本實用新型涉及電池組，尤其涉及一種智能電池管理系統(tǒng)。

背景技術：

電池組由于具有體積小、質(zhì)量輕、電壓高、功率大、自放電少以及使用壽命長等優(yōu)點，使其逐漸成為動力電池的主流。相關技術中電池組由于在電池制造和使用環(huán)境的差異性導致電池組在經(jīng)過多次充放電循環(huán)之后，單體電池的差異性表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，由此在充電過程中容易導致串聯(lián)的單體電池充電不均衡，同時，充放電過程中也容易出現(xiàn)過充過放等問題，進而直接影響電池組的使用壽命和性能。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的在于提出一種智能電池管理系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型實施例的智能電池管理系統(tǒng)，包括：

電池組，所述電池組包括多個串聯(lián)連接于母線上的單體電池；

充放電保護電路，所述充放電保護電路與所述電池組相連，用以對所述電池組充放電保護；

均衡電路，所述均衡電路與所述電池組相連，用以為所述電池組中不均衡的單體電池提供均衡電流；

控制器，所述控制器與所述充放電保護電路及均衡電路相連，用以對所述充放電保護電路及均衡電路進行控制，以使所述充放電電路提供充放電保護及均衡電路提供均衡電流。

根據(jù)本實用新型實施例提供的智能電池管理系統(tǒng)，通過充放電保護電路對電池組進行過流、短路保護，充電時高壓保護，放電時低壓保護等，確保電池組使用安全可靠，壽命更長。同時，通過均衡電流對電池組中單體電池進行充電均衡，確保電池組中單體電池使用壽命長，性能穩(wěn)定。

另外，根據(jù)本實用新型上述實施例的智能電池管理系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術特征：

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述均衡電路包括：

直流穩(wěn)壓電源，所述直流穩(wěn)壓電源的輸入端與所述電池組的兩端相連；

切換電路，所述切換電路具有多個可選擇性接通的選通支路，每個所述單體電池通過對應的一個所述選通支路與所述直流穩(wěn)壓電源的輸出端相連；

電池電壓采樣單元，所述電池電壓采樣單元與所述電池組中每個單體電池相連，用以檢測各個所述單體電池的電壓；

均衡電流傳感器，所述均衡電流傳感器與所述直流穩(wěn)壓電源的輸出端相連，用以檢測所述直流穩(wěn)壓電源輸出的均衡電流；

所述控制器與所述選通支路、電池電壓采樣單元及均衡電流傳感器相連，用以根據(jù)各個所述單體電池的電壓及所述均衡電流控制所述切換電路中的一個或多個所述選通支路接通，以將所述直流穩(wěn)壓電源輸出的均衡電流提供給對應的所述單體電池充電。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述切換電路包括：

電池開關矩陣，所述電池開關矩陣包括多個第一電子開關；

極性開關矩陣，所述極性開關矩陣包括第二電子開關、第三電子開關、第四電子開關及第五電子開關；

相鄰兩個單體電池之間設有一電流節(jié)點，多個電流節(jié)點中偶數(shù)電流節(jié)點分別通過一個所述第一電子開關與所述第二電子開關和第四電子開關的一端相連，多個電流節(jié)點中奇數(shù)電流節(jié)點分別通過一個所述第一電子開關與所述第三電子開關和第五電子開關的一端相連；

多個單體電池中的第一個單體電池的正極通過一個所述第一電子開關與所述第二電子開關和第四電子開關的所述一端相連，多個單體電池中的最后一個單體電池的負極通過一個所述第一電子開關與所述第三電子開關和第五電子開關的所述一端相連；

所述直流穩(wěn)壓電源的輸出端包括正極輸出端和負極輸出端，所述第二電子開關、第三電子開關的另一端與所述直流穩(wěn)壓電源的正極輸出端相連；所述第四電子開關、第五電子開關的另一端與所述直流穩(wěn)壓電源的負極輸出端相連。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述均衡電路還包括：

均衡開關，所述均衡開關連接于所述第二電子開關與所述直流穩(wěn)壓電源的所述正極輸出端之間；

所述均衡電流傳感器連接于所述均衡開關與所述第二電子開關之間，所述電池電壓采樣單元的采樣端連接于所述第二電子開關與所述均衡電流傳感器之間。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述充放電保護電路包括母線電流傳感器、母線電壓采集單元、充電開關及放電開關；

