一种低压锂电池组电池管理系统技术方案

一种低压锂电池组电池管理系统，包括电源模块、电流传感器信号采样模块、开关量采集模块、负载继电器驱动模块、充电继电器驱动模块、温度管理继电器驱动模块、通讯模块、单体电压采样模块、模组温度采集模块、被动均衡模块、电压监控模块、MCU模块、晶振模块。本发明专利技术结构简单、稳定可靠，保证单体电芯的电压一致性，同时避免单体过压；方便电压、电阻值采样；电压值采集和计算原理简单、成本低、可靠性高；可实现各个负载回路的接通和断开控制；主动实现所匹配锂电池组的散热或加热；电流过流时，电池管理系统主动断开充电继电器，保护锂电池组。

【技术实现步骤摘要】
一种低压锂电池组电池管理系统
本专利技术属于电子电控
，具体涉及一种低压锂电池组电池管理系统。
技术介绍
锂电池，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。锂离子电池由于能量密度高、寿命长、几乎无环境污染等优点，越来越受到人们的关注。作为一种重要的储能电源，其在新能源汽车、家用储能、车载储能、电网储能等方面广泛应用。由于锂离子电池存在使用温度区间窄、过充过放对寿命影响大等问题，其电池管理系统的功能及性能优劣直接制约着储能型锂离子电池组的应用与推广。锂电池作为一种高能量物质，必须在一定的技术条件下使用，包括适宜的环境温度、安全的充放电电流、安全的容量使用区间、允许的单体一致性下，超出锂电池允许的技术条件下使用会影响电池寿命，严重会出现热失控等情况。当前电池管理系统一般应用于高压锂电池组系统，针对于新能源车辆开发。常规电池管理系统由外部的低压电源进行供电，根据部件的功能定义包括主管理系统模块和子管理系统模块，其中主管理系统模块功能包括整车通讯协议适配、核电荷数计算，子管理系统模块功能包括电池电压监控、模组温度监控。新能源车用高压锂电池组为动力电池、高压附件等进行供电，当整车控制策略协调动力电机扭矩电机输出时，常常由于动力电机不合理扭矩输出，出现动力电池过度充电或放电、过流充电或放电、过高温或过低温使用，严重影响锂电池组的安全。针对于低压锂电池组的这一特定电池管理需求，此类控制器由于需要外部低压电源供电，匹配灵活度不高，同时由于无外部的用电设备控制功能，在异常使用情况下无法执行安全操作，存在较大的安全隐患。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供一种低压锂电池组电池管理系统,旨在通过单一的控制单元，实现包括被动均衡、放电需求采集、放电回路控制、核电荷数估算、安全防护等功能。为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：针对现有技术中电池管理系统功能单一、集成度差、策略分散、无主动限流等诸多不足，本专利技术提供一种功能完备、集成度高、策略集中、分优先级限流的低压锂电池组电池管理系统。为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种低压锂电池组电池管理系统，包括电源模块、电流传感器信号采样模块、开关量采集模块、负载继电器驱动模块、充电继电器驱动模块、温度管理继电器驱动模块、通讯模块、单体电压采样模块、模组温度采集模块、被动均衡模块、电压监控模块、MCU模块、晶振模块。所述电源模块将电池管理系统的外部供电电压转化为内部芯片的供电低压，同时为外部电流传感器提供电能。所述MCU模块为电池管理系统的主控制器单元，是策略执行的物理器件。所述晶振模块，为所述MCU模块提供准确可靠的工作时钟。所述电流传感器信号采样模块将外部输入的电流传感器输入的信号转化为所述MCU模块可处理的信号类型。所述开关量采集模块采集负载的供电请求，根据实际需求增加通道数量。所述负载继电器驱动电路，输出外部继电器的驱动信号，控制继电器的断开与闭合，根据实际需求增加通道数量。所述充电继电器驱动电路，输出充电继电器的驱动信号，控制充电继电器的断开与闭合，信号类型与上述负载继电器驱动电路相同。所述温度管理继电器驱动模块，驱动信号类型与上述负载继电器驱动电路相同，控制锂电池组外部的风扇、水泵、电加热部件等可调节锂电池组温度的总成供电继电器的断开和闭合。所述通讯模块，实现所述电池管理系统与外部其他总成之间通讯，如显示屏、用电负载等。所述单体电压采样模块，采集所匹配锂电池组的单体电压信号，其通道数目根据电池组单体数据确定。所述模组温度采集模块，采集所匹配锂电池组内部的温度传感器信号，优选使用热敏电阻型温度传感器，其通道数据由所述锂电池组内部温度传感器数据确定。