CN104553850A - 一种电池管理系统的数据采集单元 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种电池管理系统的数据采集单元，它能够适用于多个电池包和多种电池，增加了电池管理系统的通用性。它包括主板CCU、DCU-M和DCU-S。主板CCU和DCU-M之间采用CAN通信连接；DCU-M和DCU-S之间通过isoSPI通信连接。设置的DCU-M和DCU-S可以配置多个电池组和多种电池，具有很好的通用性，整体设计合理，使用的过程中具有很好的牢靠性。

Description

一种电池管理系统的数据采集单元
技术领域
本发明属于电池管理系统，具体来说是一种电池管理系统的数据采集单元。
背景技术
随着城市车辆的不断增加、环境的不断恶化和传统能源的日渐枯竭,人们对新能源客车的呼声越来越高。宏观政策凸显良好的产业发展环境。可以预见，新能源汽车将取得飞跃性的发展。
电池及电池管理系统是新能源汽车的三大核心部件之一，是整个车的心脏，相当于传统汽车的发动机。相对于整车控制器和电机及电机控制器，电池及电池管理系统技术不成熟，还有很大的提升空间，是电动汽车发展的瓶颈。而数据采集功能是电池管理系统的核心功能，也是难点与重点。新能源客车由于车型较多，配置的电池及电池包数量、布置位置都有差异，电池管理系统的通用性也是一大挑战。
发明内容
本发明提供了一种电池管理系统的数据采集单元，它能够适用于多个电池包和多种电池，大大增加了电池管理系统的通用性。
本发明实现上述目的采用以下技术方案：
一种电池管理系统的数据采集单元，它包括主板CCU、DCU-M和DCU-S。所述的主板CCU和DCU-M之间采用CAN通信连接；所述的DCU-M和DCU-S之间通过isoSPI通信连接。
所述的DCU-M为在MCU上连接温度检测模块、电池单体检测模块、均衡控制模块、CAN通信模块、风扇控制模块和isoSPI通信模块。所述的DCU-S为在MCU上连接电池单体检测模块、均衡控制模块和isoSPI通信模块。
所述的DCU-M中的MCU与温度检测模块、电池单体检测模块、均衡控制模块、CAN通信模块、isoSPI通信模块之间采用输入输出隔离的连接模式；所述的DCU-S中的MCU与电池单体检测模块、均衡控制模块、isoSPI通信模块之间采用输入输出隔离的连接模式。
所述的DCU-M的ID通过主机CCU进行配置，提高了系统配置的灵活性，减少了物料号，维护方便。
所述的DCU-S的地址通过接插件由外部线束设置，4个地址引脚，共可设置15个DCU-S，其中DCU-M中自带检测12节电芯功能，其地址默认为0，方便系统扩展，减低系统成本，DCU-S通用，维护方便。
所述的主板CCU的配置过程为：
1）主板CCU将硬线信号激活；
2）主板CCU向DCU-Mx发送参数信息配置命令；
3）主板CCU收到DCU-Mx参数信息配置成功回复，判断目标DCU-M的参数是否下发完毕，若下发完毕则继续，若未下发完毕则参数仍需要继续下发或者超时未能收到DCU-M参数信息配置成功回复，继续执行步骤2），超时重试次数为3次；
4）主板CCU向DCU-Mx下发参数配置结束命令；
5）主板CCU收到DCU-Mx参数配置结束命令回复则继续，超时未收到则重复步骤4），重复次数为3次；
6）主板CCU判断所有DCU-M配置是否完成，全部配置完则继续，未配置完则对下一个DCU-M进行配置并进入步骤2）；
7）主板CCU向DCU-M发送退出自检模式命令，将级联DCU-M硬线信号失能并继续；
8）主板CCU在2s内未能全部收到各DCU-M上传的工作信息，再次进入步骤7），重复次数为3次。
所述的DCU-M的配置过程为：
1）DCU-M收到主板CCU参数信息配置命令，将参数保存，并回复CCU参数配置成功；
2）DCU-M收到主板CCU参数配置结束命令，将级联DCU-M硬线信号激活，并回复参数信息配置结束成功，然后继续；
3）等待DCU-M收到主板CCU下发的退出自检模式命令，收到命令会将级联DCU-M硬线信号失效，自检模式标记设置为结束。
