增强的电池备用单元电池管理系统技术方案

本申请公开电池管理系统(BMS)的实施方式。该BMS包括配置为选择性地使电池组的电池单元放电的一对背对背晶体管、配置为控制一对背对背晶体管的操作的高端驱动器(high

【技术实现步骤摘要】
增强的电池备用单元电池管理系统


[0001]所公开的实施方式总体上涉及电池能量存储，并且特别但非排他地涉及具有充电/放电转换器的增强的电池备用单元(BBU)电池管理系统(BMS)。

技术介绍

[0002]电池能量存储对于诸如电动车辆、消费性电子产品、微电网、太阳能和风力，以及数据中心备用单元的许多应用来说，是非常重要的能量存储方法。电池单元作为主电源或当主电源不可用时作为备用提供必要的能量来支持应用。因此，电池能量存储的可靠性对于确保电力可用性和功能性非常重要。

技术实现思路

[0003]在本申请的一方面中，提供电池管理系统。该系统可包括配置为选择性地使电池组的电池单元放电的一对背对背晶体管。该系统还可包括配置为控制一对背对背晶体管的操作的高端驱动器。该系统还可包括配置为监控电池组内每个电池的电压的模拟前端(AFE)电路。该系统还可包括微控制器单元(MCU)，该微控制器单元配置为控制和监控AFE电路，并为一对背对背晶体管提供过压保护。在一个实施方式中，该系统还可包括多相转换器，该多相转换器与一对背对背晶体管连接并且配置为转换来自电池组的电压。在一个实施方式中，该系统还可包括与电池组连接并且配置为监控电池组的电池单元的过压保护电路。在一个实施方式中，系统还可包括与多相转换器连接的热插拔电路。在一个实施方式中，该系统还可包括两个或多个并联连接的多相转换器。在一个实施方式中，该系统还可包括与电池组连接的第一辅助电源和与多相转换器连接的第二辅助电源。在一个实施方式中，第一辅助电源可在电池组放电期间向系统供电，第二辅助电源可在待机模式期间向系统供电。在一个实施方式中，该系统还可包括与电池组和感测电阻器连接并配置为测量电池组的电流的电量计。
[0004]在本申请的又一方面中，提供电子机架。该机架可包括多个服务器机箱，每个服务器机箱包括一个或多个服务器。机架还可包括联接至服务器机箱的电源，以向服务器供电。机架还可包括具有多个电池组的电池备用单元(BBU)，每个电池组包括一个或多个电池单元，其中，BBU配置为在电源不可用时向服务器供电。机架还可包括连接在电源和服务器之间的电池管理系统(BMS)。BMS包括配置为选择性地将BBU的多个电池单元进行放电的一对背对背晶体管、配置为控制一对背对背晶体管的操作的高端驱动器、配置为监控BBU内每个电池的电压的模拟前端(AFE)电路，以及配置为控制和监控AFE电路并为一对背对背晶体管提供过压保护的微控制器单元(MCU)。
[0005]在一些实施方式中，BMS还可包括多相转换器，该多相转换器与一对背对背晶体管连接并且配置为转换来自BBU的电压。在一些实施方式中，BMS还可包括与BBU连接并且配置为监控BBU的电池单元的过压保护电路。在一些实施方式中，BMS还可包括与多相转换器连接的热插拔电路。在一些实施方式中，BMS还可包括并联连接的两个或多个多相转换器。在
一些实施方式中，BMS还可包括与BBU连接的第一辅助电源和与多相转换器连接的第二辅助电源。在一些实施方式中，第一辅助电源可在BBU放电期间向系统供电，第二辅助电源可在待机模式期间向系统供电。在一些实施方式中，BMS还可包括与BBU和感测电阻器连接并且配置为测量BBU的电流的电量计。
[0006]在本申请的又一方面中，提供管理电池组的方法。该方法可包括使用电池管理系统(BMS)中的模拟前端(AFE)电路监控电池组中每个电池的电压；控制BMS内的一对背对背晶体管以选择性地使电池组内的电池放电；以及使用BMS内的微控制器单元(MCU)控制和监控AFE电路，其中，MCU为一对背对背晶体管提供过压保护。在一些实施方式中，该方法还可包括在电池组放电期间使用第一辅助电源向BMS供电，以及在待机模式下使用第二辅助电源向BMS供电。在一些实施方式中，该方法还可包括使用多相转换器转换来自电池组的电压。在一些实施方式中，该方法还可包括使用与电池组和AFE电路连接的电量计测量电池组的电池电流。
附图说明
[0007]参照以下附图描述本专利技术的非限制性和非穷举性的实施方式，其中，除非另外限定，否则在各种视图通篇，相同的参考标号指代相同的部件。
[0008]图1是根据本公开的一个实施方式的连接至电池组和多相转换器的电池管理系统的电路图。
[0009]图2是根据本公开的一个实施方式的简化电池管理系统的电路图。
[0010]图3示出根据本公开的一个实施方式的多个并联电池单元的双向充电和放电的功率转换器模块的实施方式。
[0011]图4描述根据本公开的一个实施方式的控制电池管理系统的方法的流程图。
