專利名稱：一種站用磷酸鐵鋰電池管理系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發電廠、水電站以及各類變電站的電源系統中的電池管理系統領域，更具體的說，改進涉及的是一種可對磷酸鐵鋰電池組進行均充、浮充管理和過充、過放保護的站用電池管理系統。
背景技術：
目前，由于磷酸鐵鋰電池自身的優勢，已被廣泛應用于儲能裝置、電動汽車、電動自行車、電動工具等各個領域，中國國內和國外也有多家廠商研制磷酸鐵鋰電池管理系統；然而這些電池管理系統都主要應用于電動汽車的電池管理，這與發電廠、水電站以及各類變電站的電源系統中的電池管理系統具有明顯的不同。但是，磷酸鐵鋰電池在發電廠、水電站以及各類變電站等站用電源系統中使用過程中，主要會出現長期浮充工作的問題、電池單體數量較多時的均衡問題、以及與充電機之間的協調控制問題，而這些尚未解決的問題阻礙了磷酸鐵鋰電池在站用電源系統中的應用。因此，現有技術尚有待改進和發展。
實用新型內容本實用新型的目的在于，提供一種站用磷酸鐵鋰電池管理系統，可克服磷酸鐵鋰電池在站用電源系統中的浮充狀態、避免電池單體數量較多時的不均衡現象、以及協調與充電機之間的相互控制問題。本實用新型的技術方案如下一種站用磷酸鐵鋰電池管理系統，設置在包括充電機和磷酸鐵鋰蓄電池組的站用電源系統中，所述站用磷酸鐵鋰電池管理系統包括設置在電路板上經由CAN總線相互連接的主控模塊和采集均衡模塊；所述主控模塊經由CAN總線與所述充電機的控制端相連接，所述充電機的接線端經由第一繼電開關連接在直流母線上，所述采集均衡模塊經由CAN總線與所述磷酸鐵鋰蓄電池組相連接，所述磷酸鐵鋰蓄電池組經由第二繼電開關與所述直流母線相連接。所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中設置在電路板上的主控模塊設置為32位微控制器，所述32位微控制器內部至少包括2個CAN控制器。所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中設置在電路板上的主控模塊包括分別以芯片形式存在的顯示存儲單元和通訊單元；所述顯示存儲單元經由CAN總線與一液晶屏相連接。所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中所述顯示存儲單元設置為電可擦可編程只讀存儲器。所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中所述通訊單元經由CAN總線與所述站用電源系統中的集中監控模塊相連接；所述充電機的控制端經由CAN總線連接在所述集中監控模塊上。、[0011]所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中設置在電路板上的采集均衡模塊包括以芯片形式存在的采集子模塊和以電路形式存在的均衡子模塊。所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中設置在電路板上的采集子模塊設置為16位微控制器，所述16位微控制器內部至少包括I個CAN控制器和8個12位A/D通道。所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中所述均衡子模塊由模擬電路構成，內部設置有用于控制均流回路的金屬氧化物半導體晶體管。所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中所述均衡子模塊包括均衡控制板和均衡分流板；所述均衡控制板通過開啟和關閉所述均衡分流板以調節充電電流。所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其中所述均衡子模塊與所述采集子模塊之間采用光耦合器進行隔離。本實用新型所提供的一種站用磷酸鐵鋰電池管理系統，由于采用了 CAN總線分別連接充電機和磷酸鐵鋰蓄電池組，并分別利用繼電開關將充電機和磷酸鐵鋰蓄電池組掛接在直流母線上，由此有利于采用CAN總線進行通信，采集電壓、電流、溫度等信息，根據電池單體的運行狀況，對電池單體進行均衡管理，并有利于通過站用電源系統控制充電機和繼電開關對磷酸鐵鋰蓄電池組進行均充、浮充管理和過充、過放保護，從而克服了磷酸鐵鋰電池的浮充狀態、避免了電池單體數量較多時的不均衡現象、以及協調了與充電機之間的相互控制問題。
圖I是本實用新型站用磷酸鐵鋰電池管理系統結構框圖。
具體實施方式
以下將結合附圖，對本實用新型的具體實施方式
和實施例加以詳細說明，所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的具體實施方式
