CN109484244A - 电池管理系统及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车以及其电池管理系统，该系统包括主板、若干子板以及若干电池单体，主板获取某时间段内各子板在同一路网络中发送的对应的报文数量和重发率进而计算得到CAN总线在该时间段内的总线负载率；主板还获取该时间段内各子板对应电池单体的温度信息和电压信息，主板/子板根据子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别经排序算法所得的评分参数计算得到子板的得分，进而得到子板的优先级；主板判断总线负载率是否处于预期范围，并在超出预期范围时结合各子板的优先级动态调整各子板发送报文的频率。该电池管理系统能够依据数据权重来降低总线负载率，实现了各子板报文信息传送的可靠性和安全性，进而提高了电动汽车的性能。

Description

电池管理系统及电动汽车

技术领域

本发明涉及电池管理系统的通信技术领域，特别涉及一种电池管理系统及电动汽车。

背景技术

自1986年博世公司在SAE大会上首次提出CAN(Controller Area Network)后，由于其具有较好的实时性、可靠性、灵活性、信息资源共享，连接大大减少，易于扩展和维护等优点而被广泛应用于各行业。而且，目前不管是传统汽车还是新能源汽车，绝大部分都是以CAN作为车载通讯手段。但CAN总线还有一些不容忽视的问题：随着在CAN总线中传输信息量的增多，总线负载率会显著增加，且当总线负载率过高时，将导致优先级低的报文传输时间过长，甚至发生丢失报文的情况。而现阶段降低总线负载率的其中一种方法是加长某些不重要的信号的发送周期。但CAN总线属于事件型总线，数据的实时性取决于信号的发送周期，如果人为加长某信号的发送周期，则会影响该信号的实时性，进而影响整个电控单元的实时性控制。

目前，电动汽车已经逐渐被人们所接受，并且不久的将来可能会成为出行的主流方式，因此，对电动汽车的各方面要求都越来越严格。而电动汽车的“大脑”——电池管理系统(Battery Management System,BMS)也是采用CAN总线来实现信息交互的居多。BMS需要交互的信息主要为电池单体的温度、电压等。电池组电压是影响电动汽车性能的一个重要参数，且高电压的电池组是今后的一个发展方向。而电池组的电压高低直接影响电池单体和子板的数量，电池组电压升高的同时，子板与主板之间交互的信息量越来越大，报文不断增多，当一条网段上所载节点发送报文量超过一定程度时，容易造成网络拥堵、信号传输延迟，甚至导致低优先级的报文传输丢失，如何保证多个ECU单元之间通信的有效性、实时性和可靠性，是BMS需亟待解决的问题。

一般情况下，为保证低优先级的报文传输延迟在可接受的范围内，应对总线负载率加以限制。因为负载率在轻度拥堵的情况下，优先级高的节点平均报文传输时间和理论传输时间相差无几，而优先级低的则存在一定延时；当负载率达到中度拥堵的情况下，优先级最高的节点出现明显延时，优先级低的节点延时更为明显，根本无法满足实时性；当总线的平均利用率达到高度拥挤时，除信息延迟外，还有可能造成错误帧的出现。

因此，从上述分析可知，负载率当然是越低越好，越能保证实时性，但是负载率过低就无法传输足够的数据。过高或过低的总线负载率都难以适应不断增长的电压对电池管理系统的需求。因此，需要一种合理的机制来实现BMS的CAN总线负载率一直处于适当的范围之内。

发明内容

为了解决现有的电池管理系统中CAN总线负载率不能处于适当的范围之内，导致过高或过低的总线负载率都难以适应不断增长的电压对电池管理系统的需求的问题。本发明提出一种电池管理系统，该电池管理系统能够依据数据权重来降低总线负载率，提高了BMS系统的可靠性和安全性。本发明还涉及一种采用该电池管理系统的电动汽车。

本发明的技术方案如下：

一种电池管理系统，包括主板、若干子板以及若干电池单体，各所述子板对应多个电池单体；其特征在于，

所述主板获取某时间段内各子板在同一路网络中发送的对应的报文数量和重发率进而计算得到CAN总线在所述时间段内的总线负载率；

所述主板获取所述时间段内各子板对应电池单体的温度信息和电压信息，所述主板/子板根据子板在所述时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别经排序算法所得的评分参数计算得到子板的得分；所述主板/子板再根据子板的得分情况得到子板的优先级；

所述主板判断所述总线负载率是否处于预期范围，并在超出预期范围时结合所述各子板的优先级动态调整各子板发送报文的频率。

优选地，所述主板判断所述总线负载率与预设的负载率上限和负载率下限之间的关系以确定是否处于预期范围，并在超出预期范围时根据所述各子板的优先级调整各子板发送报文的频率，若所述总线负载率超出所述负载率上限时，所述主板将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递减函数模型，计算并降低所述各子板的报文发送频率；若所述总线负载率低于所述负载率下限时，所述主板将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递增函数模型，计算并提高所述各子板的报文发送频率。

