CN108923082B - 分布式电池管理系统及电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式电池管理系统及电池包，分布式电池管理系统，包括：电池管理主控制器，以及多个电池管理从控制器；其中，各个电池管理从控制器包括数据采集模块、以及第一通信模块；电池管理从控制器还包括：电芯状态计算模块，与数据采集模块电连接；均衡控制模块，与电芯状态计算模块电连接；其中，第一通信模块分别与电芯状态计算模块和均衡控制模块电连接。利用本发明方案，在电池管理从控制器上配置电池状态估计算法和均衡控制逻辑，由电池管理从控制器进行电芯状态信息的计算和均衡策略的制定，以便于实现电池全寿命周期管理。

Description

分布式电池管理系统及电池包
技术领域
本发明涉及电池管理系统架构设计技术领域，具体涉及一种分布式电池管理系统及电池包。
背景技术
电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)俗称为电池保姆或电池管家，主要是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
目前批产的BMS系统架构可分为两大类：一类是集中式BMS架构，多适用于混合动力汽车(HEV)，该类车型电池数量少且集中，易于布线，BMSPCB板体积不大；另一类是分布式BMS架构，多适用于电动汽车(EV)或插电充电式混合动力汽车(PHEV)，该类车型电池数量大且分散，采用分布式方式可以降低线束走线长度，功能分解，降低PCB面积和运算能力。
然而，在实现本发明实施例过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的分布式BMS架构，从控板无复杂逻辑控制功能，主要实现电压采集、温度采集等采集功能，类似传感器；以及，将所采集信息通过CAN总线发送到主控板上，由主控板进行逻辑计算后，发送指令控制从控板，从控制板仅仅响应该指令对应的均衡操作即可，即从控板用于实现简单的执行功能。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的分布式电池管理系统及电池包。
根据本发明的一个方面，提供了一种分布式电池管理系统，包括：电池管理主控制器，以及多个电池管理从控制器；其中，各个电池管理从控制器包括数据采集模块、以及第一通信模块；所述数据采集模块用于采集电芯参数；所述各个电池管理从控制器通过第一通信模块与电池管理主控制器通信；其特征在于，所述电池管理从控制器还包括：
电芯状态计算模块，与数据采集模块电连接，用于根据电芯参数计算电芯状态信息；
均衡控制模块，与电芯状态计算模块电连接，用于根据电芯状态信息响应对应的均衡策略，得到均衡状态信息；
其中，所述第一通信模块分别与电芯状态计算模块和均衡控制模块电连接，用于获取电芯状态信息和均衡状态信息，将电芯状态信息和均衡状态信息发送至电池管理主控制器。
可选的，所述电池管理主控制器进一步包括：第二通信模块，用于接收第一通信模块发送的电芯状态信息和均衡状态信息。
可选的，所述电池管理主控制器进一步包括：仲裁模块，与第二通信模块电连接，用于根据电芯状态信息和均衡状态信息计算电池包状态信息。
可选的，所述电芯状态信息包括：电池荷电状态信息、电池健康度信息、SOP和/或电池能量状态信息。
可选的，所述第一通信模块采用CAN通信；所述第二通信模块采用CAN通信。
根据本发明的另一方面，提供了一种电池包，其特征在于，包括：上述任意所述的分布式电池管理系统。
根据本发明提供的分布式电池管理系统及电池包，分布式电池管理系统，包括：电池管理主控制器，以及多个电池管理从控制器；其中，各个电池管理从控制器包括数据采集模块、以及第一通信模块；电池管理从控制器还包括：电芯状态计算模块，与数据采集模块电连接；均衡控制模块，与电芯状态计算模块电连接；其中，第一通信模块分别与电芯状态计算模块和均衡控制模块电连接。利用本发明方案，将电池本体管理相关的算法与电池包及整车相关的算法进行解耦，并在电池管理从控制器上配置电池本体管理相关的算法(即电池状态估计算法和均衡控制逻辑)，由电池管理从控制器进行电芯状态信息的计算和均衡策略的指定，以便于实现电池全寿命周期管理。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了现有技术中的一个分布式电池管理系统实例的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的分布式电池管理系统的功能框图；