。如圖I所示，圖I是本實用新型站用磷酸鐵鋰電池管理系統結構框圖，該站用磷酸鐵鋰電池管理系統200設置在包括充電機110和磷酸鐵鋰蓄電池組120的站用電源系統中，用于配合站用電源系統控制充電機110和繼電開關KMl和KM2對磷酸鐵鋰蓄電池組120進行均充、浮充管理和過充、過放保護；其中，所述充電機110的接線端經由第一繼電開關KMl連接在直流母線上，所述磷酸鐵鋰蓄電池組120經由第二繼電開關KM2與所述直流母線上的負載相連接。所述的第一繼電開關KMl和第二繼電開關KM2主要用于防止電池的過充、過放以及電池的浮充管理。具體的，所述站用磷酸鐵鋰電池管理系統200包括設置在電路板上的主控模塊210和多個采集均衡模塊220，所述主控模塊210和采集均衡模塊220通過CAN (ControIIerArea Network，控制器局域網絡)總線130相互連接，以方便通信；其中，所述主控模塊210經由CAN總線130與所述充電機110的控制端相連接，所述采集均衡模塊220經由CAN總線130與所述磷酸鐵鋰蓄電池組120中的磷酸鐵鋰電池單體一一對應相連接。進一步地，設置在電路板上的主控模塊210包括分別以芯片形式存在的中央處理單元211、顯示存儲單元212、通訊單元213、專家診斷單元214和S0C(電池荷電狀態)估算單元215 ;其中，所述中央處理單元211用于對所述采集均衡模塊220采集的電壓、電流、溫度等數據信息進行處理；所述顯示存儲單元212經由CAN總線130與一液晶屏300相連接，用于將經所述中央處理單元211處理后的數據通過所述液晶屏300直觀地顯示出來，例如，當所述磷酸鐵鋰蓄電池組120出現異常情況發生的時間和原因，都可通過所述液晶屏300查詢存儲的歷史信息；所述通訊單元213用于接收從所述采集均衡模塊220傳送上來的數據，以及，所述通訊單元213經由CAN總線130與所述站用電源系統中的集中監控模塊140相連接，所述充電機110的控制端經由CAN總線130連接在所述集中監控模塊140上，用于與站用電源系統中的集中監控模塊140進行通信，協調控制所述充電機110 ;所述專家診斷單元214用于根據所述采集均衡模塊220采集到的數據對所述磷酸鐵鋰蓄電池組120進行診斷，實時給出健康等級和報警信息，并將結果傳送給所述顯示存儲單元212 ;所述SOC估算單元215用于計算所述磷酸鐵鋰蓄電池組120的剩余電量和功率強度，并將結果傳送給所述顯示存儲單元212。進一步地，設置在電路板上的采集均衡模塊220包括以芯片形式存在的采集子模塊(即附圖中的采集模塊，下同)221和以電路形式存在的均衡子模塊(即附圖中的均衡模 塊，下同)222 ;其中，所述采集模塊221用于采集磷酸鐵鋰電池單體的電壓以及所述磷酸鐵鋰蓄電池組120的電壓、電流和溫度等信息，并通過CAN總線130將采集的數據傳送給所述主控模塊210 ;所述均衡子模塊222用于接收所述采集子模塊221傳過來的控制信號，進而通過調節充電電流使所述磷酸鐵鋰蓄電池組120中磷酸鐵鋰電池單體的電壓更加均勻和—致。在本實用新型站用磷酸鐵鋰電池管理系統的優選實施方式中，如圖I所示，設置在電路板上的主控模塊210可采用運算處理速度較快的32位微控制器，所述32位微控制器可安裝安卓操作系統，并通過設置在所述液晶屏300上的電容式觸摸屏進行操作，所述32位微控制器內部至少包括2個CAN控制器。在以芯片形式存在的顯示存儲單元212中，至少使用64K的EEROM (ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)電可擦可編程只讀存儲器，由此可以存儲多達5000條歷史信息；而當存儲的信息存儲溢出時，自動覆蓋之前存儲的信息。以芯片形式存在的采集子模塊221可采用運算處理速度稍慢的16位微控制器，但所述16位微控制器內部至少要包括I個CAN控制器和8個12位A/D通道，以采集磷酸鐵鋰電池單體電壓、磷酸鐵鋰蓄電池組120電壓、電流和至少20個位置以上的溫度點數據。以模擬電路形式存在的均衡子模塊222，其內部采用MOS管(金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導體(semiconductor)場效應晶體管)即金屬氧化物半導體晶體管，用于控制均流回路的開通和關閉；而且，所述均衡子模塊222主要由均衡控制板和均衡分流板構成，所述均衡控制板通過開啟和關閉所述均衡分流板以調節充電電流。較好的是，以模擬電路形式存在的均衡子模塊222與以芯片形式存在的采集子模塊221之間可采用光耦合器(附圖未示出)進行隔離，以減少信號干擾，提高站用磷酸鐵鋰電池管理系統的可靠性。首先，所述通訊單元213通過CAN總線130接收所述采集子模塊221采集的電壓、電流和溫度信息，由中央處理單元211對采集的數據進行相應的處理，然后，根據所述專家診斷單元214的診斷和SOC估算單元215中的算法，判斷出電池當前的健康狀況和剩余電量若是有單體電池出現不均衡現象，就開啟與該單體電池對應的均衡子模塊222進行分流均衡；若是所述磷酸鐵鋰蓄電池組120出現過充或過放現象，那么控制第一繼電開關KMl或者第二繼電開關KM2斷開對電池組進行保護；其次，當電池工作正常時，所述通訊單元213還可通過站用電源系統中的集中監控模塊140控制充電機110對所述磷酸鐵鋰蓄電池組120進行均充、浮充管理，而且可以控制第二繼電開關KM2定期對所述磷酸鐵鋰蓄電池組120進行淺充淺放，以提高電池的性能；此外，電池的工作狀態、電流、電壓、剩余電量及溫度信息都會通過所述顯示存儲單元212在所述液晶屏300上實時顯示，同時可以通過所述液晶屏300上的觸摸屏查詢電池出現過的異常狀況。