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本帖最后由 qilin3 于 2014-9-16 13:00 编辑
本人从事锂电池管理行业已经接近5年,从手机电池保护板做起,移动电源,12V通讯备用BMS,24V太阳能BMS,36V ~48V 电动自行车BMS,之后是48V通讯备用BMS,去年公司需求240V高压直流管理系统。在网上也苦找不到资料,而且本人在高压方面是菜鸟,因此硬着头皮上。利用以前的48V研发经验,搞了一套可任意串并联的电池管理系统,支持将48V电池管理模块任意串并联,3个月后交了差。运行了一年设备经过一次的检修,现在还在运行。
系统架构图示如下:
电池管理模块(图一)
任意并联的电池管理系统组合示意(图二)
任意串联的电池管理系统组合示意(图三)
反接保护单元内部组成示意(图四)
为防止MOSFET 击穿造成不可控故障,我选择了40A二极管,做短暂的反向保护。
系统检测到任意电池管理模块保护,就将整个240V系统关闭。
隔离监控及受控单元组成示意(图五)
中心管理模块组成示意(图六)
控制方法及功能描述:(申请了专利,从专利文档摘过来的 )
电池管理模块与目前市面上的电池管理系统接近,但是增加了图1中的虚线部分,即隔离监控及受控单元和反接保护单元。隔离监控及受控单元采用一种无延时的电池包状态监控及受控机制,使得中心管理模块可快速的获取所有连接的电池管理模块的状态,同时也可使电池管理模块快速接收由中心管理模块发出的控制信号。电池管理模块解析信号后,马上进行相应的保护。 反接保护单元可保护电池模块管理单元在接入反向电压的时候可正常保护不损坏。特别是在电池管理模块串联使用时,若某一个模块发生异常保护,那么剩余的可正常工作的电池管理模块会与负载串联形成反向电压叠加到保护的电池管理模块上,此时反向保护单元可保护该电池管理模块不损坏。
中心管理模块通过隔离监控及受控单元可获取所有的电池模块管理系统的状态,并快速的计算组合成的电池组状态,若异常则也是通过该单元下发控制信号,将所有电池模块管理系统全部进行保护。模块恢复正常后,中心管理模块也可通过该单元进行对电池管理模块进行统一的恢复。
反接保护单元内部组成示意如图4所示,可使用大功率二极管,反向连接至电池组输出P+、 P-上,如图4 a中所示,反向接入电压后,二极管导通,从而保护电池管理模块。由于二极管导通是有压降,因此当反向电流较大时,器件会有较大的发热量,若没有良好的散热措施配合,可能会损坏器件,而使反接保护功能失效。此时可采用图4 b中的反向电压检测电路,通过运算放大器或比较器组成反向电压检测电路,当检测到反向电压时,发出信号驱动开关器件闭合,开关器件可使用MOSFET、IGBT、继电器、SCR等。该类开关器件会有更低的导通电压,同时也会有更低的发热量,因此会有更可靠的反接保护性能。
隔离监控及受控单元组成示意如图5所示,总共传输3类信号:保护状态信号,通讯信号,受控信号组成。信号与外部连接都需要使用隔离器隔离,隔离器可用光耦、隔离芯片、变压器、隔离电容、微波等实现。该信号连接至中心管理模块供监控与控制。其中中心管理模块通过通讯信号获得电池包的详细信息,如电压、电流、温度等,通过保护状态信号无延时的获得所连接的电池包的运行状态。当电池包运行正常时,保护状态信号输出高电平,任意电池管理模块异常时输出低电平,此时保护状态信号总线会被下拉成低电平,图6的中心管理模块中的MCU检测到异常后,通过隔离受控信号发出低电平,所有的电池管理模块可无延时地收到信号,并马上进行BMS保护。同理,当所有的电池管理模块正常后,保护状态信号总线会输出高电平,中心管理模块MCU在检测到系统正常后,通过隔离受控信号发出高电平,所有的电池管理模块可无延时地收到信号,并马上进行BMS的恢复。使得整个串联或并联的电池管理系统协同工作。
中心管理模块的组成示意如图6所示,除了接受处理隔离监控信号及控制信号外,还可整合所有连接的电池管理模块的信息,并通过LCD或LED等人机交互界面显示,以方面维护人员监控电池管理系统的实时状态。同时具有通信单元,可连接至外部主机监控电池管理系统状态。
c) 如图2及图3所示,多个电池管理模块中的隔离监控及受控单元信号通过信号连接器连接至总线,最后连接至中心管理模块。
d) 多个电池管理模块在操作前必须要通过上位机软件独立的地址编码,以方便中心管理模块识别,之后可进行任意组合。组合完毕后通过上位机告知中心管理模块目前的组合及对应的地址编码关系,电池管理系统即可正常运行。中心管理模块可以监控及控制所有连接进来的电池管理模块,可使它们协同工作并进行统一的保护,成为一个整体的电池管理系统。
若不需要串联或并联应用时电池管理模块也可独立的成为电池管理系统。具有完善的电池监控及保护功能。
该方案是在当时的条件下完成的,现在看来是有很多弊端的。管理系统太庞大,器件太多,任意故障都会使得整个系统关闭。内部的器件都是使用75V耐压的,有较多的低压MOSFET,被击穿后有可能会引起不可能的连锁反应。
因此现在想换成集中管理的方案,架构如下:
AFE芯片采用凌特或ADI公司的,但是主开关用什么类型器件,或具体型号我都还在摸索阶段,还有一些控制的机制都还未成熟,坛友们有兴趣可以一起讨论。;) |
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曾经有一段真挚的爱情摆在我的面前,我没有珍惜,现在想起来,还好我没有珍惜……
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