CN104410400B - 一种电池管理系统实时时钟同步电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池管理系统实时时钟同步电路及其方法，其中所述电路包括电池管理模块、主控制器模块以及外部通讯接口模块，所述电池管理模块、主控制器模块以及外部通讯接口模块以总线方式依次连接，其中，所述电池管理模块用于对电池组中的多串电池实行统一的控制和管理，所述主控制器模块用于对整体时钟监控电路进行控制和管理，所述外部通讯接口模块用于提供与外部设备进行时间同步的信息交互通道。本发明所提出的电池管理系统实时时钟同步电路，无需额外增加板载电池为时钟芯片供电，且时钟芯片采用分布式布置方式，提高时钟芯片计时的准确性和时钟自同步对准功能。

Description

一种电池管理系统实时时钟同步电路及其方法

技术领域

本发明涉及电池管理系统领域，具体涉及一种电池管理系统实时时钟监控电路及其方法。

背景技术

现阶段，动力电池或储能电池系统一般会配套安装电池管理系统，且一般情况下，电池系统都要求电池管理系统具备记录电池系统历史故障的功能，并准确记录历史故障数据发生的时刻。

当前，电池管理系统采用类似传统其他电控设备的解决方案，采用小电池与时钟芯片电路组合的方式实现实时时钟电路，其中时钟芯片有很多的IC级的解决方案，与其配套的小电池则用来在电池管理系统不工作时，为时钟芯片提供供电电源，保证时钟芯片能够正常计时而不会出现掉电复位。

以上述方案实现的实时时钟电路，存在以下缺陷：

（1）为时钟芯片供电的小电池的寿命存在瓶颈，在类似工业或新能源汽车的应用场合，此类电池难以满足产品的寿命需求。存在产品使用过程中，因电池自身的问题导致无法给时钟芯片提供稳定电源，造成时钟芯片工作异常；

（2）如果电池管理系统作为汽车电子的一部分，对电子元器件的质量等级要求满足AECQ的标准，而当前的小电池产品在材料方面与传统的电子元器件相比，工作温度要求等条件不适合作为电控电源的内部器件单独使用，存在质量隐患；

（3）时钟芯片自身出现失效时，因没有参照物，无法准确判断时钟芯片是否工作异常。此类失效对后期的用户体验和系统优化设计产生不良影响。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提出一种电池管理系统实时时钟同步电路，包括电池管理模块、主控制器模块以及外部通讯接口模块，所述电池管理模块、主控制器模块以及外部通讯接口模块以总线方式依次连接，其中，所述电池管理模块用于对电池组中的多串电池实行统一的控制和管理，所述主控制器模块用于对整体时钟监控电路进行控制和管理，所述外部通讯接口模块用于提供与外部设备进行时间同步的信息交互通道。

优选地，所述电池管理模块可采用分布式架构，分别将多个电池管理模块并行连接至控制器的不同端口。

优选地，所述电池管理模块包括动力电池组、线性稳压器、时钟芯片、电池管理芯片以及总线隔离芯片，所述电池管理芯片分别与所述动力电池组、线性稳压器、时钟芯片以及总线隔离芯片连接，所述线性稳压器还与动力电池组及时钟芯片连接，所述总线隔离芯片还与所述时钟芯片及主控制器模块连接，所述电池管理芯片用于对所述动力电池组进行检测和管理，所述动力电池组用于通过线性稳压器给所述时钟芯片和电池管理芯片提供稳定电压，所述时钟芯片用于实时时间的计量，所述总线隔离芯片用于实现电气隔离，为电池管理模块和主控制器模块提供数据交互通道。

所述电池管理模块包括动力电池组、时钟芯片、自身集成有线性稳压器的电池管理芯片以及总线隔离芯片，所述自身集成有线性稳压器的电池管理芯片分别与所述动力电池组、时钟芯片以及总线隔离芯片连接，所述集成于电池管理芯片内部的线性稳压器还与动力电池组及时钟芯片连接，所述总线隔离芯片还与所述时钟芯片及主控制器模块连接，所述电池管理芯片用于对所述动力电池组进行检测和管理，所述动力电池组用于通过集成于所述电池管理芯片内部的线性稳压器给所述时钟芯片和电池管理芯片提供稳压工作电源，所述时钟芯片用于实时时间的计量，所述总线隔离芯片用于实现电气隔离，为电池管理模块和主控制器模块提供数据交互通道。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种分布式电池管理系统实时时钟同步方法，其步骤包括：

