基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统

技术领域

本发明涉及动力、储能电池管理系统技术领域，具体为一种基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统。

背景技术

锂电池是迄今为止能量密度最高的二次电源。有很多优势，但也存在隐患，其中最大的隐患就是电池的安全性管理。现有的动力锂电池的成组技术，绝大多数均采用“串行”bms管理，我们称之为“单通道集中式”管理模式。以现行的电动汽车、电力储能站为例。电池管理方式都是先通过电芯进行大型并联形成并联模组，再把所有的并联模组进行串联，达到一定的目标电压，形成系统应用需要的电池。在电池管理的过程中，每个并联模组对并联模组进行集中的数据采集，采集内容包括电压、电流、温度等，上传到一个集中的Bms管理系统中，通过bms对保护开关实时控制。但是传统单通道BMS的痛点如下：

1、基础并联过多，热失控无解

2、基础电芯容量过大，无法自修复平衡，导致一次性衰减严重

3、底层无保护，过分依赖软件性保护和外供电源支持，当出现死机和异常失控的时候，全系统崩溃。

4、体化设计空间利用率低，以电动汽车为例，初始设计难度过高，开发成本过高。

5、在混合动力等复杂能量应用场景下，温变效应明显，电池会出现急剧性衰减。

因此，研发一种基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统，用于解决上述至少一种技术问题成为一种必需。

发明内容

本发明提供了如下技术方案：

一种基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统，其包括：

并储模组，所述并储模组内并联有多个电池组，所述电池组内的电池相互串联，且所述电池组内并联有动态均衡模组，所述并储模组提供电池功能，所述电池组连接构成并储模组，所述动态均衡模组提供动态平衡能力；

保护管理电路，多个所述动态平衡模组串行连接有保护管理电路，所述保护管理电路串行连接有开关保护器和通道管理器，所述保护管理电路控制动态平衡模组进行工作；

开关保护器，所述电池组串联有开关保护器，所述开关保护器在通道电池异常工作时提供保护；

通道管理器，所述开关保护器串联有通道管理器，所述通道管理器在异常硬件开关保护的同时，关断通道管理器主开关，使电池组脱离系统，并将该通道相关信息按照国家要求的通讯协议上传，同时可以和充电器进行握手；

集中式管理器，多个所述电池组并行连接有集中式管理器，所述集中式管理器对各个通道进行监控；

时间统计模块，所述保护管理电路串行连接有时间统计模块，所述时间统计模块串行连接有通道管理器，所述时间统计模块在获取保护管理电路上传的电池组损坏信息时进行记录，并统计两次损坏信息之间的时间，当时间间隔数值小于预设阈值T时，阈值T设为10min，将信息上传到通道管理器中，并通过通道管理器上的通讯协议上传信息。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述动态均衡模组包括采样芯片、动态平衡开关和动态平衡电阻，所述采样芯片、动态平衡开关和动态平衡电阻并联有电池。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述开关保护器可以采用单开关保护器。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述单开关保护器内设置有一个主开关、过放续流二极管、过充续流二极管和限流单元，所述主开关并联有过放续流二极管、过充续流二极管和限流单元。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述开关保护器还可以采用双开关保护器。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述双开关保护器内设置有两个主开关和两个二极管，两个所述主开关分别并联有两个二极管。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述通道管理器连接有12V电源。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述通道管理器包括控制主开关和旁路限流单元，所述控制主开关并联有旁路限流单元。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述通道管理器还可以由控制主开关、双向转压限流电路和通信控制电路组成，所述控制主开关并联有双向转压限流电路，所述控制主开关和双向转压限流电路均并行连接有通讯控制电路。

作为本发明所述的基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统的一种优选方案，其中：所述通道管理器通过通信控制电路进行对外通信。

与现有技术相比：

1、分包管理，最大限度提高安全性

相比于传统技术，大电流实际上已经从“外通道”释放，而不需要走进内通道，该系统可省去昂贵的“热管理”系统；

2、底层管理均为硬件管理，不依赖信号传输和软件。可靠性提升一个数量级。当某个通道电池出现异常时，将自动脱离整个系统，不会引起整系统崩溃，只是损失某通道电量，车辆可以正常运行；

3、提升自修复能力

由于通道电量的下降，动态均衡的电磁自修复体系就可以建立，在长期使用的过程中可以有效克服电池一致性衰减问题；

4、通道管理为智能化管理；

通道管理器有两大功能，其一，二次保护，当通道电池异常保护在硬件开关保护的同时，干信号上传到通道管理器，同步关断通道管理器主开关，并脱离系统。其二，将该通道相关信息按照国家要求的通讯协议上传，同时可以和充电器进行握手；

5、集中式管理器使用方法和传统电池管理也不同，将对各通道进行监控。

该基于自由模组的软硬件协同保护的多通道电池管理系统，结合“双触点脱桥开关组件”、“通道管理器”和“动态自均衡”几大核心技术，架构了全新的“并行管理系统，采用先串联后并联，可省去热管理系统，当某个通道电池出现异常时，将自动脱离整个系统，不会引起整系统崩溃，提升自修复能力，底层采用硬件控制，安全性更高，且设计难度简单，适配性强，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明的管理系统电气原理图；

图2为本发明的单开关保护器硬件保护原理图；

图3为本发明的双开关保护器硬件保护原理图。

附图说明：100并联模组、200保护管理电路、300开关保护器、400通道管理器、500集中式管理器、600时间统计模块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式进一步的详细描述。

实施例1：由图1、图2和图3给出，并储模组内并联有四个电池组，所述电池组内的六个电池相互串联，且所述电池上并联有动态均衡模组，三十二个所述动态平衡模组串行连接有保护管理电路200，所述保护管理电路200串行连接有开关保护器300和通道管理器400，所述电池组串联有开关保护器300，所述开关保护器300串联有通道管理器400，四个所述电池组并行连接有集中式管理器500。

实施例2：在实施例1的基础上，由图1、图2和图3给出，所述开关保护器300采用单开关保护器300，所述单开关保护器300内设置有一个主开关、过放续流二极管、过充续流二极管和限流单元，所述主开关并联有过放续流二极管、过充续流二极管和限流单元。

实施例3：在实施例1的基础上，由图1、图2和图3给出，所述开关保护器300采用双开关保护器300，所述双开关保护器300内设置有两个主开关和两个二极管，两个所述主开关分别并联有两个二极管。

实施例4：在实施例1的基础上，由图1、图2和图3给出，所述通道管理器400包括控制主开关和旁路限流单元，所述控制主开关并联有旁路限流单元。

实施例5：在实施例1的基础上，由图1、图2和图3给出，所述通道管理器400还可以由控制主开关、双向转压限流电路和通信控制电路组成，所述控制主开关并联有双向转压限流电路，所述控制主开关和双向转压限流电路均并行连接有通讯控制电路。

工作原理：

通过先串联后并联的方式，自由模组初级并联数只有传统电池1/10都不到，以有效控制其整体能量当量，在第1级自由模组的保护中，采用了一些微通道汇流处理，通过通道管理器400，单颗电芯热速控的条件下直接熔断并脱离小系统，而大型矩阵系统中，通过集中式管理器500，热丝控电芯所在的通道也会直接脱离出大系统，这样就可以分4个层级进行全方位保护，特别是热失控将有效的被抑制隔离在单个自由模组中，最大限度规避连锁反应。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。