專利名稱：分布式多層電池管理系統(tǒng)及其管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動(dòng)力電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種分布式多層電池管理系統(tǒng)，尤其涉及一種在純電動(dòng)汽車上使用的鎳氫/鋰離子動(dòng)力智能電池模塊式電池管理系統(tǒng)；同時(shí)，本發(fā)明還涉及上述管理系統(tǒng)的管理方法。
背景技術(shù)：
新能源戰(zhàn)略已經(jīng)成為關(guān)系到國(guó)家安全和國(guó)家戰(zhàn)略的重要方針政策。在其中新能源汽車是能源戰(zhàn)略的重要組成部分。新能源汽車的核心技術(shù)在于“電池、電機(jī)、電控”。特別是目前，鎳氫/鋰離子動(dòng)力電池制造廠家制造工藝和產(chǎn)品水平參差不齊，特別是電池組內(nèi)各節(jié)電池之間的普遍存在一致性問題，所以電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品在匹配不同廠商的動(dòng)力電池的時(shí)候存在通用性問題，重新匹配和實(shí)驗(yàn)需要耗費(fèi)大量的人力物力。另外隨著純電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的電壓和電流要求越來越高，越來越多樣化，目前的電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品架構(gòu)無法對(duì)不同的應(yīng)用要求做到靈活匹配應(yīng)用，而需要部分或全部等不同程度的開發(fā)。目前已存在的主要結(jié)構(gòu)是集中式管理和分布式管理兩種電池組管理方法。集中式管理方法請(qǐng)參見圖1，集中式管理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易理解，但是布置復(fù)雜，線束較多。每一種參數(shù)都需要獨(dú)立的數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，在信號(hào)傳輸過程中會(huì)有多種數(shù)據(jù)信號(hào)，所以系統(tǒng)對(duì)電池狀態(tài)巡檢、通訊和管理起來也較為繁雜。在電池組均衡方面，由于通訊信號(hào)較多，對(duì)均衡的判斷和控制相對(duì)比較困難，不太容易取得預(yù)期的效果。分布式管理方法請(qǐng)參見圖2，目前的分布式結(jié)構(gòu)主要是是采用多層結(jié)構(gòu)，能夠?qū)误w很好的進(jìn)行監(jiān)控，也易于進(jìn)行均衡控制，但是隨著電池節(jié)數(shù)的增加，數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)量也要增加，可能會(huì)引起CAN通訊上的沖突問題，并帶來系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造上成本的增力口。同時(shí)針對(duì)不同種類和型號(hào)電池的，均衡電路和算法要重新進(jìn)行調(diào)整，由此帶來的匹配和實(shí)驗(yàn)工作量較大，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種分布式多層電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)能有效控制電池組一致性問題，并能對(duì)電池組進(jìn)行靈活性的擴(kuò)展，并提供更精確的均衡控制。此外，本發(fā)明還提供一種上述分布式多層電池管理系統(tǒng)的管理方法，可有效控制電池組一致性問題，并能對(duì)電池組進(jìn)行靈活性的擴(kuò)展，并提供更精確的均衡控制。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種分布式多層電池管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)對(duì)電池模組進(jìn)行管理，所述電池模組包括至少兩組子電池組，每個(gè)電池子組至少包含兩節(jié)電池節(jié)；各子電池組包括子電池組均衡模塊、子電池組管理模塊，所述子電池組均衡模塊連接所述子電池組管理模塊；所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊、總均衡模塊、決策模塊；
所述電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊連接子電池組管理模塊，電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊對(duì)各組子電池組的每一節(jié)電池進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果傳遞給所述子電池組管理模塊； 所述子電池組管理模塊根據(jù)所述總均衡模塊、決策模塊的指令及子電池組內(nèi)電池節(jié)之間參數(shù)的差異，對(duì)每個(gè)電池節(jié)和電池組進(jìn)行管理；各子電池組管理模塊連接所述總均衡模塊、決策模塊，所述各子電池組管理模塊與所述子電池組均衡模塊共同作用，將對(duì)所述子電池組的采樣結(jié)果經(jīng)過所述子電池組均衡模塊處理后的結(jié)果傳遞給所述總均衡模塊、決策模塊；所述總均衡模塊針對(duì)整個(gè)電池模組均衡，該總均衡模塊對(duì)該電池組所有子電池組進(jìn)行二級(jí)均衡控制基礎(chǔ)上進(jìn)行一級(jí)均衡控制；并在充放電過程中起到對(duì)整個(gè)電池模組的過充過放、均充均放的控制；所述決策模塊接收上位機(jī)的電池組工作模式指示，然后進(jìn)入相應(yīng)工作模式，啟用相應(yīng)功能模塊。