优选地，在所述总线负载率低于所述负载率下限时，所述主板先将计算得到的子板对应的报文发送频率最大值与预先设置的报文发送频率上限值进行比较，并在所述报文发送频率最大值小于所述预先设置的报文发送频率上限值时将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递增函数模型，计算并提高所述各子板对应的报文发送频率。

优选地，所述单调递增函数模型和所述单调递减函数模型均是以各子板对应的优先级为自变量的一元函数。

优选地，当所述主板计算得到子板的优先级时，所述主板根据子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到子板的得分，并根据各子板的得分情况进行排序，得分越高其优先级越高；当所述子板计算得到各子板的优先级时，所述子板根据其自身在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别与其它子板进行比较排序所得的第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到自己的得分，并将自己的得分与其它子板进行比较并排序自行选择优先级，得分越高其优先级越高。

优选地，所述主板或子板根据子板在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数，并结合所述时间段内子板处于最高温度的次数和最低温度的次数所得的第三评分参数和第四评分参数，以及将第一、二、三、四评分参数结合自身的权重值进行加权求和计算得到子板的得分；所述第一评分参数和第二评分参数的权重值作为主权重因子均大于第三评分参数和第四评分参数的作为次权重因子的权重值。

优选地，所述主板或子板还结合所述时间段内各子板的丢包数量所得的第五评分参数，以及将第一、二、三、四、五评分参数结合自身的权重值进行加权求和计算得到子板的得分；所述第五评分参数权重值作为辅权重因子小于第三评分参数和第四评分参数的作为次权重因子的权重值。

优选地，将各子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差利用冒泡排序法或插入排序法进行排序处理得到第一评分参数和第二评分参数。

优选地，所述子板在某时间段内平均温度的方差排序所得的第一评分参数与所述平均温度的方差成正相关，所述子板在某时间段内平均电压的方差排序所得的第二评分参数与所述平均电压的方差成正相关。

一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括上述的电池管理系统。

本发明的技术效果如下：

本发明提供电池管理系统，各子板通过CAN总线与主板进行信息交互，主板先计算得到在某段时间内、同一路网络的总线负载率，具体通过主板获取某时间段内各子板在同一路网络中发送的对应的报文数量，可以进一步根据计算CAN总线负载率的计算模型计算得到CAN总线在所述时间段内的总线负载率；然后确定各子板发送报文的优先级，即通过主板获取在所述时间段内各子板的温度信息和电压信息，主板/子板根据所述电压信息和电流信息计算并确定各子板的优先级；最后动态调整各子板发送报文的频率，具体通过判断总线负载率是否处于预期范围，并在超出预期范围时结合所述各子板的优先级动态调整各子板发送报文的频率。本发明通过计算当前网路中的总线负载率，并判断负载率是否在合理的范围之内，进而根据计算好的优先级来动态调整各子板的报文发送频率，使得各子板的报文发送频率保持在一个动态平衡的范围之内，提高了报文发送的效率，降低了信息的错误率，避免了信息发送的延迟，满足了信息发送的实时性。本发明电池管理系统通过主板和子板的交互协同工作，建立合理机制来实现BMS的CAN总线的负载率一直处于适当的范围内，实质是依据数据权重降低总线负载率，其能动态调整各子板的报文发送频率，使得优先级较高的子板能够及时发送报文(BMS最需要的信息)给主板，从而使得BMS能够及时执行适合的热管理策略、均衡策略等，使得动力电池处于较好的运行状态，提高BMS系统的可靠性和安全性，进一步能够提高电动汽车的性能。

进一步地，本发明电池管理系统的主板根据获取的总线负载率与预设的负载率上限和负载率下限之间的关系以确定是否处于预期范围，在超出预期范围时根据所述各子板的优先级降低或提高各子板发送报文的频率，在处于预期范围时可保持当前各子板发送报文的频率，也就是说，可理解为得到三种动态调整各子板发送报文信息频率的模式，根据总线负载率所在对应的模式增加、降低或保持各子板发送报文信息的频率，使得各子板发送报文信息的频率不是一味的增加或一味的减少，而是根据实际情况动态调整所述频率，使得所述频率保持在一个更加平衡的状态，进一步确保报文发送的效率和信息发送的实时性。随着各子板优先级的变化，各子板的信息发送频率也在不断变化，直到负载率稳定到一定值之后，不在继续降低整体的发送频率，但是各子板的发送频率还是随着其优先级变化而变化，即是动态的。

进一步地，在所述总线负载率低于所述负载率下限时，将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递增函数模型并计算得出所述各子板对应的报文发送频率之前，还包括：将所述计算得到的子板对应的报文发送频率最大值与预先设置的报文发送频率上限值进行比较。使得子板发送频率有一个上限，而不是无限制地增长，进一步保证各子板报文发送频率平衡在一个范围之内，使得CAN总线的利用率达到最大，进一步确保报文发送的效率和信息发送的实时性。

