CN108333527B - 电池管理系统环路互锁及从控地址设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车电池管理系统应用技术领域，特别涉及一种电池管理系统环路互锁系统及从控地址设置方法，包括上位机、主控单元和从控单元。主控单元和从控单元均具备至少一路PWM信号输入电路和一路PWM信号输出电路。主控单元PWM信号输入输出接口与从控单元PWM信号输入输出接口依次相连接形成电池管理系统互锁环路。本发明从安全冗余角度提出电池管理系统环路互锁要求，并充分利用电池管理系统环路互锁接口和CAN通信网络，实现电池管理系统从控地址设置。一方面提升了电池管理系统的安全性；另一方面通过CAN接口，一次完成电池管理系统内所有从控地址设置，不需拆箱逐一设置从控地址，具有地址设置效率高、出错率低的优点。

Description

电池管理系统环路互锁及从控地址设置方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电池管理系统应用技术领域，特别是涉及一种电池管理系统环路互锁及从控地址设置方法。

背景技术

随着电动汽车的发展，电池管理系统(Battery Management System，BMS)也得到了广泛应用，电池管理系统的安全性直接关系到车辆和人身安全。目前电池管理系统内主控单元和各从控单元之间完全依赖于CAN通信进行信息交互和故障报警，方式单一，无安全冗余设计，一旦CAN通信失效，整个系统将陷入瘫痪。此外，目前的电池管理系统从控单元一般通过单个标定、线束设计差异化或硬件设计差异化等方法进行从控单元地址区分，单个标定需要专业的标定人员和工具、标定效率低，且系统内从控单元数量较多时，极容易出现漏标和错标情况。线束设计差异化的方法增加了线束加工的复杂程度，从控单元每次上电均需读取地址设置线束的状态，容易受外部因素干扰，增加从控地址出错的概率。而硬件设计差异化存在从控单元生产过程控制困难，后期维护和更换复杂等弊端。从安全冗余设计和生产、使用便利性来看，目前的电池管理系统存在明显不足。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种电池管理系统环路互锁系统及从控地址设置方法，能够有效提升电池管理系统安全性和使用便利性。

为达到本发明专利的上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电池管理系统环路互锁系统，其特征在于：包括电池管理系统，所述电池管理系统包括上位机、主控单元和从控单元，所述上位机、主控单元、从控单元之间通过CAN总线通信网络通信；

所述主控单元和从控单元均具备至少一路PWM信号输入接口和一路PWM信号输出接口；其中，主控单元的PWM信号输出接口与第一个主控单元的从控单元的PWM信号输入接口相连接，该从控单元的PWM信号输出接口与下一个从控单元的PWM信号输入接口相连接，以此类推，直到最后一个从控单元，最后一个从控单元的PWM信号输出接口与主控单元的PWM信号输入接口相连接，形成电池管理系统互锁环路；

a)使用过程中主控单元和/或从控单元检测到自身无故障，对应的主控单元和/或从控单元的PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为95％的方波信号；

b)使用过程中主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，但该故障不影响电源系统使用时，对应的主控单元和/或从控单元的PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为90％的方波信号；其中，电池管理系统用来管理电源系统，电池管理系统属于电源系统的部件，为子系统。

c)使用过程中主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，影响电源系统使用，但暂时不造成危险时，对应的主控单元和/或从控单元的PWM信号输出接口输出频率为100Hz，并根据对电源系统影响大小设置为占空比Duty为80％～10％的方波信号；具体设置为对电源系统影响越大，占空比越小，对电源系统影响越小，占空比越大。

d)使用过程中主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，影响电源系统使用，且可能造成危险时，对应的主控单元和/或从控单元的PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为5％的方波信号；

a)-d)中主控单元和从控单元哪一个检测到故障哪一个就按照上述信号进行输出，不要求二者必须同时存在故障；另外，对于故障的类型，不同电源系统的标准不尽相同，需要根据具体电源系统的性能和参数进行确定，由对应的主控单元和从控单元根据自身状态判断，根据当前故障对系统和使用的影响来评估，没有固定标准。

e)对于从控单元，PWM信号输入接口对接收到的PWM信号进行检测，接收到PWM信号占空比Duty为5％～95％，频率为100Hz的方波信号时，与自身输出的PWM信号占空比进行比较，以两个占空比较小者作为最终输出PWM信号占空比；接收到PWM信号占空比Duty≤2％或Duty≥98％时，直接以接收到的PWM信号占空比进行输出；