所述母線電流傳感器用以采集所述母線的電流值，所述母線電壓采集單元用以采集所述母線的電壓值；

所述充電開關用以控制充電機與所述電池組之間的連通，所述放電開關用以控制負載與所述電池組之間的連通；

所述控制器與所述母線電流傳感器、母線電壓采集單元、充電開關及放電開關相連，用以在所述電池組放電狀態(tài)下所述電流值大于電流上限值或所述電壓值小于電壓下限值時控制所述放電開關斷開，以及在所述電池組充電狀態(tài)下所述電壓值大于電壓上限值時控制所述充電開關斷開。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述充電開關包括第一MOS管和第一二極管，所述第一二極管的正極與所述第一MOS管的源極相連，所述第一二極管的負極與所述第一MOS管的漏極相連。

所述放電開關包括第二MOS管及第二二極管，所述第二二極管的正極與所述第二MOS管的源極相連，所述第二二極管的負極與所述第二MOS管的漏極相連；

所述第一MOS管和第二MOS管的源極相連，所述第一MOS管的漏極與所述電池組的正極相連，所述第二MOS管的漏極與所述負載的一端相連，所述第一MOS管的柵極、第二MOS管的柵極及第一MOS管的源極與所述控制器相連。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述充放電保護電路還包括與所述控制器相連的溫度傳感器，所述溫度傳感器用以檢測所述電池組的溫度，所述控制器還用于當所述溫度大于設定溫度值時控制所述放電開關或充電開關斷開。

本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例智能電池管理系統(tǒng)的方框示意圖；

圖2是本實用新型一個實施例智能電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型另一個實施例智能電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型實施例智能電池管理系統(tǒng)中充電開關和放電開關的結(jié)構(gòu)示意圖。

本實用新型目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

參照圖1所示，本實用新型實施例提供了一種智能電池管理系統(tǒng)，包括電池組10、充放電保護電路11、均衡電路12及控制器13。

具體的，電池組10包括多個串聯(lián)連接于母線上的單體電池N1至Nn，在具體應用時，負載14和充電機15并聯(lián)連接在母線的正負極P+、P-之間，該電池組10可以向負載14放電，而充電機15則可以為該電池組10充電。

充放電保護電路11與所述電池組10相連，用以對所述電池組10充放電保護，也就是說，充放電保護電路11可以在該電池組10向負載14放電及充電15向電池組10充電時對電池組10提供充放電保護，例如過流保護、短路保護，充電時的高壓保護，放電時的低壓保護等等。

均衡電路12與所述電池組10相連，用以為所述電池組10中不均衡的單體電池提供均衡電流，具體的，該均衡電路12檢測并確定需要均衡的單體電池，并對該單體電池進行充電均衡。

控制器13與所述充放電保護電路11及均衡電路12相連，用以對所述充放電保護電路11及均衡電路12進行控制，以使所述充放電保護電路11提供充放電保護及均衡電路12提供均衡電流。

根據(jù)本實用新型實施例提供的智能電池管理系統(tǒng)，通過充放電保護電路11對電池組10進行過流、短路保護，充電時高壓保護，放電時低壓保護等，確保電池組10使用安全可靠，壽命更長。同時，通過均衡電流對電池組中單體電池進行充電均衡，確保電池組10中單體電池使用壽命長，性能穩(wěn)定。

參照圖2所示，在本實用新型的一個實施例中，均衡電路12包括直流穩(wěn)壓電源121、切換電路122、電池電壓采集單元123及均衡電流傳感器124。

具體的，直流穩(wěn)壓電源121的輸入端與所述電池組10的兩端相連。

切換電路122具有多個可選擇性接通的選通支路，每個所述單體電池通過對應的一個所述選通支路與所述直流穩(wěn)壓電源121的輸出端相連。也就是說，當一個選通支路接通時，直流穩(wěn)壓電源121從電池組10取電，并進行電壓轉(zhuǎn)換后提供給對應的單體電池，為該單體電池充電。

電池電壓采樣單元123與所述電池組10中每個單體電池相連，用以檢測各個所述單體電池的電壓，該電池電壓采樣單元123可以采用ADC電壓采樣方式、差分隔離采樣方式或者壓頻隔離采樣方式。

均衡電流傳感器124與所述直流穩(wěn)壓電源121的輸出端相連，用以檢測所述直流穩(wěn)壓電源121輸出的均衡電流。

控制器13與所述選通支路、電池電壓采樣單元123及均衡電流傳感器124 相連，用以根據(jù)各個所述單體電池的電壓及所述均衡電流控制所述切換電路 122中的一個或多個所述選通支路接通，以將所述直流穩(wěn)壓電源121輸出的均衡電流提供給對應的所述單體電池充電。

也就是說，控制器13根據(jù)各個單體電池的電壓及直流穩(wěn)壓電源121輸出的均衡電流對切換電路122中的各個選通支路進行通斷控制的，進而實現(xiàn)對電池組10中需要均衡的單體電池進行充電控制。