图3示出了本发明一个具体实施例的分布式电池管理系统的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了现有技术中的一个分布式电池管理系统实例的示意图。如图1所示，现有技术中的电池管理系统，其电池管理从控制器仅执实现如下功能：电压采集、温度采集等信息采集功能，将采集的信息通过CAN总线发送到电池管理主控制器，以及，执行电池管理主控制器通过均衡计算得到的均衡策略对应的均衡指令；而电池管理主控制器的算法主要有两大类，一类是电芯相关算法，例如1图中的SOC(电池荷电状态信息)、SOP(电池当前的功率能力)、SOH(电池健康度信息)、SOE(电池能量状态信息)以及均衡策略相关的算法，这些算法都是针对电池单体的；另一类是电池包及整车相关算法，例如图1中的继电器控制、绝缘检测、诊断策略以及与其他模块进行通信的CAN通信。
可见，在现有技术中，电芯、电池包以及整车相关的算法均集中在电池管理主控制器中，若需获取电池管理从控制器所管理的电池对象的相关数据，则必须依赖于电池管理主控制器进行提供；并且，一旦电池模组发生了改变，则需对电池管理主控制器中的算法进行调整，以适应新的电池模组的构成。因此，现有技术提供的分布式电池管理系统不利于对电池模组进行全寿命周期的管理，极大的限制了系统的移植和扩展。
基于上述问题，本发明通过将电池本体管理相关的算法(同上述电芯相关算法)与电池包及整车相关算法进行解耦，把电池本体管理的算法与所管理的电池对象绑定，伴随电池全寿命周期，进而提出了一种便于对电池全寿命周期进行管理的电池管理系统。图2示出了根据本发明一个实施例的分布式电池管理系统的功能框图。如图2所示，分布式电池管理系统包括电池管理主控制器11和电池管理从控制器12，其中，电池管理从控制器12进一步包括数据采集模块121、以及第一通信模块122。
其中，数据采集模块121用于采集电芯参数。具体地，数据采集模块121主要负责该电池管理从控制器12所管理的电池模组的电芯参数的采集，可选的，可通过数据采集模块121的多个采集通道分别针对电池模组中的各个电池单体进行电芯参数的采集；或者，也可以是针对多个电池单体构成的并联整体进行电芯参数的采集，本发明对此不做具体限定，具体实施时，可根据电池模组中各个电池单体的连接方式灵活确定采集的电芯参数对应的一个或多个电池单体。其中，电芯参数包括任意用于电芯状态信息计算的参数，以及用于均衡策略制定的参数，本发明对此不做限定，在本发明的一个具体实施例中，电芯参数包括电压参数、电流参数、温度参数和/或内阻参数。
以及，各个电池管理从控制器12通过第一通信模块122与电池管理主控制器11通信。本发明不对通信方式做具体限定，具体实施时，可将能够实现电池管理主控制器11和电池管理从控制器12的通信的任意通信网络确定为第一通信模块122的通信方式。可选的，第一通信模块122采用CAN通信。
需要在此说明的是，图1中示出的分布式电池管理系统仅仅包括一个电池管理从控制器12，但在实际实施时，一个分布式电池管理系统中可包括多个电池管理从控制器12。
另外，如图1所示，电池管理从控制器12还包括：电芯状态计算模块123、以及均衡控制模块124。
具体地，本发明通过将电池本体管理的算法与电池包及整车相关的算法进行解耦，然后把电池本体管理的算法与对应的电池对象绑定，并在管理相应电池模块的电池管理从控制器上实施电池本体管理的算法，实现由电池管理从控制器独立完成参数采集、逻辑运算的过程。
在电池管理从控制器12中，用于执行电池本体管理的算法的模块包括电芯状态计算模块123、以及均衡控制模块124。
其中，电芯状态计算模块123与数据采集模块121电连接，用于根据电芯参数计算电芯状态信息，以便于根据计算出的电芯状态信息，控制电池单体间的充放电，以实现电池可用容量的再均衡。可选的，电芯状态信息包括：电池荷电状态信息(SOC)、电池健康度信息(SOH)、SOP和/或SOE(电池能量状态信息)。
以及，均衡控制模块124，与电芯状态计算模块123电连接，用于根据电芯状态信息响应对应的均衡策略，得到均衡状态信息。具体地，根据各个电池单体的电芯状态信息，并利用均衡控制逻辑计算得到均衡策略，然后响应该均衡策略，得到均衡后的各个电池单体的均衡状态信息，进而完成了该电池模组内各个电池单体之间的容量均衡。
在电池管理从控制器12计算得到电芯状态信息和均衡状态信息之后，为便于电池管理主控制器11对电池包或整车的控制，通过第一通信模块122将电芯状态信息和均衡状态信息发送至电池管理主控制器11。具体地，所述第一通信模块122分别与电芯状态计算模块123和均衡控制模块124电连接，用于获取电芯状态信息和均衡状态信息，将电芯状态信息和均衡状态信息发送至电池管理主控制器。
在本发明提供的分布式电池管理系统中，电池管理主控制器主要起到仲裁作用，用于通过滤波算法或者加权算法计算整包的SOC、SOP、SOE、SOH值。可选的，本发明中的另一个实施例中，电池管理主控制器进一步包括：第二通信模块，用于接收第一通信模块发送的电芯状态信息和均衡状态信息，第二通信模块可采用CAN通信或其他网络通信；仲裁模块，与第二通信模块电连接，用于根据电芯状态信息和均衡状态信息计算电池包状态信息。