2％-5％与95％-98％作为缓冲区，这两个范围内的占空比保持之前的状态输出。如变化到2％-5％占空比状态之前占空比为≥5％占空比，2％-5％占空比时按照5％～95％占空比状态输出。如变化到2％-5％占空比状态之前占空比为≤2％占空比，2％-5％占空比时按照≤2％占空比状态输出。95％-98％与此类同。

f)对于主控单元，PWM信号输入接口对接收到的PWM信号进行检测，接收到PWM信号占空比Duty≥98％或Duty≤5％时，主控单元限制电源系统可使用功率为0；PWM信号占空比5％＜Duty≤85％时，主控单元限制电源系统可使用功率为(电源系统原允许使用功率*Duty)。另外，85％-98％之间的占空比不对电源系统功率进行限制。

PWMI与PWMO逐级互联，形成环路互锁信号，环路互锁信号作为CAN通信信息的补充和冗余，不将环路互锁信号对电源系统的使用限制与CAN通信信息对电源系统的使用限制进行叠加。

一种电池管理系统从控地址设置方法，包括上述环路互锁方法，在进行从控地址设置时，主控单元和从控单元的PWM信号输出接口与PWM信号输入接口上的信号为高低电平信号，还包括以下步骤：

a)电池管理系统上电后，从控单元进入正常工作模式，按照CAN通信协议收发CAN报文；此时主控单元也处于正常工作模式。

b)如需对从控地址进行设置，通过上位机调整地址设置参数，所述地址设置参数包括从控地址设置顺序S、待设置地址从控单元数量N和待设置从控单元起始地址编号Num0；

c)触发上位机从控单元地址设置功能，上位机发送从控单元地址设置命令报文，命令报文中包含地址设置参数信息，所述地址设置参数信息包括从控地址设置顺序S、待设置地址从控单元数量N、待设置从控单元起始地址编号Num0和当前准备写入的从控单元地址编号Num；

步骤b中调整的地址设置参数与步骤c中命令报文中包含地址设置参数信息不完全相同。步骤b中为上位机输入的地址设置参数，只有S/N/Num0三项。步骤c中地址设置命令中除b中三项外还需要包含当前准备写入的地址Num。

d)从控单元接收到上位机从控地址设置命令后，退出正常工作模式，从控单元进入从控地址设置模式，从控单元只收发和处理从控地址设置相关报文；

e)主控单元连接在电池管理系统内时，设置其PWM信号输出接口输出占空比为100％的高电平信号；

f)所有从控单元检测其PWM信号输入接口输入信号，输入信号为高电平且当前为从控地址设置模式的从控单元，将当前准备写入的从控单元地址编号Num设置为该从控单元地址；

