一种实现电池组串并联切换的管理系统的制作方法

1.本实用新型涉及电池管理技术领域，具体涉及一种实现电池组串并联切换的管理系统。


背景技术：

2.近年来，随着新能源电动车产业的快速发展，其相关材料制造及组装技术也在不断趋于成熟。对于电动车的供能系统而言，电池包及其内部电芯的组成结构是影响电动车充电效率、电芯容量和使用寿命的一个关键因素。电池包是由若干节电芯通过串联与并联组成电池组，电池串联增加电池总电压，提高电池输出功率，并联增加电池容量，提高车辆续航里程。目前新能源厂商多数采用先并联后串联的方式，将电池组串联构成电池包。但由于不同类型电芯的电压范围有差异，不同类型电芯的过压和欠压保护点及保护解除点也不一样，从而导致电芯电压范围宽的电量无法充分利用。目前已有的电池组管理系统大多采用对已有电池包进行监测并更换不同电池包实现电池续航控制和调节，对电池包的利用效率不高。
3.如中国专利cn105874680b，公开日2019年11月12日，一种监视和调节电池组的运行的电池组管理系统和电池组系统，包括多个电池组电池的电池组的运行的电池组管理系统（1），所述电池组管理系统包括控制设备单元（2）、多个分别要分配给至少一个电池组电池的电池监视单元（3）、用于发送和/或接收数据的通信系统（5）和用于将所述电池组与耗电器装置和/或充电装置电流分离的分离装置（4），其中所述分离装置（4）被构造用于接收数据。所述分离装置（4）在此包括分析单元，所述分析单元关于将电池组与耗电器装置和/或充电装置分离的需求来分析在分离装置（4）侧所接收的数据。其主要通过更换电池组的方式实现调节电池组的运行调节，但其并没有充分利用电池组的充电利用效率。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是：目前的电池组管理系统的电池组利用率较低的技术问题。提出了一种能够提高电池组利用率的实现电池组串并联切换的管理系统。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：一种实现电池组串并联切换的管理系统，包括带有多个电池组的电池组模块、用于改变电池组连接结构的串并联切换模块、用于进行电池组控制管理的智能控制模块和用于对电池组提供故障保护的电芯保护模块，所述智能控制模块分别与所述串并联切换模块和所述电芯保护模块连接。一种实现电池组串并联切换的管理系统，用于对电池组模块进行电路切换控制，电池组模块包括若干个电池组，通过电芯保护模块对电池组模块提供故障保护，通过串并联切换模块内的切换开关切换电池组之间的连接电路，通过智能控制模块采集电池组模块内的电池组状态，并控制串并联切换模块的切换开关动作，串联电池组增加电池总电压，提高电池输出功率；并联电池组增加电池容量，提高车辆续航里程，通过切换电池组之间的连接电路从而提高电池组利用效率。
6.作为优选，所述串并联切换模块包括若干组用于将电池组进行串并联电路切换的切换开关。因为继电器将低压的控制电路和高压的外部电路连接在一起，很容易产生干扰并发生安全事故，可在串并联切换模块中加入光耦隔离电路作为防干扰的保护措施，使切换模块变得更加安全可靠。
7.作为优选，所述切换开关包括用于将单个电池组进行电路切换的若干个初级切换开关和若干个复合切换开关，每个初级切换开关均与对应的电池组组成初级电池组切换单元，每个复合切换开关均与两个初级电池组切换单元连接。初级切换开关与两个电池组组合形成串并联切换电路，控制两个电池组串联或并联进行输出，电池组的串联等效电路为:开关k1、k2为双掷双刀继电器的双开双闭引脚开关,继电器常开时，开关k1、k2同时导通一侧引脚，使两组电池形成串联。电池组的并联等效电路为：开关k1、k2为双掷双刀继电器的双开双闭引脚开关,继电器常闭时，开关k1、k2同时导通另一侧引脚，使两组电池形成并联。初级切换开关与两个电池组组合形成串并联切换电路，控制两个电池组串联或并联进行输出，将每个初级切换开关与两个电池组组合的基础输出单元即初级电池组切换单元作为复合切换开关的连接单元，每个复合切换开关与两个初级电池组切换单元连接组成二级串并联切换电路，甚至可以一次划分更多级切换电路，根据需要调整初级切换开关或复合切换开关，以实现对电池组的高效利用。
8.作为优选，所述切换开关均采用双刀双掷继电器。串并联切换模块使用双刀双掷继电器作为切换开关来控制电路以实现串并联切换。
9.作为优选，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述智能控制模块连接。通讯模块可用于故障时传输报警信号以及与整车控制系统进行信息传输，便于电池管理系统与整车控制系统的信息交互。
10.作为优选，所述智能控制模块包括用于采集电池组状态信息的前端信息采集单元和继电器控制单元，所述前端信息采集单元与电池组模块连接，所述继电器控制单元与串并联切换模块连接。前端信息采集单元负责实时采集电芯单体电压、电池组总电压电流及电池组温度。智能控制模块主要用于判断电池包的实时状态，监测各个电池组实时电压，通过控制输出端口高低电平的输出，从而控制电路中继电器开关，实现电路串联和并联切换的功能，智能控制模块还包括mcu微控制单元，mcu选用stm8l151芯片来实现对整个电路的控制，stm8l151芯片是一款意法半导体的8位mcu芯片，包含uart与i2c端口、电平输入与输出端口，其中uart端口使得芯片可以与其他主机进行通信，i2c端口与电池前端芯片通讯，可以用来监控单体电芯的电压，电池组的总电压、电流及温度，电平输出端口可以输出高/低电平以控制开关进行串并联状态的切换。
