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智能电池管理系统的制作方法

泰然健康网
2025-05-20 23:13

智能电池管理系统的制作方法与工艺

本实用新型涉及电池组，尤其涉及一种智能电池管理系统。

背景技术：

电池组由于具有体积小、质量轻、电压高、功率大、自放电少以及使用寿命长等优点，使其逐渐成为动力电池的主流。相关技术中电池组由于在电池制造和使用环境的差异性导致电池组在经过多次充放电循环之后，单体电池的差异性表现出逐渐增大的趋势，由此在充电过程中容易导致串联的单体电池充电不均衡，同时，充放电过程中也容易出现过充过放等问题，进而直接影响电池组的使用寿命和性能。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种智能电池管理系统。

为实现上述目的，根据本实用新型实施例的智能电池管理系统，包括：

电池组，所述电池组包括多个串联连接于母线上的单体电池；

充放电保护电路，所述充放电保护电路与所述电池组相连，用以对所述电池组充放电保护；

均衡电路，所述均衡电路与所述电池组相连，用以为所述电池组中不均衡的单体电池提供均衡电流；

控制器，所述控制器与所述充放电保护电路及均衡电路相连，用以对所述充放电保护电路及均衡电路进行控制，以使所述充放电电路提供充放电保护及均衡电路提供均衡电流。

根据本实用新型实施例提供的智能电池管理系统，通过充放电保护电路对电池组进行过流、短路保护，充电时高压保护，放电时低压保护等，确保电池组使用安全可靠，寿命更长。同时，通过均衡电流对电池组中单体电池进行充电均衡，确保电池组中单体电池使用寿命长，性能稳定。

另外，根据本实用新型上述实施例的智能电池管理系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述均衡电路包括：

直流稳压电源，所述直流稳压电源的输入端与所述电池组的两端相连；

切换电路，所述切换电路具有多个可选择性接通的选通支路，每个所述单体电池通过对应的一个所述选通支路与所述直流稳压电源的输出端相连；

电池电压采样单元，所述电池电压采样单元与所述电池组中每个单体电池相连，用以检测各个所述单体电池的电压；

均衡电流传感器，所述均衡电流传感器与所述直流稳压电源的输出端相连，用以检测所述直流稳压电源输出的均衡电流；

所述控制器与所述选通支路、电池电压采样单元及均衡电流传感器相连，用以根据各个所述单体电池的电压及所述均衡电流控制所述切换电路中的一个或多个所述选通支路接通，以将所述直流稳压电源输出的均衡电流提供给对应的所述单体电池充电。

根据本实用新型的一个实施例，所述切换电路包括：

电池开关矩阵，所述电池开关矩阵包括多个第一电子开关；

极性开关矩阵，所述极性开关矩阵包括第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关及第五电子开关；

相邻两个单体电池之间设有一电流节点，多个电流节点中偶数电流节点分别通过一个所述第一电子开关与所述第二电子开关和第四电子开关的一端相连，多个电流节点中奇数电流节点分别通过一个所述第一电子开关与所述第三电子开关和第五电子开关的一端相连；

多个单体电池中的第一个单体电池的正极通过一个所述第一电子开关与所述第二电子开关和第四电子开关的所述一端相连，多个单体电池中的最后一个单体电池的负极通过一个所述第一电子开关与所述第三电子开关和第五电子开关的所述一端相连；

所述直流稳压电源的输出端包括正极输出端和负极输出端，所述第二电子开关、第三电子开关的另一端与所述直流稳压电源的正极输出端相连；所述第四电子开关、第五电子开关的另一端与所述直流稳压电源的负极输出端相连。

根据本实用新型的一个实施例，所述均衡电路还包括：

均衡开关，所述均衡开关连接于所述第二电子开关与所述直流稳压电源的所述正极输出端之间；

所述均衡电流传感器连接于所述均衡开关与所述第二电子开关之间，所述电池电压采样单元的采样端连接于所述第二电子开关与所述均衡电流传感器之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述充放电保护电路包括母线电流传感器、母线电压采集单元、充电开关及放电开关；