g)完成后步骤f)中的从控单元发送地址设置确认信号报文给上位机，同时该从控单元设置其PWM信号输出接口输出占空比为100％的高电平信号；

h)上位机接收到从控单元地址设置完成报文后，将当前准备写入的从控单元地址编号Num值加1，得到新的Num值；

i)如果|Num-Num0|+1≤N，重复步骤f～h；

j)如果|Num-Num0|+1＞N，上位机发送从控地址设置结束报文，主控单元、从控单元退出从控地址设置模式，进入正常工作模式。

进一步，按照环路互锁方向，所述从控单元的地址为由小到大或者由大到小依次设置。

进一步，该从控地址设置方法，可以选择对同一电池管理系统内全部或部分从控地址进行地址设置。

进一步，该从控地址设置方法，可以对从控地址设置起始地址编号进行地址设置。

进一步，所述从控单元的从控地址设置过程由上位机可控触发，无需每次上电均进行设置。

进一步，所述从控单元的从控地址设置过程由上位机触发，触发后自动完成所有从控地址设置，过程不需人工参与。

该方法要求电池管理系统主控单元、从控单元均具备至少一路PWM信号输入电路和一路PWM信号输出电路。主控单元PWM信号输出接口与最靠近主控单元的从控单元PWM信号输入接口相连接，最靠近主控单元的从控单元PWM信号输出接口与下一个从控单元PWM信号输入接口相连接，以此类推，直到最后一个从控单元，最后一个从控单元PWM信号输出接口与主控单元PWM信号输入接口相连接，形成电池管理系统互锁环路。为了便于辨识，此处的最靠近是指物理位置上的靠近，上位机、主控单元和从控单元通过CAN总线进行信息交互，与互锁环路相配合，通过CAN接口完成系统内全部从控地址设置。本发明从安全冗余角度提出电池管理系统环路互锁要求，并充分利用电池管理系统环路互锁接口和现有CAN通信网络，实现电池管理系统从控地址设置。一方面提升了电池管理系统的安全性；另一方面通过CAN接口，一次完成电池管理系统内所有从控地址设置，不需拆箱逐一设置从控地址，具有地址设置效率高、出错率低的优点。

PWM信号相比较于标准的通信(如CAN、485等)其实现电路简单，成本低廉，本发明使用普通的，低成本的PWM信号，通过调节输出占空比，在各个模块间有效传递更丰富的信息，实现各个模块工作状态的传递，在原有CAN通信的基础上，另外开辟了一条通信的道路，大大增加了整个系统的安全性。

本发明在从控地址设置时仅使用简单的高低电平信号，不使用PWM信号，在环路互锁时才使用PWM信号，是利用同一个接口，同时实现了两种功能。首先是环路互锁的实现方法，其次是在实现环路互锁的基础上，配合CAN通信模块同时实现地址设置功能，不是单纯的地址设置或环路连接结构。

本发明从控地址设置命令及从控地址编号均通过上位机发出，可以通过上位机设置从控地址标定顺序(顺序还是逆序)、起始编号、从控数量等信息，从控地址设置过程主控单元可以参与，也可以不参与。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种电池管理系统环路互锁系统及从控地址设置方法，与现有技术相比，本发明增加了环路互锁的安全冗余设计，拓展了主控单元、从控单元信息交互的途径，解决了对电池管理系统对CAN通信网络的严重依赖性和信息交互方式单一性的问题，提升了电池管理系统安全性。同时利用互锁环路和现有CAN总线资源，提出了一种从控地址设置方法，能够按照需求自由调整从控地址起始编号、需设置从控数量、地址设置方向等参数，有效提升生产、装配效率且出错概率低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例中电池管理系统环路互锁连接关系示意框图；

图2为本发明实施例中电池管理系统从控地址设置流程框图。

图中：5、互锁环路连线，6、CAN总线CAN_H连线，7、CAN总线CAN_L连线，8、CAN总线CAN_SHIEL连线，9、CAN总线终端电阻，11、连线短接点。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，以多个从控单元为例进行说明，本发明的一种电池管理系统环路互锁及从控地址设置方法，包含主控单元、从控单元1、从控单元2、......从控单元N、互锁环路连线5、CAN总线CAN_H连线6、CAN总线CAN_L连线7、CAN总线CAN_SHIEL连线8、CAN总线终端电阻9、上位机、连线短接点11。具体的上位机、主控单元、从控单元1、从控单元2、......从控单元N通过CAN总线CAN_H连线6、CAN总线CAN_L连线7、CAN总线CAN_SHIEL连线8、CAN总线终端电阻9和连线短接点11共同组成电池管理系统CAN通信网络。主控单元和各个从控单元各具备至少一路PWM信号输入接口和PWM信号输出接口。其中主控单元PWM信号输出接口与从控单元1的PWM信号输入接口相连接，从控单元1的PWM信号输出接口与从控单元2的PWM信号输入接口相连接，以此类推，直到从控单元N。从控单元N的PWM信号输出接口与主控单元的PWM信号输入接口相连接，构成电池管理系统互锁环路。