本发明设置多个DCU-M和DCU-S，可以配置多个电池组和多种电池，具有很好的通用性，且整体设计合理，使用的过程中具有很好的牢靠性，整体兼具稳定性、通用性和牢靠性，配合电池管理系统使用具有极好的推广价值。
附图说明
图1为本发明的示意图。
图2为所述的DCU-M的isoSPI通信电路。
图3为所示的DUU-S的isoSPI通信电路。
图4为DCU-M的配置原理图。
图5为主板CCU的配置过程图。
图6为DCU-M的配置过程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本系统由一个主板CCU、若干个从主板DCU-M和从从板DCU-S组成，DCU-M数量由电池包数量决定，原则上一个电池包配置一个DCU-M；DCU-S的数量由每包需要测量的电池单体数量决定，每个DCU-M和DCU-S可分别最多可以测量12个电池单体。主板CCU和DCU-M之间通过CAN通信，DCU-M和DCU-S之间通过isoSPI通信。DCU-M通过主板激活及配置，完成电池单体电压检测、温度检测、均衡控制、风扇控制，把相关测量数据通过CAN发送给CCU，接收来自CCU的命令。DCU-S和DCU-S之间通过isoSPI通信，完成电池单体电压检测、均衡控制；CCU接收DCU-M发送的测量数据，向DCU-M发送控制命令；完成与充电机、整车、调试接口的信息交互；完成电流测量、继电器检测与控制、绝缘检测、数据存储；完成SOC/SOH的估算、逻辑运算等功能。这样可以根据不同车型，不同电池包进行灵活的配置。提高了电池管理系统的通用性、适用性和可维护性。
如图2和图3所示，DCU-M与DCU-S以及DCU-S之间的通信为新型的isoSPI通信，两线制差分信号，U31为接口转换芯片，把SPI信号转换为两线制差分信号以及把差分信号转换为SPI信号。U32为隔离通信变压器，结构简单，工作稳定，成本低。由于本系统所用单体测量芯片为TLC6804，其本身具有isoSPI通信功能，这样DCU-S不需处理器，一块测量芯片LTC6804即完成了采集、均衡、通信功能，简化了产品设计，提高了稳定性、可靠性，减低了成本。isoSPI通信线的终端需要接终端电阻，为了统一物料，终端电阻设计为通过外部引脚配置，当短接RES-和RES+时本电路板上的终端电阻接入总线，反之悬空。这样减少了物料种类，维护方便。
DCU-S的地址由四个外部引脚决定，范围为1～15，地址引脚通过线束拉高到电源或拉低到地。拉高为1，拉低为0.这样所有的DCU-S通用，减少了物料种类，提高了可维护性及通用性。
DCU-M的ID通过主板CCU进行自动配置。配置原理框图如图4所示。上电，主板CCU与DCU-M进入，信息自检模式，各DCU-M单元每隔10ms主动上传配置信息CRC值，主板CCU对DCU-M的CRC值全部判断通过后，发送退出自检模式命令，DCU-M进入正常运行流程；自检阶段，如果主板CCU判断DCU-M配置信息CRC值有异常，主板CCU发送进入参数配置命令，DCU-M收到命令后，作为从机接受主板CCU的信息配置，自身完成配置后，能够完成级联从板激活控制，得到主板CCU退出自检模式命令后，退出自检模式。
上电后，DCU-M处于信息自检模式，参数配置过程中作为从机接收主板CCU的配置。
如图5所示的主板CCU的配置过程为：
1）主板CCU将硬线信号激活；
2）主板CCU向DCU-Mx发送参数信息配置命令；
3）主板CCU收到DCU-Mx参数信息配置成功回复，判断目标DCU-M的参数是否下发完毕，若下发完毕则继续，若未下发完毕则参数仍需要继续下发或者超时未能收到DCU-M参数信息配置成功回复，继续执行步骤2），超时重试次数为3次；
4）主板CCU向DCU-Mx下发参数配置结束命令；
5）主板CCU收到DCU-Mx参数配置结束命令回复则继续，超时未收到则重复步骤4），重复次数为3次；
6）主板CCU判断所有DCU-M配置是否完成，全部配置完则继续，未配置完则对下一个DCU-M进行配置并进入步骤2）；
7）主板CCU向DCU-M发送退出自检模式命令，将级联DCU-M硬线信号失能并继续；
8）主板CCU在2s内未能全部收到各DCU-M上传的工作信息，再次进入步骤7），重复次数为3次。
如图6所示的DCU-M的配置过程为：