1）加载动力电池，给系统上电；

2）所述多个电池管理模块中的时钟芯片均开始初始化，并加载系统默认时间；

3）通过所述外部通讯接口模块实现时钟芯片与外部设备的时间同步。

优选地，所述分布式电池管理系统实时时钟同步方法还包括：当对所述电池管理系统进行维护更新时，使用如下自校准步骤对时钟值不准确的时钟芯片进行校准：

1）查询各个时钟芯片的工作状态，判断各时钟芯片是处于正常工作状态还是掉电复

位状态；

2）若所有时钟芯片均处于掉电复位状态，则直接进入步骤7），否则进入步骤3）；

3）读取处于正常工作状态的时钟芯片的时钟值；

4）利用所读取的处于正常工作状态的时钟芯片的时钟值对处于掉电复位状态的时钟

进行初始化；

5）读取初始化后的时钟芯片的时钟值，若读取成功则进入步骤6），否则进入步骤7）；

6）将所述被校准的时钟芯片的工作状态修改为正常工作状态；

7）退出本流程。

优选地，当所述读取不成功时，所述步骤7）还可以为：通过所述外部通讯接口模块实

现时钟芯片与外部设备的时间同步。

优选地，所述分布式电池管理系统实时时钟同步方法还包括：当对系统时钟进行校准之后还包括如下步骤：

针对每个时钟芯片预设统一的时钟误差阈值；

定时检测并读取每个时钟芯片的时钟值；

比较所读取的每个时钟芯片的时钟值，若存在其中某个芯片的时钟值与其他时钟芯

片的时钟值的差值大于所述误差阈值，则将所述某个芯片的时钟值修改为所述其他芯片的时钟值。

本发明的技术方案存在以下技术优点和有益效果：

（1）电路设计中，无需增加额外的电池为时钟芯片提供电能；同时，无需考虑因为额外电池的工作寿命等因素对系统产生的隐患。

（2）不采用外置电池，使得电路设计所用电子元器件能够更容易的满足汽车电子设计的质量要求，满足各种恶劣环境条件的应用要求。

（3）对电池管理模块的功能进一步扩展，有利于模块电路设计标准化。

（4）系统中同时存在多个时钟芯片，实现电路的冗余设计，增强时钟电路的可靠性。

（5）通过增加的标定接口，自同步算法，投票器算法，简化实际应用过程的不便利性，提高时钟电路工作的可靠性，对所存储时间能够提供非常高和准确的时间参数，为后续故障分析和系统优化提供大力支持。

（6）提供与外部设备的信息交互接口，使得电池管理系统时钟电路与外部时钟实现大系统的时钟同步。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一般架构电池管理系统实时时钟同步电路组成框图。

图2是本发明分布式架构电池管理系统实时时钟同步电路组成框图。

图3是本发明中自校准方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明实施例的具体实施方式作详细说明。

如图1所示，本发明一般架构电池管理系统实时时钟同步电路组成框图主要包括电池管理模块、主控制器模块以及外部通讯接口模块，所示电池管理模块、主控制器模块以及外部通讯接口模块依次连接。图2是本发明分布式架构电池管理系统实时时钟同步电路组成框图，其中的“分布式”主要是指使用多个电池管理模块分布连接于主控制器中，使用分布式架构的好处一方面在于可以实现时钟芯片的冗余，以增强时钟芯片所提供时钟值的准确性，另一方面可以实现对电池串数较多的动力电池组进行管理，例如，动力电池组由24串单体电池组成，则可以使用两个电池管理模块，其中每个电池管理模块实现对12串单体电池组进行管理。由图1或图2可知，电池管理模块主要由动力电池组、电池管理芯片、时钟芯片、线性稳压器以及总线隔离芯片组成。所述电池管理芯片分别与所述动力电池组、线性稳压器、时钟芯片以及总线隔离芯片连接，所述线性稳压器还与动力电池组及时钟芯片连接，所述总线隔离芯片还与所述时钟芯片及主控制器模块连接。所述动力电池组是电池管理芯片的管理对象，并为整个系统提供电能，电池管理芯片为动力电池组实行电压监控，均衡控制和故障诊断等功能；为了增强动力电池组输出电压的稳定性，将动力电池组输出的电压经线性稳压器处理后再为电池管理芯片及时钟芯片提供电能，如果电池管理芯片自身集成线性稳压器，则可以取消图1或2中的线性稳压器，而由电池管理芯片内部的线性稳压器为时钟芯片供电；时钟芯片用于计量时间；总线隔离芯片用于实现电气隔离，为电池管理模块和主控制器模块提供数据交互通道；主控制器则负载对电池管理模块及系统的其他模块进行管理；外部通讯接口模块用于提供与外部设备进行数据交互的通道。