进一步地，各子板通过CAN总线与主板进行信息交互，各所述子板分别采集对应的各电池单体的温度信息和电压信息等并传输给主板，由主板/子板进行控制并通过特定的算法能够动态调整各子板优先级。具体地，实现了根据电池组中各电池单体的实时温度信息、电压信息和丢包数量信息进行处理，根据处理得到的得分情况，动态分配BMS系统中各子板的优先级顺序，进而实现对CAN总线通信的动态调度，解决了传统电池管理系统在通信时采用静态调度算法存在的较为重要的数据信息有时无法发送或者及时传送，进而造成电池管理系统不能及时发现电池的缺陷的问题，实现了各子板报文信息传送的可靠性和安全性，进而提高了电动汽车的性能。

本发明所涉及的电动汽车的电池管理系统，各电池单体的实时温度信息和电压信息均由相对应的子板采集，再传输给主板，主板进行后续具体参数计算处理，比如子板在某时间段内的平均温度方差的计算、平均电压方差的计算、最高温度次数的计算、处于最低温度次数的计算、子板丢包数量计算等等，然后由主板/子板进行评分处理，即主板根据上述具体参数计算处理得到子板的得分并根据各子板的分数高低来重新确定子板的优先级；或者由各子板单独控制，各子板可从主板处获取上述具体参数后处理得到自己的分数并根据自己分数的高低来重新确定自己的优先级，实现主板/子板控制下的子板的优先级的动态调整。主板/子板根据子板在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到子板的得分，第一评分参数和第二评分参数结合各自的权重值进行加权求和，实现了最基本的评分功能，其实质是设计了一个评分系统，该评分系统由主板控制或由各子板单独控制，根据评分系统的结果动态调整各子板优先级，实现各子板报文信息传送的可靠性和安全性。

进一步地，主板/子板在计算子板的得分时，除了第一评分参数和第二评分参数外，可以进一步考虑该时间段内子板处于最高温度的次数和最低温度的次数，并计算这两个具体参数各自的得分，即结合了第三评分参数和第四评分参数，将第一、二、三、四评分参数结合自身的权重值进行加权求和计算得到子板的得分，采用主权重因子结合次权重因子的计算处理技术能够使得子板的得分更加准确，评分系统的功能更加完善，进一步提高了各子板报文信息传送的可靠性和安全性。更进一步地，除了第一、二、三、四评分参数外，还可以进一步考虑该时间段内各子板的丢包数量，计算该具体参数的得分，即进一步结合了第五评分参数，将第一、二、三、四、五评分参数结合自身的权重值进行加权求和计算得到子板的得分，采用主权重因子、次权重因子以及辅权重因子多重考虑的计算处理的技术进一步完善评分机制，快速精准地得到子板的得分，为子板的优先级的动态调整提供了保证，彻底避免了高重要性子板信息报文传送不及时或遗漏的问题，保证了各子板报文信息传送的可靠性和安全性，电池管理系统能够及时发现电池的缺陷，进一步提高了电动汽车的性能。

进一步地，本发明电池管理系统中，主板/子板根据子板的得分情况对子板的优先级进行动态调整时可采用特殊的各子板优先级调整方法，即根据子板的得分以及用于表示前一次调整所得到的各子板对应的优先级的第一批标识符实现对子板的优先级进行动态调整，比如，主板/子板根据前一次表示优先级高低次序的第一批标识符中表示优先级最低所对应的子板先行根据自身得分在所有子板的得分中的排序位置，获得相应的在第二批标识符中的优先级，重复前面步骤，直到所有的子板优先级调整完毕。解决了各子板中存在多个得分情况相同的子板在分配表示优先级高低次序的标识符时存在冲突的问题，效果显著。

进一步地，本发明电池管理系统中，当主板对子板的优先级进行动态调整时，主板将各子板在某段时间内平均温度的方差和平均电压的方差利用冒泡排序法或插入排序法排序方法进行处理，得到第一评分参数和第二评分参数。该排序算法的使用，使得程序开发成本大大减少，且易于实现。

