[发明专利]基于N/M冗余均衡策略的动力锂电池管理系统

摘要

本发明提供一种基于N/M冗余均衡策略的动力锂电池管理系统，包括锂电池组、主控制单元、数据采集单元、CAN总线、上位机以及显示单元，所述锂电池组包括多组电池包，每个电池包包括N节串联的基本单体电池以及与之串联的M节均衡单体电池，M≤N，每节单体电池与一开关串联后再与另一开关并联以形成一子开关网络，每个电池包由N+M个子开关网络串联形成；所述主控制单元包括一均衡管理模块，由微处理器根据锂电池组的状态参数控制进行电池均衡管理。利用本发明的系统可实现对动力锂电池充放电过程的均衡管理，尤其是在单体电池电压、温度等参数异常或者损坏时，及时用冗余的电池替换过故障电池，保证电池组整体能正常使用。

主权项

1.一种基于N/M冗余均衡策略的动力锂电池管理系统，其特征在于，包括锂电池组、主控制单元、数据采集单元、CAN总线、上位机以及显示单元，其中：所述锂电池组包括多组电池包，每个电池包包括N节串联的基本单体电池以及与之串联的M节均衡单体电池，M≤N，每节单体电池与一开关串联后再与另一开关并联以形成一子开关网络，每个电池包由N+M个子开关网络串联形成；所述数据采集单元包括多个数据采集模块，用于采集锂电池组、每个电池包和单体电池的状态参数并通过所述CAN总线传输至主控制单元的微处理器进行相关处理；所述主控制单元包括微处理器、绝缘电阻检测模块、充放电控制模块以及均衡管理模块，其中：所述绝缘电阻检测模块与微处理器连接用于检测锂电池组的绝缘电；所述充放电控制模块与微处理器连接，并在微处理器的控制下开启对应的充放电开关，以实现对电池包的充放电控制；所述均衡管理模块与微处理器连接，并且由微处理器根据所述锂电池组的状态参数控制进行电池均衡管理：在放电过程中，当一节或多节基本单体电池电压低于一第一阈值时，用冗余的均衡单体电池替换过低电池，实现电池组整体均衡；在充电过程中，当一节或多节单体电池电压高于一第二阈值时，用冗余的均衡单体电池替换过高电池，实现电池组整体均衡；在一节或多节单体电池发生损坏故障时，用冗余的均衡单体电池替换过故障电池；所述上位机与主控制单元之间通过串口进行数据通讯，用于设置管理参数；所述显示单元与所述主控制单元通过串口进行数据通讯，用于显示锂电池组的工作状态和状态参数；所述子开关网络中的开关均选用IGBT开关管，IGBT驱动电路选用D8316驱动芯片实现；所述微处理器采用STM 32F103ZET 6单片机；所述数据采集模块中，对锂电池组、每个电池包和单体电池的状态参数的采集方式如下：单节单体电池的电压采集，采用集成运放组成的抗共模干扰电路进行差分测量；锂电池组总电压和充放电电流分别通过霍尔电压传感器和霍尔电流传感器检测，并将测得的信号经一信号调理电路滤波、放大后再转换为数字信号，然后通过CAN总线送至所述微处理器进行信号处理；每个电池包中单节单体电池的温度采集，利用数字温度传感器并采用1‑wire方式进行多点测量，也即一根信号线来连接多个传感器实现对每个电池包中单节单体电池的温度检测；所述单节单体电池的电压采集的差分测量，选用光耦继电器选通各单节单体电池，通过集成运放和电阻组成的抗共模电压电路抵消测量端的共模电压，实现单体电池电压的测量；所述绝缘电阻检测模块包括一正负极绝缘开关继电器和一调理电路，所述微处理器通过其I/O选通正负极绝缘开关继电器，正负极绝缘开关继电器输出绝缘电阻采样电压，得到绝缘电阻信号，后经信号调理后再传输至微处理器，微处理器计算得出实时的锂电池组绝缘电阻。