一种带充电阶段限流功能的电池管理系统技术方案

本发明专利技术提供一种带充电阶段限流功能的电池管理系统，包括：主控模块、温度检测模块、模拟前端模块、开关电源控制器、限流模块。其中，模拟前端模块包括用于监测电池电压的电压监测单元、用于监测电池充放电电流的充放电电流监测单元、用于监测电池充放电短路的短路电流监测单元。主控模块根据所述电压监测单元的监控信息与充放电电流监测单元的监控信息发送相应的控制信息至开关电源控制器，开关电源控制器根据控制信息控制限流模块，从而实现控制电池的充电电流大小。本发明专利技术能够实现电池在不同充电阶段以不同充电恒流进行充电，有效防止短路及过流造成起火、爆炸事故，以及过流发热造成的电池劣化和损坏。

Battery management system with charging current limiting function

The invention provides a battery management system with a charging current limiting function, which comprises a main control module, a temperature detection module, an analog front end module, a switching power supply controller and a current limiting module. Among them, the analog front-end module includes a voltage monitoring unit, monitoring the battery voltage for charging and discharging current monitoring unit, monitoring the battery charge and discharge current for short-circuit current monitoring unit monitors the battery charge and discharge circuit. The main control module according to the control information to the switching power supply controller transmits the voltage monitoring information monitoring unit monitoring information and charge discharge current monitoring unit and corresponding switching power supply controller according to the control information control limiting module, so as to realize the control of the battery charging current. The invention can realize the charging of the battery in different charging phases with different charging constant current, and effectively prevent the short circuit and the over current from causing the fire and explosion accidents, and the battery deterioration and damage caused by the over-current heat.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池管理系统技术，尤其涉及一种带充电阶段限流功能的电池管理系统。
技术介绍