附图说明

图1是本发明用于电动汽车的电池管理系统的结构框图。

图2是本发明电池管理系统的主板与子板的通信流程图。

图3是本发明电池管理系统中CAN总线的标准帧格式图。

图4是本发明电池管理系统中CAN总线的扩展帧格式图。

图5是本发明电池管理系统的主板与子板的优选通信流程图。

图6是本发明电池管理系统的优选工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

结合图1和图2所示，分别为本发明提供的一种电动汽车的电池管理系统的结构框图和工作原理图，该电池管理系统包括若干电池单体，还包括主板和若干子板，各子板对应多个电池单体。如图1可理解为是所述若干电池单体分成了多个电池单体组，每个子板对应一个电池单体组，每个电池单体组包括所述多个电池单体。各子板通过CAN总线与主板进行信息交互，图2也可称为是主板与子板的通信流程图，所述主板获取某时间段内各子板在同一路网络中发送的对应的报文数量和重发率进而计算得到CAN总线在所述时间段内的总线负载率；所述主板获取所述时间段内各子板对应电池单体的温度信息和电压信息，所述主板/子板根据子板在所述时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别经排序算法所得的评分参数计算得到子板的得分；所述主板/子板再根据子板的得分情况得到子板的优先级，得分越高，优先级越高；判断所述总线负载率与预设的负载率上限和负载率下限之间的关系是否处于预期范围，并在超出预期范围时结合所述各子板的优先级动态调整各子板发送报文的频率。

上述总线负载率可通过报文数量和总线负载率计算模型得到，具体地，假设本发明的电动汽车的电池管理系统(Battery Management System，BMS)包括一块主板和NN个子板，不失一般性，一个子板下有MM个电池单体，每个子板会采集对应的电池单体的温度信息和电压信息，上述子板通过CAN总线将采集到的其所对应的各电池单体的温度信息和电压信息传输至主板。图3和图4分别表示CAN标准帧格式和扩展帧格式，图3所示的CAN数据帧位填充为127位的最大帧长度，CAN标准帧格式包括仲裁段12位、控制段6位、数据段、CRC段和应答段；图4所示的CAN数据帧位填充为150位的最大帧长度，CAN扩展帧格式包括仲裁段32位、控制段6位、数据段、CRC段和应答段。设一开始各子板的报文发送频率为F₀₁＝F₀₂＝F₀₃＝F₀₄＝…＝F_0(NN)＝F，子板的报文发送频率上限设为L(可根据BMS的需求而定)，且F<L，则某段时间内的总线负载率可通过如下模型计算所得。不失一般性，假设U表示总线负载率，L_j表示标准帧长度，V表示总线通信信道的标准传输速率(kbit/s)，t_b＝1/V表示总线通道传输1位所占用的时间，t_m＝L_j×t_b表示单帧报文的传输时间。CAN总线通信报文分为周期报文和事件报文。周期报文按预定义的时间周期性发送，而事件报文在随机事件触发后在总线通道中发送。参见图3和图4，这里假设子板发送的报文皆为周期报文。

设同一路网络中有d种周期报文，且其发送周期分别为F₁≤F₂≤……≤F_d，单位为s，报文的数量分别为b₁，b₂，……，b_d，报文的重发率分别为R₁₁，R₁₂，……，R₂₁，R₂₂，……，……，R_d1，R_d2，……，则总线负载率为：

上述公式即为一种优选的计算CAN总线负载率的计算模型，本申请所述的总线负载率计算模型并不唯一，即可采用其它的总线负载率计算方法。

上述各子板的优先级可通过如下方式计算所得：

主板对接收到的温度信息和电压信息进行计算；即主板进行后续具体参数计算处理，可以是子板在某时间段内的平均温度方差的计算、平均电压方差的计算、最高温度次数的计算、处于最低温度次数的计算、子板丢包数量计算等等。

具体地，假设各子板每隔一秒向主板发送报文，则在1分钟内，各子板向主板分别发了60个报文，主板/子板通过这60NN个报文中的数据信息得到各子板的优先级。

记1分钟内，

第i个子板处于最高温度的次数为M_i，(i＝1,2,…,NN)；

第i个子板处于最低温度的次数为m_i，(i＝1,2,…,NN)；

第i个子板的丢包数量为L_i，(i＝1,2,…,NN)；

第i个子板的第j个单体的平均温度为T_ij，(i＝1,2,…,NN,j＝1,2,…,MM)；

第i个子板的平均温度为

第i个子板的第j个单体的平均电压为V_ij，(i＝1,2,…,NN,j＝1,2,…,MM)；

第i个子板的平均电压为

整个电池组的平均温度为

整个电池组的平均电压

第i个子板的平均温度的方差为

第i个子板的平均电压的方差为

也就是说，上述子板在某时间段内平均温度的方差由公式(i＝1,2,…,NN)得到，其中D(T_i)表示在某段时间内第i个子板的平均温度的方差，MM表示电池单体的数量，NN表示子板的数量，T_ij表示某段时间内第i个子板中第j个电池单元的温度，表示电池组的平均温度。上述平均电压的方差由公式得到，其中，D(V_i)表示在某段时间内第i个子板的平均电压的方差，V_ij表示某段时间内第i个子板中第j个电池单元的电压，表示电池组的平均电压。

