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CN109494418B - 电池管理系统的电芯采样装置及方法 - Google Patents

电池管理系统的电芯采样装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池管理系统的电芯采样装置及方法，该装置包括电池包主包（1）及至少一个电池包子包（2）；电池包主包包括电池管理系统控制主板（11）及若干个电池管理系统采集从板（3），电池管理系统控制主板与若干个电池管理系统采集从板通过单根双向通信线束相连，电池管理系统控制主板通过CAN总线连接整车网络；电池包子包包括采集从板主控制器（21）及若干个电池管理系统采集从板，采集从板主控制器与若干个电池管理系统采集从板通过单根双向通信线束相连，电池包子包采集从板主控制器依次相连并连电池管理系统控制主板；电池管理系统采集从板连接电池模组（4）。本发明能准确及时的采集各电池模组单体信息，降低系统成本。

Description

电池管理系统的电芯采样装置及方法
技术领域
本发明涉及汽车电池技术领域，尤其涉及一种电池管理系统的电芯采样装置及电芯采样方法。
背景技术
在现有的电池单体采样技术中，针对由多个子电池包组成的整体电池包，子包与子包间通过采样线束以菊花链方式相连，子包越多，采样线束越长，软件层次越复杂，采集的子电池包单体信息传递给主电池包过程中，信息丢失的风险大大增加。
中国实用新型专利CN 206363300 U公开了一种电池管理芯片菊花链通信系统，该系统包括：至少一个电池模组、单根双向通信线束按照菊花链方式连接各个模组、多个电池采样芯片、多个芯片接口。由于全部采用菊花链通讯方式且电池模组数量较多，所以单体采样信号存在衰减，信号质量不稳定。
中国发明专利申请CN 106058334 A公开了一种新型电池管理系统，架构主要包括上位机、BMU主板（BMU：BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，意为电池管理单元）、若干个采样控制模块和电池模组，电池模组之间采用菊花链模式连接，采样控制模块用于采集电池模组内各个电芯信息，BMU主板检测电池包的总电压并根据采集板反馈的数据做出相应的逻辑判断。该方案比较严格，虽然可以保证信号传输质量，但是价格成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池管理系统的电芯采样装置及方法，能确保准确、及时的采集到各个电池模组的电池单体电压、温度等信息，且降低了采样系统成本。
本发明是这样实现的：
一种电池管理系统的电芯采样装置，包括电池包主包及至少一个电池包子包；电池包主包包括电池管理系统控制主板及若干个电池管理系统采集从板，电池管理系统控制主板与若干个电池管理系统采集从板之间分别通过单根双向通信线束相连，电池管理系统控制主板通过CAN总线连接整车网络；电池包子包包括采集从板主控制器及若干个电池管理系统采集从板，采集从板主控制器与若干个电池管理系统采集从板之间分别通过单根双向通信线束相连，多个电池包子包的采集从板主控制器依次相连并连接到电池管理系统控制主板；每个电池管理系统采集从板分别对应连接一个电池模组。
所述的电池管理系统控制主板内设有收发模块。
所述的电池管理系统采集从板包括模数转换模块、信息采样电路及采样主芯片，信息采样电路的输入端与电池模组连接，信息采样电路的输出端与模数转换模块的输入端连接，模数转换模块的输出端与采样主芯片的输入端连接，电池包主包内的采样主芯片输出端与电池管理系统控制主板连接，电池包子包内的采样主芯片输出端与采集从板主控制器连接。
所述的电池管理系统采集从板还包括单体电压被动均衡模块，单体电压被动均衡模块串接在电池模组内多个电池单体的两端。
一种电池管理系统的电芯采样方法，包括如下步骤：
步骤1：电池管理系统上电，电池管理系统控制主板发出采样指令到电池包主包内的电池管理系统采集从板，电池管理系统控制主板通过采集从板主控制器发出采样指令到电池包子包内的电池管理系统采集从板；
步骤2：电池包主包内的电池管理系统采集从板接收采样指令并采集电池模组内多个电池单体的信息，再通过差分通信方式直接输入电池管理系统控制主板；
步骤3：电池包子包内的电池管理系统采集从板接收采样指令并采集电池模组内多个电池单体的信息，再通过差分通信方式直接输入采集从板主控制器，由采集从板主控制器通过CAN通信方式将信息输入电池管理系统控制主板；
