一種集成的一體化模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種集成的一體化模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于蓄電元件(蓄電池、超級(jí)電容…）（為了說明方便，以下都用電池、電池組代替） 的基本特性，當(dāng)電壓超過或低于允許范圍時(shí)都會(huì)導(dǎo)致單體電池、甚至整串電池組的損壞或 失效。所以，電池組使用時(shí)，保證每個(gè)電池單元的電壓在合理范圍內(nèi)至關(guān)重要。即使每個(gè)電 池單元一致性很高，但是由于每節(jié)電池單元的參數(shù)在出廠時(shí)的細(xì)微差別，以及使用過程中 不同的接觸電阻、不同的環(huán)境溫度等，都可能會(huì)導(dǎo)致單節(jié)電池衰減速率的不同。當(dāng)它們串聯(lián) 在一起組成電池組并進(jìn)行使用時(shí)，就有可能在充電時(shí)有部分電池提前充滿電，而放電時(shí)有 部分電池提前放完電的情況出現(xiàn)。如果不進(jìn)行均衡的話，就使得電池的實(shí)際容量與標(biāo)定容 量有差別，單體電池壽命相對(duì)較長(zhǎng)，一旦串聯(lián)成組使用后，壽命就會(huì)因其一致性較差而大大 縮短，往往串聯(lián)的越多，壽命就越短。因此，串聯(lián)電池組需要配備電池均衡系統(tǒng)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中分為被動(dòng)均衡方案和主動(dòng)均衡方案。其中被動(dòng)均衡方案主要通過電阻 對(duì)電壓過高的電池進(jìn)行放電來實(shí)現(xiàn)，該方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但是均衡電流小，能 量利用率低，發(fā)熱嚴(yán)重；而主動(dòng)均衡方案均衡電流大，能量損耗較少，但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本 也較高。要實(shí)現(xiàn)真正高效率的均衡，必須采用主動(dòng)均衡方案。目前主動(dòng)均衡方案眾多，相互 之間差異較大，圖1所示為其中一種方案。從圖1可以看出，初級(jí)線圈與整個(gè)電池組相連，次 級(jí)線圈與每個(gè)電池單元相連，通過微控制器控制來達(dá)到電池均衡的目的。工作方法如下：對(duì) 所有單體電池進(jìn)行電壓采樣，計(jì)算平均值，然后篩選出電壓偏離平均值最大的電池單元，比 如第一節(jié)電池電壓與平均值偏差最大，并低于平均值，則閉合主開關(guān)S0,電池組開始對(duì)變壓 器充電，斷開主開關(guān)S0，閉合開關(guān)S1，變壓器存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)移到第一節(jié)電池中。若第η節(jié)電 池電壓與平均值偏差最大，并高于平均值，此時(shí)閉合開關(guān)Sn，該電池多余的能量通過磁場(chǎng)的 形式儲(chǔ)存，斷開開關(guān)Sn，閉合主開關(guān)S0,變壓器從儲(chǔ)能模式進(jìn)入能量輸出模式，將能量傳送 給整個(gè)電池組。如此，對(duì)電壓偏高的單體電池釋放能量，對(duì)電壓偏低的單體電池輸入能量， 實(shí)現(xiàn)整組電池的均衡。存在以下缺點(diǎn)：
[0004] 1、整組電池同一時(shí)間最多只有一節(jié)電池均衡，均衡效率低。
[0005] 2、均衡并無(wú)電池電壓檢測(cè)、均衡工作狀態(tài)控制(這兩個(gè)功能都是靠電池管理系統(tǒng)， 即BMS實(shí)現(xiàn)的）和均衡電路狀態(tài)檢測(cè)功能，只實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的均衡，大批量應(yīng)用、升級(jí)、維護(hù)困 難。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型提供了一種提高了系統(tǒng)可維護(hù)性、方便了系統(tǒng)升級(jí)的集成的一體化模 塊。