所述母线电流传感器用以采集所述母线的电流值，所述母线电压采集单元用以采集所述母线的电压值；

所述充电开关用以控制充电机与所述电池组之间的连通，所述放电开关用以控制负载与所述电池组之间的连通；

所述控制器与所述母线电流传感器、母线电压采集单元、充电开关及放电开关相连，用以在所述电池组放电状态下所述电流值大于电流上限值或所述电压值小于电压下限值时控制所述放电开关断开，以及在所述电池组充电状态下所述电压值大于电压上限值时控制所述充电开关断开。

根据本实用新型的一个实施例，所述充电开关包括第一MOS管和第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第一MOS管的源极相连，所述第一二极管的负极与所述第一MOS管的漏极相连。

所述放电开关包括第二MOS管及第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第二MOS管的源极相连，所述第二二极管的负极与所述第二MOS管的漏极相连；

所述第一MOS管和第二MOS管的源极相连，所述第一MOS管的漏极与所述电池组的正极相连，所述第二MOS管的漏极与所述负载的一端相连，所述第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极及第一MOS管的源极与所述控制器相连。

根据本实用新型的一个实施例，所述充放电保护电路还包括与所述控制器相连的温度传感器，所述温度传感器用以检测所述电池组的温度，所述控制器还用于当所述温度大于设定温度值时控制所述放电开关或充电开关断开。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型实施例智能电池管理系统的方框示意图；

图2是本实用新型一个实施例智能电池管理系统的结构示意图；

图3是本实用新型另一个实施例智能电池管理系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例智能电池管理系统中充电开关和放电开关的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1所示，本实用新型实施例提供了一种智能电池管理系统，包括电池组10、充放电保护电路11、均衡电路12及控制器13。

具体的，电池组10包括多个串联连接于母线上的单体电池N1至Nn，在具体应用时，负载14和充电机15并联连接在母线的正负极P+、P-之间，该电池组10可以向负载14放电，而充电机15则可以为该电池组10充电。

充放电保护电路11与所述电池组10相连，用以对所述电池组10充放电保护，也就是说，充放电保护电路11可以在该电池组10向负载14放电及充电15向电池组10充电时对电池组10提供充放电保护，例如过流保护、短路保护，充电时的高压保护，放电时的低压保护等等。

均衡电路12与所述电池组10相连，用以为所述电池组10中不均衡的单体电池提供均衡电流，具体的，该均衡电路12检测并确定需要均衡的单体电池，并对该单体电池进行充电均衡。

控制器13与所述充放电保护电路11及均衡电路12相连，用以对所述充放电保护电路11及均衡电路12进行控制，以使所述充放电保护电路11提供充放电保护及均衡电路12提供均衡电流。

根据本实用新型实施例提供的智能电池管理系统，通过充放电保护电路11对电池组10进行过流、短路保护，充电时高压保护，放电时低压保护等，确保电池组10使用安全可靠，寿命更长。同时，通过均衡电流对电池组中单体电池进行充电均衡，确保电池组10中单体电池使用寿命长，性能稳定。

参照图2所示，在本实用新型的一个实施例中，均衡电路12包括直流稳压电源121、切换电路122、电池电压采集单元123及均衡电流传感器124。

具体的，直流稳压电源121的输入端与所述电池组10的两端相连。

切换电路122具有多个可选择性接通的选通支路，每个所述单体电池通过对应的一个所述选通支路与所述直流稳压电源121的输出端相连。也就是说，当一个选通支路接通时，直流稳压电源121从电池组10取电，并进行电压转换后提供给对应的单体电池，为该单体电池充电。

电池电压采样单元123与所述电池组10中每个单体电池相连，用以检测各个所述单体电池的电压，该电池电压采样单元123可以采用ADC电压采样方式、差分隔离采样方式或者压频隔离采样方式。

均衡电流传感器124与所述直流稳压电源121的输出端相连，用以检测所述直流稳压电源121输出的均衡电流。

控制器13与所述选通支路、电池电压采样单元123及均衡电流传感器124 相连，用以根据各个所述单体电池的电压及所述均衡电流控制所述切换电路 122中的一个或多个所述选通支路接通，以将所述直流稳压电源121输出的均衡电流提供给对应的所述单体电池充电。

也就是说，控制器13根据各个单体电池的电压及直流稳压电源121输出的均衡电流对切换电路122中的各个选通支路进行通断控制的，进而实现对电池组10中需要均衡的单体电池进行充电控制。