11.作为优选，所述电芯保护模块包括过充电保护单元、过放电保护单元、过流保护单元、温度保护单元和短路保护单元，过充电保护单元、过放电保护单元、过流保护单元、温度保护单元和短路保护单元均与电池组模块连接。电芯保护模块为电池组模块提供过充电保护、过放电保护、过流保护、温度保护、短路保护、集成平衡开关提高电芯一致性。
12.本实用新型的实质性效果是：本实用新型通过电芯保护模块对电池组模块提供故障保护，通过串并联切换模块内的切换开关切换电池组之间的连接电路，通过智能控制模块采集电池组模块内的电池组状态，并控制串并联切换模块的切换开关动作，串联电池组增加电池总电压，提高电池输出功率；并联电池组增加电池容量，提高车辆续航里程，通过
切换电池组之间的连接电路从而提高电池组利用效率。
附图说明
13.图1为本实施例的结构示意图；
14.图2为本实施例的电池组串联等效电路示意图；
15.图3为本实施例的电池组并联等效电路示意图。
16.其中：1、串并联切换模块，2、智能控制模块，3、电芯保护模块，4、电池组模块，5、通讯模块，6、前端信息采集单元，7、继电器控制单元，8、初级切换开关，9、复合切换开关，10、电池组。
具体实施方式
17.下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步具体说明。
18.一种实现电池组串并联切换的管理系统，如图1所示，包括带有多个电池组10的电池组模块4、用于改变电池组10连接结构的串并联切换模块1、用于进行电池组10控制管理的智能控制模块2和用于对电池组10提供故障保护的电芯保护模块3，所述智能控制模块2分别与所述串并联切换模块1和所述电芯保护模块3连接。本系统还包括通讯模块5，所述通讯模块5与所述智能控制模块2连接。通讯模块5可用于故障时传输报警信号以及与整车控制系统进行信息传输，便于电池管理系统与整车控制系统的信息交互。
19.所述串并联切换模块1包括若干组用于将电池组10进行串并联电路切换的切换开关。因为继电器将低压的控制电路和高压的外部电路连接在一起，很容易产生干扰并发生安全事故，可在串并联切换模块1中加入光耦隔离电路作为防干扰的保护措施，使切换模块变得更加安全可靠。所述切换开关均采用双刀双掷继电器。串并联切换模块1使用双刀双掷继电器作为切换开关来控制电路以实现串并联切换。所述切换开关包括用于将单个电池组10进行电路切换的若干个初级切换开关8和若干个复合切换开关9，每个初级切换开关8均与对应的电池组10组成初级电池组切换单元，每个复合切换开关9均与两个初级电池组切换单元连接。初级切换开关8与两个电池组10组合形成串并联切换电路，控制两个电池组10串联或并联进行输出，切换后的初级电池组切换单元如图2、图3所示，电池组10串联等效电路如图2所示，开关k1、k2为双掷双刀继电器的双开双闭引脚开关,继电器常开时，开关k1、k2同时导通一侧引脚，此时两组电池形成串联。电池组10并联等效电路如图3所示，开关k1、k2为双掷双刀继电器的双开双闭引脚开关,继电器常闭时，开关k1、k2同时导通另一侧引脚，此时两组电池形成并联。
20.将每个初级切换开关8与两个电池组10组合的基础输出单元即初级电池组切换单元作为复合切换开关9的连接单元，每个复合切换开关9与两个初级电池组切换单元连接组成二级串并联切换电路，甚至可以一次划分更多级切换电路，根据需要调整初级切换开关8或复合切换开关9，以实现对电池组10的高效利用。
21.所述智能控制模块2包括用于采集电池组10状态信息的前端信息采集单元6和继电器控制单元7，所述前端信息采集单元6与电池组模块4连接，所述继电器控制单元7与串并联切换模块1连接。前端信息采集单元6负责实时采集电芯单体电压、电池组10总电压电
流及电池组10温度。智能控制模块2主要用于判断电池包的实时状态，监测各个电池组10实时电压，通过控制输出端口高低电平的输出，从而控制电路中继电器开关，实现电路串联和并联切换的功能，智能控制模块2还包括mcu微控制单元，mcu选用stm8l151芯片来实现对整个电路的控制，stm8l151芯片是一款意法半导体的8位mcu芯片，包含uart与i2c端口、电平输入与输出端口，其中uart端口使得芯片可以与其他主机进行通信，i2c端口与电池前端芯片通讯，可以用来监控单体电芯的电压，电池组10的总电压、电流及温度，电平输出端口可以输出高/低电平以控制开关进行串并联状态的切换。
22.所述电芯保护模块3包括过充电保护单元、过放电保护单元、过流保护单元、温度保护单元和短路保护单元，过充电保护单元、过放电保护单元、过流保护单元、温度保护单元和短路保护单元均与电池组模块4连接。电芯保护模块3为电池组模块4提供过充电保护、过放电保护、过流保护、温度保护、短路保护、集成平衡开关提高电芯一致性。继电器开关、mcu和电芯保护模块3均可使用系统提供的直流信号作为电源。
23.本实施例用于对电池组模块4进行电路切换控制，电池组模块4包括若干个电池组10，通过电芯保护模块3对电池组模块4提供故障保护，通过串并联切换模块1内的切换开关切换电池组10之间的连接电路，通过智能控制模块2采集电池组模块4内的电池组10状态，并控制串并联切换模块1的切换开关动作，串联电池组10增加电池总电压，提高电池输出功率；并联电池组10增加电池容量，提高车辆续航里程，通过切换电池组10之间的连接电路从而提高电池组10利用效率。
24.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。