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，如果電氣或溫度參數(shù)平均值中有任一參數(shù)超過第一門限值，將啟動(dòng)子電池包冷卻風(fēng)扇，并將所述管理系統(tǒng)將自動(dòng)斷開電路；并將該子電池組當(dāng)前的測(cè)量參數(shù)平均值、CAN ID輸送給所述總均衡模塊、決策模塊，同時(shí)將該子電池組的CAN ID、時(shí)間、測(cè)量參數(shù)記錄到一寄存器中，所述數(shù)據(jù)用于診斷和檢查；如果該子電池組的某電池節(jié)的電壓、電流、容量參數(shù)與組內(nèi)其他電池節(jié)的差異超過第二門限值時(shí)，該子電池組管理模塊將啟動(dòng)該子組內(nèi)的子電池組均衡模塊，該子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊在放電和充電過程中均起到均衡作用，同時(shí)返回繼續(xù)檢測(cè)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述子電池組管理模塊把組內(nèi)各電池節(jié)的測(cè)量電壓、電流、容量、溫度的平均值以及該子電池組的CAN ID、整體SOC組成一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送給上層總均衡模塊/決策模塊。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述子電池組管理模塊首先根據(jù)單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值；如果超過第一門限值，對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電保護(hù)；如果沒有超過第一門限值，則根據(jù)該子電池組內(nèi)的各電池單體的參數(shù)差異判斷是否超過第二門限值，如果超過該值則啟動(dòng)子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊；而后再進(jìn)行檢測(cè)，并判斷單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值，如果超過，則進(jìn)入斷電保護(hù)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述子電池組管理模塊將該其輸出數(shù)據(jù)輸出至總均衡模塊/決策模塊，總均衡模塊/決策模塊對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行均衡；如果某子電池組的參數(shù)超過第三門限值，則對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電控制；該模塊對(duì)各個(gè)子電池組的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較；如果經(jīng)過均衡后其中某子電池組的參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與其他之間的差異依然超過第四門限值，則對(duì)該子電池組發(fā)出斷開電氣電路的操作指令，從而與子電池均衡模塊、子電池控制電路共同構(gòu)成兩層的電池組保護(hù)體系。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊包括分別設(shè)置在各個(gè)子電池組的子電池組數(shù)據(jù)采樣單元。一種上述分布式多層電池管理系統(tǒng)的管理方法，該方法包括如下步驟A、電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊對(duì)各組子電池組的每一節(jié)電池進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果傳遞給所述子電池組管理模塊；B、所述子電池組管理模塊根據(jù)各子電池組之間的參數(shù)差異是否超過第一限值，進(jìn)行閉環(huán)控制子電池組中子電池組均衡模塊的啟停；如果超過第一門限值，對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電保護(hù)；如果沒有超過第一門限值，則根據(jù)該子電池組內(nèi)的各電池單體的參數(shù)差異判斷是否超過第二門限值，如果超過該值則啟動(dòng)子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊；而后再進(jìn)行檢測(cè)，并判斷單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值，如果超過，則進(jìn)入斷電保護(hù)；C、所述子電池組將該其測(cè)量參數(shù)輸出給總均衡模塊、決策模塊，總均衡模塊、決策模塊對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行均衡；如果某子電池組的參數(shù)超過第三門限值，也即超過了整個(gè)電池管理系 統(tǒng)的均衡能力，則對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電控制；該模塊對(duì)各個(gè)子電池組的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較；如果經(jīng)過均衡后其中某子電池組的參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與其他之間的差異依然超過第四門限值，則對(duì)該子電池組發(fā)出斷開電氣電路的操作指令，從而與子電池均衡模塊、 子電池控制電路共同構(gòu)成兩層的電池組保護(hù)體系。