CN112086697B - 电池组管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组管理系统及其控制方法，系统包括控制器、中间抽头继电器组切换电路、诊断接口、电池组单体电池电压采集和均衡电路；电池组的各单体电池的中间抽头引出，分别连接到中间抽头继电器组切换电路的继电器各触点；中间抽头继电器组切换电路还同时与电池组单体电池电压采集和均衡电路、控制器、以及诊断接口连接；控制器还同时与电池组单体电池电压采集和均衡电路、诊断接口连接；中间抽头继电器组切换电路由控制器I/O口输出的高低电平来控制触点的切换，实现将单体电池的中间抽头切换至电池组单体电池电压采集电路或诊断接口上。该系统可实现单体电池、电池组数据的测量，并可通过诊断接口进行阻抗谱测试，提高了安全性和可靠性。

Description

电池组管理系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电池组技术领域，尤其涉及一种带有诊断接口的电池组管理系统及其控制方法。

背景技术

同型号的锂离子电池在海洋环境下的寿命要比正常环境下短，盐度较高的海洋水汽会导致锂离子电池组的电池被腐蚀，被腐蚀之后的锂离子电池组极易发生爆炸，造成设备损坏。运行在海洋环境下，电池组会不可避免的出现海水渗漏的现象，海水进入锂离子电池组之后会造成设备短路，影响海洋仪器设备的正常运行。为了尽可能准确的估计电池的剩余使用寿命和健康状态，一般采用电化学阻抗谱等数据作为健康特征，用以表征电池内部更为详细的状态。但是现有的电池组管理系统鲜有提供其内部单体电池的测试接口，用户难以对单体电池的状态进行直接测试与评估。

为了解决海洋环境下的电池保护和单体电池状态信息难以获取的问题，本发明提出了一种带有诊断接口的锂离子电池组管理系统，以便于使用者可以通过该系统的诊断接口对单体电池直接进行阻抗谱测试等各种外部附加测试。

发明内容

本发明在上述现有技术存在的不足，提供了一种电池组管理系统及其控制方法,系统自带诊断接口，可实现单体电池、电池组数据的测量，并可通过诊断接口进行阻抗谱测试。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电池组管理系统，包括：控制器、中间抽头继电器组切换电路、诊断接口、电池组单体电池电压采集和均衡电路；

电池组各单体电池的中间抽头引出，分别连接到所述中间抽头继电器组切换电路的继电器各触点；所述中间抽头继电器组切换电路还同时与所述电池组单体电池电压采集和均衡电路、控制器、以及诊断接口连接；所述控制器还同时与所述电池组单体电池电压采集和均衡电路、诊断接口连接；所述中间抽头继电器组切换电路由控制器I/O口输出的高低电平来控制触点的切换，实现将单体电池的中间抽头切换至所述电池组单体电池电压采集电路或诊断接口上。

优选的，系统还进一步包括开关控制电路，所述开关控制电路设置在电池组的总正极或总负极，通过驱动电路与所述控制器连接，所述控制器控制开关控制电路的开关管关断或者接通总正极或总负极对电池组进行安全保护。

优选的，所述开关控制电路基于MOS管设计，MOS管源极输出引脚接入电池组总正极或总负极，栅极连接驱动电路，控制器I/O口高低电平控制MOS管的栅极以控制MOS管的通断。

优选的，系统还进一步包括电池组电流采集电路，所述电池组电流采集电路设置在电池组的总正极或总负极，与所述控制器以及开关控制电路连接，用于测量电池组总电流数据。

优选的，系统还进一步包括内部环境监测模块，所述内部环境监测模块包括温度传感器、温湿度传感器、火灾传感器与水位传感器；

各单体电池均设置一温度传感器用于采集各单体电池的温度数据，并在电池组内部的电路板上放置一温度传感器，用于采集电路板的温度数据；各温度传感器数据引脚共用一根数据线，连接到所述控制器同一引脚；

电池组内部还设置有温湿度传感器、火灾传感器与水位传感器，分别用于检测电池组内部的湿度、火灾与漏水情况。

各温度传感器、温湿度传感器、火灾传感器与水位传感器均与控制器连接。

本发明还提供了一种电池组管理系统的控制方法，包括：

读取电池组内部参数状态数据并设置故障标志位、保护标志位、解除保护标志位；

根据读取的电池组内部各参数状态数据，进行电池组故障诊断，并将故障标志位置位，判断电池组是否存在故障；若判断为电池组存在故障，将故障信息发送到上位机并控制开关控制电路开关状态为断开状态；否则控制开关控制电路开关状态为导通状态；

