一种双回路冗余主动均衡电池管理系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及电池充放电管理技术领域，尤其是一种双回路冗余主动均衡电池管理系统及其控制方法，该双回路冗余主动均衡电池管理系统包括与充电电源电连接的开关模块、充电模块和电池模块，电池模块连接有电压采样模块，智能控制器根据电压采样模块的反馈信号控制开关模块和充电模块。本发明专利技术的双回路冗余主动均衡电池管理系统可在任一单片机出现异常时，由另一单片机继续接收电压采集模块输出的检测信号，进而保持对动力电池模块的持续监控，防止电池模块过充，提高了电池管理系统的安全等级和防护等级，此外主动均衡电池管理系统的主动均衡过程快速、高效，能够有效管理电池充放电状态，进而延长电池寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池充放电管理
，尤其是双回路冗余主动均衡电池管理系统及其控制方法。
技术介绍
现在电动汽车电池事故频发，主要问题在于电池管理系统，现有电池管理系统存在着单控制回路，一旦单片机死机或失控，如果车辆系统正好处于充电状态，那么系统直接就会过充起火，此外，电池组中单体与单体之间存在差异性，随着充、放电次数的增加，这种差异性将使单体间的容量差异更大。由于电池组存在“木桶效应”，即电池组特性由最差的电池决定，故若容量不均衡将影响整个电池组的性能，且在充、放电过程中易发生过充和过放现象，影响电池组的寿命。目前，对均衡子系统的主要元器件而言，电阻均衡、储能均衡是锂离子动力电池较为常用的无需外加能源的均衡方法。电阻均衡方案中，存在着电阻大小不易选取和热管理的难题，储能均衡是利用电池对电感或电容等储能元件的充、放电，通过继电器或开关器件实现储能元件在不均衡电池间的切换，达到电池间的能量转移，虽然储能均衡的效率较高，但均衡过程中电流不可控，可能损坏电池。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种稳定性高且提高电池组使用寿命的双回路冗余主动均衡电池管理系统及其控制方法。为了实现本专利技术的目的，所采用的技术方案是：本专利技术的双回路冗余主动均衡电池管理系统包括与充电电源电连接的开关模块、充电模块和电池模块，所述电池模块由若干单体电池串联而成，所述电池模块连接有电压采样模块，其特征在于：所述开关模块和充电模块由智能控制器控制，所述智能控制器根据所述电压采样模块的反馈信号控制所述开关模块和充电模块，开关模块和充电模块通过单片机总线与所述智能控制器相连；其中，所述智能控制器包括单片机Ⅰ、单片机Ⅱ和仲裁器，所述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ分别与所述仲裁器通信，所述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ分别通过总线切换器与单片机总线连接，系统上电后默认所述单片机Ⅰ为主机且主机掌握单片机总线的控制权，所述单片机Ⅱ为从机，所述仲裁器根据判别条件决定主从机，若仲裁器认为单片机Ⅰ故障则通过总线切换器切断单片机Ⅰ的单片机总线的控制权，单片机Ⅱ取代单片机Ⅰ作为主机获得单片机总线的控制权；其中，所述电压采样模块与智能控制器的输入端相连，所述电池模块内任意单体电池两端的测量开关通过电压测量模块与智能控制器的输入端相连，电池模块内任意单体电池均与电量均衡模块相连，电量均衡模块通过单片机总线与智能控制器的输出端相连，所述电压采样模块将电池模块的电压采样输入到智能控制器内，电压测量模块将电池模块内相应单体电池电压输入到智能控制器内，智能控制器根据电池模块的采样电压值及相应单体电池的数量计算电池模块内单体电池的平均电压值，并将相应平均电压值与电池模块内所有单体电池电压相比较，智能控制器向电量均衡模块输出均衡控制信号，对电池模块内相应的单体电池主动均衡，使单体电池电压、电池模块内单体电池的平均电压值与智能控制器内设定的电压关系相匹配。本专利技术所述开关模块为电磁开关，所述电磁开关根据所述智能控制器的控制信号开关充电电路。本专利技术所述智能控制器通过单片机总线收发信号，所述单片机总线包括数据总线、地址总线和控制总线，所述总线切换器为74HC244集成块，所述总线切换器利用74HC244集成块输出三态性实现单片机总线控制权的切换。