一種上述分布式多層電池管理系統(tǒng)的管理方法，該方法包括如下步驟所述電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊對(duì)各組子電池組的每一節(jié)電池進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果傳遞給所述子電池組管理模塊；所述子電池組管理模塊根據(jù)所述總均衡模塊、決策模塊的指令及子電池組內(nèi)電池節(jié)之間參數(shù)的差異，對(duì)每個(gè)電池節(jié)和電池組進(jìn)行管理；所述各子電池組管理模塊與所述子電池組均衡模塊共同作用，將對(duì)所述子電池組的采樣結(jié)果經(jīng)過所述子電池組均衡模塊處理后的結(jié)果傳遞給所述總均衡模塊、決策模塊；所述總均衡模塊針對(duì)整個(gè)電池模組均衡，該總均衡模塊對(duì)該電池組所有子電池組進(jìn)行二級(jí)均衡控制基礎(chǔ)上進(jìn)行一級(jí)均衡控制；并在充放電過程中起到對(duì)整個(gè)電池模組的過充過放、均充均放的控制；所述決策模塊接收上位機(jī)的電池組工作模式指示，然后進(jìn)入相應(yīng)工作模式，啟用相應(yīng)功能模塊。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的分布式多層電池管理系統(tǒng)及其管理方法， 可有效控制電池組一致性問題，并能對(duì)電池組進(jìn)行靈活性的擴(kuò)展，并提供更精確的均衡控制。(1)單組電池均衡電路和電池組整體均衡/決策模塊靈活配合發(fā)揮作用，簡(jiǎn)化分布于子電池組上的均衡電路，可以有效降低單電池組的成本，并方便整個(gè)動(dòng)力電池包的配置、安裝、擴(kuò)充和管理。(2)子電池組的均衡模塊可以針對(duì)不同品牌、不同OEM制造廠家、不同產(chǎn)品水平的電池進(jìn)行設(shè)置不同的均衡電路，整個(gè)電池管理系統(tǒng)通用性更好。(3)該電池管理系統(tǒng)可以在充電過程和放電過程中均起到均衡作用，從而可以對(duì)動(dòng)力電池全工作過程進(jìn)行均衡，控制和管理?？梢匝娱L(zhǎng)電池續(xù)航里程和使用壽命。(4)該電池管理系統(tǒng)的均衡/決策模塊和單體均衡電路可以起到二級(jí)均衡和二級(jí)系統(tǒng)保護(hù)。帶來更為精確的均衡控制效果和更安全的系統(tǒng)保護(hù)措施。(5)該電池管理系統(tǒng)通訊信息流更為簡(jiǎn)潔，實(shí)時(shí)性更高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的一種實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施實(shí)例的邏輯流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明揭示了一種分布式多層電池管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)對(duì)電池模組進(jìn)行管理，所述電池模組包括至少兩組子電池組10 ；各子電池組10包括子電池組均衡模塊 12、子電池組管理模塊11，所述子電池組均衡模塊12連接所述子電池組管理模塊11 ；所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊、總均衡模塊20、決策模塊30。所述電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊可以為一個(gè)總的采集模塊，或者包括分別設(shè)置在各個(gè)子電池組的子電池組數(shù)據(jù)采樣單元。所述電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊連接子電池組管理模塊11，電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊對(duì)各組子電池組10的每一節(jié)電池進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果傳遞給所述子電池組管理模塊11。所述子電池組管理模塊11根據(jù)所述總均衡模塊20、決策模塊30的指令及子電池組內(nèi)電池節(jié)之間參數(shù)的差異，對(duì)每個(gè)電池節(jié)和電池組進(jìn)行管理。各子電池組管理模塊11連接所述總均衡模塊 20、決策模塊30，所述各子電池組管理模塊11與所述子電池組均衡模塊12共同作用，將對(duì)所述子電池組的采樣結(jié)果經(jīng)過所述子電池組均衡模塊處理后的結(jié)果傳遞給所述總均衡模塊20、決策模塊30。