若诊断为电池组不存在故障，则进行是否进入保护的判断，并将保护标志位置位，若判断为进入保护，则执行保护动作并发送警告信息到上位机；若判断为不进入保护，则进行是否解除保护诊断，并将解除保护标志位置位；若判断为解除保护，则解除保护，若判断为不解除保护，则循环进行是否电池组故障、是否进入保护，是否解除判断。

优选的，所述电池组内部参数状态数据包括电池组单体电池的电压数据、电池组总电流数据、每个单体电池的温度数据、电路板的温度数据、电池组内部的湿度数据、电池组内部火灾数据以及漏水数据；

根据读取的电池组内部各参数状态数据，按照电池组是否发生火灾故障判断、电池组是否发生漏水故障判断、温度异常故障判断、电压异常故障判断、控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路的通信是否异常判断、中间抽头继电器组切换电路是否工作异常判断的优先级顺序进行故障的诊断，判断电池组故障状态。

优选的，电池组故障诊断的具体方法为：

当火灾传感器检测到电池组内有火焰时判断电池组内发生火灾故障，发送电池组火灾故障信息，火灾大小信息，并把故障标志位置1；

当水位传感器检测到电池组内漏水时或读取的温湿度传感器的湿度值超过预设湿度值，则判断电池组发生漏水故障，发送电池组漏水故障信息、电池组内部水位值、电池组内部的湿度值，并把故障标志位置1；

当读取的温度传感器的温度值高于第一预设温度上限值时判断温度严重异常，则发送温度异常单体电池标号或电路板异常、异常温度值，并把故障标志位置1；

当测得的单体电池电压存在低于第一预设单体电池电压下限值或高于第一预设单体电池电压上限值时，第一预设单体电池电压下限值＜第一预设单体电池电压上限值，则判断为电压严重异常，电池组发送电压异常单体电池标号、异常电压值，并把故障标志位置1；

当控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常则判断控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常故障发生，发送控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常故障信息，并把故障标志位置1；当检测到中间抽头继电器组切换电路处在异常工作状态时判断中间抽头继电器组切换电路工作异常故障发生，发送中间抽头继电器组切换电路工作异常故障信息，并把故障标志位置1；

最后判断故障标志位，若为1则存在故障，控制开关控制电路切断电池组总正极或总负极；否则故障标志位为0表明未检测出单池组存在严重故障，则控制开关电路开关导通电池组总正极或总负极。

优选的，保护诊断的具体方法为：

根据读取的电池组内部参数状态数据判断电池组总正极或总负极电流是否大于预设电池组总电流阈值，如果大于预设电池组总电流阈值则进行保护动作，控制开关控制电路断开电池组总正极或总负极，并发送电池组电流异常信息，异常的电流值，并把保护动作位置1；

判断电池组单体电池电压是否高于第二预设单体电池电压上限值或低于第二预设单体电池电压下限值，第二预设单体电池电压下限值＜第二预设单体电池电压上限值＜第一预设单体电池电压上限值，且第二预设单体电池电压下限值＞第一预设单体电池电压下限值，若判断为是则发送电压警告信息及电压异常的单体电池号，并把保护动作位置1；

判断温度传感器采集的温度是否高于第二预设温度上限值或低于第一预设温度下限值，第一预设温度下限值＜第二预设温度上限值＜第一预设温度上限值，若判断为是则发送温度警告信息及温度异常区域的传感器号，并把保护动作位置1。

优选的，解除保护诊断的具体方法为：

若故障标志位不为0，即存在故障，则解除保护标志位置0；

若保护标志位不为0，即存在非严重异常，则把解除保护标志位置0，判断电池组单体电池电压是否高于第二预设单体电池电压下限值且低于第二预设单体电池电压上限值，若为否，则把解除保护标志位置0；