磷酸铁锂动力电池因其循环使用寿命长、安全性能好、成本低等优点，成为储能装置的理想动力源。在世界各国科研机构共同努力下，锂动力电池技术得到迅猛发展，在近几年中，锂动力电池的市场销售量成井喷之势，而应用锂动力电池最多的领域为电动汽车领域。由于电动汽车因其动态性能要求较高，电池容量下降到80%以后就要被替换掉，因此可以想象到未来几年替换下来的二手锂动力电池数目将非常巨大，如何处理这些电池是各国政府不得不面临的课题。由于储能装置特别是通信基站后备电源因其使用环境较好，对能量比要求不高，安装空间相对宽松，正是适得其所。电池管理系统主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。随着电池管理系统的发展，电池管理系统的功能相比早期更趋于完善，检测精度及可靠性方面也有很大提高，尤其是基站锂动力储能电池管理系统。然而，目前的基站锂动力储能电池管理系统还没有带充电阶段限流功能。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种带充电阶段限流功能的电池管理系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带充电阶段限流功能的电池管理系统，包括：主控模块、温度检测模块、模拟前端模块、开关电源控制器、限流模块。其中，模拟前端模块包括用于监测电池电压的电压监测单元、用于监测电池充放电电流的充放电电流监测单元、用于监测电池充放电短路的短路电流监测单元。温度检测模块用于检测电池的温度以及环境的温度。限流模块用于限制电池的充电电流大小。主控模块根据所述电压监测单元的监控信息与充放电电流监测单元的监控信息发送相应的控制信息至开关电源控制器，开关电源控制器根据控制信息控制限流模块，从而实现控制电池的充电电流大小。进一步地，所述限流模块包括检测电阻、储能电感、MOS管、MOS管驱动、PWM控制器、第一隔离器、第二隔离器、运放、精密电阻、分压电阻。电池的负极分两路，其中一路依次与检测电阻、储能电感、MOS管连接后接地，另一路连接运放的反相输入端；运放的输出端依次与第一隔离器、PWM控制器、MOS管驱动、MOS管连接；精密电阻的一端接入基准电压，另一端与分压电阻连接后接地；第二隔离器的输入端接入信号端子A与信号端子B，第二隔离器的输出端与分压电阻的两端相连接；精密电阻与分压电阻的节点连接运放的同相输入端；检测电阻与储能电感的节点接地。进一步地，所述主控模块根据所述电压监测单元的监控信息与充放电电流监测单元的监控信息发送相应的控制信息至开关电源控制器，开关电源控制器根据控制信息控制限流模块，从而实现控制电池的充电电流大小，具体为：如果最低单节电池电压低于3.0V，则启动15A充电限流，开关电源控制器调整PWM频率，从而控制开关管导通或截止实现15A恒流充电；如果最低单节电池电压达3.2V，则启动10A充电限流，开关电源控制器调整PWM频率，从而控制开关管导通或截止实现10A恒流充电；如果某节电池电压充至3.5V，则启动5A限流充电，开关电源控制器调整PWM频率，从而控制开关管导通或截止实现5A恒流充电。进一步地，所述主控模块还用于接收短路电流监测单元的监控信息，如果电池的充电电流大于预设值，则判断为短路，并且直接终止充电，防止短路造成起火、爆炸事故。此外，所述主控模块还用于接收温度检测模块的温度检测信息，并且根据温度检测信息对电池的充电电流大小进行调节，从而实现温度调节，有效实现电池高低温保护。进一步地，本电池管理系统采用恒流充电库仑计积分及ΔQ/ΔV极值修正法对电池荷电状态SOC进行估算。进一步地，所述主控模块为32位高速低功耗ARM芯片。所述模拟前端模块为模拟前端ML5238芯片。本专利技术带充电阶段限流功能的基站锂动力储能电池管理系统的有益效果有：主控模块采用32位高速低功耗ARM芯片，模拟前端ML5238芯片，并且采用开关电源恒流原理辅以主芯片控制，能够实现电池在不同充电阶段以不同充电恒流进行充电，有效防止短路及过流造成起火、爆炸事故，以及过流发热造成的电池劣化和损坏。附图说明图1是本专利技术带充电阶段限流功能的电池管理系统的结构示意图；图2是本专利技术带充电阶段限流功能的电池管理系统限流模块的电路原理图；图中：1为主控模块、2为温度检测模块、3为模拟前端模块、4为开关电源控制器、5为限流模块、31为电压监测单元、32为充放电电流监测单元、33为短路电流监测单元。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。如图1所示，带充电阶段限流功能的电池管理系统包括主控模块1、温度检测模块2、模拟前端模块3、开关电源控制器4、限流模块5。其中，模拟前端模块3包括用于监测电池电压的电压监测单元31、用于监测电池充放电电流的充放电电流监测单元32、用于监测电池充放电短路的短路电流监测单元33。主控模块1为32位高速低功耗ARM芯片，模拟前端模块3为模拟前端ML5238芯片，开关电源控制器4采用TL494，方案简洁高效，性价比优势明显。温度检测模块2用于检测电池的温度以及环境的温度，并且将检测信息发送至主控模块1。通过6路温度探头，分别监测电芯、环境、功率的温度，通过上位机设置不同保护值及延时，ARM通过相应算法，决策执行对应动作。所述电芯为4路分布式。