可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)提出一種可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，包括主處理單元以及可擴(kuò)展子單元；所述主處理單元與所述可擴(kuò)展子單元之間，以及相鄰可擴(kuò)展子單元之間，通過菊花鏈通訊方式連接；所述可擴(kuò)展子單元采集當(dāng)前電芯模組的電壓、溫度、執(zhí)行均衡功能以及故障診斷功能，并通過菊花鏈通訊方式將當(dāng)前管理的電芯模組信息傳輸至所述主處理單元；所述主處理單元根據(jù)所有電芯模組的電壓、電流、溫度以及系統(tǒng)故障信息，運(yùn)行預(yù)先設(shè)定好的系統(tǒng)策略并與外部設(shè)備進(jìn)行通訊。本實(shí)用新型專利技術(shù)中提供的可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，通過對(duì)電芯模組電壓、溫度、電流以及系統(tǒng)故障信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理，保證電芯模組工作正常，具有可擴(kuò)展性高、維護(hù)性高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及電池管理系統(tǒng)
，特別涉及一種可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
電池管理系統(tǒng)是電芯模組的重要組成部分之一，它用于管理電池模組的電壓、溫度、電流等信息，并管理電芯模組的充放電過程以及與控制器、充電機(jī)、儀表、UPS等外部設(shè)備進(jìn)行通訊交換，以便更好更合適的監(jiān)控管理電池狀態(tài)。在動(dòng)力電芯模組中，受限于方案成本與可擴(kuò)展性的影響，BMS(電池管理系統(tǒng))可分為集中式BMS與分布式BMS等兩種架構(gòu)。對(duì)于集中式BMS，其成本低廉、控制簡(jiǎn)單；但是其存在可擴(kuò)展性差、維護(hù)性差、維護(hù)成本高、可靠性低等問題。比如如果客戶需求變更，對(duì)于電芯的采樣串?dāng)?shù)增加或減少，就需要對(duì)客戶需求進(jìn)行定制開發(fā)，造成整個(gè)BMS方案的可擴(kuò)展性差；由于電芯的電壓采樣、回路電流、回路控制、策略執(zhí)行與運(yùn)算單元高度集成，造成如果系統(tǒng)中有部分模塊功能異常時(shí)，就需要對(duì)BMS整個(gè)進(jìn)行維護(hù)與更換，造成其維護(hù)性較差以及維護(hù)成本高等相關(guān)問題。而且由于系統(tǒng)中所有的線束都會(huì)匯聚到BMS單元，就會(huì)提高系統(tǒng)的布線復(fù)雜度，特別是高壓線束與低壓線束的處理以及線間串?dāng)_等問題，與此就會(huì)帶來系統(tǒng)可靠性的降低的問題。與此同時(shí)，分布式BMS雖然能解決上述問題，但是分布式BMS存在成本高昂、控制管理復(fù)雜等問題，給生產(chǎn)管理與維護(hù)等帶來新的問題。在分布式BMS中，系統(tǒng)架構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)功能的不同可以分為SCU(從控管理單元)、MCU(主控管理單元)、HVCU(高壓管理單元)以及CSU(電流傳感器單元)以及其他可擴(kuò)展性單元等。根據(jù)系統(tǒng)功能的劃分，系統(tǒng)存在多個(gè)模塊，每個(gè)模塊中均會(huì)存在子單元的功能重復(fù)，造成系統(tǒng)比較臃腫冗余，提高系統(tǒng)成本以及控制管理復(fù)雜度等；并且在生產(chǎn)中，由于存在多個(gè)SCU的問題，又會(huì)帶來SCU編寫地址復(fù)雜問題，提高生產(chǎn)管理投入等問題。隨著BMS行業(yè)的日益發(fā)展，BMS技術(shù)的日漸成熟，對(duì)于BMS的開發(fā)投入成本以及物料成本越來越敏感，而對(duì)于BMS的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性要求會(huì)越來越高。特別是在儲(chǔ)能BMS、48V啟停BMS以及車用低壓BMS等領(lǐng)域。從實(shí)現(xiàn)BMS功能的角度來看，并沒有不可逾越的技術(shù)門檻；但從實(shí)際使用的角度來看，BMS產(chǎn)品的難點(diǎn)集中在低成本、高可靠性、高可擴(kuò)展性、高可維護(hù)性等方面，而集中式管理系統(tǒng)和分布式管理系統(tǒng)都沒能很好的解決這些問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的主要目的為提供一種可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，可通過對(duì)電芯模組的電壓、溫度、電流與故障信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理，保證電芯模組工作正常，具有可擴(kuò)展性高、維護(hù)性高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。本技術(shù)提出一種可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，與電芯模組連接，用于管理電芯模組的使用過程，包括主處理單元以及可擴(kuò)展子單元；所述主處理單元與所述可擴(kuò)展子單元之間，以及相鄰可擴(kuò)展子單元之間，通過菊花鏈通訊方式連接；所述可擴(kuò)展子單元采集當(dāng)前電芯模組的電壓、溫度、執(zhí)行均衡功能以及故障診斷功能，并通過菊花鏈通訊方式將當(dāng)前管理的電芯模組信息傳輸至所述主處理單元；所述主處理單元根據(jù)所有電芯模組的電壓、電流、溫度以及系統(tǒng)故障信息，運(yùn)行預(yù)先設(shè)定好的系統(tǒng)策略并與外部設(shè)備進(jìn)行通訊。