所述被动均衡模块，实现电芯单体被动均衡的保护，其通道数目根据电池组单体数据确定。所述电压监控模块，实现特定点电压以判断器件工作情况，如采集锂电池组供电输出保险丝后端电压以判断保险丝是否熔断，其通道数目根据实际需求确定。进一步地，所述电源模块的电流传感器供电电路与内部芯片供电电路隔离。进一步地，所述电源模块与所匹配的锂电池组负极共地。进一步地，所述电流传感器信号采样模块输入信号为电压信号，兼容不同的电流传感器。进一步地，优选外部开关量信号类型为与电源管理系统共地的低电平有效信号，也可为以电源管理系统地线为参考的高电平有效信号，高电平电压与电源管理系统电压值相同或相近。进一步地，所述负载继电器驱动电路，优选外部负载回路继电器低电平端与所述电源管理系统共地，驱动输出信号为以电源管理系统地线为参考的高电平驱动信号；也可外部继电器高电平为所述电源管理系统供电电压，驱动输出信号与所述电池管理系统共地的低电平驱动信号。进一步地，所述通讯模块优选使用CAN通讯，也可为RS232、RS485等其他通讯总线方式；交互的内容包括但不局限于锂电池组单体电压、各温度传感器温度、电池值、电池核电荷数、负载请求信号、负载继电器控制信号、锂电池组总电压、锂电池组允许放电电流、锂电池组允许充电电流等信息。进一步地，所述单体电压采样模块，通过对锂电池组总负共地的分压电路采集单体正极与共地电平之间的电压值作差获得单体电压；也可以使用差分电压电路采集锂电池组单体正负极之间的电压值直接获得单体电压。进一步地，使用由可控精密稳压源、PNP三极管、NPN三极管、电阻等元器件搭建的被动均衡电路；进一步地，所述电阻包括信号电阻和功率电阻；Q1为可控精密稳压器，优选使用TL431；Q3为PNP型三极管、Q2为NPN型三极管；其中R1、R3、R6的一端及Q3的发射极与单体电池正极相连，R2的一端、Q1的阳极、Q2的发射极与单体电池的负极相连；Q1的参考极与R1、R2的另一端相连；R4的两端分别与R3的另一端及Q3的基极相连；R5的一端与Q3的集电极相连，另一端与Q2的基极相连；R6的另一端与Q2的集电极相连；各个电阻值参数根据所匹配的锂电池保护电压值进行计算获得，具体计算步骤如下：取被动均衡电压值为Vbls，此时均衡电压关系为：其中TL431型可控精密稳压器Vref取固定值为：Vref＝2.5V优选取值：R2＝220kΩ，根据锂电池类型确定被动均衡电压值为Vbls，计算可获得R3、R3、R5根据Q3、Q2电流特性，优选：R3＝620Ω；R3＝R4＝200Ω；R6、R7为均衡电路放电功率二极管，设定均衡放电电流为Ibls，此时：本专利技术的有益效果为：1.电池管理系统包含被动均衡电路，结构简单、稳定可靠，可有效保护电池单体电压不超设定值，保证单体电芯的电压一致性，同时避免单体过压；2.电池管理系统电源负极与所匹配的锂电池组负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压锂电池组电池管理系统，包括电源模块、电流传感器信号采样模块、开关量采集模块、负载继电器驱动模块、充电继电器驱动模块、温度管理继电器驱动模块、通讯模块、单体电压采样模块、模组温度采集模块、被动均衡模块、电压监控模块、MCU模块、晶振模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种低压锂电池组电池管理系统，包括电源模块、电流传感器信号采样模块、开关量采集模块、负载继电器驱动模块、充电继电器驱动模块、温度管理继电器驱动模块、通讯模块、单体电压采样模块、模组温度采集模块、被动均衡模块、电压监控模块、MCU模块、晶振模块。


2.根据权利要求1所述的低压锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述电源模块的电流传感器供电电路与内部芯片供电电路隔离。


3.根据权利要求1所述的低压锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述电源模块与所匹配的锂电池组负极共地。

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉海，李连强，杜建伟，孙义荣，封富尧，闫鑫，张昭煜，
申请(专利权)人：青岛创信新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37