电池管理系统互锁环路功能实施过程中，主控单元、各从控单元之间数据信息和故障报警信息通过CAN总线通信网络进行传递，以环路互锁信号作为CAN通信信息的补充和冗余，不将环路互锁信号对电源系统的使用限制与CAN通信信息对电源系统的使用限制进行叠加。

具体实施例如下：使用过程中，当主控单元和/或从控单元检测到自身无故障，PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为95％的方波信号；当主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，但不影响电源系统使用时，PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为90％的方波信号；当主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，影响电源系统使用，但不造成危险时，PWM信号输出接口输出频率为100Hz，并根据对电源系统影响大小设置占空比Duty为80％～10％的方波信号；当主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，影响电源系统使用，且可能造成危险时，PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为5％的方波信号。

对于从控单元，PWM信号输入接口对接收到的PWM信号进行检测，接收到PWM信号占空比Duty为5％～95％，频率为100Hz的方波信号时，与自身输出PWM信号占空比进行比较，以两个占空较小者作为最终输出PWM信号占空比；当接收到PWM信号占空比Duty≤2％或Duty≥98％时，直接以接收到的PWM信号占空比进行输出。

对于主控单元，PWM信号输入接口对接收到的信号进行检测，PWM信号占空比Duty≥98％或Duty≤5％时，主控单元限制电源系统可使用功率为0；PWM信号占空比5％＜Duty≤85％时，主控单元限制电源系统可使用功率为(电源系统允许使用功率*Duty)。

如图2所示，本实施例中电池管理系统从控地址设置流程如下：

图中BCU代表主控单元，PC代表上位机，BMU(X)代表从控单元。电池管理系统上电后，从控单元进入正常工作模式，按照CAN通信协议收发CAN报文。如需对从控单元地址进行设置，通过上位机调整从控地址设置顺序S、待设置地址从控单元数量N和待设置从控单元起始地址编号Num0等地址参数。触发上位机从控单元地址设置功能，发送从控单元地址设置命令报文，命令报文中包含从控地址设置顺序S、待设置地址从控单元数量N、待设置从控单元起始地址编号Num0和当前准备写入的从控单元地址编号Num等地址设置参数信息；从控单元接收到上位机从控地址设置命令后，退出正常工作模式，且将从控地址设置为0XFE，从控单元进入从控地址设置模式，地址为0XFE的从控单元只收发和处理从控地址设置相关报文，此处0XFE代表空地址。主控单元连接在电池管理系统内时，设置其PWM信号输出接口输出占空比为100％的高电平信号，同样只收发和处理从控地址设置相关报文。所有从控单元检测其PWM信号输入接口输入信号，输入信号为高电平且当前地址为0XFE的从控单元，将从控单元地址编号Num设置为该从控单元地址。完成后从控单元发送地址设置确认信号报文给上位机，同时从控单元设置其PWM信号输出接口输出占空比为100％的高电平信号；上位机接收到从控单元地址设置完成报文后，将从控单元地址编号Num值加1，得到新的Num值。如果|Num-Num0|+1≤N，重复步骤上述过程，设置剩余从控单元地址；如果|Num-Num0|+1＞N，上位机发送从控地址设置结束报文，从控地址设置过程结束，主控单元、从控单元退出从控地址设置模式，返回正常工作模式。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种电池管理系统环路互锁方法，其特征在于：包括电池管理系统，所述电池管理系统包括上位机、主控单元和从控单元，所述上位机、主控单元、从控单元之间通过CAN总线通信网络通信；

所述主控单元和从控单元均具备至少一路PWM信号输入接口和一路PWM信号输出接口；其中，主控单元的PWM信号输出接口与第一个主控单元的从控单元的PWM信号输入接口相连接，该从控单元的PWM信号输出接口与下一个从控单元的PWM信号输入接口相连接，以此类推，直到最后一个从控单元，最后一个从控单元的PWM信号输出接口与主控单元的PWM信号输入接口相连接，形成电池管理系统互锁环路；

a）使用过程中主控单元和/或从控单元检测到自身无故障，对应的主控单元和/或从控单元的PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为95%的方波信号；

