本實用新型涉及電池管理領域，特別是涉及一種電池管理系統(tǒng)。

背景技術：

電池管理系統(tǒng)具有管理能夠?qū)崟r監(jiān)測電池組的電壓、電流和溫度信息，并利用所監(jiān)測到的信息實時地計算電池組的荷電信息、健康狀態(tài)、實時電壓、實時溫度、實時輸出功率等，然后通過通訊接口發(fā)送給其他模塊。

現(xiàn)有電路中，由于采樣頻率過低，通過處理器積分得出的電池組輸出安時量精度過低，從而導致計算的剩余電量(SOC)不準確。同時為了能夠?qū)崟r監(jiān)測電池組的狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)需要持續(xù)地工作，功耗過大的電路設計會使得在監(jiān)測相同容量的電池組的情況下，電池管理系統(tǒng)的啟動時間過短。此外，由于電池組經(jīng)常會有長時間放置的情況，有的情況下其放置時間甚至長達數(shù)個月，沒有低電量關斷功能的電池管理系統(tǒng)也很容易導致電池組過放，從而導致電池組損壞。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種電池管理系統(tǒng)，檢測精度高，電路功耗小，具有低功耗關斷功能。

本實用新型所提供的技術方案為：

一種電池管理系統(tǒng)，包括一個電池管理主系統(tǒng)和M個電池管理子系統(tǒng)，分別用于管理M+1個電池組；M個電池管理子系統(tǒng)均與電池管理主系統(tǒng)相連；其中M為大于或等于0的整數(shù)；所述電池管理子系統(tǒng)與電池管理主系統(tǒng)分別由各自所管理的電池組供電；

M+1個電池組依次串聯(lián)后與負載串聯(lián)形成閉合回路；

電池管理主系統(tǒng)和M個電池管理子系統(tǒng)均為相同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)；每個系統(tǒng)包括降壓電源模塊、電壓采集模塊、電流采集模塊，溫度采集模塊、放大電路和運算處理模塊；

所述降壓電源模塊由相應的電池組供電，降壓電源模塊的輸出端與本系統(tǒng)其它模塊和電路的電源端相連；用于將電池組的供電電壓降至其它模塊和電路所需的電壓，并進行濾波處理；

所述電壓采集模塊與相應的電池組正負極相連，用于將電池組的電壓轉(zhuǎn)換成符合放大要求的電壓水平；

所述電流采集模塊，包括電流采樣電阻，電流采樣電阻串聯(lián)于相應的電池負極，用于將相應的電池的輸出電流信號以一定比例轉(zhuǎn)換成電壓信號；

所述溫度采集模塊的輸出端與運算處理模塊相連，用于采集相應電池組的溫度值并轉(zhuǎn)換為電壓信號傳送給運算處理模塊；

所述放大電路的多個輸入端分別與電流采集模塊和電壓采集模塊的輸出端相連，用于將電流采集模塊與電壓采集模塊輸出的電壓信號進行放大；

所述放大電路的輸出端與運算處理模塊相連；所述運算處理模塊用于記錄電池信息，計算電池容量、評估電池組的健康狀態(tài)、與其他設備進行通訊。

本實用新型能應用于無人機電池的電池管理系統(tǒng)；無人機包括多旋翼無人機、固定翼無人機、垂直起降無人機。

所述溫度采集模塊采用運算處理模塊(MCU)內(nèi)置的溫度傳感器。

每一個電池組由N個單體電池串聯(lián)或并聯(lián)而成；N為大于或等于2的整數(shù)；

所述電壓采集模塊包括N個電壓采集子模塊；

N個電壓采集子模塊的正輸入端分別接N個單體電池的正極；N個電壓采集子模塊的負輸入端均連接電池組的負極；N個電壓采集子模塊分別用于將N個單體電池正極的電壓轉(zhuǎn)換成符合放大要求的電壓水平；

