一种分布式模块化车载电池管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式模块化车载电池管理系统，其特征在于，包括：快速充电电路、子模块集、集线器、主控核心单元、驱动单元、人机界面，所述驱动单元包括：主控电路、调压电路、储能模块、输出开关。本发明专利技术结构新颖，可以提高电源的输出能力和输出范围，提高电源重组过程中的稳定性，方便储能单元的在线维修与更换。

A distributed modular management system of vehicle battery

【技术实现步骤摘要】
一种分布式模块化车载电池管理系统
本专利技术涉及智能电池领域，尤其涉及一种分布式模块化车载电池管理系统。
技术介绍
锂离子电池最早是出现在20世纪90年代初期，但在短短的十几年的时间里，锂离子电池技术得到了空前的发展。许多的国家和一些厂商对锂离子电池在电动汽车储能方面都表面出了浓厚的兴趣和关注。随着之后锂离子电池的商业化，这一技术的发展也得到了加速，手持电子设备之外的一些其他新应用的开始更加速了技术开发的步骤。得益于新材料开发的进步，锂离子电池的能量密度从上世纪90年代的200W·h/L发展到了目前的600W·h/L，这种在能量密度上的稳步增长促使锂电池模块在体积和质量上均得到了极大的降低。能量密度的增长促使价格下降。事实上，市场也证明了锂电池具有令人吃惊的价格消减速度，远远超过了其在容量上的增长率。模块化设计和分布式成组设计应用在动力电池中主要是根据汽车发动机的需要，设计电池模块的容量规格和电压、之后根据汽车本身的空间布置来确定电池模块的箱体尺寸，最后参考单体电池的性能，将单体电池模块设计成为能够满足电动汽车性能需求的动力电池系统，从而解决动力电池这一制约电动汽车规模化发展的主要因素。可重构性是指在一个系统中,其硬件模块或软件模块均能根据变化的数据流或控制流对系统结构和算法进行重新配置,可重构系统最突出的优点就是,能够根据不同的应用需求,改变自身的体系结构,以便与具体的应用需求相匹配。对于电池而言，无论哪种电池，其单体电池的电压和容量都无法满足电动汽车的需求，为了达到一定的电压、功率和能量等级，必须通过串并联的方式组成电池组才能为电动汽车提供能量。然而实践发现，即使电池成组经过严格的筛选，在实际使用时，电池组在容量利用、安全性及寿命等方面的性能依然不及单体电池，其核心问题在于电池组的不一致性。不一致性主要表现在剩余电量的不一致性和实际容量的不一致性。在循环使用中，这将导致电池能量利用率低等问题，甚至会已引发严重的安全问题。可重构技术可以很好地解决这一问题，因此研究基于电池动态重构的可重构电池组具有重要的意义。可重构技术的研究主要集中在电池的均衡能量管理电路和策略上，已发展出开关阵列型、开关旁路性以及DC-DC变换器型三种电池均衡管理电路系统。近年来，可重构电池组的设计获得了越来越多的关注，相较于传统的均衡系统，其主要特点是可基于电池单体当前的荷电状态和健康状，实时动态重新配置单体电池拓扑结构，隔离相应电池而不影响其他电池的充放电进程。目前锂离子电池的生产与封装技术都已成熟，并且出现了多种封装模式，也出现了多种模块化可重构分布式电源解决方案，但是当前的模块化可重构分布式电源主要针对单一电压与功率输出而设计，不能实现较宽电压范围的稳定输出。模块的设计与连接方式固定，一旦固化后很难再次调整，不具备动态撤出和扩充封装模块的能力。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种分布式模块化车载电池管理系统，是一种包括储能单元自动检测与恢复技术、子模块的检测、修复与重组技术、PWM大范围调压技术、不断电重组技术、重组电路逻辑控制技术的模块化可重构分布式电源。电源系统电压输出范围为1～1000V，全电压范围内实现±1％精度的连续可调；10～1000V电压范围内电流输出能力50A；分布式电能源系统串并联方式可软件重定义，重构时间小于1ms；电能源系统部分电源受损，电源系统可维持原额定功率输出，最小重构时间小于1ms；双路异参数输出；电源输出参数和串并联方式可通过触摸屏或RS232/RS485接口通过协议下发。本专利技术采用的技术方案是：一种分布式模块化车载电池管理系统，其特征在于，包括：快速充电电路、子模块集、集线器、主控核心单元、驱动单元、人机界面，所述驱动单元包括：主控电路、调压电路、储能模块、输出开关；所述子模块集包括多个子模块，作为基本储能单元分布式安装于车辆或其他载体的各处空间内，所述各个子模块分别与主控电路相连；所述快速充电电路分别与各个子模块相连，为各个子模块提供充电；所述快速充电电路与主控电路相连，实现子模块充电过程中对外输出；所述快速充电电路与集线器相连，所述集线器与主控核心单元相连，实现子模块的充电控制；所述主控电路与主控核心单元、各个子模块相连，在主控核心单元控制下，实现子模块的串、并、断开、接入操作，快速重组出不同电压对外输出；所述调压电路与主控核心单元、主控电路、输出开关相连，在主控核心单元控制下，进行PWM调压，把主控电路的输出电压调节到输出需求电压；所述储能模块与输出开关相连，在电源重组的时间内，提供不间断对外输出；所述输出开关控制对外输出；所述人机界面与主控核心单元相连，实现人机交互操作，输入需要的电压值。进一步地，所述的一种分布式模块化车载电池管理系统，其特征在于，所述主控核心单元包括控制核心模块、I/O集总模块、Ethernet模块，用于对整个电源系统进行控制；所述主控核心单元通过所述控制核心模块与人机界面、调压电路相连，所述主控核心单元通过所述I/O集总模块与主控电路相连，所述主控核心单元通过所述Ethernet模块与集线器相连。进一步地，所述的一种分布式模块化车载电池管理系统，其特征在于，所述子模块集还包括I/O接口电路、嵌入式控制模块、通信接口、子模块输出开关；所述子模块为配置有开关控制单元和温度、电压传感器的储能单元；所述每个储能单元上安装的开关控制单元用于断开与接入，实现储能单元的动态接入与撤出，以动态更换储能单元；所述每个储能单元上安装的温度、电压传感器，用于测量储能单元温度，防止储能单元过载温度过高起火；所述各个储能单元的温度、电压传感器和开关控制单元分别与I/O接口电路相连；所述I/O接口电路分别与嵌入式控制模块、通信接口、子模块输出开关相连，对储能单元进行温度检测并控制储能单元的断开与接入；所述各个储能单元的开关控制单元分别与子模块输出开关相连；所述子模块输出开关与嵌入式控制模块相连，所述子模块输出开关上部安装有输出的正极和负极，对储能单元进行串、并重组，实现不同的电压输出。本专利技术的优点是：本专利技术所涉及的分布式模块化车载电池管理系统可实现双路或多路1～1000V电压输出，全电压范围内实现±1％精度的连续可调；10～1000V电压范围内电流输出能力50A，其串并联方式可软件重定义，重构时间小于1ms。电源输出参数和串并联方式可通过触摸屏或RS232/RS485接口通过协议下发。PWM调压技术降低了对重构后组合输出电压的要求，打破了重构电压等于输出电压的限制，可有效提升重构能力。子模块与总控电路的分层控制设计，提高了重构能力和电源的稳定性，子模块内的储能单元可以自动重构、子模块之间也可以自动重构，可以实现子模块的自动修复和子模块的动态撤出与扩充，有效增强了电源的适用性、可扩展性以及生存能力。本专利技术结构新颖，可以提高电源的输出能力和输出范围，提高电源重组过程中的稳定性，方便储能单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式模块化车载电池管理系统，其特征在于，包括：快速充电电路(1)、子模块集(2)、集线器(3)、主控核心单元(4)、驱动单元(5)、人机界面(6)，所述驱动单元(5)包括：主控电路(7)、调压电路(8)、储能模块(9)、输出开关(10)；/n所述子模块集(2)包括多个子模块(2.1)，作为基本储能单元分布式安装于车辆或其他载体的各处空间内，所述各个子模块(2.1)分别与主控电路(7)相连；/n所述快速充电电路(1)分别与各个子模块(2.1)相连，为各个子模块(2.1)提供充电；/n所述快速充电电路(1)与主控电路(7)相连，实现子模块(2.1)充电过程中对外输出；/n所述快速充电电路(1)与集线器(3)相连，所述集线器(3)与主控核心单元(4)相连，实现子模块(2.1)的充电控制；/n所述主控电路(7)与主控核心单元(4)、各个子模块(2.1)相连，在主控核心单元(4)控制下，实现子模块(2.1)的串、并、断开、接入操作，快速重组出不同电压对外输出；/n所述调压电路(8)与主控核心单元(4)、主控电路(7)、输出开关(10)相连，在主控核心单元(4)控制下，进行PWM调压，把主控电路(7)的输出电压调节到输出需求电压；/n所述储能模块(9)与输出开关(10)相连，在电源重组的时间内，提供不间断对外输出；/n所述输出开关(10)控制对外输出；/n所述人机界面(6)与主控核心单元(4)相连，实现人机交互操作，输入需要的电压值。/n...

