CN105226759A - 电池管理系统的同步采样方法和采样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池管理系统的同步采样方法和采样系统，至少同步采集一次电池管理系统中所有单体电池的电压，同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的方法包括：将主控制器端的时钟电平设置为第一电平；将多个子控制器端的时钟状态设置为输入状态，并监测同步时钟线；将所述主控制器端的时钟电平设置为第二电平；所述多个子控制器同步采集相应的单体电池在所述第一电平向所述第二电平变化时刻的电压；以及所述多个子控制器将自身采集的单体电池的电压反馈给所述主控制器。本发明具有如下优点：成本低，实现简单，只需增加同步时钟线束，无需变更PACK的配置；可以完全消除电阻及电池充、放电末端的电压变化的影响，精度高。

Description

电池管理系统的同步采样方法和采样系统

技术领域

本发明涉及电池管理领域，具体涉及一种电池管理系统的同步采样方法和采样系统。

背景技术

随着经济的发展，也带来了能源危机和污染的负面影响。纯电动汽车的发展，成为了解决这一问题的最好途径。国家也在电动汽车领域投入了大量的人力和物力来解决制约的相关问题和瓶颈。纯电动汽车是指使用车载电源提供动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。

车载能源系统通常采用锂离子电池系统，锂离子电池有很多优点，如使用寿命长、比能量高、组合比较灵活等。但是由于其能量较大，稳定性较差等原因，对监控、管理等安全方面的要求比较高。这也导致BMS(电池管理系统)在电动汽车中占据着非常重要的位置。BMS通过监控所有电池单体电压，依据同一时刻的最高电压和最低电压的差值来衡量电芯的性能状态，并依据此差值在满足条件时开启相应的均衡功能。但是由于连接电芯的铜排或保险(依据安全需求)存在电阻，该电阻在不同的电流下所呈现的电压并不相同，而在真实行车工况中电流的脉动性变化非常快，所以，依据电压差值来衡量电芯性能，该方法的准确性变得非常重要。

如图1所示，目前BMS通过子控制器直接采集电芯单体电压，而一个BMS通常包含多个子控制器分布在整个PACK内部。每个子控制器按照自己的采集周期循环采集电压并通过CAN向主控制器传递，主控制器依据子控制器上报的所有单体的电压值来衡量电芯状态。若两个子控制器采集电压的时刻不相同，根据行车工况IP的值则亦大不相同，所以根据整个PACK的最大最小电压值来衡量电芯状态就会出现比较大的测量误差甚至是错误。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种电池管理系统的同步采样方法。

本发明的第二个目的在于提出一种电池管理系统的同步采样系统。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种电池管理系统的同步采样方法，至少同步采集一次电池管理系统中所有单体电池的电压，同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的方法包括以下步骤：将主控制器端的时钟电平设置为第一电平；将多个子控制器端的时钟状态设置为输入状态，并监测同步时钟线，其中，所述主控制器和分别所述多个子控制器通过CAN总线相连，所述主控制器还通过所述同步时钟线与所述多个子控制器分别相连，所述多个子控制器分别采集至少一个单体电池的电压；将所述主控制器端的时钟电平设置为第二电平；所述多个子控制器同步采集相应的单体电池在所述第一电平向所述第二电平变化时刻的电压；以及所述多个子控制器将自身采集的单体电池的电压反馈给所述主控制器。

根据本发明实施例的电池管理系统的同步采样方法，成本低，实现简单，只需增加同步时钟线束，无需变更PACK的配置；可以完全消除电阻及电池充、放电末端的电压变化的影响，精度高。

另外，根据本发明上述实施例的电池管理系统的同步采样方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述多个子控制器将自身采集的单体电池的电压反馈给所述主控制器进一步包括：所述多个子控制器向所述主控制器分别发送所述多个子控制器自身采集的单体电池的电压；所述主控制器接收所述多个子控制器发送的单体电池的电压，并检测在预设时间内是否所有多个子控制器均向所述主控制器发送了所述单体电池的电压，如果是，则本次采样完成；如果否，则本次采样失败，所述主控制器发送采样失败信息。

进一步地，所述采样失败信息包括未向所述主控制器发送单体电池的电压的子控制器的编号和采样的时间点。

进一步地，同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的次数为两次，如果两次采样失败且存在某个子控制器向所述主控制器发送对应采集的单体电池的电压均失败，则所述主控制发送故障通信信息。

为了实现上述目的，本发明的第二方面的实施例公开了一种电池管理系统的同步采样系统，包括：多个子控制器，所述多个子控制器均包括：电平信号采集单元，用于采集所述主控制器发送的电平信号；电压数据采集单元，与所述电平信号采集单元相连，用于在所述电平信号采集单元采集到电平信号变化时刻采集对应设置的单体电池的电压；电压数据传输单元，与所述电压数据采集单元相连，用于向所述主控制器发送采集的电压数据；主控制器，所述主控制器包括：电平信号输出单元，用于输出不同的电平信号控制所述多个子控制器是否同步采集对应设置的单体电池的电压；电压数据接收单元，用于接收所述多个子控制器发送的单体电池的电压数据；其中，所述主控制器和所述多个子控制器通过CAN总线连接，所述主控制器和所述多个子控制器还通过同步时钟线连接。