子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别经排序算法所得的上述评分参数具体可以包括子板在平均电压处的第一评分参数和子板在平均温度处的第二评分参数；上述对评分参数计算得到子板的得分是对两个评分参数结合进行特定算法的计算。优选地，本申请将第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到子板的得分，得分越高对应的子板的优先级越高。即，设第一评分参数和第二评分参数各自的权重值均为主权重因子，S(D(T_i))和S(D(V_i))的权重因子为K₁、K₂，记第i个子板的得分为S_i(i＝1,2,…,NN)，则子板的得分可通过公式S_i＝K₁S(D(T_i))+K₂S(D(V_i))得到。

需要说明的是，上述各子板的优先级的确定，可以是在主板中进行，也可以是在子板中进行，当主板计算得到子板的优先级时，所述主板根据子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到子板的得分，并根据各子板的得分情况进行排序，得分越高其优先级越高；当所述子板计算得到各子板的优先级时，所述子板根据其自身在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别与其它子板进行比较排序所得的第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到自己的得分，并将自己的得分与其它子板进行比较并排序自行选择优先级，得分越高其优先级越高。

具体地，本发明电池管理系统的主板根据获取的总线负载率与预设的负载率上限和负载率下限之间的关系以确定是否处于预期范围，在超出预期范围时根据所述各子板的优先级降低或提高各子板发送报文的频率，在处于预期范围时可保持当前各子板发送报文的频率，也就是说，上述总线负载率与预设的负载率上限和负载率下限之间存在三种数学关系，即，所述总线负载率在所述预设的负载率上限和负载率下限之间、所述总线负载率超出所述负载率上限以及所述总线负载率低于所述负载率下限。主板根据这三种关系，具有三种调整子板发送报文频率的模式，三种调整模式如下。不失一般性，假设Q％为期望负载率，q％和p％均为大于0的数，并U允许在Q％-q％与Q％+p％之间波动。

模式一：若所述总线负载率在所述预设的负载率上限和负载率下限之间时，则所述主板调整所述各子板的报文发送频率为当前报文发送频率；即，若负载率U在Q％-q％≤U≤Q％+p％范围内，则各子板保持原来的发送频率不变。

模式二：若所述总线负载率超出所述负载率上限时，所述主板将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递减函数模型，计算并降低所述各子板的报文发送频率；即，若负载率U＞Q％+p％，则需降低各子板的报文发送频率，具体为：基于前面已经确定各子板优先级，优先级最高的子板的报文发送频率记为F₁₁，优先级第二高的报文发送频率记为F₁₂，以此类推，优先级最低的报文发送频率记为F_1(NN)。则若所述总线负载U＞Q％+p％，将所述子板对应的优先级作为自变量输入至预先设置的单调递减函数模型f₁(r)，计算得到子板的报文发送频率F_1r，其计算模型如下所示：

F_1r＝f₁(r)，(r＝1,2,…,NN)

其中，f₁(r)为一个单调递减的函数，即F_1(NN)＜F_1(NN-1)＜……＜F₁₁≤F。

模式三：若所述总线负载率低于所述负载率下限时，所述主板将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递增函数模型，计算并提高所述各子板的报文发送频率。即，若负载率U＜Q％-q％，则需提高各子板的报文发送频率，具体为：基于已经确定好各子板的优先级，优先级最高的子板的报文发送频率记为F'₁₁，优先级第二高的报文发送频率记为F'₁₂，以此类推，优先级最低的报文发送频率记为F'_1(NN)。则若负载率U＜Q％-q％，将所述子板对应的优先级作为自变量输入至如下预先设置的单调递减函数模型g₁(r)，计算得到子板的报文发送频率F'_1r，其计算模型如下所示：

F'_1r＝g₁(r)，(r＝1,2,…,NN)

其中，g₁(r)为一个单调递增的函数，即F'₁₁＞F'₁₂＞……＞F'_1(NN)≥F。

需要说明的是，在模式三中，在所述总线负载率低于所述负载率下限时，将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递增函数模型计算并调整所述各子板对应的报文发送频率之前，还包括：所述主板将计算得到的子板对应的报文发送频率最大值与预先设置的报文发送频率上限值进行比较；若所述报文发送频率最大值小于所述预先设置的报文发送频率上限值时，则将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递增函数模型，计算并提高所述各子板对应的报文发送频率；否则(即所述报文发送频率最大值不小于所述预先设置的报文发送频率上限值时)，则将子板的报文发送频率调整为前一次各子板的报文发送频率。即，若负载率U＜Q％-q％，则先判断F'₁₁是否大于L：

若不是，则需再提高各子板的报文发送频率，(子板报文发送频率调整模式2)具体方法如下：

由于前面已经确定各子板的优先级，优先级最高的子板的报文发送频率记为F'₂₁，优先级第二高的报文发送频率记为F'₂₂，以此类推，优先级最低的报文发送频率记为F'_2(NN)。则