步骤4：电池管理系统控制主板将电池单体的信息通过CAN通信方式输送到整车网络。
在所述的步骤1中，电池管理系统上电时，每个电池管理系统采集从板在通信网络中被分配唯一的地址。
在所述的步骤1中，电池管理系统控制主板通过SPI通信方式发送采样指令到收发模块，收发模块将采样指令通过差分通信方式分别发送到电池包主包内的电池管理系统采集从板和多个电池包子包内的采集从板主控制器。
在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：
步骤2.1：电池管理系统控制主板接收电池管理系统采集从板的信息，并判断采集的信息是否包含该电池管理系统采集从板的唯一地址，若是，执行步骤2.2，若否，返回重新接收电池管理系统采集从板的信息；
步骤2.2：电池管理系统控制主板分别发送不同的采样指令轮询电池包主包内的若干个电池管理系统采集从板，使其采集对应电池模组内的电池单体信息。
在所述的步骤3中，还包括如下分步骤：
步骤3.1：采集从板主控制器接收电池管理系统采集从板的信息，并断采集的信息是否包含该电池管理系统采集从板的唯一地址，若是，执行步骤3.2，若否，返回重新接收电池管理系统采集从板的信息；
步骤3.2：采集从板主控制器通过CAN通信方式将采集信息发送到电池管理系统控制主板；
步骤3.3：电池管理系统控制主板分别发送不同的采样指令经采集从板主控制器轮询电池包子包内的若干个电池管理系统采集从板，使其采集对应电池模组内的电池单体的信息。
在所述的步骤3中，相邻两个采集从板主控制器之间通过CAN通信方式发送采集信息。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明采用子电池包与子电池包之间通讯采用CAN通讯方式，子包内部仍采用菊花链方式经差分通讯协议通讯（TPL），与全部使用CAN通讯方式相比，既保证了采样信息传输的可靠性，又降低了电芯采样成本。
2、本发明的电池管理系统控制主板通过SPI通信（SPI为Serial PeripheralInterface的缩写，意为串行外设接口）和差分通信（TPL）相结合的方式发送采集指令，减少了通信线束，降低了系统成本。
本发明能确保准确、及时的采集到各个电池模组内电池单体电压、温度等信息，且降低了采样系统成本，简化了系统架构，便于维护。
附图说明
图1是本发明电池管理系统的电芯采样装置的系统架构图；
图2是本发明电池管理系统的电芯采样装置中电池包主包的电池管理系统采集从板的架构图；
图3是本发明电池管理系统的电芯采样装置中电池包子包的电池管理系统采集从板的架构图；
图4是本发明电池管理系统的电芯采样方法的流程图。
图中，1电池包主包，11电池管理系统控制主板，2电池包子包，21采集从板主控制器，3电池管理系统采集从板，31模数转换模块，32信息采样电路，33采样主芯片，34单体电压被动均衡模块，4电池模组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1，一种电池管理系统的电芯采样装置，包括电池包主包1及至少一个电池包子包2；电池包主包1包括电池管理系统控制主板（BMU）11及若干个电池管理系统采集从板（CMU_Slave）3，电池管理系统控制主板11与若干个电池管理系统采集从板3之间分别通过单根双向通信线束相连并采用差分通信（TPL）方式通信，电池管理系统控制主板11通过CAN总线连接整车网络，实现与整车的CAN总线通信；电池包子包2包括采集从板主控制器（CMU_Master）21及若干个电池管理系统采集从板（CMU_Slave）3，采集从板主控制器21与若干个电池管理系统采集从板3之间分别通过单根双向通信线束相连并采用差分通信（TPL）方式通信，多个电池包子包2的采集从板主控制器21依次相连并连接到电池管理系统控制主板11并采用CAN通信方式通信，避免了多电池包子包2的采样线多而长，同时保证了通信质量；每个电池管理系统采集从板3分别对应连接一个电池模组4。
请参见附图2及附图3，所述的电池管理系统采集从板3包括模数转换模块31、信息采样电路32及采样主芯片33，信息采样电路32的输入端与电池模组4连接，信息采样电路32的输出端与模数转换模块31的输入端连接，模数转换模块31的输出端与采样主芯片33的输入端连接，电池包主包1内的采样主芯片33输出端与电池管理系统控制主板11连接，电池包子包2内的采样主芯片33输出端与采集从板主控制器21连接。信息采样电路32的作用是对电池模组4内的各个电池单体进行单体的电压采集，并将采集到的信息发送给模数转换模块31，使电池管理系统采集从板3通过差分通信（TPL）方式传送给电池管理系统控制主板11和采集从板主控制器21。