【技术特征摘要】
1.一种分布式模块化车载电池管理系统，其特征在于，包括：快速充电电路(1)、子模块集(2)、集线器(3)、主控核心单元(4)、驱动单元(5)、人机界面(6)，所述驱动单元(5)包括：主控电路(7)、调压电路(8)、储能模块(9)、输出开关(10)；
所述子模块集(2)包括多个子模块(2.1)，作为基本储能单元分布式安装于车辆或其他载体的各处空间内，所述各个子模块(2.1)分别与主控电路(7)相连；
所述快速充电电路(1)分别与各个子模块(2.1)相连，为各个子模块(2.1)提供充电；
所述快速充电电路(1)与主控电路(7)相连，实现子模块(2.1)充电过程中对外输出；
所述快速充电电路(1)与集线器(3)相连，所述集线器(3)与主控核心单元(4)相连，实现子模块(2.1)的充电控制；
所述主控电路(7)与主控核心单元(4)、各个子模块(2.1)相连，在主控核心单元(4)控制下，实现子模块(2.1)的串、并、断开、接入操作，快速重组出不同电压对外输出；
所述调压电路(8)与主控核心单元(4)、主控电路(7)、输出开关(10)相连，在主控核心单元(4)控制下，进行PWM调压，把主控电路(7)的输出电压调节到输出需求电压；
所述储能模块(9)与输出开关(10)相连，在电源重组的时间内，提供不间断对外输出；
所述输出开关(10)控制对外输出；
所述人机界面(6)与主控核心单元(4)相连，实现人机交互操作，输入需要的电压值。


2.根据权利要求1所述的一种分布式模块化车载电池管理系统，其特征在于，所述主控核心单元(4)包括控制核心模块(11)、I/O集总模块(12)、Etherne...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈顺华，常伟杰，董伯麟，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34