CN103580089B - 分布式电池管理系统及分布式电池管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管理多个电池模块的分布式电池管理系统，包括：多个从属控制部，与多个电池模块相对应的形成，且具有从最低位到最高位串联连接的链型（daisy chain）结构，将从外部接收的控制信息按照从所述最高位到所述最低位依次传送，并对应所述被传送的控制信息，分别感应所述电池模块的信息，将所述被感应的感应信息按照从所述最高位到所述最低位的顺序依次传送，将被传送到所述最高位的感应信息发送到外部；以及主控制部，将所述控制信息传送到所述多个从属控制部中的最高位从属控制部，利用从所述最高位从属控制部接收的感应信息管理所述电池模块。由此，本发明是以链型方式连接多个从属控制部而减少部件数量和硬件设计上的负担。

Description

分布式电池管理系统及分布式电池管理方法

技术领域

本发明涉及分布式电池管理系统，具体是指利用主控制部和多个从属控制部对电池模块进行监测的分布式电池管理系统。

背景技术

分布式电池管理系统是指对多个电池模块的电压和温度进行监测，并实施如电池平衡等电池模块控制功能的系统。

分布式电池管理系统可以分为主控制部、块控制部和从属控制部。从属控制部监测各电池模块的电池电压和温度等信息并传输到块控制部，块控制部将与自己的块相应的从属控制部传送的电池模块数据传送给主控制部。

主控制部接收通过块控制部传输的各电池模块的信息并加以处理，并通过块控制部对各从属控制部实施控制。

分布式电池管理系统通过所述主、从分布式结构，由各电池模块的从属控制部读出电池电压和温度。

也就是说，传统的分布式电池管理系统是每个电池模块都需要从属控制部，以及按块分别对这些进行管理的块控制部。

但是传统的分布式电池管理系统是每个从属控制部都需要实现数据通讯和存储器功能的微控制器，使用在从属控制部和主控制部之间只传送信息的块控制部而造成制造成本上升的问题。

另外，从属控制部之间可以用电子线束连接。但是从属控制部用电子线束连接会受到从内部或者外部产生的噪声的危害。尤其混合动力汽车或电动汽车产生噪声更容易引起问题。混合动力汽车或电动汽车需要电动机或变频器，但是因从电动机或变频器上发生的噪声会导致从属控制部之间发生通信障碍。

尤其，控制高电压电池模块时，需要一个对噪声稳健性高的分布式电池管理系统及分布式电池管理方法，以预防事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用链型方式使各电池模块上安装的从属控制部的硬件资源最小化和排除块控制部，以降低总体制造成本和系统设计费用的分布式电池管理系统。

本发明的目的还在于提供一种对于从属控制部之间的通信可以提高对噪声的稳健性而具有安全性和可靠性的分布式电池管理系统及分布式电池管理方法。

为实现所述目的，本发明提供的分布式电池管理系统包括：多个从属控制部，与多个电池模块相对应的形成，且具有从最低位到最高位串联连接的链型（daisy chain）结构，将从外部接收的控制信息按照从所述最高位到所述最低位依次传送，并对应所述被传送的控制信息，分别感应所述电池模块的信息，将所述被感应的感应信息按照从所述最高位到所述最低位的顺序依次传送，将被传送到所述最高位的感应信息发送到外部；以及