判断温度传感器采集的温度值均是否高于第三预设温度上限值，第一预设温度下限值＜第三预设温度上限值＜第二预设温度上限值，若为否，则把解除保护标志位置0；

判断解除保护标志位是否为1，若解除保护标志位为1则说明判断电池组内部正常，控制开关控制电路开关导通电池组总正极或总负极；若解除保护标志位为0则说明判断电池组内部存在异常，则返回重新读取电池组内部参数状态数据，循环判断是否故障、是否进入保护，是否解除保护并执行保护动作。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提供了一种带有诊断接口的电池组管理系统，通过控制器、中间抽头继电器组切换电路、诊断接口、电池组单体电池电压采集和均衡电路、电池组电流采集电路、内部环境监测模块等构建了该系统的硬件结构，将各单体电池中间抽头引出，分别连接到中间抽头继电器组切换电路继电器的各触点，中间抽头继电器组切换电路还同时与电池组单体电池电压采集和均衡电路、控制器、以及诊断接口连接，由控制器I/O口输出的高低电平来控制触点的切换，实现将电池中间抽头切换至单体电池电压采集电路或诊断接口上，以实现电池单体的在线或者离线测试切换；并设置了开关控制电路，开关控制电路通过驱动器与控制器连接，控制器可以控制开关控制电路导通状态，实现电池组的通断，对电池组进行安全保护。该电池组管理系统能够实现内部单体电池电压和温度、电池组总电流、电池组总电压等数据的测量，通过诊断接口亦可对电池组内部单体电池进行阻抗谱测试，从而获得更加丰富的电池状态评估数据。同时，本发明还提供了相应的控制方法，根据采集的电池组数据可以实现故障诊断、保护诊断、解除保护诊断，对该系统中出现的故障进行初步诊断和故障保护。该电池组管理系统可提高海洋仪器设备中电池供电系统的安全性和可靠性，从而提高海洋仪器设备的使用周期，降低使用成本。

附图说明

图1为本发明的电池组管理系统基本结构框图；

图2为电池组管理系统的详细结构框图；

图3为一路电池组单体电池电压采集和均衡电路原理图；

图4为电池组电流采集电路原理图；

图5为开关控制电路原理图；

图6为一路中间抽头继电器组切换电路原理图；

图7为控制方法整体流程图；

图8为故障异常诊断程序流程图；

图9为保护诊断程序流程图；

图10为解除保护诊断程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

本发明实施例提供了一种电池组管理系统，参考图1、图2所示，该系统包括控制器、中间抽头继电器组切换电路、诊断接口、电池组单体电池电压采集和均衡电路。多个锂单体电池串并联组成电池组，电池组的总正负极通过2芯防水插头引出，各单体电池的中间抽头引出，分别连接到中间抽头继电器组切换电路继电器的各触点，中间抽头继电器组切换电路还同时与电池组单体电池电压采集和均衡电路、控制器、以及诊断接口连接，控制器还同时与电池组单体电池电压采集和均衡电路、诊断接口连接。控制器作为电池组管理系统的主控芯片控制整个系统的运行，并与上位机进行通信，继电器组切换电路由控制器I/O口输出的高低电平来控制触点的切换，实现将电池中间抽头切换至单体电池电压采集电路或诊断接口上。当控制器控制继电器组的常闭触点闭合时，中间抽头与电池组单体电池电压采集和均衡电路连接，可进行各单体电池的电压测量；当控制器控制继电器组的常开触点闭合时，中间抽头连接到诊断接口。本实施例中设置有14芯防水插头作为诊断接口，诊断接口除上位机通讯功能外，还可以与带有状态监控、诊断与测试功能的专用充电机或者电源管理系统连接，从而进行电池组内部状态监控以及相应的离线测试。

进一步参考图1、图2所示，该系统还进一步设置有开关控制电路，开关控制电路设置在电池组的总正极或总负极，基于MOS或IGBT等开关管设计，通过驱动器与控制器连接，控制器可以控制开关控制电路开关管关断或者接通总正极或总负极来进行对电池组的安全保护，并在控制器与开关控制电路之间进行了驱动电路电气隔离设计以提高电池组的安全性。

