單體電池監(jiān)控模塊原理框圖；
[0018]圖2是本實用新型電池組管理系統(tǒng)原理框圖。
【具體實施方式】
[0019]—、基于載波通信技術(shù)的電池組
[0020]如圖2所示，該基于載波通信技術(shù)的電池組包括各單體電池監(jiān)控模塊，該單體電池監(jiān)控模塊包括微處理器和用于與主監(jiān)控設(shè)備通信的載波通信模塊，微處理器通過載波通信模塊連接到對應(yīng)單體電池的端子上。載波通信模塊用于將微處理器傳送的信號轉(zhuǎn)換為高頻信號，其數(shù)字端連接微處理器，模擬端連接到對應(yīng)電池的端子上，載波通信模塊可以為AD/DA轉(zhuǎn)換器，也可采用具有這種轉(zhuǎn)換功能的其他設(shè)備。
[0021]單體電池監(jiān)控模塊包括由監(jiān)測傳感器與微處理器MCU相連構(gòu)成的采集處理模塊和由MOS管與電阻串聯(lián)構(gòu)成的一致性修復(fù)模塊，微處理器MCU控制連接MOS管，采集處理模塊與一致性修復(fù)模塊采用微型化集成技術(shù)集成于一微型模塊，該微型模塊安裝于單體電池正負極柱外側(cè)，也可集成于單體電池內(nèi)部。單體電池監(jiān)控模塊通過取自單體電池的電量完成供電。將采集到的單體電池電壓或溫度信號傳入微處理器MCU，進行邏輯處理后，判斷單體電池電壓是否需要進行限制，當單體電池電壓超過設(shè)定值，微處理器MCU通過bl 口向MOS管施加導(dǎo)通電壓，MOS管導(dǎo)通，MOS管導(dǎo)通后，將電阻R跨接于單體電池兩端，電阻R將消耗單體電池的能量，阻止端電壓上升。
[0022]各單體電池監(jiān)控模塊相互獨立運行，各級報警與保護參數(shù)可分別獨立設(shè)置。在同一時間內(nèi)可有多個單體電池監(jiān)控模塊進行電阻耗能，最終將電池電源系統(tǒng)內(nèi)各單體電池充電至同一端電壓狀態(tài)，電池系統(tǒng)內(nèi)各單體電池間一致性恢復(fù)至出廠狀態(tài)。
[0023]二、基于載波通信技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)
[0024]如圖2所示，基于載波通信技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)包括主監(jiān)控設(shè)備、電池組與各單體電池對應(yīng)設(shè)有的各單體電池監(jiān)控模塊，各單體電池監(jiān)控模塊均包括微處理器，各單體電池監(jiān)控模塊通過載波通信方式與所述主監(jiān)控設(shè)備通信連接，所述載波通信的載波信道為以電池組在工作狀態(tài)下形成的一次回路；微處理器通過載波通信模塊連接到對應(yīng)單體電池的一次回路上，主監(jiān)控設(shè)備的通信接口與一次回路耦合連接。主監(jiān)控設(shè)備與高頻互感器耦合。載波通信模塊用于將微處理器傳送的信號轉(zhuǎn)換為高頻信號，其數(shù)字端連接微處理器，模擬端連接到對應(yīng)電池的端子上，載波通信模塊可以為AD/DA轉(zhuǎn)換器，也可采用具有這種轉(zhuǎn)換功能的其他設(shè)備。圖2中I表示負載，2表示高頻互感器。
[0025]如圖1所示，單體電池監(jiān)控模塊包括由監(jiān)測傳感器與微處理器MCU相連構(gòu)成的采集處理模塊和由MOS管與電阻串聯(lián)構(gòu)成的一致性修復(fù)模塊，且微處理器MCU控制連接MOS管，微處理器MCU通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將信號連入主控模塊。采集處理模塊與一致性修復(fù)模塊采用微型化集成技術(shù)集成于一微型模塊，該微型模塊安裝于單體電池正負極柱外側(cè)，也可集成于單體電池內(nèi)部。單體電池監(jiān)控模塊通過取自單體電池的電量完成供電。監(jiān)測傳感器為用于采集電池壓力和溫度信號的傳感器，將兩端的單體電池電壓或溫度信號傳入微處理器MCU，完成對單體電池電壓、溫度的采集。單體電池監(jiān)控模塊對采集到電壓信號進行邏輯處理后，判斷單體電池電壓是否需要進行限制，當單體電池電壓超過設(shè)定值，微處理器MCU通過bl 口向MOS管施加導(dǎo)通電壓，MOS管導(dǎo)通，MOS管導(dǎo)通后，將電阻R跨接于單體電池兩端，電阻R將消耗單體電池的能量，阻止端電壓上升。
[0026]各單體電池監(jiān)控模塊相互獨立運行，各級報警與保護參數(shù)可分別獨立設(shè)置。在同一時間內(nèi)可有多個單體電池監(jiān)控模塊進行電阻耗能，最終將電池電源系統(tǒng)內(nèi)各單體電池充電至同一端電壓狀態(tài)，電池系統(tǒng)內(nèi)各單體電池間一致性恢復(fù)至出廠狀態(tài)。