具體的，控制器13可根據(jù)各個單體電池的電壓確定需要均衡的單體電池。例如當某個單體電池的電壓低于設定值，或者某個單體電池的電壓與電池組 10的平均電壓之間的差值大于設定值，則確定該單體電池為需要均衡的單體電池，此時，控制器13通過控制該單體電池對應的選通支路接通，進而利用直流穩(wěn)壓電源121輸出的均衡電流給該單體電池充電。同時，控制器13可根據(jù)直流穩(wěn)壓電源121輸出的均衡電流計算單體電池的充電時間，例如將單體電池的容量除以均衡電流，再乘以系數(shù)(1.2或1.1)即可得到充電時間，以單體電池的容量1000mAh，均衡電流200mA為例，則充電時間＝1000/200X1.2＝6(小時)，如此，當該單體電池達到充電時間后，再通過控制器13控制對應的選通支路斷開即可停止充電，完成該單體電池的均衡。

本實施例中，通過電池電壓采樣單元123檢測各個單體電池的電壓，及均衡電流傳感器124檢測直流穩(wěn)壓電源121輸出的均衡電流，再通過控制器 13根據(jù)各個單體電池的電壓及均衡電流控制所述切換電路122中的一個或多個所述選通支路接通，進而實現(xiàn)主動均衡，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，同時，通過均衡電流作為控制參數(shù)，使得控制器13能夠準確控制充電時間，提高均衡精度。

參照圖3所示，在本實用新型的一個實施例，切換電路122包括電池開關矩陣1221及極性開關矩陣1222。其中，電池開關矩陣1221包括多個第一電子開關(如圖3中第一電子開關S11、第一電子開關S12、……第一電子開關S1n)，極性開關矩陣1222包括第二電子開關S20、第三電子開關S30、第四電子開關S40及第五電子開關S50。

相鄰兩個單體電池之間設有一電流節(jié)點(如圖3中電流節(jié)點M1、電流節(jié)點M2、……電流節(jié)點Mn)，多個電流節(jié)點中偶數(shù)電流節(jié)點M2、M34、M6……分別通過一個所述第一電子開關與所述第二電子開關S20和第四電子開關 S40的一端相連，多個電流節(jié)點中奇數(shù)電流節(jié)點M1、M3、M5……分別通過一個所述第一電子開關與所述第三電子開關S30和第五電子開關S50的一端相連。

多個單體電池中的第一個單體電池的正極通過一個所述第一電子開關與所述第二電子開關S20和第四電子開關S40的所述一端相連，多個單體電池中的最后一個單體電池的負極通過一個所述第一電子開關與所述第三電子開關S30和第五電子開關S50的所述一端相連。

直流穩(wěn)壓電源10的輸出端包括正極輸出端和負極輸出端，所述第二電子開關S20、第三電子開關S30的另一端與所述直流穩(wěn)壓電源10的正極輸出端相連；所述第四電子開關S40、第五電子開關S50的另一端與所述直流穩(wěn)壓電源10的負極輸出端相連。

在具體均衡控制時，舉例來說，如果單體電池N1為需要均衡的電池，也即是電池電壓采集單元123檢測單體電池N1的電壓均低于設定值，或者單體電池N1的電壓與電池組10的平均電壓之間的差值大于設定值，則控制器13 控制第二電子開關S20、第一電子開關S11、第一電子開關S12、第五電子開關S50閉合，而第三電子開關S30及第四電子開關S40斷開，此時，第二電子開關S20、第一電子開關S11、單體電池N1、第一電子開關S12、第五電子開關S50形成一個接通的選通支路，該選通支路與直流穩(wěn)壓電源121的正極輸出端和負極輸出端連接形成回路，進而為單體電池N1充電，當該單體電池 N1達到充電時間后，控制器13控制第二電子開關S20、第一電子開關S11、第一電子開關S12、第五電子開關S50斷開即可。

如果單體電池N4為需要均衡的電池，也即是電池電壓采集單元123檢測單體電池N4的電壓均低于設定值，或者單體電池N4的電壓與電池組10的平均電壓之間的差值大于設定值，則控制器13控制第三電子開關S30、第一電子開關S14、第一電子開關S15、第四電子開關S40閉合，而第二電子開關 S20及第五電子開關S50斷開，此時，第三電子開關S30、第一電子開關S14、單體電池N4、第一電子開關S15、第四電子開關S40形成一個接通的選通支路，該選通支路與直流穩(wěn)壓電源121的正極輸出端和負極輸出端連接形成回路，進而為單體電池N4充電，當該單體電池N4達到充電時間后，控制器13 控制第三電子開關S30、第一電子開關S14、第一電子開關S15、第四電子開關S40斷開即可。