1）DCU-M收到主板CCU参数信息配置命令，将参数保存，并回复主板CCU参数配置成功；
2）DCU-M收到主板CCU参数配置结束命令，将级联DCU-M硬线信号激活，并回复参数信息配置结束成功，然后继续；
3）等待DCU-M收到主板CCU下发的退出自检模式命令，收到命令会将级联DCU-M硬线信号失效，自检模式标记设置为结束。
注：DCU-M配置前提为DCU-M自身硬线激活有效，该条件限制步骤1）和步骤2）。DCU-M收到参数配置结束命令后，等待接收退出自检模式命令，其它参数配置命令接收后不再处理。
异常处理：
1、DCU-M在正常运行过程中复位。
处理方式，当主板CCU处于正常工作模式，但是收到DCU-M CRC上传信息，直接发送退出自检模式命令，将对应复位的DCU-M再次进入正常运行模式。
2、DCU-M在配置过后复位，但系统仍然处于配置状态。
主板CCU在配置阶段收到DCU-M主动上传的CRC信息，重新配置整个系统。

Claims (7)

1.一种电池管理系统的数据采集单元，它包括主板CCU、DCU-M和DCU-S，其特征在于：所述的主板CCU和DCU-M之间采用CAN通信连接；所述的DCU-M和DCU-S之间通过isoSPI通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种电池管理系统的数据采集单元，其特征在于：所述的DCU-M为在MCU上连接温度检测模块、电池单体检测模块、均衡控制模块、CAN通信模块、风扇控制模块和isoSPI通信模块；所述的DCU-S为在MCU上连接电池单体检测模块、均衡控制模块和isoSPI通信模块。
3.根据权利要求1所述的一种电池管理系统的数据采集单元，其特征在于：所述的DCU-M中的MCU与温度检测模块、电池单体检测模块、均衡控制模块、CAN通信模块、isoSPI通信模块之间采用输入输出隔离的连接模式；所述的DCU-S中的MCU与电池单体检测模块、均衡控制模块、isoSPI通信模块之间采用输入输出隔离的连接模式。
4.根据权利要求1所述的一种电池管理系统的数据采集单元，其特征在于：所述的DCU-M的ID通过主机CCU进行配置，提高了系统配置的灵活性，减少了物料号，维护方便。
5.根据权利要求1所述的一种电池管理系统的数据采集单元，其特征在于：所述的DCU-S的地址通过接插件由外部线束设置，4个地址引脚，共可设置15个DCU-S，其中DCU-M中自带检测12节电芯功能，其地址默认为0，方便系统扩展，减低系统成本，DCU-S通用，维护方便。
6.根据权利要求1所述的一种电池管理系统的数据采集单元，其特征在于：所述的CCU的配置过程为：
1）CCU将硬线信号激活；
2）CCU向DCU-Mx发送参数信息配置命令；
3）CCU收到DCU-Mx参数信息配置成功回复，判断目标DCU-M的参数是否下发完毕，若下发完毕则继续，若未下发完毕则参数仍需要继续下发或者超时未能收到DCU-M参数信息配置成功回复，继续执行步骤2），超时重试次数为3次；
4）CCU向DCU-Mx下发参数配置结束命令；
5）CCU收到DCU-Mx参数配置结束命令回复则继续，超时未收到则重复步骤4），重复次数为3次；
6）CCU判断所有DCU-M配置是否完成，全部配置完则继续，未配置完则对下一个DCU-M进行配置并进入步骤2）；
7）CCU向DCU-M发送退出自检模式命令，将级联DCU-M硬线信号失能并继续；
8）CCU在2s内未能全部收到各DCU-M上传的工作信息，再次进入步骤7），重复次数为3次。
7.根据权利要求1所述的一种电池管理系统的数据采集单元，其特征在于：所述的DCU-M的配置过程为：
1）DCU-M收到CCU参数信息配置命令，将参数保存，并回复CCU参数配置成功；
2）DCU-M收到CCU参数配置结束命令，将级联DCU-M硬线信号激活，并回复参数信息配置结束成功，然后继续；
3）等待DCU-M收到CCU下发的退出自检模式命令，收到命令会将级联DCU-M硬线信号失效，自检模式标记设置为结束。
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