[0027]各單體電池監(jiān)控模塊通過微處理器MCU完成單體電池端電壓、溫度的采集與處理，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將需要上傳的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，轉(zhuǎn)換后的模擬信號通過電池系統(tǒng)的一次回路上傳至上一級監(jiān)控系統(tǒng)，并通過一次回路接受監(jiān)控系統(tǒng)的指令。
[0028]各單體電池監(jiān)控模塊通過微型化技術(shù)將此模塊設(shè)計為一微型模塊，可安裝于單體電池正負極柱外側(cè)，或集成于單體電池內(nèi)部。多個單體監(jiān)控模塊可前后串聯(lián)使用，成組形式完全等同于單體電池。一次回路中的信號可通過變壓器或互感器獲取，之后通過主控模塊進行處理分析。[0029]電池組管理系統(tǒng)采用載波通信技術(shù)將各單體電池狀態(tài)信息轉(zhuǎn)化為高頻信號疊加到系統(tǒng)一次主回路上，通過高頻互感器獲得各個控制器上傳的高頻信號，進而對高頻信號進行DSP處理獲得電池狀態(tài)信息；同樣，對于每個單體電池監(jiān)控模塊也可以通過一次線路上的高頻信號獲得上位機整定參數(shù)指令，調(diào)整報警、保護參數(shù)；此種設(shè)計可以省去傳統(tǒng)的外部附屬供電及通信線路，使電池電源系統(tǒng)設(shè)計維護更為簡單、可靠。
[0030]最后所應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明而非限定本實用新型的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解；依然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.基于載波通信技術(shù)的電池組，包括各單體電池監(jiān)控模塊，該單體電池監(jiān)控模塊包括微處理器，其特征在于，所述單體電池監(jiān)控模塊均設(shè)有用于與主監(jiān)控設(shè)備通信的載波通信模塊，所述微處理器通過載波通信模塊連接到對應(yīng)單體電池的端子上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于載波通信技術(shù)的電池組，其特征在于:所述載波通信模塊為AD/DA轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字端連接微處理器，模擬端連接到對應(yīng)電池的端子上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于載波通信技術(shù)的電池組，其特征在于:所述單體電池監(jiān)控模塊安裝于單體電池正負極柱外側(cè)或集成于單體電池內(nèi)部。
4.基于載波通信技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)，包括主監(jiān)控設(shè)備、電池組與各單體電池對應(yīng)設(shè)有的各單體電池監(jiān)控模塊，各單體電池監(jiān)控模塊均包括微處理器，其特征在于:各單體電池監(jiān)控模塊通過載波通信方式與所述主監(jiān)控設(shè)備通信連接，所述載波通信的載波信道為以電池組在工作狀態(tài)下形成的一次回路；所述微處理器通過載波通信模塊連接到對應(yīng)單體電池的一次回路上，所述主監(jiān)控設(shè)備的通信接口與一次回路耦合連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于載波通信技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于:所述主監(jiān)控設(shè)備與高頻互感器耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于載波通信技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于:所述載波通信模塊為AD/DA轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字端連接微處理器，模擬端連接到對應(yīng)電池的端子上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的基于載波通信技術(shù)的電池組管理系統(tǒng)，其特征在于:所述單體電池監(jiān)控模塊安裝于單體電池正負極柱外側(cè)或集成于單體電池內(nèi)部。
【文檔編號】H01M10/48GK203481331SQ201320466146
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】朱建錦, 臧思佳, 陳海燕, 程永周, 馮慧敏, 王進軍 申請人:中航鋰電（洛陽）有限公司