[0007] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種集成的一體化模塊，其連接在電池組與電池管理系統(tǒng)之間，其特征在于：包括 模塊本體，所述模塊本體內(nèi)集成有采樣電池組電壓和溫度信息的采樣模塊、用于與電池管 理系統(tǒng)信息通訊的通信模塊、對(duì)電池組及電池管理系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)模塊、實(shí)現(xiàn)電池間 均衡的均衡模塊以及控制均衡模塊開啟及關(guān)閉的控制模塊。本實(shí)用新型的一體化模塊將采 樣、通信、保護(hù)、均衡、控制功能集成在一起，方便產(chǎn)品升級(jí)和維護(hù)，模塊化生產(chǎn)，節(jié)省成本。 而且實(shí)現(xiàn)了電壓采樣功能，電池管理系統(tǒng)中的采集用的模擬前端可以省略，降低了成本。電 壓、溫度等信息通過通信模塊可以直接傳輸給電池管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控 和控制各模塊的工作狀態(tài)，能通過控制模塊對(duì)均衡模塊下大強(qiáng)制均衡指令，只需升級(jí)電池 管理系統(tǒng)的軟件就能完成均衡方案的升級(jí)。
[0009] 進(jìn)一步，所述通信模塊包括用于正常通訊的RS485通信模塊和通訊異常時(shí)報(bào)警的 緊急報(bào)警模塊，當(dāng)所述緊急報(bào)警模塊啟動(dòng)時(shí)，均衡模塊進(jìn)入自主均衡模式。本實(shí)用新型具有 保護(hù)和報(bào)警措施，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0010] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0011] 1、實(shí)現(xiàn)了采樣通信保護(hù)控制均衡一體化，在模塊中集成了所有上述功能，方便產(chǎn) 品升級(jí)和維護(hù)；
[0012] 2、實(shí)現(xiàn)了電壓采樣功能，基本可以省略電池管理系統(tǒng)中為電池電壓采集而使用的 模擬前端芯片，節(jié)省成本；
[0013] 3、一體化模塊通過RS485通信實(shí)時(shí)地上報(bào)電壓信息、溫度信息和各種狀態(tài)信息， 電池管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控各個(gè)模塊的工作；
[0014] 4、電池管理系統(tǒng)能夠下達(dá)強(qiáng)制均衡指令，控制所有模塊的工作狀態(tài)，同時(shí)只需要 升級(jí)電池管理系統(tǒng)軟件就能完成均衡方案升級(jí)；
[0015] 5、具有保護(hù)和報(bào)警措施，提高了系統(tǒng)的可靠性；
[0016] 6、模塊化生產(chǎn)、節(jié)省成本。
【附圖說明】
[0017] 圖1是現(xiàn)有一種均衡方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3是本實(shí)用新型擴(kuò)展使用的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4是本實(shí)用新型與電池管理系統(tǒng)連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實(shí)施例來對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明，但并不將本實(shí)用新型局限 于這些【具體實(shí)施方式】。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本實(shí)用新型涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi) 所可能包括的所有備選方案、改進(jìn)方案和等效方案。
[0022] 參照?qǐng)D2, 一種集成的一體化模塊，其連接在電池組2與電池管理系統(tǒng)3之間，包括 模塊本體1，所述模塊本體1內(nèi)集成有采樣電池組電壓和溫度信息的采樣模塊11、用于與電 池管理系統(tǒng)信息通訊的通信模塊12、對(duì)電池組及電池管理系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)模塊13、實(shí) 現(xiàn)電池間均衡的均衡模塊14以及控制均衡模塊開啟及關(guān)閉的控制模塊15。本實(shí)用新型的 一體化模塊將采樣、通信、保護(hù)、均衡、控制功能集成在一起，方便產(chǎn)品升級(jí)和維護(hù)，模塊化 生產(chǎn)，節(jié)省成本。而且實(shí)現(xiàn)了電壓采樣功能，電池管理系統(tǒng)3中的采集用的模擬前端可以省 略，降低了成本。電壓、溫度等信息通過通信模塊可以直接傳輸給電池管理系統(tǒng)3,電池管理 系統(tǒng)3能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和控制各模塊的工作狀態(tài)，能通過控制模塊15對(duì)均衡模塊14下大強(qiáng) 制均衡指令，只需升級(jí)電池管理系統(tǒng)3的軟件就能完成均衡方案的升級(jí)。