與現有技術中的站用鉛酸電池管理系統相比，本實用新型所提供的一種站用磷酸鐵鋰電池管理系統，由于采用了 CAN總線分別連接充電機和磷酸鐵鋰蓄電池組，并分別利用繼電開關將充電機和磷酸鐵鋰蓄電池組掛接在直流母線上，由此有利于采用CAN總線進行通信，采集電壓、電流、溫度等信息，根據電池單體的運行狀況，對電池單體進行均衡管理，并有利于通過站用電源系統控制充電機和繼電開關對磷酸鐵鋰蓄電池組進行均充、浮充管理和過充、過放保護，從而克服了磷酸鐵鋰電池的浮充狀態、避免了電池單體數量較多時的不均衡現象、以及協調了與充電機之間的相互控制問題。 應當理解的是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不足以限制本實用新型的技術方案，對本領域普通技術人員來說，在本實用新型的精神和原則之內，可以根據上述說明加以增減、替換、變換或改進，而所有這些增減、替換、變換或改進后的技術方案，都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種站用磷酸鐵鋰電池管理系統，設置在包括充電機和磷酸鐵鋰蓄電池組的站用電源系統中，其特征在于所述站用磷酸鐵鋰電池管理系統包括設置在電路板上經由CAN總線相互連接的主控模塊和采集均衡模塊；所述主控模塊經由CAN總線與所述充電機的控制端相連接，所述充電機的接線端經由第一繼電開關連接在直流母線上，所述采集均衡模塊經由CAN總線與所述磷酸鐵鋰蓄電池組相連接，所述磷酸鐵鋰蓄電池組經由第二繼電開關與所述直流母線相連接。
2.根據權利要求I所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于設置在電路板上的主控模塊設置為32位微控制器，所述32位微控制器內部至少包括2個CAN控制器。
3.根據權利要求I所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于設置在電路板上的主控模塊包括分別以芯片形式存在的顯示存儲單元和通訊單元；所述顯示存儲單元經由CAN總線與一液晶屏相連接。
4.根據權利要求3所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于所述顯示存儲單元設置為電可擦可編程只讀存儲器。
5.根據權利要求3所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于所述通訊單元經由CAN總線與所述站用電源系統中的集中監控模塊相連接；所述充電機的控制端經由CAN總線連接在所述集中監控模塊上。
6.根據權利要求I所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于設置在電路板上的采集均衡模塊包括以芯片形式存在的采集子模塊和以電路形式存在的均衡子模塊。
7.根據權利要求6所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于設置在電路板上的采集子模塊設置為16位微控制器，所述16位微控制器內部至少包括I個CAN控制器和8個12位A/D通道。
8.根據權利要求6所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于所述均衡子模塊由模擬電路構成，內部設置有用于控制均流回路的金屬氧化物半導體晶體管。
9.根據權利要求6所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于所述均衡子模塊包括均衡控制板和均衡分流板；所述均衡控制板通過開啟和關閉所述均衡分流板以調節充電電流。
10.根據權利要求6所述的站用磷酸鐵鋰電池管理系統，其特征在于所述均衡子模塊與所述采集子模塊之間采用光耦合器進行隔離。
專利摘要本實用新型公開了一種站用磷酸鐵鋰電池管理系統，包括設置在電路板上經由CAN總線相互連接的主控模塊和采集均衡模塊主控模塊經由CAN總線與充電機的控制端相連接，充電機的接線端經由第一繼電開關連接在直流母線上，采集均衡模塊經由CAN總線與磷酸鐵鋰蓄電池組相連接，磷酸鐵鋰蓄電池組經由第二繼電開關與直流母線相連接。由此有利于采集電壓、電流、溫度等信息，根據電池單體的運行狀況，對電池單體進行均衡管理，并有利于通過站用電源系統控制充電機和繼電開關對磷酸鐵鋰蓄電池組進行均充、浮充管理和過充、過放保護，從而克服了磷酸鐵鋰電池的浮充狀態、避免了電池單體數量較多時的不均衡現象、以及協調了與充電機之間的相互控制問題。
文檔編號H02J7/00GK202503327SQ201220052180
公開日2012年10月24日 申請日期2012年2月17日 優先權日2012年2月17日
發明者余蘭, 劉小虹, 李國敏, 李露, 胡李, 鄭小聰 申請人:深圳格林德能源有限公司