[0012]图5是根据本公开的另一实施方式的包括电池备用单元的电子服务器机架，该电池备用单元具有功率转换器模块，该功率转换器模块具有多个DC总线和多个电池组，以及双向充电和放电功能。
具体实施方式
[0013]描述电池管理系统(BMS)的设计以及具有推荐的组件的充电/放电转换器的实施方式。BMS可用于管理用作能量存储的锂离子电池系统。在一些实施方式中，可以在数据中心电池备用单元(BBU)、电动自行车或可以采用锂离子电池系统作为能量存储的其它电子设备中采用BMS。
[0014]在说明书通篇，对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意指所描述的特征、结构或特性可包括在至少一个所描述的实施方式中，因此，“在一个实施方式中”或“在实施方式中”的出现不必要全部指示同一实施方式。此外，在一个或多个实施方式中，特定特征、结构或特性可以任意合适的方式组合。
[0015]本公开提供可以应用于各种锂离子电池组的BMS设计。在一些实施方式中，BMS涵盖监控、保护和控制功能。例如，BMS可以监控电池组的电压、电流、电池和电池组温度、充电状态(SOC)和健康状态(SOH)。在一些实施方式中，根据监控参数，BMS可包括通过电池平衡和充电/放电控制的过压保护、过电流保护、过温度保护、欠压保护。
[0016]所提出的BMS可以用于各种类型的电池组。根据电池组电压范围，可以使用不同的芯片。在一些实施方式中，BMS可包括当失去外部电源时可以增加其弹性的备用辅助电源。在微控制器单元(MCU)出故障的情况下，BMS除了数字控制之外还可包括单独的模拟过压保护。在一些实施方式中，BMS还可包括用于BBU应用的热插拔电路。然而，这是可选的，因为在放电期间未插入或拔出电池。在一些实施方式中，多个转换器可以并联连接以用于高功率应用。在图1示出的实施方式中，仅示出一个转换器，尽管该转换器本身可以是可选的，并且可以使用多个转换器。对于电池应用，本文公开的设计可以实施在机架中的单元级别或在电池或燃料电池机架中。
[0017]在一个实施方式中，电池组通过背对背开关连接。然后其连接至多相四开关降压
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升压转换器用于电压转换。然后转换器连接至热插拔电路，以实现热插拔功能。然后热插拔电路连接至熔断器，然后连接至母线连接。大电流、低温系数电阻器可用作感测电阻器。电池端子和母线端子处分别连接两个辅助电源，以实现冗余。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电池管理系统，包括：一对背对背晶体管，配置为选择性地使电池组的电池单元放电；高端驱动器，配置为控制所述一对背对背晶体管的操作；模拟前端电路，配置为监控所述电池组内每个所述电池单元的电压；以及微控制器单元，配置为控制和监控所述模拟前端电路，并为所述一对背对背晶体管提供过压保护。2.根据权利要求1所述的系统，还包括多相转换器，所述多相转换器与所述一对背对背晶体管连接，并配置为转换来自所述电池组的电压。3.根据权利要求2所述的系统，还包括过压保护电路，所述过压保护电路与所述电池组连接，并配置为监控所述电池组的所述电池单元的电压。4.根据权利要求2所述的系统，还包括与所述多相转换器连接的热插拔电路。5.根据权利要求2所述的系统，还包括并联连接的两个或多个所述多相转换器。6.根据权利要求2所述的系统，还包括与所述电池组连接的第一辅助电源和与所述多相转换器连接的第二辅助电源。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一辅助电源在所述电池组的放电期间向所述系统供电，并且所述第二辅助电源在待机模式期间向所述系统供电。8.根据权利要求1所述的系统，还包括电量计，所述电量计与所述电池组和感测电阻器连接，并且配置为测量所述电池组的电流。9.电子机架，包括：多个服务器机箱，每个所述服务器机箱包括一个或多个服务器；电源，联接至所述服务器机箱以向所述多个服务器供电；电池备用单元，具有多个电池组，并且每个所述电池组包括一个或多个电池单元，其中，所述电池备用单元配置为在所述电源不可用时向所述多个服务器供电；以及电池管理系统，连接在所述电源和所述多个服务器之间，所述电池管理系统包括：一对背对背晶体管，配置为选择性地使所述电池备用单元的所述多个电池单元放电；高端驱动器，配置为控制所述一对背对背晶体管的操作；模拟前端电路，配置为监控所述电池备用单元内每个所述电池单元的电压；以及微控制器单元，配置为控制和监控所述模拟前端电路，并为所述一对背对背晶体管提供过...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华威，高天翼，
申请(专利权)人：百度美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：