本发明提供的分布式电池管理系统，由于电池本体管理的算法被配置到电池管理从控制器上，该电池管理从控制器壳记录其所管理的电池对象的电池全寿命周期的数据；而该数据可用于电池系统过程开发、电池使用维护、电池回收梯次利用和电池报废，可在全电池寿命周期内最大可能地使用电池模组。具体地，在电池全寿命周期内，电池模组的所有历史数据均可以直接从电池管理从控制器中获取；在进行二次开发、电池维护、电池回收梯次利用和电池报废的过程中，可以依据电池管理从控制器壳记录的历史数据，确定电池模组中各个电池单体的充放电策略，使用维护策略，以及确定电池模组或者电池模组中各个电池单体的梯次利用的质保期，确定性能是否用尽等等，进而实现最大可能的使用电池模块。
本发明提供的分布式电池管理系统适用于电池包平台化开发，由于电池本体相关算法和整车相关算法的解耦，可使所开发的电池模块跨整车平台和电池包平台使用，降低开发费用和开发周期。具体地，实施电池本体相关算法(即电芯相关算法)的始终是电池管理从控制器，针对跨整车平台或跨电池包平台的情况，将电池管理从控制器做到对应的电池模组上，该电池管理从控制器上配置有电池状态估计算法及均衡控制逻辑，其中，电池状态估计算法和均衡控制逻辑是与电池模组对应的，针对不同类型的电池，相应的算法和逻辑是不同的；而电池管理主控制器只负责整包或整车的相关计算，因此，并不需要再次开发。
本发明提供的分布式电池管理系统适用于电池包能量及功率的扩展，扩展上限仅取决于通信总线的节点上限。具体地，方便灵活的增减电池数量，低功率则少配电池，高功率则多配电池，以实现物理意义上的降低成本，而不只是通过软件控制放电的深度以实现高功率或低功率的配置。
本发明提供的分布式电池管理系统，每个电池管理从控制器相当于一个独立的电池系统，可以独立进行数据采集、电芯状态计算以及均衡控制，因此对于电池包内部的布线和支架需求量进一步下降，电池包内各模组间仅需要电源正负线、通信高低电位线就可以保证电池系统正常工作。
图3示出了本发明一个具体实施例的分布式电池管理系统的示意图。如图3，电池管理从控制器不仅用于采集温度、电压等电芯参数，还用于根据配置的电池状态估计算法及均衡控制逻辑，执行电池本体管理相关的计算，包括电芯状态信息的计算，例如，SOC、SOP、SOE和SOH的计算，以及均衡策略的计算；而电池管理主控制器则仅进行电池包及整车相关的计算。
本发明还公开了一种电池包，该电池包中包括上述实施例中的分布式电池管理系统。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的分布式电池管理系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (6)

1.一种分布式电池管理系统，包括：电池管理主控制器，以及多个电池管理从控制器；其中，各个电池管理从控制器包括数据采集模块、以及第一通信模块；所述数据采集模块用于采集电芯参数；所述各个电池管理从控制器通过第一通信模块与电池管理主控制器通信；其特征在于，所述电池管理从控制器还包括：
电芯状态计算模块，与数据采集模块电连接，用于根据电芯参数计算电芯状态信息；
均衡控制模块，与电芯状态计算模块电连接，用于根据电芯状态信息响应对应的均衡策略，得到均衡状态信息；其中，根据各个电池单体的电芯状态信息，并利用均衡控制逻辑计算得到均衡策略，然后响应该均衡策略，得到均衡后的各个电池单体的均衡状态信息；
其中，所述第一通信模块分别与电芯状态计算模块和均衡控制模块电连接，用于获取电芯状态信息和均衡状态信息，将电芯状态信息和均衡状态信息发送至电池管理主控制器。
2.根据权利要求1所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述电池管理主控制器进一步包括：第二通信模块，用于接收第一通信模块发送的电芯状态信息和均衡状态信息。
3.根据权利要求2所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述电池管理主控制器进一步包括：仲裁模块，与第二通信模块电连接，用于根据电芯状态信息和均衡状态信息计算电池包状态信息。
4.根据权利要求3所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述电芯状态信息包括：电池荷电状态信息、电池健康度信息、电池当前的功率能力和/或电池能量状态信息。
5.根据权利要求4所述的分布式电池管理系统，其特征在于，所述第一通信模块采用CAN通信；所述第二通信模块采用CAN通信。
6.一种电池包，其特征在于，包括：权利要求1-5任一项所述的分布式电池管理系统。
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