F'_2r＝g₂(r)，(r＝1,2,…,NN)

其中，g₂(r)为一个单调递减的函数，即F'₂₁＞F'₂₂＞……＞F'_2(NN)≥F'₁₁。

若是，子板报文发送频率与前一次的报文发送频率一致，F'_2r＝F'_1r。

进一步地，上述单调递增函数模型和所述单调递减函数模型均可以是单调的、以各子板对应的优先级为自变量的一元一次函数，也可以是一元多次函数，优选地，本申请采用以各子板对应的优先级为自变量的一元一次函数。

上述计算得出某段时间内某一网路上的CAN总线负载率后，主板/子板根据子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别经排序算法所得的评分参数计算得到子板的得分中提到的排序算法分为两种情况：当主板控制时，优选采用冒泡排序法或插入排序法进行排序；当子板控制时，优选采用比较排序法。也就是说，若由主板控制，则主板将各子板的平均温度的方差可利用冒泡排序法、插入排序法等算法进行排序；若由子板控制，则各子板将自己的平均温度的方差与其它子板进行比较，然后确定自己的排位。

主板/子板根据子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别经排序算法所得的评分参数计算得到子板的得分，下面以子板在平均温度的方差处所得的分数为例，对此作详细说明。

假如子板i的平均温度的方差D(T_i)为最大值，则令该子板i在平均温度的方差D(T_i)处所得的分数S(D(T_i))记为S_max，并将其放置于表示排序结果最大的位置，采用同样的方法，得到D(T_i)最小的子板在平均温度的方差D(T_i)处所得分数为S_min，其余子板的平均温度的方差D(T_i)所得的分数设置为处于最大值与最小值之间，即其余子板在平均温度的方差D(T_i)处所得的分数S(D(T_i))处于S_max和S_min之间，可以理解为，各子板所得分数S(D(T_i))与D(T_i)值成正相关，即上述第一评分参数与平均温度的方差成正相关关系；对于子板的平均电压的方差为D(V_i)，也进行相同的算法，得到各子板在平均电压的方差为D(V_i)处所得的分数S(D(V_i))，即第二评分参数与平均电压的方差成正相关关系。

需要说明的是，上述得分可以是直接将排序后对应的排序数值赋值给对应的子板，也可以是按照上述第一评分参数与平均温度的方差成正相关关系给子板在平均温度的方差处赋值的得分，这里为了计算和取值的方便，优选采用直接将排序后对应的排序数值赋值给对应的子板。

本发明提供的电池管理系统，实质是依据数据权重降低总线负载率，通过建立合理机制来实现BMS的CAN总线的负载率一直处于适当的范围内。首先通过计算CAN总线的负载率计算模型计算得到在某段时间内、同一路网络的总线负载率，具体通过主板获取某时间段内各子板在同一路网络中发送的对应的报文数量和重发率，并根据总线负载率的计算模型计算得到CAN总线在所述时间段内的总线负载率；然后确定各子板发送报文的优先级，即通过主板获取在所述时间段内各子板的温度信息和电压信息，主板/子板根据所述电压信息和电流信息计算并确定各子板的优先级；最后动态调整各子板发送报文的频率，具体通过判断总线负载率与预设的负载率上限和负载率下限之间的关系是否处于预期范围，并在超出预期范围时结合所述各子板的优先级动态调整各子板发送报文的频率。本发明通过计算当前网路中的总线负载率，并判断负载率是否在合理的范围之内，进而根据计算好的优先级来动态调整各子板的报文发送频率，使得各子板的报文发送频率保持在一个动态平衡的范围之内，提高了报文发送的效率，降低了信息的错误率，避免了信息发送的延迟，满足了信息发送的实时性。

本发明所涉及的电动汽车的电池管理系统，各电池单体的实时温度信息和电压信息均由相对应的子板采集，再传输给主板，主板进行后续具体参数计算处理，比如子板在某时间段内的平均温度方差的计算、平均电压方差的计算、最高温度次数的计算、处于最低温度次数的计算、子板丢包数量计算等等，然后由主板/子板进行评分处理，即主板根据上述具体参数计算处理得到子板的得分并根据各子板的分数高低来重新确定子板的优先级；或者由各子板单独控制，各子板可从主板处获取上述具体参数后处理得到自己的分数并根据自己分数的高低来重新确定自己的优先级，实现主板/子板控制下的子板的优先级的动态调整。主板/子板根据子板在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到子板的得分，第一评分参数和第二评分参数结合各自的权重值进行加权求和，实现了最基本的评分功能，其实质是设计了一个评分系统，该评分系统由主板控制或由各子板单独控制，根据评分系统的结果动态调整各子板优先级，实现各子板报文信息传送的可靠性和安全性。