優(yōu)選地，所述子電池組管理模塊11把組內(nèi)各電池節(jié)的測(cè)量電壓、電流、 容量、溫度的平均值以及該子電池組的CAN ID、整體SOC組成一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送給上層總均衡模塊20、決策模塊30。這樣保證了整個(gè)電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)流的簡(jiǎn)潔。所述總均衡模塊20針對(duì)整個(gè)電池模組均衡，該總均衡模塊對(duì)該電池組所有子電池組進(jìn)行二級(jí)均衡控制基礎(chǔ)上進(jìn)行一級(jí)均衡控制；并在充放電過程中起到對(duì)整個(gè)電池模組的過充過放、均充均放的控制。所述決策模塊30接收上位機(jī)的電池組工作模式指示，如充電、放電、休眠、關(guān)機(jī)等，然后進(jìn)入相應(yīng)工作模式，啟用相應(yīng)功能模塊。上述系統(tǒng)的作用過程如下如果該子電池組的某電池節(jié)的電壓、電流、容量參數(shù)與組內(nèi)其他電池節(jié)的差異超過某個(gè)門限值時(shí)，該子電池組管理模塊將啟動(dòng)該子組內(nèi)的子電池組均衡模塊。所述子電池組管理模塊首先根據(jù)單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值；如果超過第一門限值，對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電保護(hù)；如果沒有超過第一門限值，則根據(jù)該子電池組內(nèi)的各電池單體的參數(shù)差異判斷是否超過第二門限值，如果超過該值則啟動(dòng)子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊；而后再進(jìn)行檢測(cè)，并判斷單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值，如果超過，則進(jìn)入斷電保護(hù)。例如，當(dāng)溫度差異超過第一門限值時(shí)，將啟動(dòng)子電池包冷卻風(fēng)扇；該子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊在放電和充電過程中均起到均衡作用；并且能夠根據(jù)電池工作情況，在需要的時(shí)候才啟動(dòng)所述子電池組均衡模塊；如果電氣或溫度參數(shù)平均值中有任一參數(shù)超過第二門限值，所述管理系統(tǒng)將自動(dòng)斷開電路；并將該子電池組當(dāng)前的測(cè)量參數(shù)平均值、CAN ID輸送給所述總均衡模塊/決策模塊，同時(shí)將該子電池組的CAN ID、時(shí)間、測(cè)量參數(shù)記錄到一寄存器50中，所述數(shù)據(jù)用于診斷和檢查。所述子電池組管理模塊將該其輸出數(shù)據(jù)輸出至總均衡模塊、決策模塊，總均衡模塊、決策模塊對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行均衡。如果某子電池組的參數(shù)超過第三門限值，則對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電控制；該模塊對(duì)各個(gè)子電池組的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。如果經(jīng)過均衡后其中某子電池組的參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與其他之間的差異依然超過第四門限值，則對(duì)該子電池組發(fā)出斷開電氣電路的操作指令，從而與子電池均衡模塊、子電池控制電路共同構(gòu)成兩層的電池組保護(hù)體系。例如，如果子電池組1#當(dāng)前測(cè)量溫度為110°C，第二門限值為100°C，但是該電池子組與其他平行子電池組的溫度差異并未超過第四門限值50°C，則該子電池管理模塊，也即是1#智能 電池模塊將電氣信號(hào)中斷，并將當(dāng)前子電池子組的CAN ID、測(cè)量參數(shù)和時(shí)間等相關(guān)信息記錄在寄存器50中。此均衡/決策模塊(即總均衡模塊、決策模塊)可以看作是電壓和電流的一個(gè)“蓄水池”和“緩沖器”，在充電和放電過程中，均能與子電池組的智能電池模塊共同作用保護(hù)電池組，并靈活控制電池子組內(nèi)智能電池模塊均衡單元的啟停，有效降低系統(tǒng)能耗。本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)在對(duì)不同動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的不同型號(hào)和品牌的電池有著較好的通用性。在具體實(shí)施過程中，可以靈活分配二級(jí)均衡的比重。且該電池管理系統(tǒng)在匹配不同型號(hào)和品牌電池時(shí)候，只需重點(diǎn)調(diào)整子電池組內(nèi)的功能模塊，也即智能電池模塊的功能構(gòu)成，特別是子電池組的均衡電路。而均衡/決策模塊只需做相應(yīng)微調(diào)，從而降低系統(tǒng)應(yīng)用和轉(zhuǎn)移成本。本發(fā)明可以應(yīng)用在對(duì)鎳氫/鋰離子動(dòng)力電池組在充電、放電、休眠、關(guān)機(jī)等工作工程中的電壓、電流、的監(jiān)控、均衡、警報(bào)和管理。