本专利技术所述电量均衡模块包括变压器T1，所述电池模块内任意单体电池的正、负极端均设有测量开关，单体电池两端的测量开关与变压器T1次级线圈的两端对应相连，变压器T1初级线圈的一端通过第一均衡开关SW1接地，另一端通过第二均衡开关SW2接地，第一均衡开关SW1及第二均衡开关SW2的控制端分别通过单片机总线与智能控制器的输出端相连；所述单体电池两端测量开关的控制端通过单片机总线与智能控制器的输出端相连。本专利技术所述单体电池电压测量模块包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的同相端、反相端与变压器T1次级线圈的两端对应相连，运算放大器U1的输出端与智能控制器的输入端相连。本专利技术所述变压器T1次级线圈的一端通过正极总线与电池模块内单体电池正极端的测量开关相连，变压器T1次级线圈的另一端通过负极总线与电池模块内单体电池负极端的测量开关相连。本专利技术所述单体电池两端的测量开关、第一均衡开关SW1及第二均衡开关SW2均采用场效应管；第一均衡开关SW1及第二均衡开关SW2相应的漏极端与变压器T1初级线圈的两端对应相连，第一均衡开关SW1及第二均衡开关SW2相应的源极端接地，第一均衡开关SW1及第二均衡开关SW2的栅极端与智能控制器的输出端相连；测量开关对应的栅极端均与智能控制器相连，测量开关对应的漏极端与单体电池对应相连，测量开关对应的源极端与变压器T1的次级线圈相连。本专利技术还提供一种双回路冗余控制方法，使用上述的双回路冗余主动均衡电池管理系统，包括以下步骤：a.系统上电后，默认所述单片机Ⅰ为主机且主机掌握单片机总线的控制权，所述单片机Ⅱ为从机；b.单片机Ⅰ连接的总线切换器选通单片机总线,单片机Ⅱ连接的总线切换器处于高阻状态；c.所述仲裁器督测所述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ的工作状态，所述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ定时向所述仲裁器发送脉冲信号，如果单片机Ⅰ或单片机Ⅱ故障，则仲裁器接受不到相应的脉冲信号则仲裁器判定对应的单片机Ⅰ或单片机Ⅱ故障；d.所述仲裁器根据判别条件决定主从机，若仲裁器认为单片机Ⅰ故障则通过总线切换器切断单片机Ⅰ的单片机总线的控制权，单片机Ⅱ取代单片机Ⅰ作为主机获得单片机总线的控制权。本专利技术的双回路冗余主动均衡电池管理系统及其控制方法的有益效果是：1、本专利技术的双回路冗余主动均衡电池管理系统可在任一单片机出现异常时，由另一单片机继续接收电压采集模块输出的检测信号，并进而保持对动力电池模块的持续监控，防止电池模块过充，提高了电池管理系统的安全等级和防护等级；2、本专利技术提供的主动均衡电池管理系统的主动均衡过程快速、高效，能够有效管理电池充放电状态，进而延长电池寿命。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术的双回路冗余主动均衡电池管理系统的原理框图；图2是本专利技术的总线切换器的电路连接示意图；图3是本专利技术的双回路冗余主动均衡电池管理系统的控制流程示意图；图4是本专利技术的主动均衡电池管理系统的原理框图。其中：电源1；开关模块2；充电模块3；电池模块4，正极总线41，负极总线42；总线切换器5；智能控制器6；电压采样模块7；电量均衡模块8；单体电池电压测量模块9。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1-4所示，本实施例的双回路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双回路冗余主动均衡电池管理系统，包括与充电电源(1)电连接的开关模块(2)、充电模块(3)和电池模块(4)，所述电池模块(4)由若干单体电池串联而成，所述电池模块(4)连接有电压采样模块(7)，其特征在于：所述开关模块(2)和充电模块(3)由智能控制器(6)控制，所述智能控制器(6)根据所述电压采样模块(7)的反馈信号控制所述开关模块(2)和充电模块(3)，开关模块(2)和充电模块(3)通过单片机总线与所述智能控制器(6)相连；其中，所述智能控制器(6)包括单片机Ⅰ、单片机Ⅱ和仲裁器，所述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ分别与所述仲裁器通信，所述