进一步参考图2所示，系统还同时设置有电池组电流采集电路，电池组电流采集电路设置在电池组的总正极或总负极，与控制器以及开关控制电路连接，用于测量电池组总电流数据。

同时，系统还进一步设置有内部环境监测模块，各单体电池均设置一温度传感器用于采集各单体电池的温度数据，在电池组内部的电路板上放置一温度传感器，用于采集电路板的温度数据，并在电池组内部设置温湿度传感器，用于采集电池组内部的湿度数据；另外，电池组内部还设置有火灾传感器与水位传感器，用于检测电池组内部是否发生火灾故障或漏水故障；各温度传感器、温湿度传感器、火灾传感器、水位传感器均与控制器连接。

控制器根据采集的电池组单体电池的电压数据、电池组总电流数据、各单体电池的温度数据、电路板的温度数据、电池组内部的湿度数据、电池组内部火灾数据或漏水数据监测情况，判断电池组内部是否发生异常或故障，并根据判断结果可以控制开关控制电路开关管的关断或者接通总正极或总负极来进行对电池组的安全保护。

下面将系统各部分的具体设计详细说明：

对于电池组单体电池电压采集和均衡电路，如图3所示，包括电池单体均衡电路与电池组监视器两部分，各路电池单体均衡电路分别连接一电池单体后接至电池组监视器，对多路单体电池分别进行电压数据采集和均衡，采集到的数据通过SPI接口传输到控制器。本实施例中具体基于LTC6811多节电池的电池组监视器芯片设计电池组单体电池电压采集和均衡电路，电池组单体电池电压采集和均衡电路与单片机之间进行了通信隔离以提高安全性。具体的，对于电池单体均衡电路，在电池组监视器的单体电池电压测量引脚C引脚与单体电池均衡引脚S引脚之间设置有MOS开关管，S引脚连接栅极、C引脚连接源极与漏极，MOS开关管还连接放电电阻，当某单体电池电压大于均衡电压时，S引脚可以驱动连接的MOS开关管栅极，控制开关管通时电流通过放电电阻进行发热消耗电量，对电压过高的单体电池进行放电。开关管还连接LED显示灯，当对某单体电池进行均衡时对应的LED显示灯会亮起。同时，每个单体电池电压测量引脚C引脚都并联了接地电容来抑制电压的纹波，并且连接电阻构成RC低通滤波器来滤除电路中高频噪声。实际设计中，若单体电池的数量超过单个LTC6811芯片容纳的上限，可以根据单体电池的具体数量将多个LTC6811芯片以菊链的形式连接，并将最底层的一个LTC6811芯片与控制器连接通信，且所有LTC6811芯片只需一根主处理器接线。

对于电池组电流采集电路，如图4所示，图4表示电池组电流采集电路，本实施例中采用单电源差分放大器芯片构建电流数据采集电路，单电源差分放大器芯片通过放大高精度检流电阻R_A的两端的电压来确定待检测电流的大小。本实施例中选择AD8210芯片来测量电池组电流，将VREF1和VREF2连接到GND，模拟量输出引脚连接到控制器来读取采集的电流数据。

对于内部环境监测模块，其包括温度检测、湿度检测、火灾检测和漏水检测四部分。本实施例中温度检测部分采用DS18B20数字式温度传感器对单体电池温度、电路板温度进行检测，各温度传感器GND引脚共同连接到电路板的GND；湿度检测部分采用DHT11数字式温湿度传感器对电池组内部湿度情况进行检测，温湿度传感器的GND引脚连接到电路板的GND；火灾检测部分通过火灾传感器检测电池组内是否发生火灾，火灾传感器的数字量输出端口连接控制器，当环境中的火灾光谱达到某一数值时，数字量端口电平为低电平，模拟量输出端口连接控制器，模拟量输出端口能够输出环境火灾光谱更精准的数值；当数字量输出端口为低电平且模拟量端口输出值达到预设阈值时，可以确定电池组内部发生火灾。漏水检测部分采用水位传感器检测电池组内是否发生漏水，水位传感器模拟量输出引脚连接控制器。

对于开关控制电路，如图5所示，开关控制电路设置在电池组的总正极或总负极，通过驱动器与控制器连接，控制器可以控制开关控制电路开关管的关断或者接通总正极或总负极来进行对电池组的安全保护。本实施例中选用两路N沟道MOS管，MOS管源极输出引脚(引脚2～8)接入电池组总正极或总负极、与电池组电流采集电路连接，栅极(引脚1)连接驱动电路，该MOSFET开关控制电路可以实现控制器I/O口高低电平控制MOS管的栅极来控制MOSFET的通断。