进一步地，主板/子板在计算子板的得分时，除了第一评分参数S(D(T_i))和第二评分参数S(D(V_i))外，可以进一步考虑该时间段内子板处于最高温度的次数M_i和最低温度的次数m_i，并计算这两个具体参数各自的得分，即结合了第三评分参数S(M_i)和第四评分参数S(m_i)，将第一、二、三、四评分参数结合自身的权重值进行加权求和计算得到子板的得分S_i。其中，S(M_i)和S(m_i)的权重值作为次权重因子分别为K₃、K₄，主权重因子K₁、K₂均大于次权重因子K₃、K₄。记第i个子板的得分为S_i(i＝1,2,…,NN)，则

S_i＝K₁S(D(T_i))+K₂S(D(V_i))+K₃S(M_i)+K₄S(m_i)

采用主权重因子结合次权重因子的计算处理的技术能够使得子板的得分更加准确，评分系统的功能更加完善，进一步提高了各子板报文信息传送的可靠性和安全性。

参见图5，是本发明电池管理系统的主板与子板的优选通信流程图。本发明主板采用上述计算CAN总线负载率的计算方式，计算得出某段时间内某一网路上的CAN总线负载率后，各所述子板分别采集对应的各电池单体的温度信息和电压信息并传输给主板，主板/子板根据子板在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数，并结合所述时间段内子板处于最高温度的次数、最低温度的次数以及丢包数量所得的第三评分参数、第四评分参数和第五评分参数，也就是说，主板/子板在计算子板的得分时，除了第一评分参数S(D(T_i))、第二评分参数S(D(V_i))、第三评分参数S(M_i)和第四评分参数S(m_i)外，进一步考虑了该时间段内各子板的丢包数量L_i，计算该具体参数的得分，即进一步结合了第五评分参数S(L_i)，将第一、二、三、四、五评分参数结合自身的权重值进行加权求和计算得到子板的得分S_i。其中，S(L_i)的权重值作为辅权重因子为K₅，主权重因子K₁、K₂均大于次影响因子K₃、K₄，辅权重因子K₅小于次权重因子K₃、K₄。记第i个子板的得分为S_i(i＝1,2,…,NN)，则

S_i＝K₁S(D(T_i))+K₂S(D(V_i))+K₃S(M_i)+K₄S(m_i)+K₅S(L_i)

假设用于电动汽车的电池管理系统包括一个主板、10个子板、一个子板下有12个电池单体，主板预留20个ID，且设D(T_i)最大值的子板在平均温度的方差D(T_i)处所得的分数S(D(T_i))为10，D(T_i)第二大的子板在平均温度的方差D(T_i)处所得的分数为9，依此类推，得到D(T_i)最小的子板在平均温度的方差D(T_i)处所得分数为1；对于子板的平均电压的方差为D(V_i)，也进行相同的算法，得到各子板在平均电压的方差为D(V_i)处所得的分数S(D(V_i))。而各子板的在最高温度的次数，最低温度的次数，丢包数量处所得的分数分别记为S(M_i)＝M_i/60，S(m_i)＝m_i/60，S(L_i)＝L_i/60。设置主权重因子K₁、K₂均为3，次影响因子K₃、K₄均为1.5，辅权重因子为1。则

S_i＝3×S(D(T_i))+3×S(D(V_i))+1.5×S(M_i)+1.5×S(m_i)+S(L_i)。

采用主权重因子、次权重因子以及辅权重因子多重考虑的计算处理的技术进一步完善评分机制，快速精准地得到子板的得分，所述主板/子板再根据子板的得分情况对子板的优先级进行动态调整，从而为子板的优先级的动态调整提供了保证，彻底避免了子板报文传送不及时或遗漏的问题，保证了各子板报文信息传送的可靠性和安全性，电池管理系统能够及时发现电池的缺陷，进一步提高了电动汽车的性能。

如图6所示的电池管理系统的工作原理图，其也可理解为是电池管理系统采用的依据数据权重降低总线负载率的方法流程图，先计算出电池管理系统的CAN总线的负载率U，对子板在某时间段内的平均温度的方差计算、平均电压的方差的计算、处于最高温度的次数的计算、处于最低温度次数的计算以及子板丢包数量计算等等，采用主权重因子、次权重因子以及辅权重因子多重考虑的计算得到各子板的得分情况，主板/子板再根据子板的得分情况对子板的优先级进行动态调整；对总线负载率U是否在[Q％-q％,Q％+p％]范围内进行判断，判断为是的情况时即U处于其范围内，此时进入子板报文发送频率调整模式1，也就是前述的模式一，各子板保持原来的发送频率不变；判断为否的情况时即U不处于其范围内，在U>Q％+p％时进入子板报文发送频率调整模式2，也就是前述的模式二，降低各子板的报文发送频率；在U<Q％-q％时，优选先判断报文发送频率的最大值是否大于预先设置的报文发送频率上限值L，在报文发送频率>L时进入子板报文发送频率调整模式1，各子板保持原来的发送频率不变，否则进入子板报文发送频率调整模式3，也就是前述的模式三，提高各子板的报文发送频率。