具体的，控制器13可根据各个单体电池的电压确定需要均衡的单体电池。例如当某个单体电池的电压低于设定值，或者某个单体电池的电压与电池组 10的平均电压之间的差值大于设定值，则确定该单体电池为需要均衡的单体电池，此时，控制器13通过控制该单体电池对应的选通支路接通，进而利用直流稳压电源121输出的均衡电流给该单体电池充电。同时，控制器13可根据直流稳压电源121输出的均衡电流计算单体电池的充电时间，例如将单体电池的容量除以均衡电流，再乘以系数(1.2或1.1)即可得到充电时间，以单体电池的容量1000mAh，均衡电流200mA为例，则充电时间＝1000/200X1.2＝6(小时)，如此，当该单体电池达到充电时间后，再通过控制器13控制对应的选通支路断开即可停止充电，完成该单体电池的均衡。

本实施例中，通过电池电压采样单元123检测各个单体电池的电压，及均衡电流传感器124检测直流稳压电源121输出的均衡电流，再通过控制器 13根据各个单体电池的电压及均衡电流控制所述切换电路122中的一个或多个所述选通支路接通，进而实现主动均衡，其结构简单，成本低，同时，通过均衡电流作为控制参数，使得控制器13能够准确控制充电时间，提高均衡精度。

参照图3所示，在本实用新型的一个实施例，切换电路122包括电池开关矩阵1221及极性开关矩阵1222。其中，电池开关矩阵1221包括多个第一电子开关(如图3中第一电子开关S11、第一电子开关S12、……第一电子开关S1n)，极性开关矩阵1222包括第二电子开关S20、第三电子开关S30、第四电子开关S40及第五电子开关S50。

相邻两个单体电池之间设有一电流节点(如图3中电流节点M1、电流节点M2、……电流节点Mn)，多个电流节点中偶数电流节点M2、M34、M6……分别通过一个所述第一电子开关与所述第二电子开关S20和第四电子开关 S40的一端相连，多个电流节点中奇数电流节点M1、M3、M5……分别通过一个所述第一电子开关与所述第三电子开关S30和第五电子开关S50的一端相连。

多个单体电池中的第一个单体电池的正极通过一个所述第一电子开关与所述第二电子开关S20和第四电子开关S40的所述一端相连，多个单体电池中的最后一个单体电池的负极通过一个所述第一电子开关与所述第三电子开关S30和第五电子开关S50的所述一端相连。

直流稳压电源10的输出端包括正极输出端和负极输出端，所述第二电子开关S20、第三电子开关S30的另一端与所述直流稳压电源10的正极输出端相连；所述第四电子开关S40、第五电子开关S50的另一端与所述直流稳压电源10的负极输出端相连。

在具体均衡控制时，举例来说，如果单体电池N1为需要均衡的电池，也即是电池电压采集单元123检测单体电池N1的电压均低于设定值，或者单体电池N1的电压与电池组10的平均电压之间的差值大于设定值，则控制器13 控制第二电子开关S20、第一电子开关S11、第一电子开关S12、第五电子开关S50闭合，而第三电子开关S30及第四电子开关S40断开，此时，第二电子开关S20、第一电子开关S11、单体电池N1、第一电子开关S12、第五电子开关S50形成一个接通的选通支路，该选通支路与直流稳压电源121的正极输出端和负极输出端连接形成回路，进而为单体电池N1充电，当该单体电池 N1达到充电时间后，控制器13控制第二电子开关S20、第一电子开关S11、第一电子开关S12、第五电子开关S50断开即可。

如果单体电池N4为需要均衡的电池，也即是电池电压采集单元123检测单体电池N4的电压均低于设定值，或者单体电池N4的电压与电池组10的平均电压之间的差值大于设定值，则控制器13控制第三电子开关S30、第一电子开关S14、第一电子开关S15、第四电子开关S40闭合，而第二电子开关 S20及第五电子开关S50断开，此时，第三电子开关S30、第一电子开关S14、单体电池N4、第一电子开关S15、第四电子开关S40形成一个接通的选通支路，该选通支路与直流稳压电源121的正极输出端和负极输出端连接形成回路，进而为单体电池N4充电，当该单体电池N4达到充电时间后，控制器13 控制第三电子开关S30、第一电子开关S14、第一电子开关S15、第四电子开关S40断开即可。