所述的电池管理系统采集从板3还包括单体电压被动均衡模块34，单体电压被动均衡模块34串接在电池模组4内的多个电池单体的两端，电池模组4内的多个电池单体共用一个单体电压被动均衡模块34，在整个电池包进行充电工作时，电池管理系统控制主板11根据收集的电池单体电压信息，对于电压高的电池单体，开启单体电压被动均衡模块34，消耗该电池单体的电能，最终保证电池模组4内电池单体电压的一致性。单体电压被动均衡模块34与模数转换模块31、信息采样电路32及采样主芯片33不连接。
所述的电池管理系统控制主板11内设有收发模块，可通过收发模块转变通信方式，以减少通信所需的连接线的数量，达到降低成本的目的。
每个所述的电池模组4分别为与其连接的电池管理系统采集从板3供电，由电池管理系统采集从板3采集对应电池模组4内的多个电池单体的数据。
请参见附图4，一种电池管理系统的电芯采样方法，包括如下步骤：
步骤1：电池管理系统上电，电池管理系统控制主板11发出采样指令到电池包主包1内的电池管理系统采集从板3，电池管理系统控制主板11通过采集从板主控制器21发出采样指令到电池包子包2内的电池管理系统采集从板3。
在所述的步骤1中，电池管理系统上电时，每个电池管理系统采集从板3在通信网络中被分配唯一的地址。
在所述的步骤1中，电池管理系统控制主板11通过SPI通信方式发送采样指令到收发模块，收发模块将采样指令通过TPL通信方式分别发送到电池包主包1内的电池管理系统采集从板3和多个电池包子包2内的采集从板主控制器21。
步骤2：电池包主包1内的电池管理系统采集从板3接收采样指令并采集电池模组4内多个电池单体的温度、电压等信息，再通过差分通信（TPL）方式直接输入电池管理系统控制主板11。
在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：
步骤2.1：电池管理系统控制主板11接收电池管理系统采集从板3的信息，并判断采集的信息是否包含该电池管理系统采集从板3的唯一地址，若是，执行步骤2.2，若否，返回重新接收电池管理系统采集从板3的信息。
步骤2.2：电池管理系统控制主板11分别发送不同的采样指令轮询电池包主包1内的若干个电池管理系统采集从板3，使其采集对应电池模组4内的电池单体的电压、温度等大量数据信息，为了避免混淆并提升传送效率，电池管理系统控制主板11可轮训发送不同的采样指令来获取相应的电池单体信息。
步骤3：电池包子包2内的电池管理系统采集从板3接收采样指令并采集电池模组4内多个电池单体的温度、电压等信息，再通过差分通信（TPL）方式直接输入采集从板主控制器21，由采集从板主控制器21通过CAN通信方式将信息输入电池管理系统控制主板11。
在所述的步骤3中，还包括如下分步骤：
步骤3.1：采集从板主控制器21接收电池管理系统采集从板3的信息，并断采集的信息是否包含该电池管理系统采集从板3的唯一地址，执行步骤3.2，若否，返回重新接收电池管理系统采集从板3的信息。
步骤3.2：采集从板主控制器21通过CAN通信方式将采集信息发送到电池管理系统控制主板11。
步骤3.3：电池管理系统控制主板11分别发送不同的采样指令经采集从板主控制器21轮询电池包子包2内的若干个电池管理系统采集从板3，使其采集对应电池模组4内的电池单体的电压、温度等数据信息。
在所述的步骤3中，相邻两个采集从板主控制器21之间通过CAN通信方式发送采集信息。
步骤4：电池管理系统控制主板11将电池单体的电压、温度等信息通过CAN通信方式输送到整车网络。