本發(fā)明具有精確的電池單體控制，靈活的電池組擴(kuò)展功能，高效直接的電池保護(hù)，更好的均衡能力，很好的滿足了電池管理系統(tǒng)對(duì)不同種類型號(hào)電池匹配上的通用性。以上介紹了本發(fā)明分布式多層電池管理系統(tǒng)的組成，本發(fā)明在揭示上述管理系統(tǒng)的同時(shí)，還揭示了上述管理系統(tǒng)的管理方法；請(qǐng)參閱圖4，所述方法包括如下步驟A、電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊對(duì)各組子電池組的每一節(jié)電池進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果傳遞給所述子電池組管理模塊。B、所述子電池組管理模塊根據(jù)各子電池組之間的參數(shù)差異是否超過第一限值，進(jìn)行閉環(huán)控制子電池組中子電池組均衡模塊的啟停；如果超過第一門限值，對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電保護(hù)；如果沒有超過第一門限值，則根據(jù)該子電池組內(nèi)的各電池單體的參數(shù)差異判斷是否超過第二門限值，如果超過該值則啟動(dòng)子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊；而后再進(jìn)行檢測(cè)，并判斷單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值，如果超過，則進(jìn)入斷電保護(hù)。C、所述子電池組將該其測(cè)量參數(shù)輸出給總均衡模塊、決策模塊，總均衡模塊、決策模塊對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行均衡；如果某子電池組的參數(shù)超過第三門限值，則對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電控制；該模塊對(duì)各個(gè)子電池組的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較；如果經(jīng)過均衡后其中某子電池組的參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與其他之間的差異依然超過第四門限值，則對(duì)該子電池組發(fā)出斷開電氣電路的操作指令，從而與子電池均衡模塊、子電池控制電路共同構(gòu)成兩層的電池組保護(hù)體系。綜上所述，本發(fā)明提出的分布式多層電池管理系統(tǒng)及其管理方法，可有效控制電池組一致性問題，并能對(duì)電池組進(jìn)行靈活性的擴(kuò)展，并提供更精確的均衡控制。單組電池均衡電路和電池組整體均衡模塊、決策模塊靈活配合發(fā)揮作用，簡(jiǎn)化分布于子電池組上的均衡電路，可以有效降低單電池組的成本，并方便整個(gè)動(dòng)力電池包的配置、安裝、擴(kuò)充和管理。子電池組的均衡模塊可以針對(duì)不同品牌、不同OEM制造廠家、不同產(chǎn)品水平的電池進(jìn)行設(shè)置不同的均衡電路，整個(gè)電池管理系統(tǒng)通用性更好。該電池管理系統(tǒng)可以在充電過程和放電過程中均起到均衡作用，從而可以對(duì)動(dòng)力電池全工作過程進(jìn)行均衡，控制和管理?？梢匝娱L(zhǎng)電池續(xù)航里程和使用壽命。本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的均衡模塊、決策模塊和單體均衡電路可以起到二級(jí)均衡和二級(jí)系統(tǒng)保護(hù)；帶來更為精確的均衡控制效果和更安全的系統(tǒng)保護(hù)措施。本發(fā)明電池管理系統(tǒng)通訊信息流更為簡(jiǎn)潔，實(shí)時(shí)性更高。實(shí)施例二如圖3、4所示， 本發(fā)明系統(tǒng)主要由電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊、均衡電路模塊、分析管理及通訊模塊三部分組成子電池組的智能電池模塊(SBM，Smart BatteryModule) 0電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊將對(duì)子電池組的每節(jié)電池都進(jìn)行監(jiān)控，并將電池節(jié)的電流、電壓、溫度、SOC等參數(shù)傳輸給電池分析管理及通訊模塊，該管理模塊將根據(jù)處于上層的均衡/決策模塊的指令和子電池組內(nèi)電池節(jié)之間參數(shù)的差異，對(duì)每個(gè)電池節(jié)和電池組進(jìn)行管理。如果該子電池組的某電池節(jié)的電壓，電流，容量參數(shù)與組內(nèi)其他電池節(jié)的差異超過某個(gè)門限值時(shí)，該電池子組管理模塊將啟動(dòng)該子組內(nèi)的均衡電路模塊。當(dāng)溫度差異超過某門限值時(shí)，將啟動(dòng)子電池包冷卻風(fēng)扇。該子電池組內(nèi)均衡模塊可以在放電和充電過程中均可以起到均衡作用。并且能夠根據(jù)電池工作情況，在需要的時(shí)候才啟動(dòng)子電池組均衡模塊，從而降低了電池管理系統(tǒng)的能耗。如果電氣或溫度參數(shù)平均值中有任一參數(shù)超過第二門限值，系統(tǒng)將自動(dòng)斷開電路。并將該子電池組當(dāng)前的測(cè)量參數(shù)平均值、CAN ID、輸送給均衡\決策模塊，同時(shí)將該子電池組的CAN ID、時(shí)間、參數(shù)記錄到寄存器中，便于診斷和檢查。