根据本发明实施例的电池管理系统的同步采样系统，成本低，实现简单，只需增加同步时钟线束，无需变更PACK的配置；可以完全消除电阻及电池充、放电末端的电压变化的影响，精度高。

另外，根据本发明上述实施例的电池管理系统的同步采样系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述主控制器还包括：检测单元，与所述电压数据接收单元相连，用于检测在一次采样中是否所有子控制器均向所述电压数据接收单元发送单体电池的电压数据，并在检测到存在某个子控制器未向所述电压数据接收单元发送单体电池的电压数据时将检测结果发送给信息反馈单元；以及信息反馈单元，用于反馈采样失败信息。

进一步地，所述采样失败信息包括未向所述主控制器发送单体电池的电压的子控制器的编号和采样的时间点。

进一步地，所述检测单元还用于在连续两次采样中，如果存在某个子控制器向所述主控制器发送对应采集的单体电池的电压均失败，则向所述信息反馈单元发送故障通信信息，所述故障通信信息包括连续两次发送电压信息失败的子控制器的编号和两次的采样时间点，所述信息反馈单元将所述故障通信信息进行反馈。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术的电池管理系统的同步采样系统的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的流程图；

图3是本发明一个实施例的主控制器的工作流程图；

图4是本发明一个实施例的子控制器的工作流程图；

图5是本发明一个实施例的电池管理系统的同步采样系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的电池管理系统的同步采样方法。

请参考图2和图5，电池管理系统的同步采样方法，至少同步采集一次电池管理系统中所有单体电池的电压，同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的方法包括以下步骤：

S1：将主控制器端的时钟电平设置为第一电平，在本发明的一个示例中，电池管理系统上电后，主控制器端的时钟电平为默认为低电平。

S2：将多个子控制器端的时钟状态设置为输入状态，并监测同步时钟线。

具体地，主控制器和多个子控制器通过CAN总线和同步时钟线连接。

S3：将主控制器端的时钟电平设置为第二电平。在本发明的一个示例中，将主控制器端的时钟电平从低电平修改为高电平。

S4：多个子控制器同步采集相应的单体电池在第一电平向所述第二电平变化时刻的电压。

具体地，所有子控制器检测到时钟上升沿时开始采集对应设置的单体电池在低电平向高电平变化时刻的电压数据。

S5：多个子控制器将自身采集的单体电池的电压数据反馈给主控制器。

在本发明的一个实施例中，步骤S5进一步包括：

S501：多个子控制器向主控制器分别发送自身采集的单体电池的电压数据。

S502：主控制器接收多个子控制器发送的单体电池的电压，并检测在预设时间内是否所有多个子控制器均向主控制器发送了自身负责的单体电池的电压，如果是，则本次采样完成；如果否，则本次采样失败，主控制器发送采样失败信息。

具体地，主控制器通过检测与各个控制器连接的接口判断各个子控制器是否向主控制器发送了本次采集的电压数据。由于在各个子控制器向主控制器发送自身采集的电压数据是不同步的，各个子控制器通过CAN总线向主控制器先后发送采集的电压数据，因此主控制器需要预设一个时间段来接收各个子控制器发送的电压数据。如果在预设的时间内，所有子控制器均向主控制器发送了自身采集的电压数据，则本次采样成功；如果在预设的时间内，存在某个子控制器没有向主控制器发送电压数据，则本次采样失败。

更具体地，同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的次数为两次，如果两次采样失败且存在某个子控制器向主控制器发送对应采集的单体电池的电压均失败，则主控制发送故障通信信息进入故障处理程序，故障通信信息包括故障通信子控制器的编号和两次采集电压数据的时间点。

在本实施例中，主控制器的工程流程如图3所示，首先设置时钟同步线为输出，并将时钟电平设置为第一电平，随后将时钟线输出调整为第二电平，启动电芯电压采样，接收各个子控制器采集的发送的电压数据并判断是否所有子控制器均向主控制器发送了电压数据，在预设时间到期后，如果所有子控制器均向主控制器发送了电压数据，则本次采样成功，否则采样失败进行故障处理程序。

在本实施例中，子控制器的工程流程如图4所示，首先设置时钟线为输入，并监测时钟线的电平，然后采集第一电平变化为第二电平时刻对应连接的单体电池的电压，最后将采集到的电池电压发送给主控制器。当再次监测到时钟线的电平从第一电平变为第二电平时，再次采集电池电压并发送给主控制器。

以下结合附图描述根据本发明实施例的电池管理系统的同步采样系统。

请再次参考图5，电池管理系统的同步采样系统包括：

主控制器和多个子控制器，其中，主控制器通过CAN总线和同步时钟线与多个子控制器分别连接。

主控制器包括：

电平信号输出单元，用于输出不同的电平信号控制多个子控制器是否同步采集对应设置的单体电池的电压。

在本发明的一个实施例中，主控制器的同步时钟线端的电平默认为第一电平。主控制器将同步时钟线的电平调整为第二电平，当各个子控制器检测到同步时钟线端电平为第二电平时刻，采集此时刻的对应连接的单体电池的电压。