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ分别通过总线切换器与单片机总线连接，系统上电后默认所述单片机Ⅰ为主机且主机掌握单片机总线的控制权，所述单片机Ⅱ为从机，所述仲裁器根据判别条件决定主从机，若仲裁器认为单片机Ⅰ故障则通过总线切换器切断单片机Ⅰ的单片机总线的控制权，单片机Ⅱ取代单片机Ⅰ作为主机获得单片机总线的控制权；其中，所述电压采样模块(7)与智能控制器(6)的输入端相连，所述电池模块(4)内任意单体电池两端的测量开关通过电压测量模块(9)与智能控制器(6)的输入端相连，电池模块(4)内任意单体电池均与电量均衡模块(8)相连，电量均衡模块(8)通过单片机总线与智能控制器(6)的输出端相连，所述电压采样模块(7)将电池模块(4)的电压采样输入到智能控制器(6)内，电压测量模块(9)将电池模块(4)内相应单体电池电压输入到智能控制器(6)内，智能控制器(6)根据电池模块(4)的采样电压值及相应单体电池的数量计算电池模块(4)内单体电池的平均电压值，并将相应平均电压值与电池模块(4)内所有单体电池电压相比较，智能控制器(6)向电量均衡模块(8)输出均衡控制信号，对电池模块(4)内相应的单体电池主动均衡，使单体电池电压、电池模块(4)内单体电池的平均电压值与智能控制器(6)内设定的电压关系相匹配。...

【技术特征摘要】
1.一种双回路冗余主动均衡电池管理系统，包括与充电电源(1)电连接的开关模块(2)、充电模块(3)和电池模块(4)，所述电池模块(4)由若干单体电池串联而成，所述电池模块(4)连接有电压采样模块(7)，其特征在于：所述开关模块(2)和充电模块(3)由智能控制器(6)控制，所述智能控制器(6)根据所述电压采样模块(7)的反馈信号控制所述开关模块(2)和充电模块(3)，开关模块(2)和充电模块(3)通过单片机总线与所述智能控制器(6)相连；其中，所述智能控制器(6)包括单片机Ⅰ、单片机Ⅱ和仲裁器，所述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ分别与所述仲裁器通信，所述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ分别通过总线切换器与单片机总线连接，系统上电后默认所述单片机Ⅰ为主机且主机掌握单片机总线的控制权，所述单片机Ⅱ为从机，所述仲裁器根据判别条件决定主从机，若仲裁器认为单片机Ⅰ故障则通过总线切换器切断单片机Ⅰ的单片机总线的控制权，单片机Ⅱ取代单片机Ⅰ作为主机获得单片机总线的控制权；其中，所述电压采样模块(7)与智能控制器(6)的输入端相连，所述电池模块(4)内任意单体电池两端的测量开关通过电压测量模块(9)与智能控制器(6)的输入端相连，电池模块(4)内任意单体电池均与电量均衡模块(8)相连，电量均衡模块(8)通过单片机总线与智能控制器(6)的输出端相连，所述电压采样模块(7)将电池模块(4)的电压采样输入到智能控制器(6)内，电压测量模块(9)将电池模块(4)内相应单体电池电压输入到智能控制器(6)内，智能控制器(6)根据电池模块(4)的采样电压值及相应单体电池的数量计算电池模块(4)内单体电池的平均电压值，并将相应平均电压值与电池模块(4)内所有单体电池电压相比较，智能控制器(6)向电量均衡模块(8)输出均衡控制信号，对电池模块(4)内相应的单体电池主动均衡，使单体电池电压、电池模块(4)内单体电池的平均电压值与智能控制器(6)内设定的电压关系相匹配。2.根据权利要求1所述的双回路冗余主动均衡电池管理系统，其特征在于：所述开关模块(2)为电磁开关，所述电磁开关根据所述智能控制器(6)的控制信号开关充电电路。3.根据权利要求2所述的双回路冗余主动均衡电池管理系统，其特征在于：所述智能控制器(6)通过单片机总线收发信号，所述单片机总线包括数据总线、地址总线和控制总线，所述总线切换器(5)为74HC244集成块，所述总线切换器(5)利用74HC244集成块输出三态性实现单片机总线控制权的切换。4.根据权利要求3所述的双回...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔九慧，阮浩，唐再兴，
申请(专利权)人：江苏联通动力电池驱动系统有限公司，南京世博电控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32