子電池組管理模塊主要根據(jù)子電池組之間監(jiān)測(cè)參數(shù)的差異性進(jìn)行監(jiān)控，這樣既能保證子電池組內(nèi)各電池節(jié)之間的均衡性，同時(shí)也對(duì)電氣信號(hào)參數(shù)和溫度參數(shù)分別監(jiān)控，又能保證該子系統(tǒng)的快速響應(yīng)。子電池組管理模塊把組內(nèi)各電池節(jié)的測(cè)量電壓、電流、容量、溫度的平均值以及該子電池組的CAN ID組成一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送給上層均衡/決策模塊。這樣保證了整個(gè)電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)流的簡(jiǎn)潔。均衡/決策模塊接受來自子電池管理系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行第二層的均衡，也即是對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行均衡。如果某子電池組的參數(shù)超過第三門限值，則對(duì)該電池子組進(jìn)行斷電控制。該模塊對(duì)各個(gè)子電池組的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，如果經(jīng)過均衡后其中某子電池組的參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與其他之間的差異依然超過第四門限值，則對(duì)該子電池組發(fā)出斷開電氣電路的操作指令，從而與子電池均衡模塊、子電池控制電路共同構(gòu)成兩層的電池組保護(hù)體系。此第四門限值與第二門限值共同作用，并不存在覆蓋關(guān)系。例如，如果子電池組1# 當(dāng)前測(cè)量溫度為110°c，第二門限值為100°C，但是該電池子組與其他平行子電池組的溫度差異并未超過第四門限值50°c，則該子電池管理模塊，也即是1#智能電池模塊將電氣信號(hào)中斷，并將當(dāng)前子電池子組的CAN ID、測(cè)量參數(shù)和時(shí)間等相關(guān)信息記錄在寄存器中。此均衡/決策模塊可以看做是電壓和電流的一個(gè)“蓄水池”和“緩沖器”，在充電和放電過程中，均能與子電池組的智能電池模塊共同作用保護(hù)電池組，并靈活控制電池子組內(nèi)智能電池模塊均衡單元的啟停，有效降低系統(tǒng)能耗。采用此電池管理系統(tǒng)，在動(dòng)力電池方案選型和匹配時(shí)候，可以根據(jù)不同電池生產(chǎn)廠家的不同品牌電池進(jìn)行只需對(duì)子電池組內(nèi)均衡電路進(jìn)行調(diào)整，這樣可以降低電池管理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移成本，增加了電池管理系統(tǒng)對(duì)不同廠家和品牌鎳氫/鋰離子動(dòng)力電池之間匹配的通用性。且二級(jí)均衡可以使得整個(gè)動(dòng)力電池組的均衡效果更好。本發(fā)明專利實(shí)施例的系統(tǒng)決策流程如圖4所示，包括如下步驟 1)子電池組的智能電池模塊中的采樣模塊對(duì)子電池組內(nèi)的電池節(jié)進(jìn)行電壓、電流、容量和溫度進(jìn)行采樣；2)將采樣結(jié)果輸出給管理模塊，管理模塊根據(jù)各子電池組之間的參數(shù)差異是否超過第一限值進(jìn)行閉環(huán)控制子電池組智能電池模塊中均衡電路的啟停；3)如果單節(jié)電池的監(jiān)控參數(shù)超過第二限值，系統(tǒng)將中斷該電池組電氣連接并將結(jié)果上報(bào)并存貯在寄存器中。4)均衡/決策模塊接受子電池組的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，如果有其中一子電池組與其他子電池組差異超過第三門限值，則中斷該電池子組電氣連接，其他正常工作情況下主要起到均衡作用。5)在控制過程中，子電池組的單個(gè)電池節(jié)的參數(shù)超過第二門限值以及該子電池組與其他子電池組參數(shù)差異超過第三、四門限值均有可能引起該子電池組電氣連接的通斷。 這三個(gè)門限值并無從屬和覆蓋關(guān)系，一個(gè)是從單節(jié)電池的工作性能作為控制點(diǎn)，另一個(gè)是從子電池組之間的均衡性能表現(xiàn)作為控制點(diǎn)，在兩個(gè)不同方面對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)在對(duì)不同動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的不同型號(hào)和品牌的電池有著較好的通用性。在具體實(shí)施過程中，可以靈活分配二級(jí)均衡的比重。且該電池管理系統(tǒng)在匹配不同型號(hào)和品牌電池時(shí)候，只需重點(diǎn)調(diào)整子電池組內(nèi)的功能模塊，也即智能電池模塊的功能構(gòu)成，特別是子電池組的均衡電路。而均衡/決策模塊只需做相應(yīng)微調(diào)，從而降低系統(tǒng)應(yīng)用和轉(zhuǎn)移成本。本發(fā)明可以應(yīng)用在對(duì)鎳氫/鋰離子動(dòng)力電池組在充電、放電、休眠、關(guān)機(jī)等工作工程中的電壓、電流、的監(jiān)控、均衡、警報(bào)和管理。