所述放大電路包括N+1個子放大電路，分別與電流采集模塊和N個電壓采集子模塊連接，用于將電流采集模塊與電壓采集子模塊輸出的電壓信號進行放大。

所述電池管理主系統(tǒng)與上位機相連；

降壓模塊輸出端與電壓采集模塊和放大電路和通訊隔離模塊的電源端之間設置有電子開關。

所述電池管理主系統(tǒng)還與報警模塊相連。

所述電池管理子系統(tǒng)將得出的荷點信息傳送給電池管理主系統(tǒng)；電池管理主系統(tǒng)與上位機和報警模塊相連，上位機用于設置電壓、電流和溫度閾值，并發(fā)送至電池管理主系統(tǒng)；電池管理主系統(tǒng)將閾值信息發(fā)送給電池管理子系統(tǒng)。電池管理主系統(tǒng)將其狀態(tài)信息與電池管理子系統(tǒng)的狀態(tài)信息融合，將融合后的總狀態(tài)信息發(fā)送給上位機。電池管理主系統(tǒng)根據(jù)接收到的信息與自身采集到的信息，當超過設定閾值時進行報警，并控制關斷設置于相應的降壓模塊輸出端與電壓采集模塊、放大電路和通訊隔離模塊之間的電子開關；電池管理子系統(tǒng)根據(jù)自身采集到的信息，當超過設定閾值時，控制關斷設置于相應的降壓模塊輸出端與電壓采集模塊、放大電路和通訊隔離模塊之間的電子開關。

所述電子開關為N型MOS管；N型MOS管的柵極與運算處理模塊的IO口連接，漏極與降壓電源模塊的輸出端(負極)連接，源極分別與電壓采集模塊、放大電路、通訊隔離模塊的電源端連接。

在本實用新型實施例中，當監(jiān)測到電池電量較多時，運算處理模塊工作在正常模式，通過引腳輸出高電平控制MOS管工作在開啟狀態(tài)，并將電壓采集模塊、放大電路、通訊隔離模塊的電源端連接到降壓電源模塊的輸出端上。當監(jiān)測到電池電量較低時，運算處理模塊工作在低功耗模式，通過引腳輸出高阻態(tài)使MOS管工作在關斷狀態(tài)，并將電壓采集模塊、放大電路、通訊隔離模塊的電源端與降壓電源模塊的輸出端斷開。

所述降壓電源模塊包括低壓差線性穩(wěn)壓器；線性穩(wěn)壓器的輸入端接于電池組中兩個串聯(lián)的電池單體的正負極。相比較于使用N個電池單體串聯(lián)作為低壓差線性穩(wěn)壓器輸入時，低壓差線性穩(wěn)壓器具有更低的耗散功耗，以優(yōu)化供電效率。

所述電流采樣電阻為毫歐級貼片合金電阻，電阻的材料可為康銅、錳銅合金。

所述放大電路均采用軌到軌的運算放大器進行電壓放大。

所述運算處理模塊采用基于Cortex-M3內(nèi)核的32位低功耗處理器，所述基于Cortex-M3內(nèi)核的32位低功耗處理器采用STM32L1系列處理器，以優(yōu)化系統(tǒng)的功耗。

所述電池管理子系統(tǒng)與電池管理主系統(tǒng)之間的通訊采用通訊隔離模塊進行通訊隔離。

所述通訊隔離模塊的隔離器件為光電隔離器件或磁耦隔離器件。

有益效果：

本實用新型的電池管理系統(tǒng)能實時監(jiān)測電池組的電壓、電流和溫度信息，功耗低；并且具有低功耗關斷功能，相對于現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)，能有效延長電池組壽命。

附圖說明

圖1是本實用新型電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中電池管理子系統(tǒng)和電池管理主系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型的電池管理子系統(tǒng)和電池管理主系統(tǒng)工作流程圖。

圖4是本實用新型電池管理系統(tǒng)工作流程圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步的說明。

11.參照圖1，圖1是本實用新型電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關部分。本實施例所示的電池管理系統(tǒng)包括：第一電池組、第二電池組、一個電池管理主系統(tǒng)、一個電池管理子系統(tǒng)(即M＝1)和通訊隔離系統(tǒng)。其中，第一電池組和第二電池組均由多節(jié)電池單體串聯(lián)組成，分別對應連接電池管理主系統(tǒng)和電池管理子系統(tǒng)。電池管理主系統(tǒng)由第一電池組供電，所述電池管理子系統(tǒng)由第二電池組供電。