利用控制器I/O口高低电平控制MOS管需要驱动芯片，本实施例中选用八引脚的UCC27211芯片驱动MOS管，其中HS引脚连接MOS管的源极输出，VSS为供电低电压输入引脚且与HS连接，HO引脚连接两MOS管的栅极。由于驱动芯片的VSS与MOS管的源极输出的电池组总正极或总负极连接，而VDD需要一个比VSS高大约12V的电位，因此本实施例使用了隔离DC/DC模块来获得VDD的高电位，隔离DC/DC模块输入的电压为诊断接口为电池组提供的12V电压，而DC/DC模块输出的VO-低电位连接到MOS管源极输出，VO+输出比VO-高12V的电位，因此VO+的电位比MOS管源极连接的电池组总正极电位高12V，可以为驱动芯片的VDD引脚提供高电位。同时，本实施例在控制器与驱动电路之间还设置了高速光耦6N136以隔离开关控制电路的控制部分和MOS动作部分，提高电路的安全可靠性。

对于中间抽头继电器组切换电路，中间抽头继电器组切换电路采用多组双刀双掷继电器实现，继电器组的各触点分别连接串联单体电池的中间抽头，通过控制器的I/O管脚高低电平控制继电器组触点的切换。对于每一路切换电路结构，如图6所示，在控制器与继电器之间串接有光耦，光耦输出端连接三极管Q1，三极管Q1连接继电器通过控制器I/O引脚输出高低电平可控制光耦的断或通，通过光耦控制三极管Q1的通断来控制施加在继电器上的12V电压的通断，以此来控制继电器的动作或者复位，实现继电器触点的切换控制。同时，光耦实现了控制器的控制与继电器的安全隔离。另外为了安全考虑，在继电器1脚和8脚的12V电压差之间接一个二极管起到续流和保护作用。

本实施例中采用Arduino Nano单片机作为控制器，单片机引脚与各模块的对应连接关系如下表1所示：

表1单片机引脚与各模块的对应连接关系

同时，本实施例中因为诊断接口外接的设备是使用RS-232通信，而单片机使用的是TTL电平通信，因此单片机与诊断接口之间进行TTL电平与RS-232通信电平的转换。

基于上述的电池组管理系统，本发明还设计了相应的控制方法，如图7～图10所示，包括：

采集电池组内部参数状态数据:读取电池组内部参数状态数据，包括电池组单体电池的电压数据、电池组总电流数据、每个单体电池的温度数据、电路板的温度数据、电池组内部的湿度数据、电池组内部火灾数据以及漏水数据；电池组参数数据采集后，设置标志位，把故障标志位置0，保护标志位置0，解除保护标志位置1。

故障诊断：故障诊断流程图参考图8所示，根据读取的电池组内部各参数状态数据，按照故障的严重性和危害程度设置判断优先级，按照电池组是否发生火灾故障判断、电池组是否发生漏水故障判断、温度异常故障判断、电压异常故障判断、控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路的通信是否异常判断、中间抽头继电器组切换电路是否工作异常判断的顺序进行故障的诊断；若判断存在故障，将故障信息发送到上位机并控制开关控制电路开关状态为断开状态；否则控制开关控制电路开关状态为导通状态。具体为：

当火灾传感器检测到电池组内有火焰时判断电池组内发生火灾故障，发送电池组火灾故障信息，火灾大小信息，并把故障标志位置1；

当水位传感器检测到电池组内漏水时或读取的温湿度传感器的湿度值超过预设湿度值，则判断电池组发生漏水故障，发送电池组漏水故障信息、电池组内部水位值、电池组内部的湿度值，并把故障标志位置1；

当读取的温度传感器的温度值高于第一预设温度上限值时判断温度严重异常，则发送温度异常单体电池标号或电路板异常、异常温度值，并把故障标志位置1；

当测得的单体电池电压存在低于第一预设单体电池电压下限值或高于第一预设单体电池电压上限值时，第一预设单体电池电压下限值＜第一预设单体电池电压上限值，则判断为电压严重异常，电池组发送电压异常单体电池标号、异常电压值，并把故障标志位置1；