總之，本發(fā)明具有精確的電池單體控制，靈活的電池組擴(kuò)展功能，高效直接的電池保護(hù)，更好的均衡能力，很好的滿足了電池管理系統(tǒng)對(duì)不同種類型號(hào)電池匹配上的通用性。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、 材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種分布式多層電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)對(duì)電池模組進(jìn)行管理，所述電池模組包括至少兩組子電池組；各子電池組包括子電池組均衡模塊、子電池組管理模塊， 所述子電池組均衡模塊連接所述子電池組管理模塊；所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊、總均衡模塊、決策模塊； 所述電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊連接子電池組管理模塊，電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊對(duì)各組子電池組的每一節(jié)電池進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果傳遞給所述子電池組管理模塊；所述子電池組管理模塊根據(jù)所述總均衡模塊、決策模塊的指令及子電池組內(nèi)電池節(jié)之間參數(shù)的差異，對(duì)每個(gè)電池節(jié)和電池組進(jìn)行管理；各子電池組管理模塊連接所述總均衡模塊、決策模塊，所述各子電池組管理模塊與所述子電池組均衡模塊共同作用，將對(duì)所述子電池組的采樣結(jié)果經(jīng)過所述子電池組均衡模塊處理后的結(jié)果傳遞給所述總均衡模塊、決策模塊；所述總均衡模塊針對(duì)整個(gè)電池模組均衡，該總均衡模塊對(duì)該電池組所有子電池組進(jìn)行二級(jí)均衡控制基礎(chǔ)上進(jìn)行一級(jí)均衡控制；并在充放電過程中起到對(duì)整個(gè)電池模組的過充過放、均充均放的控制；所述決策模塊接收上位機(jī)的電池組工作模式指示，然后進(jìn)入相應(yīng)工作模式，啟用相應(yīng)功能模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式多層電池管理系統(tǒng)，其特征在于如果該子電池組的某電池節(jié)的電壓、電流、容量參數(shù)與組內(nèi)其他電池節(jié)的差異超過第一門限值時(shí)，該子電池組管理模塊將切斷該電池子組電路、啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇，并將該子電池組當(dāng)前的測(cè)量參數(shù)平均值、CAN ID輸送給所述總均衡模塊、決策模塊，同時(shí)將該子電池組的 CAN ID、時(shí)間、測(cè)量參數(shù)記錄到一寄存器中，所述數(shù)據(jù)用于診斷和檢查，并重新返回電池節(jié)參數(shù)檢測(cè)；如果子電池組內(nèi)各電池節(jié)參數(shù)沒有超過第一門限值，但是該子電池組內(nèi)的電池節(jié)差異超過第二門限值，則啟動(dòng)均衡電路，并重新返回檢測(cè)判斷是否超過第一門限值；該子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊在放電和充電過程中均起到均衡作用；并且能夠根據(jù)電池工作情況，在需要的時(shí)候才啟動(dòng)所述子電池組均衡模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式多層電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述子電池組管理模塊把組內(nèi)各電池節(jié)的測(cè)量電壓、電流、容量、溫度的平均值以及該子電池組的CAN ID、整體SOC組成一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送給上層總均衡模塊、決策模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式多層電池管理系統(tǒng)，其特征在于 所述子電池組管理模塊首先根據(jù)單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值； 如果超過第一門限值，對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電保護(hù)；如果沒有超過第一門限值，則根據(jù)該子電池組內(nèi)的各電池單體的參數(shù)差異判斷是否超過第二門限值，如果超過該值則啟動(dòng)子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊；而后再進(jìn)行檢測(cè)，并判斷單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值，如果超過，則進(jìn)入斷電保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分布式多層電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述子電池組管理模塊將該其輸出數(shù)據(jù)輸出至總均衡模塊、決策模塊，總均衡模塊、決策模塊對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