[0023] 本實(shí)施例所述通信模塊12包括用于正常通訊的RS485通信模塊和通訊異常時(shí)報(bào) 警的緊急報(bào)警模塊，當(dāng)所述緊急報(bào)警模塊啟動(dòng)時(shí)，均衡模塊14進(jìn)入自主均衡模式。本實(shí)用 新型具有保護(hù)和報(bào)警措施，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0024] 本實(shí)用新型集成了采樣、通信、保護(hù)、均衡和控制等功能。采樣模塊11包括采樣電 池的電壓和溫度等信息；通信模塊12包括RS485通信和緊急報(bào)警；保護(hù)模塊13是指當(dāng)電池 在充放電過程中發(fā)生極耳斷裂的情況時(shí)，能夠保護(hù)電池管理系統(tǒng)不會(huì)被燒毀以及保護(hù)電池 不被燒壞；均衡模塊14是通過高效率雙向DC/DC的方式來實(shí)現(xiàn)電池之間的一致性；控制模 塊15是指可以控制均衡模塊14開啟及關(guān)閉，可以控制均衡強(qiáng)制上傳能量或者強(qiáng)制下傳能 量，也可以讓均衡模塊14自主均衡。
[0025] 本實(shí)用新型通過RS485通信模塊向電池管理系統(tǒng)3上傳電壓溫度等信息，電池管 理系統(tǒng)3根據(jù)電池組整體的電壓信息下達(dá)均衡控制指令(也可讓均衡模塊自主均衡，均衡 模炔基于內(nèi)部集成的算法獨(dú)立工作)，強(qiáng)制控制一體化模塊的均衡狀態(tài)，每一個(gè)模塊的均衡 方向都可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。通過修改電池管理系統(tǒng)3上的均衡算法，可以方便快捷地改變 整個(gè)電池管理系統(tǒng)3的均衡機(jī)制。當(dāng)電池組的數(shù)目需要增減時(shí)，只需要增減相應(yīng)的模塊數(shù) 量，如圖3所示，并對(duì)軟件做簡(jiǎn)單的修改，就可以快速地完成方案的修改，大大減少了系統(tǒng) 升級(jí)的工作量。
[0026] 同時(shí)，本實(shí)用新型還擁有一條獨(dú)立的緊急報(bào)警通道，當(dāng)RS485通信異常時(shí)，啟動(dòng)緊 急報(bào)警模塊，此時(shí)一體化模塊將進(jìn)入自主均衡模式，不再由電池管理系統(tǒng)3統(tǒng)一控制。緊急 報(bào)警通道連接示意圖如圖4所示，通信、緊急報(bào)警邏輯表如下表1所示。
[0027]表 1[0028]
[0029]如上表1所示，當(dāng)RS485通信異常時(shí)，啟動(dòng)緊急報(bào)警模塊，會(huì)把I/O口拉低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種集成的一體化模塊，其連接在電池組與電池管理系統(tǒng)之間，其特征在于：包括 模塊本體，所述模塊本體內(nèi)集成有采樣電池組電壓和溫度信息的采樣模塊、用于與電池管 理系統(tǒng)信息通訊的通信模塊、對(duì)電池組及電池管理系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)模塊、實(shí)現(xiàn)電池間 均衡的均衡模塊以及控制均衡模塊開啟及關(guān)閉的控制模塊。2. 如權(quán)利要求1所述的一種集成的一體化模塊，其特征在于：所述通信模塊包括用于 正常通訊的RS485通信模塊和通訊異常時(shí)報(bào)警的緊急報(bào)警模塊，當(dāng)所述緊急報(bào)警模塊啟動(dòng) 時(shí)，均衡模塊進(jìn)入自主均衡模式。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種集成的一體化模塊，其連接在電池組與電池管理系統(tǒng)之間，包括模塊本體，所述模塊本體內(nèi)集成有采樣電池組電壓和溫度信息的采樣模塊、用于與電池管理系統(tǒng)信息通訊的通信模塊、對(duì)電池組及電池管理系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)模塊、實(shí)現(xiàn)電池間均衡的均衡模塊以及控制均衡模塊開啟及關(guān)閉的控制模塊。本實(shí)用新型提高了系統(tǒng)可維護(hù)性、方便了系統(tǒng)升級(jí)。
【IPC分類】H02J7/00, H01M10/44
【公開號(hào)】CN205004790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520741440
【發(fā)明人】張?jiān)瞥? 奚淡基, 周遜偉
【申請(qǐng)人】杭州協(xié)能科技有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日