本实施例中，通过电池开关矩阵1221和极性开关矩阵1222实现各个选通支路的选择性接通，简化电路结构，降低成本，同时，可确保对任何一个单体电池进行均衡操作。

参照图3所示，有利的，在本实用新型的一个实施例中，均衡电路12还包括均衡开关126，所述均衡开关126连接于所述第二电子开关S20与所述直流稳压电源121的所述正极输出端之间。均衡电流传感器124连接于所述均衡开关126与所述第二电子开关S20之间，所述电池电压采样单元123的采样端连接于所述第二电子开关S20与所述均衡电流传感器124之间。

在需要对各个单体电池的电压进行采集时，首先通过控制器13控制均衡开关126断开，再控制中电池开关矩阵1221和极性开关矩阵1222对应的电子开关进行接通进而实现对对应的单体电池进行电压检测。举例来说，当对单体电池N3进行检测电压检测时，控制器13需要控制第二电子开关S20、第一电子开关S13、第一电子开关S14、第五电子开关S50闭合，此时，电压采样单元13即可采集该单体电池N3的电压。

本实施例中，可以通过控制器13控制电池开关矩阵1221和极性开关矩阵1222对应的电子开关选择性接通而将电池电压采集单元123与对应的单体电池相连，如此，测得各个单体电池的电压，其电路结构简单，成本低。

参照图2及图3所示，在本实用新型的一个实施例中，充放电保护电路 11包括母线电流传感器111、母线电压采集单元112、充电开关113及放电开关114。

母线电流传感器111用以采集所述母线的电流值，所述母线电压采集单元112用以采集所述母线的电压值。如图3所示，母线电流传感器111设置母线上电池组10的正极端和充电机15之间，母线电压采集器112的采样端连接至电池组10的正极端。

充电开关113用以控制充电机15与所述电池组10之间的连通，所述放电开关114用以控制负载14与所述电池组10之间的连通。也即是，当充电开关113接通时，充电机15可以为电池组10充电，当放电开关114接通时电池组10向负载14放电。

控制器13与所述母线电流传感器111、母线电压采集单元112、充电开关113及放电开关114相连，用以在所述电池组10放电状态下所述电流值大于电流上限值或所述电压值小于电压下限值时控制所述放电开关114断开，以及在所述电池组10充电状态下所述电压值大于电压上限值时控制所述充电开关113断开。

本实施例中，通过母线电流传感器111和母线电压采集单元112对母线的电流和电压进行采集，根据母线的电流及电压控制所述充电开关113、放电开关114的通断，如此，可以起到过流、短路保护，充电时高压保护，放电时低压保护等，确保电池组使用安全可靠，寿命更长。

参照图4所示，在本实用新型的一个优选实施例中，充电开关113包括第一MOS管Q1和第一二极管D1，所述第一二极管D1的正极与所述第一 MOS管Q1的源极相连，所述第一二极管D1的负极与所述第一MOS管Q1 的漏极相连。

放电开关114包括第二MOS管Q2及第二二极管D2，所述第二二极管 D2的正极与所述第二MOS管Q2的源极相连，所述第二二极管D2的负极与所述第二MOS管Q2的漏极相连。

第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的源极相连，所述第一MOS管Q1 的漏极与所述电池组10的正极相连，所述第二MOS管Q2的漏极与所述负载 14的一端相连，所述第一MOS管Q1的栅极、第二MOS管Q2的栅极及第一MOS管Q1的源极与所述控制器13相连。

当充电时，控制器13控制第二MOS管Q2导通，第一MOS管Q1截止，充电机15提供的充电电流从第一MOS管Q1上的第一二极管D1流过，实现为电池组10充电；当放电时，控制器13控制第一MOS管Q1导通，第二MOS管Q2截止，电池组10的放电电流从第二MOS管Q2上的第二二极管 D2流过，实现为负载14放电，本实施例中，采用第一MOS管Q1与第二 MOS管Q2串联的方式，可以防止充放电时充电机15与电池组10之间的电源反灌。

参照图2及图3所示，在本实用新型的另一个实施例中，充放电保护电路11还包括与所述控制器13相连的温度传感器125，所述温度传感器125用以检测所述电池组10的温度，所述控制器13还用于当所述温度大于设定温度值时控制所述放电开关114或充电开关113断开。如此，可以对电池组10 充电或放电时温度保护，避免电池组10充放电过热等问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。