当控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常则判断控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常故障发生，发送控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常故障信息，并把故障标志位置1；当检测到中间抽头继电器组切换电路处在异常工作状态时判断中间抽头继电器组切换电路工作异常故障发生，发送中间抽头继电器组切换电路工作异常故障信息，并把故障标志位置1；

最后判断故障标志位，若为1则存在故障，控制开关控制电路切断电池组总正极或总负极；否则故障标志位为0表明未检测出单池组存在严重故障，则控制开关电路开关导通电池组总正极或总负极。

保护诊断：若诊断为电池组不存在故障，则进行是否进入保护的判断，进入保护诊断的嵌入式程序流程图如图9所示，根据读取的电池组内部参数状态数据判断电池组总正极或总负极电流是否大于预设电池组总电流阈值，如果大于预设电池组总电流阈值则进行保护动作，控制开关控制电路断开电池组总正极或总负极，并发送电池组电流异常信息，异常的电流值，并把保护动作位置1；

判断电池组单体电池电压是否高于第二预设单体电池电压上限值或低于第二预设单体电池电压下限值，第二预设单体电池电压下限值＜第二预设单体电池电压上限值＜第一预设单体电池电压上限值，且第二预设单体电池电压下限值＞第一预设单体电池电压下限值，若判断为是则发送电压警告信息及电压异常的单体电池号，并把保护动作位置1；

判断温度传感器采集的温度是否高于第二预设温度上限值或低于第一预设温度下限值，第一预设温度下限值＜第二预设温度上限值＜第一预设温度上限值，若判断为是则发送温度警告信息及温度异常区域的传感器号，并把保护动作位置1。

需要注意的是，保护诊断和故障诊断的主要不同是异常的严重程度不同，故障诊断到的异常为严重性的事故性的异常，发送故障信息，保护诊断到的异常为非严重性的但是影响电池组正常工作的异常，发送警告信息。

解除保护诊断：若判断为不进入保护，则进行是否解除保护诊断；解除保护诊断的嵌入式程序流程图如图10所示，若故障标志位不为0，即存在故障，则解除保护标志位置0；

若保护标志位不为0，即存在非严重异常，则把解除保护标志位置0，判断电池组单体电池电压是否高于第二预设单体电池电压下限值且低于第二预设单体电池电压上限值，若为否，则把解除保护标志位置0；

判断温度传感器采集的温度值均是否高于第三预设温度上限值，第一预设温度下限值＜第三预设温度上限值＜第二预设温度上限值，若为否，则把解除保护标志位置0；

判断解除保护标志位是否为1，若解除保护标志位为1则说明判断电池组内部正常，控制开关控制电路开关导通电池组总正极或总负极；若解除保护标志位为0则说明判断电池组内部存在异常，则返回重新读取电池组内部参数状态数据，循环判断是否故障、是否进入保护，是否解除保护并执行保护动作。

解除保护后，对电池组进行SOC估计，读取上位机命令，上位机的命令类型分为数据获取命令和控制命令，数据获取命令包括获取SOC值命令、温度数据命令、湿度数据命令、电流数据命令、电压数据命令，控制命令包括控制开关控制电路导通状态动作命令、控制继电器组动作命令。判断命令类型并按照命令执行相应的动作，电池组的嵌入式程序循环进行故障诊断、安全保护和接收执行命令。

根据上述的方法，本实施例中所采用的通信协议设计如下：

故障信息通信协议和警告信息通信协议分别如表2和表3所示。例如：当电池组发生电压严重过高故障时，控制器发送ERR:POVLT:1，无电压严重过高故障时，发送ERR:POVLT:O，1表示故障发生，0表示故障未发生。

表2故障信息通信协议

表3警告信息通信协议

可接收的上位机命令分为数据获取命令和控制命令两类，如表4所示。电池组管理系统的应答格式中，A,B,…字母代表相应的数据值，例如：当电流值为23.4安培时，DATA:CURR:A格式应为DATA:CURR:23.4。多个字母的格式含义类似。控制命令中的ON/OFF，ON为开或者动作，OFF为关或者复位，例如：CTRL:MOS:ON命令为控制MOSFET开通命令，CTRL:MOS:OFF命令为控制MOSFET关断命令。