進(jìn)一步地，所述主處理單元包括采樣芯片、通訊轉(zhuǎn)換芯片、主控管理單元以及系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，所述采樣芯片、通訊轉(zhuǎn)換芯片、主控管理單元以及系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片依次連接，所述采樣芯片通過采樣端連接電芯模組采集電芯模組的電壓、溫度信息通過菊花鏈連接的通訊轉(zhuǎn)換芯片傳輸至主控管理單元，所述主控管理單元通過系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片中的通訊模塊將電池系統(tǒng)信息傳輸至外部設(shè)備中。進(jìn)一步地，所述采樣芯片上集成有電壓采樣單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、溫度采樣單元、均衡控制單元、電流采樣單元以及通訊轉(zhuǎn)換單元。進(jìn)一步地，所述采樣芯片上還集成有內(nèi)部診斷單元以及電壓、溫度閾值報(bào)警單元。進(jìn)一步地，所述采樣芯片與所述主控管理單元之間通過通訊轉(zhuǎn)換芯片連接，所述通訊轉(zhuǎn)換芯片將菊花鏈通訊方式轉(zhuǎn)換成SPI通訊方式，菊花鏈通訊端與采樣芯片連接，而SPI通訊端則與主控管理單元連接。進(jìn)一步地，所述主控管理單元中集成有多種接口，用于協(xié)調(diào)電池管理系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)功能單元，包括CAN通訊接口、SPI通訊接口、I2C通訊接口、Sig信號(hào)接口、I/O驅(qū)動(dòng)接口以及診斷接口中的一種或多種；所述主控管理單元控制所述絕緣監(jiān)測(cè)模塊，獲取當(dāng)前系統(tǒng)絕緣狀況；所述主控管理單元通過IO接口連接并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)速檢測(cè)以及風(fēng)扇電源控制；所述主控管理單元通過I2C通訊連接RTC+EEROM，存儲(chǔ)系統(tǒng)異常信息、SOC值以及提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，記錄信息參考時(shí)刻；所述主控管理單元還包括對(duì)高壓端進(jìn)行管理與控制，并控制與外接功能模塊的通訊以及信號(hào)管理。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片上集成有電源模塊、SPI接口、CAN通訊模塊以及看門狗模塊。進(jìn)一步地，所述主處理單元還包括預(yù)充回路以及接觸器驅(qū)動(dòng)電路，所述預(yù)充回路為電池模組預(yù)充電并與接觸器驅(qū)動(dòng)電路并聯(lián)連接，所述接觸器驅(qū)動(dòng)電路連接并受控于所述主控管理單元。進(jìn)一步地，所述可擴(kuò)展子單元通過菊花鏈通訊方式連接與其相鄰的單元并可根據(jù)具體設(shè)計(jì)需求進(jìn)行可擴(kuò)展子單元間多級(jí)級(jí)聯(lián)。本技術(shù)中提供的可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，具有以下有益效果：本技術(shù)中提供的可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，可對(duì)所有電芯模組的電壓、溫度、電流、故障信息進(jìn)行監(jiān)控與管理，并可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展；主處理單元與可擴(kuò)展子單元之間，以及相鄰可擴(kuò)展子單元之間，通過菊花鏈通訊方式連接，可擴(kuò)展子單元可根據(jù)需要進(jìn)行多級(jí)級(jí)聯(lián)，既能增強(qiáng)通訊的可靠性，又能減少系統(tǒng)線束的復(fù)雜度與線束成本，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)魯棒性，提高可擴(kuò)展性，增強(qiáng)了系統(tǒng)通訊的可靠性；主處理單元與可擴(kuò)展子單元均采用集成芯片方案，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低系統(tǒng)元器件的多樣性，提高可靠性并降低硬件成本；電芯模組電壓的采樣與回路電流的采樣基于采樣芯片完成，可以確保電芯模組電壓采樣與回路電流采樣同步；采樣芯片與主控管理單元之間通過通訊轉(zhuǎn)換芯片連接進(jìn)行隔離通訊處理，可以降低復(fù)雜工況下的地環(huán)路對(duì)通訊相關(guān)信號(hào)的影響，提高系統(tǒng)通訊的可靠性；主處理單元中還集成有預(yù)充管理、回路接觸器驅(qū)動(dòng)管理、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)、實(shí)時(shí)故障存儲(chǔ)管理、絕緣檢測(cè)、系統(tǒng)策略運(yùn)算與執(zhí)行、系統(tǒng)故障診斷、高壓管理以及與外部設(shè)備的通訊管理與信號(hào)管理功能中的一種或多種，這樣可以增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與實(shí)用性。