本實施例中，通過電池開關矩陣1221和極性開關矩陣1222實現(xiàn)各個選通支路的選擇性接通，簡化電路結(jié)構(gòu)，降低成本，同時，可確保對任何一個單體電池進行均衡操作。

參照圖3所示，有利的，在本實用新型的一個實施例中，均衡電路12還包括均衡開關126，所述均衡開關126連接于所述第二電子開關S20與所述直流穩(wěn)壓電源121的所述正極輸出端之間。均衡電流傳感器124連接于所述均衡開關126與所述第二電子開關S20之間，所述電池電壓采樣單元123的采樣端連接于所述第二電子開關S20與所述均衡電流傳感器124之間。

在需要對各個單體電池的電壓進行采集時，首先通過控制器13控制均衡開關126斷開，再控制中電池開關矩陣1221和極性開關矩陣1222對應的電子開關進行接通進而實現(xiàn)對對應的單體電池進行電壓檢測。舉例來說，當對單體電池N3進行檢測電壓檢測時，控制器13需要控制第二電子開關S20、第一電子開關S13、第一電子開關S14、第五電子開關S50閉合，此時，電壓采樣單元13即可采集該單體電池N3的電壓。

本實施例中，可以通過控制器13控制電池開關矩陣1221和極性開關矩陣1222對應的電子開關選擇性接通而將電池電壓采集單元123與對應的單體電池相連，如此，測得各個單體電池的電壓，其電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

參照圖2及圖3所示，在本實用新型的一個實施例中，充放電保護電路 11包括母線電流傳感器111、母線電壓采集單元112、充電開關113及放電開關114。

母線電流傳感器111用以采集所述母線的電流值，所述母線電壓采集單元112用以采集所述母線的電壓值。如圖3所示，母線電流傳感器111設置母線上電池組10的正極端和充電機15之間，母線電壓采集器112的采樣端連接至電池組10的正極端。

充電開關113用以控制充電機15與所述電池組10之間的連通，所述放電開關114用以控制負載14與所述電池組10之間的連通。也即是，當充電開關113接通時，充電機15可以為電池組10充電，當放電開關114接通時電池組10向負載14放電。

控制器13與所述母線電流傳感器111、母線電壓采集單元112、充電開關113及放電開關114相連，用以在所述電池組10放電狀態(tài)下所述電流值大于電流上限值或所述電壓值小于電壓下限值時控制所述放電開關114斷開，以及在所述電池組10充電狀態(tài)下所述電壓值大于電壓上限值時控制所述充電開關113斷開。

本實施例中，通過母線電流傳感器111和母線電壓采集單元112對母線的電流和電壓進行采集，根據(jù)母線的電流及電壓控制所述充電開關113、放電開關114的通斷，如此，可以起到過流、短路保護，充電時高壓保護，放電時低壓保護等，確保電池組使用安全可靠，壽命更長。

參照圖4所示，在本實用新型的一個優(yōu)選實施例中，充電開關113包括第一MOS管Q1和第一二極管D1，所述第一二極管D1的正極與所述第一 MOS管Q1的源極相連，所述第一二極管D1的負極與所述第一MOS管Q1 的漏極相連。

放電開關114包括第二MOS管Q2及第二二極管D2，所述第二二極管 D2的正極與所述第二MOS管Q2的源極相連，所述第二二極管D2的負極與所述第二MOS管Q2的漏極相連。

第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的源極相連，所述第一MOS管Q1 的漏極與所述電池組10的正極相連，所述第二MOS管Q2的漏極與所述負載 14的一端相連，所述第一MOS管Q1的柵極、第二MOS管Q2的柵極及第一MOS管Q1的源極與所述控制器13相連。

當充電時，控制器13控制第二MOS管Q2導通，第一MOS管Q1截止，充電機15提供的充電電流從第一MOS管Q1上的第一二極管D1流過，實現(xiàn)為電池組10充電；當放電時，控制器13控制第一MOS管Q1導通，第二MOS管Q2截止，電池組10的放電電流從第二MOS管Q2上的第二二極管 D2流過，實現(xiàn)為負載14放電，本實施例中，采用第一MOS管Q1與第二 MOS管Q2串聯(lián)的方式，可以防止充放電時充電機15與電池組10之間的電源反灌。

參照圖2及圖3所示，在本實用新型的另一個實施例中，充放電保護電路11還包括與所述控制器13相連的溫度傳感器125，所述溫度傳感器125用以檢測所述電池組10的溫度，所述控制器13還用于當所述溫度大于設定溫度值時控制所述放電開關114或充電開關113斷開。如此，可以對電池組10 充電或放電時溫度保護，避免電池組10充放電過熱等問題。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下在本實用新型的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。

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