电压数据接收单元，用于接收多个子控制器发送的单体电池的电压数据。

检测单元，用于检测在一次采样中是否所有子控制器均向电压数据接收单元发送了单体电池的电压数据，并在检测到存在某个子控制器未向电压数据接收单元发送单体电池的电压数据时将检测结果发送给信息反馈单元。检测单元还用于在连续两次采样中，如果存在某个子控制器向主控制器发送对应采集的单体电池的电压均失败，则向信息反馈单元发送故障通信信息，故障通信信息包括连续两次发送电压信息失败的子控制器的编号和两次的采样时间点。

信息反馈单元，用于反馈采样失败信息和故障通信信息。

采样失败信息和故障通信信息可以通过显示装置进行显示，以便操作员人进行故障处理。

在本发明的一个实施例中，采样失败信息包括未向主控制器发送单体电池的电压的子控制器的编号和采样的时间点。

子控制器包括：

电平信号采集单元，用于采集主控制器发送的电平信号，采集到同步时钟线的电平信号由第一电平变化为第二点平时刻，向电压数据采集单元发送信号。

电压数据采集单元，收到电平信号采集单元发送的信号后，采集对应连接的单体电池的电压数据，采集完毕后发送给电压数据传输单元。

电压数据传输单元，用于向主控制器发送电压数据。

另外，本发明实施例的电池管理系统的同步采样和采样系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种电池管理系统的同步采样方法，其特征在于，至少同步采集一次电池管理系统中所有单体电池的电压，同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的方法包括以下步骤：

将主控制器端的时钟电平设置为第一电平；

将多个子控制器端的时钟状态设置为输入状态，并监测同步时钟线，其中，所述主控制器和分别所述多个子控制器通过CAN总线相连，所述主控制器还通过所述同步时钟线与所述多个子控制器分别相连，所述多个子控制器分别采集至少一个单体电池的电压；

将所述主控制器端的时钟电平设置为第二电平；

所述多个子控制器同步采集相应的单体电池在所述第一电平向所述第二电平变化时刻的电压；以及

所述多个子控制器将自身采集的单体电池的电压反馈给所述主控制器。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统的同步采样方法，其特征在于，所述多个子控制器将自身采集的单体电池的电压反馈给所述主控制器进一步包括：

所述多个子控制器向所述主控制器分别发送所述多个子控制器自身采集的单体电池的电压；

所述主控制器接收所述多个子控制器发送的单体电池的电压，并检测在预设时间内是否所有多个子控制器均向所述主控制器发送了所述单体电池的电压，

如果是，则本次采样完成；

如果否，则本次采样失败，所述主控制器发送采样失败信息。

3.根据权利要求2所述的电池管理系统的同步采样方法，其特征在于，所述采样失败信息包括未向所述主控制器发送单体电池的电压的子控制器的编号和采样的时间点。

4.根据权利要求3所述的电池管理系统的同步采样方法，其特征在于，同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的次数为两次，如果两次采样失败且存在某个子控制器向所述主控制器发送对应采集的单体电池的电压均失败，则所述主控制发送故障通信信息。

5.一种电池管理系统的同步采样系统，其特征在于，包括：

多个子控制器，所述多个子控制器均包括：

电平信号采集单元，用于采集所述主控制器发送的电平信号；

电压数据采集单元，与所述电平信号采集单元相连，用于在所述电平信号采集单元采集到电平信号变化时刻采集对应设置的单体电池的电压；

电压数据传输单元，与所述电压数据采集单元相连，用于向所述主控制器发送采集的电压数据；

主控制器，所述主控制器包括：

电平信号输出单元，用于输出不同的电平信号控制所述多个子控制器是否同步采集对应设置的单体电池的电压；

电压数据接收单元，用于接收所述多个子控制器发送的单体电池的电压数据；

其中，所述主控制器和所述多个子控制器通过CAN总线连接，所述主控制器和所述多个子控制器还通过同步时钟线连接。

6.根据权利要求5所述的电池管理系统的同步采样系统，其特征在于，所述主控制器还包括：

检测单元，与所述电压数据接收单元相连，用于检测在一次采样中是否所有子控制器均向所述电压数据接收单元发送单体电池的电压数据，并在检测到存在某个子控制器未向所述电压数据接收单元发送单体电池的电压数据时将检测结果发送给信息反馈单元；以及

信息反馈单元，用于反馈采样失败信息。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统的同步采样系统，其特征在于，所述采样失败信息包括未向所述主控制器发送单体电池的电压的子控制器的编号和采样的时间点。

8.根据权利要求7所述的电池管理系统的同步采样系统，其特征在于，所述检测单元还用于在连续两次采样中，如果存在某个子控制器向所述主控制器发送对应采集的单体电池的电压均失败，则向所述信息反馈单元发送故障通信信息，所述故障通信信息包括连续两次发送电压信息失败的子控制器的编号和两次的采样时间点，所述信息反馈单元将所述故障通信信息进行反馈。