表4上位机数据读取命令、控制命令通信协议

综上可知，本发明的带有诊断接口的电池组管理系统，通过控制器、中间抽头继电器组切换电路、诊断接口、电池组单体电池电压采集和均衡电路、池组电流采集电路、内部环境监测模块等构建了该系统的硬件结构，将各单体电池的中间抽头引出，分别连接到中间抽头继电器组切换电路继电器的各触点，中间抽头继电器组切换电路还同时与电池组单体电池电压采集和均衡电路、控制器、以及诊断接口连接，由控制器I/O口输出的高低电平来控制触点的切换，实现将电池中间抽头切换至单体电池电压采集电路或诊断接口上，以实现电池单体的在线或者离线测试切换；并设置了开关控制电路，开关控制电路通过驱动器与控制器连接，控制器可以控制开关控制电路导通状态，实现电池组的通断，对电池组进行安全保护。该电池组管理系统能够实现内部单体电池电压和温度、电池组总电流、电池组总电压等数据的测量，同时能够结合测得的数据对该系统中出现的故障进行初步诊断和故障保护。通过诊断接口亦可对电池组内部单体电池进行阻抗谱测试，从而获得更加丰富的电池状态评估数据。该电池组管理系统可提高海洋仪器设备中电池供电系统的安全性和可靠性，从而提高海洋仪器设备的使用周期，降低使用成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池组管理系统的控制方法，其特征在于，包括：

读取电池组内部参数状态数据并设置故障标志位、保护标志位、解除保护标志位；

根据读取的电池组内部各参数状态数据，进行电池组故障诊断，并将故障标志位置位，判断电池组是否存在故障；若判断为电池组存在故障，将故障信息发送到上位机并控制开关控制电路开关状态为断开状态；否则控制开关控制电路开关状态为导通状态；

若诊断为电池组不存在故障，则进行是否进入保护的判断，并将保护标志位置位，若判断为进入保护，则执行保护动作并发送警告信息到上位机；若判断为不进入保护，则进行是否解除保护诊断，并将解除保护标志位置位；若判断为解除保护，则解除保护，若判断为不解除保护，则循环进行是否电池组故障、是否进入保护，是否解除保护判断；

所述进入保护的判断的具体方法为：

根据读取的电池组内部参数状态数据判断电池组电流是否大于预设电池组总电流阈值，如果大于预设电池组总电流阈值则进行保护动作，控制开关控制电路断开电池组总正极或总负极，并发送电池组电流异常信息，异常的电流值，并把保护标志位置1；

判断电池组单体电池电压是否高于第二预设单体电池电压上限值或低于第二预设单体电池电压下限值，第二预设单体电池电压下限值＜第二预设单体电池电压上限值＜第一预设单体电池电压上限值，且第二预设单体电池电压下限值＞第一预设单体电池电压下限值，若判断为是则发送电压警告信息及电压异常的单体电池号，并把保护标志位置1；

判断温度传感器采集的温度是否高于第二预设温度上限值或低于第一预设温度下限值，第一预设温度下限值＜第二预设温度上限值＜第一预设温度上限值，若判断为是则发送温度警告信息及温度异常区域的传感器号，并把保护标志位置1；

所述解除保护诊断的具体方法为：

若故障标志位不为0，即存在故障，则解除保护标志位置0；

若保护标志位不为0，即存在非严重异常，则把解除保护标志位置0，判断电池组单体电池电压是否高于第二预设单体电池电压下限值且低于第二预设单体电池电压上限值，若为否，则把解除保护标志位置0；

判断温度传感器采集的温度值均是否高于第三预设温度上限值，第一预设温度下限值＜第三预设温度上限值＜第二预设温度上限值，若为否，则把解除保护标志位置0；

判断解除保护标志位是否为1，若解除保护标志位为1则说明判断电池组内部正常，控制开关控制电路开关导通电池组总正极或总负极；若解除保护标志位为0则说明判断电池组内部存在异常，则返回重新读取电池组内部参数状态数据，循环判断是否故障、是否进入保护，是否解除保护并执行保护动作。

2.根据权利要求1所述的电池组管理系统的控制方法，其特征在于，所述电池组内部参数状态数据包括电池组单体电池的电压数据、电池组总电流数据、每个单体电池的温度数据、电路板的温度数据、电池组内部的湿度数据、电池组内部火灾数据以及漏水数据；

