[发明专利]一种串联电池组管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种串联电池组管理系统，应用于锂离子电池和铅酸电池等作为储能介质的新能源发电系统、智能电网、微网发电系统、银行ATM机和UPS等。

背景技术

在储能领域，电池作为动力来源，必须串联使用才能达到电压要求，电池串联成组使用一段时间后，单体电池之间的状态差异逐渐显现，不断循环的充放电过程又加剧了其不一致性。电池成组后，充放电过程中，电池组发热，在电池包内形成一定的温度梯度，使各单体电池处于不同的环境温度下，也会降低电池组整体的充放电能力。

就成本而言，电池占据着大规模储电系统总成本的1/3，串联的电池组中只要一个单体失效，在没有配备电池管理系统的情况下，整组电池很快报废，极大地影响了电池组利用率，增加了成本负担；并且电池状态的不确定性会造成系统瘫痪、数据丢失。为确保电池性能良好，延长电池使用寿命，需要使用电池管理系统，对电池组在使用过程中进行管理，避免因为单体电池使用状态的差异造成电池组整体性能的加速衰退。因此电池管理技术成为储能技术实用化和市场化的关键技术。

现有的电池管理系统主要适用于电动汽车领域，而应用于储能系统的电池管理系统则相对较少，而且目前的电池管理系统还存在如下一些问题：

(1)采集数据的可靠性不高，准确率低，温度采集点少，不能充分反映电池包内的温度阶梯；

(2)SOC(荷电状态)的估算精度不高；

(3)电池均衡通常只有充电均衡，且常采用电阻耗散型均衡方式，在均衡过程中产生大量热，不利于电池寿命，也给热管理增加了负担。

发明内容

本发明针对目前电池管理系统存在的问题，提高系统采集数据的准确性和可靠性以及SOC估算精度，通过合理的均衡控制方式来改善常用均衡方案存在的能量损耗和热问题，并扩展了温度采样通道。

为达到上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种串联电池组管理系统，由PACK保护单元、集中控制单元、CAN总线和上位机组成。PACK保护单元采集各单体电池的电压和温度信号，并控制各单体电池的均衡信号，同时估算各单体电池的剩余容量(SOC)；PACK保护单元采集的电压、温度以及(SOC)估算的剩余容量数据通过CAN总线传输到集中控制单元集中处理并通过与集中控制单元通讯连接的上位机显示。

每个电池管理系统根据实际应用情况，管理多个标准电池包，每个标准电池包对应一个PACK保护单元，采集标准电池包中各单体电池的电压信号，负责各单体电池之间的均衡功能，同时采集温度信号；PACK保护单元计算各单体电池的剩余容量，并根据采集到的温度信号做出相应的热管理操作。每个电池管理系统包含一个集中控制单元，集中处理所有PACK保护单元传输的电压、温度、剩余容量数据，并与上位机通讯。

PACK保护单元包括标准电池包、第一微控制器、电压采集模块、温度采集模块、SOC估算模块、热管理模块、均衡控制模块，电压采集模块、温度采集模块和均衡控制模块都与标准电池包中各单体电池正负极对应电连接；第一微控制器与温度采集模块、均衡控制模块对应电连接，第一微控制器与电压采集模块通过SPI总线通讯连接；第一微控制器通过CAN隔离收发器、CAN总线与集中控制单元通讯连接。

电压采集模块由电压信号采集芯片和滤波电路组成，采集标准电池包中各单体电池的电压信号，通过SPI总线传输到第一微控制器；温度采集模块由包含负温度系数热敏电阻NTC的温度采集电路和多路选择开关组成，第一微控制器控制多路选择开关来采集标准电池包中各单体电池的极耳温度和不同点空气温度；第一微控制器通过SOC估算模块计算各单体电池的剩余容量，并根据采集到的温度信号通过热管理模块作出相应的热管理操作；PACK保护单元的数据经CAN隔离收发器通过CAN总线传输到集中控制单元。