电压监测单元31对电池电压进行监测，将监测信息实时发送至主控模块1。同理，充放电电流监测单元32对电池充放电电流进行检测，将监测到的信息实时发送至主控模块1。短路电流监测单元33对电池充放电时短路进行监测，并且将监测信息实时发送至主控模块1。通过对电压、电流、温度这三个物理量的监测，实时分析电池状态，执行过压、过温、过流及短路保护，实现充放电能量及均衡管理。如图2所示，限流模块5包括检测电阻、储能电感、MOS管、MOS管驱动、PWM控制器、第一隔离器、第二隔离器、运放、精密电阻、分压电阻。电池的负极分两路，其中一路依次与检测电阻、储能电感、MOS管连接后接地，另一路连接运放的反相输入端；运放的输出端依次与第一隔离器、PWM控制器、MOS管驱动、MOS管连接；精密电阻的一端接入基准电压，另一端与分压电阻连接后接地；第二隔离器的输入端接入信号端子A与信号端子B，第二隔离器的输出端与分压电阻的两端相连接；精密电阻与分压电阻的节点连接运放的同相输入端；检测电阻与储能电感的节点接地。控制原理为两路控制，A路低电平，光耦隔离输出，控制接入分压电阻，输出PWM1脉宽信号，驱动MOS开关实现5A恒流充电。在A路低电平同时，B路低电平，隔离输出，控制并入分压电阻，输出PWM2脉宽信号，驱动MOS开关实现10A恒流充电。所述信号端子A输入的是A路低电平，信号端子B输入的是B路低电平。主控模块1根据所述电压监测单元31的监控信息与充放电电流监测单元32的监控信息发送相应的控制信息至开关电源控制器4，开关电源控制器4根据控制信息控制限流模块5，从而实现控制电池的充电电流大小。具体为：如果最低单节电池电压低于3.0V，则启动15A充电限流，即A路置低电平隔离输出，开关电源控制器4调整PWM频率，从而控制开关管导通或截止实现15A恒流充电；如果最低单节电池电压达3.2V，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带充电阶段限流功能的电池管理系统，其特征在于，包括：主控模块(1)、温度检测模块(2)、模拟前端模块(3)、开关电源控制器(4)、限流模块(5)；其中，模拟前端模块(3)包括用于监测电池电压的电压监测单元(31)、用于监测电池充放电电流的充放电电流监测单元(32)、用于监测电池充放电短路的短路电流监测单元(33)；温度检测模块(2)用于检测电池的温度以及环境的温度；限流模块(5)用于限制电池的充电电流大小；主控模块(1)根据所述电压监测单元(31)的监控信息与充放电电流监测单元(32)的监控信息发送相应的控制信息至开关电源控制器(4)，开关电源控制器(4)根据控制信息控制限流模块(5)，从而实现控制电池的充电电流大小。

【技术特征摘要】
1.一种带充电阶段限流功能的电池管理系统，其特征在于，包括：主控模块(1)、温度检测模块(2)、模拟前端模块(3)、开关电源控制器(4)、限流模块(5)；其中，模拟前端模块(3)包括用于监测电池电压的电压监测单元(31)、用于监测电池充放电电流的充放电电流监测单元(32)、用于监测电池充放电短路的短路电流监测单元(33)；温度检测模块(2)用于检测电池的温度以及环境的温度；限流模块(5)用于限制电池的充电电流大小；主控模块(1)根据所述电压监测单元(31)的监控信息与充放电电流监测单元(32)的监控信息发送相应的控制信息至开关电源控制器(4)，开关电源控制器(4)根据控制信息控制限流模块(5)，从而实现控制电池的充电电流大小。2.根据权利要求1所述的带充电阶段限流功能的电池管理系统，其特征在于，所述限流模块(5)包括检测电阻、储能电感、MOS管、MOS管驱动、PWM控制器、第一隔离器、第二隔离器、运放、精密电阻、分压电阻；电池的负极分两路，其中一路依次与检测电阻、储能电感、MOS管连接后接地，另一路连接运放的反相输入端；运放的输出端依次与第一隔离器、PWM控制器、MOS管驱动、MOS管连接；精密电阻的一端接入基准电压，另一端与分压电阻连接后接地；第二隔离器的输入端接入信号端子A与信号端子B，第二隔离器的输出端与分压电阻的两端相连接；精密电阻与分压电阻的节点连接运放的同相输入端；检测电阻与储能电感的节点接地。3.根据权利要求1所述的带充电阶段限流功能的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块(1)根据所述电压监测单元(31)的监控信息与充放电电流监测单元(32)的监...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙百超，朱万勇，
申请(专利权)人：深圳天邦达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44