根据读取的电池组内部各参数状态数据，按照电池组是否发生火灾故障判断、电池组是否发生漏水故障判断、温度异常故障判断、电压异常故障判断、控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路的通信是否异常判断、中间抽头继电器组切换电路是否工作异常判断的优先级顺序进行故障的诊断，判断电池组故障状态。

3.根据权利要求2所述的电池组管理系统的控制方法，其特征在于，电池组故障诊断的具体方法为：

当火灾传感器检测到电池组内有火焰时判断电池组内发生火灾故障，发送电池组火灾故障信息，火灾大小信息，并把故障标志位置1；

当水位传感器检测到电池组内漏水时或读取的温湿度传感器的湿度值超过预设湿度值，则判断电池组发生漏水故障，发送电池组漏水故障信息、电池组内部水位值、电池组内部的湿度值，并把故障标志位置1；

当读取的温度传感器的温度值高于第一预设温度上限值时判断温度严重异常，则发送温度异常单体电池标号或电路板异常、异常温度值，并把故障标志位置1；

当测得的单体电池电压存在低于第一预设单体电池电压下限值或高于第一预设单体电池电压上限值时，第一预设单体电池电压下限值＜第一预设单体电池电压上限值，则判断为电压严重异常，电池组发送电压异常单体电池标号、异常电压值，并把故障标志位置1；

当控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常则判断控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常故障发生，发送控制器与电池组单体电池电压采集和均衡电路通信异常故障信息，并把故障标志位置1；当检测到中间抽头继电器组切换电路处在异常工作状态时判断中间抽头继电器组切换电路工作异常故障发生，发送中间抽头继电器组切换电路工作异常故障信息，并把故障标志位置1；

最后判断故障标志位，若为1则存在故障，控制开关控制电路切断电池组总正极或总负极；否则故障标志位为0表明未检测出单池组存在严重故障，则控制开关电路开关导通电池组总正极或总负极。

4.一种电池组管理系统，应用上述权利要求1-3任一项所述的电池组管理系统的控制方法，其特征在于，包括：控制器、中间抽头继电器组切换电路、诊断接口、电池组单体电池电压采集和均衡电路；

电池组各单体电池的中间抽头引出，分别连接到所述中间抽头继电器组切换电路的继电器各触点；所述中间抽头继电器组切换电路还同时与所述电池组单体电池电压采集和均衡电路、控制器、以及诊断接口连接；所述控制器还同时与所述电池组单体电池电压采集和均衡电路、诊断接口连接；所述中间抽头继电器组切换电路由控制器I/O口输出的高低电平来控制触点的切换，实现将单体电池的中间抽头切换至所述电池组单体电池电压采集和均衡电路或诊断接口上。

5.根据权利要求4所述的电池组管理系统，其特征在于，系统还进一步包括开关控制电路，所述开关控制电路设置在电池组的总正极或总负极，通过驱动电路与所述控制器连接，所述控制器控制开关控制电路的开关管关断或者接通总正极或总负极对电池组进行安全保护。

6.根据权利要求5所述的电池组管理系统，其特征在于，所述开关控制电路基于MOS管设计，MOS管源极输出引脚接入电池组总正极或总负极，栅极连接驱动电路，控制器I/O口高低电平控制MOS管的栅极以控制MOS管的通断。

7.根据权利要求5或6所述的电池组管理系统，其特征在于，系统还进一步包括电池组电流采集电路，所述电池组电流采集电路设置在电池组的总正极或总负极，与所述控制器以及开关控制电路连接，用于测量电池组总电流数据。

8.根据权利要求4所述的电池组管理系统，其特征在于，系统还进一步包括内部环境监测模块，所述内部环境监测模块包括温度传感器、温湿度传感器、火灾传感器与水位传感器；

各单体电池均设置一温度传感器用于采集各单体电池的温度数据，并在电池组内部的电路板上放置一温度传感器，用于采集电路板的温度数据；各温度传感器数据引脚共用一根数据线，连接到所述控制器同一引脚；

电池组内部还设置有温湿度传感器、火灾传感器与水位传感器，分别用于检测电池组内部的湿度、火灾与漏水情况；

各温度传感器、温湿度传感器、火灾传感器与水位传感器均与控制器连接。

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