附圖說明圖1是本技術(shù)一實(shí)施例中可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本技術(shù)一實(shí)施例中主處理單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本技術(shù)一實(shí)施例中可擴(kuò)展子單元結(jié)構(gòu)示意圖。本技術(shù)目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。具體實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本技術(shù)，并不用于限定本技術(shù)。參照?qǐng)D1，為本技術(shù)一實(shí)施例中可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本技術(shù)一實(shí)施例中提出一種可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，與多個(gè)或者一個(gè)電芯模組40連接，用于監(jiān)控電芯模組40的狀態(tài)信息并管理電芯模組40的使用過程。其包含有一個(gè)主處理單元10與零個(gè)或者多個(gè)(多個(gè)包含一個(gè))可擴(kuò)展子單元20?？蓴U(kuò)展子單元20的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際使用條件進(jìn)行增減，并根據(jù)系統(tǒng)配置選取合適的數(shù)目。主處理單元10與可擴(kuò)展子單元20之間，或者可擴(kuò)展子單元20與可擴(kuò)展子單元20之間采用菊花鏈通訊連接方式。上述可擴(kuò)展子單元20通過本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，與電芯模組連接，用于管理電芯模組的使用過程，其特征在于，包括主處理單元以及可擴(kuò)展子單元；所述主處理單元與所述可擴(kuò)展子單元之間，以及相鄰可擴(kuò)展子單元之間，通過菊花鏈通訊方式連接；所述可擴(kuò)展子單元采集當(dāng)前電芯模組的電壓、溫度、執(zhí)行均衡功能以及故障診斷功能，并通過菊花鏈通訊方式將當(dāng)前管理的電芯模組信息傳輸至所述主處理單元；所述主處理單元根據(jù)所有電芯模組的電壓、電流、溫度以及系統(tǒng)故障信息，運(yùn)行預(yù)先設(shè)定好的系統(tǒng)策略并與外部設(shè)備進(jìn)行通訊。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，與電芯模組連接，用于管理電芯模組的使用過程，其特征在于，包括主處理單元以及可擴(kuò)展子單元；所述主處理單元與所述可擴(kuò)展子單元之間，以及相鄰可擴(kuò)展子單元之間，通過菊花鏈通訊方式連接；所述可擴(kuò)展子單元采集當(dāng)前電芯模組的電壓、溫度、執(zhí)行均衡功能以及故障診斷功能，并通過菊花鏈通訊方式將當(dāng)前管理的電芯模組信息傳輸至所述主處理單元；所述主處理單元根據(jù)所有電芯模組的電壓、電流、溫度以及系統(tǒng)故障信息，運(yùn)行預(yù)先設(shè)定好的系統(tǒng)策略并與外部設(shè)備進(jìn)行通訊。2.如權(quán)利要求1所述的可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述主處理單元包括采樣芯片、通訊轉(zhuǎn)換芯片、主控管理單元以及系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，所述采樣芯片、通訊轉(zhuǎn)換芯片、主控管理單元以及系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片依次連接，所述采樣芯片通過采樣端連接電芯模組采集電芯模組的電壓、溫度信息并通過菊花鏈連接的通訊轉(zhuǎn)換芯片傳輸至主控管理單元，所述主控管理單元通過系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片中的通訊模塊將電池系統(tǒng)信息傳輸至外部設(shè)備中。3.如權(quán)利要求2所述的可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣芯片上集成有電壓采樣單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、溫度采樣單元、均衡控制單元、電流采樣單元以及通訊轉(zhuǎn)換單元。4.如權(quán)利要求3所述的可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣芯片上還集成有內(nèi)部診斷單元以及電壓、溫度閾值報(bào)警單元。5.如權(quán)利要求2所述的可擴(kuò)展的混合式電池管理系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣芯片與所述主控管理單元之間通過通訊轉(zhuǎn)換芯片連接，所述通訊轉(zhuǎn)換芯片將菊花鏈通訊方式轉(zhuǎn)換成SPI通訊方式，菊花鏈通訊端與采樣芯片連接，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：雷晶晶，唐智，徐童輝，穆明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：欣旺達(dá)電動(dòng)汽車電池有限公司，欣旺達(dá)電子股份有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：廣東;44