以某个电池模组A的采样为例，假设该电池模组A内包含8片电池单体，电池管理系统控制主板11发送单体电压、温度采样指令与给采集从板主控制器21，采集从板主控制器21传递给电池管理系统采集从板3，电池管理系统采集从板3将具体采集到的8片电池单体的电压与温度信息，先通过差分通讯（TPL）方式传递给采集从板主控制器21，然后采集从板主控制器21通过CAN协议传递给电池管理系统控制主板11，电池管理系统控制主板11通过CAN协议输送到整车网络。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电池管理系统的电芯采样方法，其特征是：该电芯采样方法是基于电池管理系统的电芯采样装置实现的，所述的电池管理系统的电芯采样装置包括电池包主包（1）及至少一个电池包子包（2）；电池包主包（1）包括电池管理系统控制主板（11）及若干个电池管理系统采集从板（3），电池管理系统控制主板（11）与若干个电池管理系统采集从板（3）之间分别通过单根双向通信线束相连并采用差分通信方式通信，电池管理系统控制主板（11）通过CAN总线连接整车网络；电池包子包（2）包括采集从板主控制器（21）及若干个电池管理系统采集从板（3），采集从板主控制器（21）与若干个电池管理系统采集从板（3）之间分别通过单根双向通信线束相连并采用差分通信方式通信，多个电池包子包（2）的采集从板主控制器（21）依次相连并连接到电池管理系统控制主板（11）并采用CAN通信方式通信；每个电池管理系统采集从板（3）分别对应连接一个电池模组（4）；所述的电池管理系统采集从板（3）包括模数转换模块（31）、信息采样电路（32）及采样主芯片（33），信息采样电路（32）的输入端与电池模组（4）连接，信息采样电路（32）的输出端与模数转换模块（31）的输入端连接，模数转换模块（31）的输出端与采样主芯片（33）的输入端连接，电池包主包（1）内的采样主芯片（33）输出端与电池管理系统控制主板（11）连接，电池包子包（2）内的采样主芯片（33）输出端与采集从板主控制器（21）连接；所述的电池管理系统采集从板（3）还包括单体电压被动均衡模块（34），单体电压被动均衡模块（34）串接在电池模组（4）内多个电池单体的两端，单体电压被动均衡模块（34）与模数转换模块（31）、信息采样电路（32）及采样主芯片（33）不连接；所述的电池管理系统控制主板（11）内设有收发模块；
该电芯采样方法包括如下步骤：
步骤1：电池管理系统上电，电池管理系统控制主板（11）发出采样指令到电池包主包（1）内的电池管理系统采集从板（3），电池管理系统控制主板（11）通过采集从板主控制器（21）发出采样指令到电池包子包（2）内的电池管理系统采集从板（3）；
在所述的步骤1中，电池管理系统上电时，每个电池管理系统采集从板（3）在通信网络中被分配唯一的地址；
步骤2：电池包主包（1）内的电池管理系统采集从板（3）接收采样指令并采集电池模组（4）内多个电池单体的信息，再通过差分通信方式直接输入电池管理系统控制主板（11）；
在所述的步骤2中，还包括如下分步骤：
步骤2.1：电池管理系统控制主板（11）接收电池管理系统采集从板（3）的信息，并判断采集的信息是否包含该电池管理系统采集从板（3）的唯一地址，若是，执行步骤2.2，若否，返回重新接收电池管理系统采集从板（3）的信息；
步骤2.2：电池管理系统控制主板（11）分别发送不同的采样指令轮询电池包主包（1）内的若干个电池管理系统采集从板（3），使其采集对应电池模组（4）内的电池单体信息；
步骤3：电池包子包（2）内的电池管理系统采集从板（3）接收采样指令并采集电池模组（4）内多个电池单体的信息，再通过差分通信方式直接输入采集从板主控制器（21），由采集从板主控制器（21）通过CAN通信方式将信息输入电池管理系统控制主板（11）；
在所述的步骤3中，还包括如下分步骤：
步骤3.1：采集从板主控制器（21）接收电池管理系统采集从板（3）的信息，并断采集的信息是否包含该电池管理系统采集从板（3）的唯一地址，若是，执行步骤3.2，若否，返回重新接收电池管理系统采集从板（3）的信息；
步骤3.2：采集从板主控制器（21）通过CAN通信方式将采集信息发送到电池管理系统控制主板（11）；
步骤3.3：电池管理系统控制主板（11）分别发送不同的采样指令经采集从板主控制器（21）轮询电池包子包（2）内的若干个电池管理系统采集从板（3），使其采集对应电池模组（4）内的电池单体的信息；
步骤4：电池管理系统控制主板（11）将电池单体的信息通过CAN通信方式输送到整车网络；
在所述的步骤1中，电池管理系统控制主板（11）通过SPI通信方式发送采样指令到收发模块，收发模块将采样指令通过差分通信方式分别发送到电池包主包（1）内的电池管理系统采集从板（3）和多个电池包子包（2）内的采集从板主控制器（21）；
在所述的步骤3中，相邻两个采集从板主控制器（21）之间通过CAN通信方式发送采集信息。
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