主控制部，将所述控制信息传送到所述多个从属控制部中的最高位从属控制部，利用从所述最高位从属控制部接收的感应信息，管理所述电池模块。

优选地，所述多个从属控制部是相互串联连接，以便所述多个从属控制部形成所述菊花莲结构，并具备可分别感应电池模块信息的多个感应IC。

优选地，所述最高位从属控制部是由从所述主控制部接收所述控制信息并采集所述感应信息传送到所述主控制部的微控制器，以及所述感应IC组成。

优选地，所述最高位从属控制部采集所述感应信息，判断所述采集的感应信息有无错误。

优选地，所述主控制部按预定周期接收从所述最高位从属控制部传送的感应信息。

优选地，所述控制信息包含所述从属控制部的地址（address）和命令（command）信息。

优选地，所述感应信息包含所述电池模块的电压、电流和温度中的一个或两个以上。

为实现所述目的，本发明提供一种分布式电池管理系统，包括：至少两个从属控制部，以链型（daisy chain）结构依次连接；电池模块，分别连接于从属控制部；主控制部，连接于所述从属控制部中的最高位从属控制部而管理所述电池模块；所述最高位从属控制部包括：差分信号接口IC，将所述主控制部传送的控制信息编码成异步差分信号，对于被编码成从各所述从属控制部传送的与所述控制信息相对应的感应信息进行解码。

优选地，所述从属控制部具备感应所述电池模块的感应IC。

优选地，所述最高位从属控制部包括从所述主控制部接收所述控制信息传送到最高位所述从属控制部，接收各所述从属控制部的感应IC感应的感应信息后传送到所述主控制部的微控制器。

优选地，所述微控制器判断传送的所述感应信息有无错误。

优选地，所述控制信息包含所述从属控制部的地址（address）和命令信息。

为实现所述目的，本发明提供一种一种分布式电池管理方法，通过包括以链型（daisy chain）结构依次连接的至少两个从属控制部、分别连接于从属控制部的电池模块、与所述从属控制部中的最高位从属控制部连接而管理所述电池模块的从属控制部的分布式电池管理系统实现的分布式电池管理方法；该方法的实施步骤包括：将从所述主控制部接收的控制信息在所述最高位从属控制部编码成异步差分信号；将编码的控制信息依次传送到最低位从属控制部；与所述被传送的所述控制信息相对应地对各所述电池模块的信息进行感应而生成感应信息，并将各所述感应信息传送到所述最高位从属控制部；将被传送的各感应信息在所述最高位从属控制部进行解码。

优选地，所述控制信息包含所述从属控制部的地址（address）和命令信息。

本发明具有的优点在于：

根据本发明的分布式电池管理系统，可以用链型方式连接多个从属控制部， 以前适用于所有从属控制部的微控制器只用于最高位从属控制部，其余从属控制部被排除，从而减少部件数量和硬件设计负担而降低制造成本。

根据本发明，在从属控制部中的最高位从属控制部除感应功能之外还兼容传统块控制部功能就是与主控制部的通信功能，排除传统的块控制部进而比传统的节省制造成本。

根据本发明的分布式电池管理系统和分布式电池管理方法，以差分异步通信方式构成从属控制部之间的通信，即使Ground等级因从内部或外部产生的噪声而发生变化，但仍然可以提升通信的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明第一实施例的分布式电池管理系统的结构图；

图2是本发明第一实施例的从属控制部的结构图；

图3是说明本发明第一实施例的多个从属控制部之间的控制信息流的控制程序图；

图4是说明与图3有关动作的结构图；

图5是说明本发明第一实施例的多个从属控制部之间感应信息流的控制程序图；

图6是说明与图5有关动作的结构图；

图7是本发明优选的第二实施例的分布式电池管理系统结构图；

图8是从属控制部之间以差分异步通信收发控制信息和感应信息的状态图示；

图9是图8中图示的差分信号接口IC结构图；

图10是异步差分信号图示；

图11是本发明一个优选实施例的分布式电池管理方法图示。

图中：

1: 分布式电池管理系统；

10: 从属控制部；

12: 感应IC；

14, 200 : 微控制器；

20: 主控制部；

30: 电池模块；

100 : 差分信号接口IC；

110 : 数据接收部；

120 : 数据发送部；

130 : 异步差分通信编码器；

140 : 异步差分通信解码器；

150 : 差分发送部；

160 : 差分接收部。

具体实施方式

下面参照附图，对发明优选实施例详细进行描述。说明内容和附图中的实际同一个构件是用同一个符号表示。显然，所描述的优选实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

图1是本发明第一实施例的分布式电池管理系统的结构图，图中显示由两个组构成的多个从属控制部10。根据图1，第一实施例的分布式电池管理系统1包括由两个组构成的多个从属控制部10和主控制部20，诸电池模块30连接于各个对应的多个从属控制部10。下面为了便利只对多个从属控制部10组中的左侧组进行说明。