行均衡；如果某子電池組的參數(shù)超過第三門限值，則對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電控制；該模塊對(duì)各個(gè)子電池組的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較；如果經(jīng)過均衡后其中某子電池組的參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與其他之間的差異依然超過第四門限值，則對(duì)該子電池組發(fā)出斷開電氣電路的操作指令，從而與子電池均衡模塊、子電池控制電路共同構(gòu)成兩層的電池組保護(hù)體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式多層電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊包括分別設(shè)置在各個(gè)子電池組的子電池組數(shù)據(jù)采樣單元。
7.—種權(quán)利要求1所述分布式多層電池管理系統(tǒng)的管理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟A、電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊對(duì)各組子電池組的每一節(jié)電池進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果傳遞給所述子電池組管理模塊；B、所述子電池組管理模塊根據(jù)各子電池組之間的參數(shù)差異是否超過第一限值，進(jìn)行閉環(huán)控制子電池組中子電池組均衡模塊的啟停；如果超過第一門限值，對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電保護(hù)；如果沒有超過第一門限值，則根據(jù)該子電池組內(nèi)的各電池單體的參數(shù)差異判斷是否超過第二門限值，如果超過該值則啟動(dòng)子電池組內(nèi)的子電池組均衡模塊；而后再進(jìn)行檢測(cè)，并判斷單體測(cè)控參數(shù)是否超過第一門限值，如果超過，則進(jìn)入斷電保護(hù)；C、所述子電池組將該其測(cè)量參數(shù)輸出給總均衡模塊、決策模塊，總均衡模塊、決策模塊對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行均衡；如果某子電池組的參數(shù)超過第三門限值，則對(duì)該子電池組進(jìn)行斷電控制；該模塊對(duì)各個(gè)子電池組的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較；如果經(jīng)過均衡后其中某子電池組的參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與其他之間的差異依然超過第四門限值，則對(duì)該子電池組發(fā)出斷開電氣電路的操作指令，從而與子電池均衡模塊、子電池控制電路共同構(gòu)成兩層的電池組保護(hù)體系。
8.—種權(quán)利要求1所述分布式多層電池管理系統(tǒng)的管理方法，其特征在于，該方法包括如下步驟所述電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊對(duì)各組子電池組的每一節(jié)電池進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果傳遞給所述子電池組管理模塊；所述子電池組管理模塊根據(jù)所述總均衡模塊、決策模塊的指令及子電池組內(nèi)電池節(jié)之間參數(shù)的差異，對(duì)每個(gè)電池節(jié)和電池組進(jìn)行管理；所述各子電池組管理模塊與所述子電池組均衡模塊共同作用，將對(duì)所述子電池組的采樣結(jié)果經(jīng)過所述子電池組均衡模塊處理后的結(jié)果傳遞給所述總均衡模塊、決策模塊；所述總均衡模塊針對(duì)整個(gè)電池模組均衡，該總均衡模塊對(duì)該電池組所有子電池組進(jìn)行二級(jí)均衡控制基礎(chǔ)上進(jìn)行一級(jí)均衡控制；并在充放電過程中起到對(duì)整個(gè)電池模組的過充過放、均充均放的控制；所述決策模塊接收上位機(jī)的電池組工作模式指示，然后進(jìn)入相應(yīng)工作模式，啟用相應(yīng)功能模塊。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種分布式多層電池管理系統(tǒng)及其管理方法，所述系統(tǒng)對(duì)電池模組進(jìn)行管理，所述電池模組包括至少兩組子電池組；各子電池組包括子電池組均衡模塊、子電池組管理模塊，所述子電池組均衡模塊連接所述子電池組管理模塊；所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括電池?cái)?shù)據(jù)采樣模塊、總均衡模塊、決策模塊。本發(fā)明提出的分布式多層電池管理系統(tǒng)及其管理方法，可有效控制電池組一致性問題，并能對(duì)電池組進(jìn)行靈活性的擴(kuò)展，并提供更精確的均衡控制。
文檔編號(hào)H02H7/18GK102195303SQ201010124628
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者劉慶, 劉波, 李君 申請(qǐng)人:上海禾未網(wǎng)絡(luò)科技有限公司