需要说明的是，主板/子板在计算子板的得分时，除上述实施例外，可以有其它实施方式，比如，主板/子板根据子板在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数，结合所述第三评分参数或第四评分参数或第五评分参数，以及将前述结合的第三评分参数或第四评分参数或第五评分参数的权重值进行加权求和计算得到子板的得分，也就是说，除第一评分参数和第二评分参数外，也可以结合第三、四、五评分参数中的一种或两种进行子板的得分计算；所述主板/子板再根据子板的得分情况对子板的优先级进行动态调整。

应当指出，本申请某段时间内某一段网路中的总线负载率与各子板优先级的确定，二者在计算顺序上不做具体限定，除本申请上述实施例限定的先后顺序外，还可以先确定各子板的优先级，然后再计算总线负载率。

本申请还提供一种电动汽车，该电动汽车采用了前述所有实施方式的电池管理系统，该电池管理系统(或称为BMS系统)由主板/子板进行控制并通过特定的算法动态调整各子板优先级，实现各子板报文信息传送的可靠性和安全性，BMS系统作为电动汽车的核心，高可靠性和高安全性的BMS系统能够为电动汽车的各个部件安全工作提供保障，保证电动汽车驾驶安全性，使得该电动汽车的性能显著提高。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，包括主板、若干子板以及若干电池单体，各所述子板对应多个电池单体；其特征在于，

所述主板获取某时间段内各子板在同一路网络中发送的对应的报文数量和重发率进而计算得到CAN总线在所述时间段内的总线负载率；

所述主板获取所述时间段内各子板对应电池单体的温度信息和电压信息，所述主板/子板根据子板在所述时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别经排序算法所得的评分参数计算得到子板的得分；所述主板/子板再根据子板的得分情况得到子板的优先级；

所述主板判断所述总线负载率是否处于预期范围，并在超出预期范围时结合所述各子板的优先级动态调整各子板发送报文的频率。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述主板判断所述总线负载率与预设的负载率上限和负载率下限之间的关系以确定是否处于预期范围，并在超出预期范围时根据所述各子板的优先级调整各子板发送报文的频率，若所述总线负载率超出所述负载率上限时，所述主板将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递减函数模型，计算并降低所述各子板的报文发送频率；若所述总线负载率低于所述负载率下限时，所述主板将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递增函数模型，计算并提高所述各子板的报文发送频率。

3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，在所述总线负载率低于所述负载率下限时，所述主板先将计算得到的子板对应的报文发送频率最大值与预先设置的报文发送频率上限值进行比较，并在所述报文发送频率最大值小于所述预先设置的报文发送频率上限值时将所述各子板对应的所述优先级大小输入至预先设置的单调递增函数模型，计算并提高所述各子板对应的报文发送频率。

4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述单调递增函数模型和所述单调递减函数模型均是以各子板对应的优先级为自变量的一元函数。

5.根据权利要求1-4任一所述的电池管理系统，其特征在于，当所述主板计算得到子板的优先级时，所述主板根据子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到子板的得分，并根据各子板的得分情况进行排序，得分越高其优先级越高；当所述子板计算得到各子板的优先级时，所述子板根据其自身在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别与其它子板进行比较排序所得的第一评分参数和第二评分参数进行加权求和计算得到自己的得分，并将自己的得分与其它子板进行比较并排序自行选择优先级，得分越高其优先级越高。

6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，所述主板或子板根据子板在某时间段内的平均温度的方差和平均电压的方差分别排序所得的第一评分参数和第二评分参数，并结合所述时间段内子板处于最高温度的次数和最低温度的次数所得的第三评分参数和第四评分参数，以及将第一、二、三、四评分参数结合自身的权重值进行加权求和计算得到子板的得分；所述第一评分参数和第二评分参数的权重值作为主权重因子均大于第三评分参数和第四评分参数的作为次权重因子的权重值。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其特征在于，所述主板或子板还结合所述时间段内各子板的丢包数量所得的第五评分参数，以及将第一、二、三、四、五评分参数结合自身的权重值进行加权求和计算得到子板的得分；所述第五评分参数权重值作为辅权重因子小于第三评分参数和第四评分参数的作为次权重因子的权重值。

8.根据权利要求7所述的电池管理系统，其特征在于，将各子板在某时间段内平均温度的方差和平均电压的方差利用冒泡排序法或插入排序法进行排序处理得到第一评分参数和第二评分参数。

9.根据权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，所述子板在某时间段内平均温度的方差排序所得的第一评分参数与所述平均温度的方差成正相关，所述子板在某时间段内平均电压的方差排序所得的第二评分参数与所述平均电压的方差成正相关。

10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括权利要求1至9之一所述的电池管理系统。