多个从属控制部10与诸电池模块30分别相对应地配置，具有从最低位从属控制部10,#n到最高位从属控制部10,#1串联连接的链型（daisy chain）结构。

图2是第一实施例的多个从属控制部的结构图。如图所示，作为内部结构的多个感应IC12相互串联连接，以链型(daisy chain)方式连接多个从属控制部10。感应IC12配置于从属控制部10的内部，如上所述实施多个从属控制部10之间的连接功能的同时实施对电池模块30电压、电流、温度等信息的感应功能。

多个从属控制部10中最高位从属控制部10,#1除所述感应IC12之外还具备微控制器14。最高位从属控制部10,#1的感应IC12串联连接于下一低位从属控制部#2的感应IC12。

微控制器14从主控制部20接收可控制从属控制部10动作的控制信息#1-#n，采集低位多个从属控制部10,#2-#n的感应信息#2-#n，并实施和自己感应的感应信息#1一起传送到主控制部20的功能。

控制信息可以包含控制从属控制部10动作的从属控制部10的地址（address）和命令（command）信息，感应信息是被感应IC12感应，并包括电池模块30的电压、电流和温度等信息。

主控制部20将包括用于控制电池模块30的地址（address）和命令（command）的控制信息传送到多个从属控制部10中的最高位从属控制部10,#1，接收由最高位从属控制部10,#1采集的感应信息，使主控制部20诸电池模块30实施监测和控制。

主控制部20可以按预定周期接收从最高位从属控制部10,#1传送的感应信息。所述周期会根据电池模块30的状态出现变化。

下面根据图3和图4对本发明第一实施例的控制信息流进行说明。首先，最高位从属控制部10,#1接收从主控制部20传送的控制信息即地址（address）和命令（command）信息（步骤S310）。由最高位从属控制部10,#1的微控制器14接收的控制信息如图4的C1。C1包含所有从属控制部10的控制信息。

然后，各从属控制部10的感应IC12会确认传送的控制信息（步骤S320），接收与自己相对应的控制信息（步骤S330），将控制信息传送到下一个低位从属控制部10（步骤S340），根据与自己相应的控制信息实施对电池模块30的感应（步骤S350）。

从所述S320步骤至S350步骤是被反复实施，直到控制信息到达从属控制部#n（步骤S360）。

也就是说，控制信息如图4所示，通过感应IC从高位从属控制部10至低位从属控制部10按C1, C2, C3,...Cn顺序传递。所述从属控制部10包括比其低位的从属控制部10的控制信息。

下面根据图5和图6对本发明第一实施例的感应信息流进行说明。

首先，通过从属控制部10的感应IC12对电池模块30的信息感应完成时（步骤S510），多个从属控制部10通过感应IC12将感应信息从低位从属控制部10依次传送到高位从属控制部10（步骤S520，步骤S530）。

所述感应信息的传送被反复实施，直到从属控制部#n-#2的感应信息被最高位从属控制部#1接收（步骤S540）。

也就是说，感应信息如图6所示，通过感应IC12从低位从属控制部10按Dn, Dn-1,... D2顺序被依次传送到所述从属控制部10。随之，传送于最高位从属控制部10,#1的感应信息即D2中包含低位从属控制部#2-#n的感应信息。

最高位从属控制部10,#1的微控制器14采集从最高位从属控制部10,#1的感应IC12传送的感应信息即D1（步骤S550）。最高位从属控制部10,#1的感应IC12将其感应信息#1和从比其低位的从属控制部10, #2-#n传送的感应信息#2-#n传送到微控制器14。

最高位从属控制部10,#1采集感应信息，判断所采集的感应信息有无错误。例如，最高位从属控制部10,#1可以忽略清除掉被判断成有错误的感应信息，并利用下一周期采集的感应信息。

如上所述，第一实施例的分布式电池管理系统1是用链型方式连接，传统的所有从属控制部10适用的微控制器仅适用于最高位从属控制部10,#1，其余从属控制部10则被排除，减轻配件数量和硬件上的设计负担而降低制造成本。