本发明的电池管理系统实时时钟同步电路在开始上电初始化时，自动加载系统默认的时钟值，但此默认的时钟值不一定是准确的当前时刻的时钟值，为了让时钟芯片显示准确的时钟值，必须对时钟芯片进行校准，此时采用的校准方式是通过外部通讯接口模块连接至外部PC机或诊断仪等工具，借助CAN总线进行在线或下行诊断校准，如果所述电池管理系统运用于电动车中，则也可通过车载GPS定位系统获取时间参数，经过CAN总线进行在线对时。

对于分布式电池管理系统实时时钟同步电路，当出现电池维护时，因为拆卸的原因，会造成部分时钟芯片供电不连续，进而可能造成部分时钟芯片掉电复位，而使时间计量不准，此时可使用如图3所示的自校准方法对掉电复位的时钟芯片进行校准，此方法首先在各时钟芯片中预设工作状态寄存器，用以表明时钟芯片是处于正常工作状态还是掉电复位状态，校准开始时，系统查询各时钟芯片的工作状态寄存器的值，判断各时钟芯片是处于正常工作状态还是掉电复位状态，若所有时钟芯片均处于掉电复位状态，则直接结束本校验流程；若部分芯片处于掉电复位状态，则读取所述处于正常工作状态的时钟芯片的时钟值，之后利用所读取的处于正常工作状态的时钟芯片的时钟值对处于掉电复位状态的时钟进行初始化，以赋予准确的时钟值给所述处于掉电复位状态的时钟芯片，至此即完成了掉电复位的时钟芯片的校准，然后再读取被校准的时钟芯片的时钟值以对所述校准后的时钟芯片进行校验，若读取成功，则表明校验完成，将所述被校准的时钟芯片的工作状态修改为正常工作状态，若读取失败，则表明校验失败，退出本流程。

经时钟校准后的电池管理模块在长期工作时有可能因为环境温度、工作条件以及其他因素的影响，会导致时钟值出现误差，时钟误差随着时间的积累会逐渐增大，此时为了提高电池管理模块中时钟芯片的可靠性，可在系统中预先设定一个时钟误差阈值T_th，此时钟误差阈值T_th在实际运用时可设置为60min。系统每隔预定的时间T（T的值可根据实际需要具体设定）定时检测各时钟芯片的时钟值，比较所读取的每个时钟芯片的时钟值，若存在其中某个芯片的时钟值与其他时钟芯片的时钟值的差值T_d大于所述误差阈值T_th，则将所述某个芯片的时钟值修改为所述其他芯片的时钟值，至此即完成了一次校准，该方法也称为投票器算法，即将明显特殊的时钟值排除掉。

值得注意的是，由于本申请中的时钟芯片的工作电流都是微安级，不会产生因时钟芯片的加入导致电池管理芯片输出负载过大，也不会对各个动力电池组产生较大的耗电，在此的基础上，各个电池管理芯片采用线性稳压器供电，其负载都是完全一样的，不会因时钟芯片的加入导致各个不同电池管理模块的耗电不一致增大的现象，也不会出现因时钟芯片的加入导致对成组电池产生自耗电不一致的现象出现。