在本實施例中，電池管理主系統(tǒng)和電池管理子系統(tǒng)采用相同的硬件及軟件設備。電池管理子系統(tǒng)通過通訊隔離模塊與電池管理主系統(tǒng)連接。電池管理主系統(tǒng)和電池管理子系統(tǒng)分別負責監(jiān)控第一電池組和第二電池組，即分別監(jiān)控第一電池組和第二電池組的電流信號、電壓信號、溫度信號。

參照圖2，圖2是圖1中電池管理子系統(tǒng)和電池管理主系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實例所揭示的電池管理主系統(tǒng)和電池管理子系統(tǒng)包括：電流采集模塊、放大電路、降壓電源模塊、運算處理模塊、溫度采集模塊、電壓采集模塊。

在本實施例中，電池組由6個單體電池串聯(lián)而成。所述降壓電源模塊包括低壓差線性穩(wěn)壓器；線性穩(wěn)壓器的輸入端接于電池組中兩個串聯(lián)的電池單體的正負極；即所述線性穩(wěn)壓器的電壓輸入第一端連接第六電池單體的負極，低壓差線性穩(wěn)壓器的電壓輸入第二端連接第五電池單體的正極，使用兩個電池單體串聯(lián)作為低壓差線性穩(wěn)壓器輸入；相比較于使用六個電池單體串聯(lián)作為低壓差線性穩(wěn)壓器輸入時，低壓差線性穩(wěn)壓器具有更低的耗散功耗，以優(yōu)化供電效率。

在本實施例中，電流采集模塊負責采集第一電池組或第二電池組的電流信號，所采集的電流信號是電池組輸出的總的電流信號。所采集到的電流信號經(jīng)過放大電路進行放大，輸入到運算處理模塊的AD采集口進行采集。

所述電流采集模塊的電流傳感器可采用康銅電阻和錳銅電阻。

在本實施例中，電壓采集模塊(包括6個電壓采集子模塊，即圖中的電壓采集模塊1～6)負責采集電池組中各電池單體正極與電池組負極間的電壓信號。所采集到的電壓信號經(jīng)放大電路202處理后，輸入到運算處理模塊的AD采集口進行采集。運算處理模塊204將采集到的電壓信號處理后得出電池單體的電壓。

在本實施例中，溫度采集模塊采集電池組的溫度。為簡化設計，溫度采集模塊采用STM32L1系列處理器內(nèi)部溫度傳感器。

在本實施例中，運算處理模塊在電池組處于小電流放電狀態(tài)下，采用采集到的電池組總電壓信號進行電池組容量計算。在電池組處于大電流放電狀態(tài)下，采用上一次計算得到的電池組容量和采集到的電流信號進行電池容量的計算。具體計算方法如下：

在輸出輸入電流值小于某個預設閾值情況下，運算處理模塊采集電池組總電壓信號，根據(jù)電池組容量-電壓特性曲線利用線性插值的方法估算電池組容量的大小，并進行緩存；在輸出輸入電流值大于某個預設閾值情況下，運算處理模塊提取一定時間(這個時間一般為5s)之前緩存的電池組容量capacity_buff，并以dt為時間間隔采集電池組輸出輸入電流值I[i]，當經(jīng)過n個dt時間以后，采用以下公式進行計算電池容量：

降壓電源模塊持續(xù)的向運算處理模塊供電，當運算處理模塊監(jiān)測到電池容量過低時，運算處理模塊進入低功耗模式，并通過MOS管關斷降壓電源模塊連接到電壓采集模塊和放大電路的負極，以降低電池管理系統(tǒng)的功耗。

本實施例中，電池管理子系統(tǒng)和電池管理主系統(tǒng)之間的通訊、電池管理主系統(tǒng)和噴灑管理系統(tǒng)之間的通訊均采用串口通訊。