而且从属控制部10中的最高位从属控制部10,#1除感应功能之外还兼容传统的块控制部功能就是与主控制部20的通信功能而排除传统的块控制部而降低制造成本。

第二实施例

图7是本发明优选的第二实施例的分布式电池管理系统结构图。

根据图7，本发明的分布式电池管理系统包括将主控制部20传送的控制信息编码成异步差分信号，并对与被编码成由各个从属控制部10传送的控制信息对应的感应信息进行解码的差分信号接口IC100。

最高位从属控制部10,#1除感应IC12之外还可以具备微控制器200。微控制器200接收用于控制从属控制部10动作的控制信息#1-#n，采集低位的多个从属控制部10,#2-#n的感应信息#2-#n，与自己感应的感应信息#1一起发送给主控制部20。

在这里，控制信息可以包含用于控制从属控制部10动作的从属控制部10的地址(address）和命令（command）信息。感应信息是被感应IC12感应，可以包含电池模块30的电压、电流和温度等信息。

差分信号接口IC100发挥将所述控制信息编码成差分信号，或者将所述感应信息解码成异步信号的作用。差分信号接口IC100位于最高位从属控制部10,#1，具体地位于微控制器200和感应IC12之间。

图8是从属控制部之间以差分异步通信收发控制信息和感应信息的状态图示。

根据图8，第二实施例中，在多个从属控制部10之间收发数据时，可以通过四个电子线束进行通信。四个电子线束由Tx_Positive、Tx_Negative、Rx_Positive、Rx_Negative(以下用Tx_P、Tx_N、Rx_P、Tx_N标示)组成。四个端口（Tx_P、Tx_N、Rx_P、Rx_N）全部使用特定的电压等级（如0-5V或 0-3.3V等等），从位于各从属控制部10内的感应IC按bit分别接收Tx_P-Tx_N值。这里的Tx是指输出端口，Rx表示输入端口。

图9是图8中图示的差分信号接口IC的结构图。

根据图9，差分信号接口IC100通过内部具备的数据接收部110接收由微控制器200传送的控制信息。接收的控制信息是在异步差分通信编码器130被编码后被传送到差分发送部150。差分发送部150将编码的控制信息发送到感应IC12,#1。编码的控制信息是通过感应IC12,#1的出口端口Tx被依次传送到次位从属控制部10上具备的感应IC12,#2-#n的入口端口Rx。

图10是异步差分信号图示。

从图10中可以看出Tx_P的High信号和Tx_N的High信号交替形成。随之得知Positive与Negative的电压等级差Tx_P-Tx_N如图5中的图示。所述控制信息是按Bit分别发送，一般控制信息是可以从开始位、数据位以及停止位顺序形成。低位感应IC12,#n-1是按照解码规则接收从高位感应IC12,#n-2接收的控制信息，其余控制信息被传送到下一个低位感应IC12,#n。

而且，在各个从属控制部10具备与发送的控制信息对应的感应IC12是感应对该电池模块30的感应信息（电压或者温度）。多个感应IC12,#2-#n的感应信息被传送到最高位从属控制部10,#1上具备的感应IC12,#1，被感应IC12,#1感应的感应信息#1和被传送的诸感应信息#2-#n被传送到差分接收部160。

异步差分通信解码器140对从差分接收部160传送的感应信息依次进行解决码。被解码的感应信息被传送到数据发送部120，数据发送部120将感应信息传送到微控制器200。

微控制器200可以判断接收的感应信息有无错误。微控制器200将感应信息发送到主控制部20。主控制部20应用如此接收的感应信息对诸电池模块30实施监测和控制。主控制部20可以按预定的周期接收从最高位从属控制部10,#1发送的感应信息。所述周期会根据电池模块30的状态发生变化。

所述根据差分的异步串行通信是利用数据位以Ground（GND）为准的Positive与Negative的电压等级差Tx_P-Tx_N，因此即使Ground（GND）的等级因从外部或者内部发生的噪声而变化，但通信稳定性和可靠性仍然得到提升。