b）使用过程中主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，但该故障不影响电源系统使用时，对应的主控单元和/或从控单元的PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为90%的方波信号；

c）使用过程中主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，影响电源系统使用，但暂时不造成危险时，对应的主控单元和/或从控单元的PWM信号输出接口输出频率为100Hz，并根据对电源系统影响大小设置为占空比Duty为80%~10%的方波信号；

d）使用过程中主控单元和/或从控单元检测到自身存在故障，影响电源系统使用，且可能造成危险时，对应的主控单元和/或从控单元的PWM信号输出接口输出频率为100Hz，占空比Duty为5%的方波信号；

e）对于从控单元，PWM信号输入接口对接收到的PWM信号进行检测，接收到PWM信号占空比Duty为5%~95%，频率为100Hz的方波信号时，与自身输出的PWM信号占空比进行比较，以两个占空比较小者作为最终输出PWM信号占空比；接收到PWM信号占空比Duty≤2%或Duty≥98%时，直接以接收到的PWM信号占空比进行输出；

f）对于主控单元，PWM信号输入接口对接收到的PWM信号进行检测，接收到PWM信号占空比Duty≥98%或Duty≤5%时，主控单元限制电源系统可使用功率为0；PWM信号占空比5%＜Duty≤85%时，主控单元限制电源系统可使用功率为：电源系统原允许使用功率*Duty。

2.如权利要求1所述的电池管理系统环路互锁方法，其特征在于：环路互锁信号作为CAN通信信息的补充和冗余，不将环路互锁信号对电源系统的使用限制与CAN通信信息对电源系统的使用限制进行叠加。

3.一种电池管理系统从控地址设置方法，其特征在于：包括如权利要求1或2所述的电池管理系统环路互锁方法，在进行从控地址设置时，主控单元和从控单元的PWM信号输出接口与PWM信号输入接口上的信号为高低电平信号，包括以下步骤：

a）电池管理系统上电后，从控单元进入正常工作模式，按照CAN通信协议收发CAN报文；

b）如需对从控地址进行设置，通过上位机调整地址设置参数，所述地址设置参数包括从控地址设置顺序S、待设置地址从控单元数量N和待设置从控单元起始地址编号Num0；

c）触发上位机从控单元地址设置功能，上位机发送从控单元地址设置命令报文，命令报文中包含地址设置参数信息，所述地址设置参数信息包括从控地址设置顺序S、待设置地址从控单元数量N、待设置从控单元起始地址编号Num0和当前准备写入的从控单元地址编号Num；

d）从控单元接收到上位机从控地址设置命令后，退出正常工作模式，从控单元进入从控地址设置模式，从控单元只收发和处理从控地址设置相关报文；

e）主控单元连接在电池管理系统内时，设置其PWM信号输出接口输出占空比为100%的高电平信号；

f）所有从控单元检测其PWM信号输入接口输入信号，输入信号为高电平且当前为从控地址设置模式的从控单元，将当前准备写入的从控单元地址编号Num设置为该从控单元地址；

g）完成后步骤f）中的从控单元发送地址设置确认信号报文给上位机，同时该从控单元设置其PWM信号输出接口输出占空比为100%的高电平信号；

h）上位机接收到从控单元地址设置完成报文后，将当前准备写入的从控单元地址编号Num值加1，得到新的Num值；

i）如果

，重复步骤f~h；

j）如果

，上位机发送从控地址设置结束报文，主控单元、从控单元退出从控地址设置模式，进入正常工作模式。

4.如权利要求3所述的电池管理系统从控地址设置方法，其特征在于：按照环路互锁方向，所述从控单元的地址为由小到大或者由大到小依次设置。

5.如权利要求3所述的电池管理系统从控地址设置方法，其特征在于：包括对同一电池管理系统内全部或部分从控地址进行地址设置。

6.如权利要求3所述的电池管理系统从控地址设置方法，其特征在于：包括对从控地址的起始地址编号进行地址设置。

7.如权利要求3所述的电池管理系统从控地址设置方法，其特征在于：所述从控单元的从控地址设置过程由上位机可控触发，无需每次上电均进行设置。

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