本发明所提出的电池管理系统实时时钟同步电路，无需额外增加动力电池为系统供电，且时钟芯片采用分布式布置方式，实现多芯片同时工作的硬件冗余，提高时钟芯片计时的准确性和时钟自同步对准功能；此外，所述时钟同步电路还提供与外部设备的信息交互接口，使得电池管理系统时钟电路与外部时钟实现大系统的时钟同步。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种电池管理系统实时时钟同步电路，其特征在于，包括电池管理模块、主控制器模块以及外部通讯接口模块，所述电池管理模块、主控制器模块以及外部通讯接口模块以总线方式依次连接，其中，所述电池管理模块用于对电池组中的多串电池实行统一的控制和管理，所述主控制器模块用于对整体时钟监控电路进行控制和管理，所述外部通讯接口模块用于提供与外部设备进行时间同步的信息交互通道；

所述电池管理模块采用分布式架构，分别将多个电池管理模块并行连接至主控制器模块的不同端口；

所述电池管理模块包括动力电池组、线性稳压器、时钟芯片、电池管理芯片以及总线隔离芯片，所述电池管理芯片分别与所述动力电池组、线性稳压器、时钟芯片以及总线隔离芯片连接，所述线性稳压器还与动力电池组及时钟芯片连接，所述总线隔离芯片还与所述时钟芯片及主控制器模块连接，所述电池管理芯片用于对所述动力电池组进行检测和管理，所述动力电池组用于通过线性稳压器给所述时钟芯片和电池管理芯片提供稳压工作电源，所述时钟芯片用于实时时间的计量，所述总线隔离芯片用于实现电气隔离，为电池管理模块和主控制器模块提供数据交互通道；

或者，所述电池管理模块包括动力电池组、时钟芯片、自身集成有线性稳压器的电池管理芯片以及总线隔离芯片，所述自身集成有线性稳压器的电池管理芯片分别与所述动力电池组、时钟芯片以及总线隔离芯片连接，所述集成于电池管理芯片内部的线性稳压器还与动力电池组及时钟芯片连接，所述总线隔离芯片还与所述时钟芯片及主控制器模块连接，所述电池管理芯片用于对所述动力电池组进行检测和管理，所述动力电池组用于通过集成于所述电池管理芯片内部的线性稳压器给所述时钟芯片和电池管理芯片提供稳压工作电源，所述时钟芯片用于实时时间的计量，所述总线隔离芯片用于实现电气隔离，为电池管理模块和主控制器模块提供数据交互通道。

2.一种使用如权利要求1所述的分布式电池管理系统实时时钟同步电路实现时钟同步的方法，其特征在于，包括步骤：

1）加载动力电池，给系统上电；

2）所述多个电池管理模块中的时钟芯片均开始初始化，并加载系统默认时间；

3）通过所述外部通讯接口模块实现时钟芯片与外部设备的时间同步。

3.一种如权利要求2所述的时钟同步方法，其特征在于，当对所述电池管理系统进行维护更新时，使用如下自校准步骤对时钟值不准确的时钟芯片进行校准：

1）查询各个时钟芯片的工作状态，判断各时钟芯片是处于正常工作状态还是掉电复位状态；

2）若所有时钟芯片均处于掉电复位状态，则直接进入步骤7），否则进入步骤3）；

3）读取处于正常工作状态的时钟芯片的时钟值；

4）利用所读取的处于正常工作状态的时钟芯片的时钟值对处于掉电复位状态的时钟进行初始化；

5）读取初始化后的时钟芯片的时钟值，若读取成功则进入步骤6），否则进入步骤7）；

6）将被校准的所述时钟芯片的工作状态修改为正常工作状态；

7）退出本流程。

4.一种如权利要求3所述的时钟同步方法，其特征在于，当所述读取不成功时，所述步骤7）还可以为：通过所述外部通讯接口模块实现时钟芯片与外部设备的时间同步。

5.一种使用如权利要求1所述的分布式电池管理系统实时时钟同步电路实现时钟同步的方法，其特征在于，包括步骤：

针对每个时钟芯片预设统一的时钟误差阈值；

定时检测并读取每个时钟芯片的时钟值；

比较所读取的每个时钟芯片的时钟值，若存在其中某个芯片的时钟值与其他时钟芯片的时钟值的差值大于所述误差阈值，则将所述某个芯片的时钟值修改为所述其他芯片的时钟值。