本发明的一个优选实施例从说明上包括四个电子线束，但并不是对本发明进行限制，为判断通信数据的有效性和从属控制部的自我诊断而需要信号线时，除了四个电子线束之外，还可以利用差分方法对电子线束进行增设。

图11是本发明的一个优选实施例的分布式电池管理方法图示。

根据图11，本发明的一个优选实施例的分布式电池管理方法是，首先，将通过差分信号接口IC100从主控制部20接收的控制信号在最高位从属控制部10,#1编码成异步差分信号。（步骤S710）然后，将编码的控制信息依次传送到最低位从属控制部10,#n。（步骤S720）然后，对应传送的控制信息，感应各电池模块30的信息而生成感应信息，并将各个感应信息传送到最高位从属控制部10,#1。（步骤S730）然后，将传送的各感应信息通过差分信号接口IC100在最高位从属控制部10,#1进行解码。（步骤S740）

以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释，而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种分布式电池管理系统，包括：多个从属控制部，与多个电池模块相对应地形成，且具有从最低位到最高位串联连接的链型结构，将从外部接收的控制信息按照从所述最高位到所述最低位依次传送，并对应被传送的所述控制信息，分别感应所述电池模块的信息，将被感应的感应信息按照从所述最高位到所述最低位的顺序依次传送，将被传送到所述最高位的感应信息发送到外部；以及主控制部，将所述控制信息传送到所述多个从属控制部中的最高位从属控制部，利用从所述最高位从属控制部接收的感应信息，管理所述电池模块，

所述多个从属控制部是相互串联连接，以便所述多个从属控制部形成所述链型结构，并具备能够分别感应电池模块信息的多个感应IC，

所述最高位从属控制部由从所述主控制部接收所述控制信息并采集所述感应信息传送到所述主控制部的微控制器，以及所述感应IC组成。

2.根据权利要求1所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述最高位从属控制部采集所述感应信息，判断采集的所述感应信息有无错误。

3.根据权利要求1所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述主控制部按预定周期接收从所述最高位从属控制部传送的感应信息。

4.根据权利要求1所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述控制信息包含所述从属控制部的地址和命令信息。

5.根据权利要求1所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述感应信息包含所述电池模块的电压、电流和温度中的一个或两个以上。

6.一种分布式电池管理系统，其特征在于，包括：至少两个从属控制部，以链型结构依次连接；电池模块，分别连接于从属控制部；主控制部，连接于所述从属控制部中的最高位从属控制部，进而管理所述电池模块；所述最高位从属控制部包括：差分信号接口IC，将所述主控制部传送的控制信息编码成异步差分信号，对被编码成从各所述从属控制部传送的与所述控制信息相对应的感应信息进行解码，

所述从属控制部具备感应所述电池模块的感应IC，

所述最高位从属控制部包括：从所述主控制部接收所述控制信息传送到最低位从属控制部，接收各所述从属控制部的感应IC感应的感应信息后传送到所述主控制部的微控制器。

7.根据权利要求6所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述微控制器判断传送的所述感应信息有无错误。

8.根据权利要求6所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述控制信息包含所述从属控制部的地址和命令信息。

9.一种分布式电池管理方法，其特征在于，通过包括以链型结构依次连接的至少两个从属控制部、分别连接于从属控制部的电池模块、与所述从属控制部中的最高位从属控制部连接而管理所述电池模块的从属控制部的分布式电池管理系统实现的分布式电池管理方法；该方法的实施步骤包括：将从主控制部接收的控制信息在所述最高位从属控制部编码成异步差分信号；将编码的控制信息依次传送到最低位从属控制部；与被传送的所述控制信息相对应地对各所述电池模块的信息进行感应，进而生成感应信息，并将各所述感应信息传送到所述最高位从属控制部；将被传送的各感应信息在所述最高位从属控制部进行解码。

10.根据权利要求9所述的分布式电池管理方法，其特征在于，所述控制信息包含所述从属控制部的地址和命令信息。