CN110676520A - 一种无线通信电池管理系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线通信电池管理系统，包括多个电池箱，每个所述电池箱包括多个电池模组；一个主控板；多个中间无线传输模块；一根CAN总线；多个从节点模块；本发明还公开了一种无线通信电池管理系统的控制方法，包括以下步骤：S1：频点设置；S2：从节点模块地址分配；S3：数据处理；S4：管理控制。本发明通过主控板、中间无线传输模块和从节点模块的集散控制架构实现数据的稳定传输和可靠的管理控制，通过从节点模块实现单体电芯状态的终身追踪，便于进行梯次利用，通过射频无线传输手段实现中间无线传输模块与从节点模块之间的快速配对连接，减少了线材的使用，降低了电池的重量，增加了安全性以及便于安装操作。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理领域，尤其涉及一种无线通信电池管理系统及其控制方法。
背景技术
电池管理系统是指对电池进行监测并智能化管理和维护电池单元，延长电池的使用寿命。
现有的电池管理系统大部分采用有线连接，少量采用无线连接，其存在以下缺点：
1、电池包需要大量采集线束，线束可能存在磨损的隐患，引发着火安全事故，且大量的线束不利于电池包的轻量化，线束在现场不利于安装，且在后续的梯次利用中，不利于获取每个电芯的状况。
2、无线连接的管理系统基本采用蓝牙配对连接的方式，配对繁琐、系统复杂、易受到干扰且价格较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在有线连接易存在磨损导致安全事故、不利于电池包的轻量化和安装，且梯次利用无法获取内个电芯状况，无线连接蓝牙配对繁琐且易受到干扰，价格较高的缺点，而提出的一种无线通信电池管理系统及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种无线通信电池管理系统，包括：
多个电池箱，每个所述电池箱包括多个电池模组，每个所述电池模组包括多个单体电芯；
一个主控板，用于收发数据并处理数据以及发送命令；
多个中间无线传输模块，多个所述中间无线传输模块分别安装在多个电池箱上；
一根CAN总线，所述CAN总线分别电性连接主控板和多个中间无线传输模块；
多个从节点模块，多个所述从节点模块分别安装在多个单体电芯上。
优选地，所述中间无线传输模块包括第一单片机电路、第一射频电路和CAN总线接口电路，且第一单片机电路分别电性连接第一射频电路和CAN总线接口电路，CAN总线接口连接CAN总线实现中间无线传输模块与主控板之间的数据通信，第一射频电路用于无线连接从节点模块，实现从节点模块与中间无线传输模块之间的数据通信。
优选地，所述从节点模块包括第二单片机电路，所述第二单片机电路分别电性连接有按键电路、第二射频电路、直流电源电路、温度传感器、均衡电路和电阻分压电路，所述直流电源电路与第二射频电路之间电性连接，通过按键电路可进行从节点模块的地址分配，第二射频电路与第一射频电路无线连接实现从节点模块与中间无线传输模块之间的数据通信，温度传感器和第二单片机实现对单体电芯的温度采集，均衡电路对单体电芯进行均衡，实现所有单体电芯电压的一致性，电阻分压电路和第二单片机电路实现单体电芯电压的采集。
优选地，所述直流电源电路与单体电芯电性连接，直接从单体电芯获得输入电压，且从节点模块直接连接在单体电芯的极耳上，则从节点模块保存了单体电芯的实际容量和内阻，在电池后续的二次梯次利用中，可以快速估算出各个电芯的SOH信息，方便再次利用。
一种无线通信电池管理系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：频点设置；上位机通过CAN总线设置每个中间无线传输模块所在电池箱的箱号，然后中间无线传输模块依据不同的箱号设置为不同的频点并发送广播命令，在命令信息中，不同箱体号包含不同的频段号，各从节点模块接收存储并更改对应第二射频电路的频段，即保证了各电池箱内的各从节点模块与中间无线传输模块的频段相匹配，使得各个电池箱内的通信互不干扰；
S2：从节点模块地址分配；通过按键电路实现从节点模块的地址分配或通过预设地址信息实现从节点模块的地址分配或按照顺序装配的方式实现从节点模块的地址分配；
S3：数据处理，主控板采集各个电池箱的电流传输到各个中间无线传输模块，各个中间无线传输模块将接收到的电流传输到各个从节点模块，从节点模块根据接收到的平均电流对电流进行安时积分累计，配合OCV表计算出每个单体电芯的SOC、单体电芯实际容量的估算，从节点模块通过温度传感器和电阻分压电路检测单体电芯的电压和温度，根据电流的变化量以及对应的电压变化量，估算出电池内阻，根据估算的电芯实际容量和电池内阻，取不同的系数得出SOH的估算值，然后通过第二射频电路将这些单体电芯的状态数据传输到中间无线传输模块，然后通过CAN总线传输到主控板进行处理，其中，中间无线传输模块如果成功接收到从节点模块的回复，则进行下一个从节点模块的通信，否则重复上述通信过程，在一定时间内不能读取回来则判断从节点失效，发送和接收采用带检验码问答的形式，可以保证通信的可靠性；
S4：管理控制；主控板接收到从中间无线传输模块通过CAN总线传输的各从节点模块的单体电芯状态数据，主控板将状态数据存储并进行分析计算，然后根据分析计算结果发送控制命令至中间无线传输模块，中间无线传输模块再将命令通过第一射频电路转发给相应从节点模块被第二单片机接受并执行。
优选地，在步骤S2中，按键电路实现从节点模块的地址分配的实施步骤为：
(1)、中间无线传输模块广播一个ID命令，各从节点模块收到后进入分配过程；
(2)、按下第一个从节点模块上的按钮，此从节点模块向中间无线传输模块发送一个固定的随机数，中间无线传输模块收到后，广播第一个从节点模块的地址，只有按下按钮的从节点模块才会存储地址；
(3)、重复按下第一个电池的按钮，由于从节点发送的是固定的随机数，中间无线传输模块收到后地址不会加一；
(4)、按下第二个从节点模块上的按钮，此从节点模块向中间无线传输模块发送另一个固定的随机数，中间无线传输模块收到后，地址加一，广播第二个从节点模块的地址，只有按下按钮的从节点模块才会存储地址；
(5)、重复上述步骤，直到全部从节点模块地址设置完毕，退出地址配置过程。
优选地，在步骤S2中，通过预设地址信息实现从节点模块的地址分配，即每个从节点模块的地址预先固化到第二单片机内部，在装配时，人工将从节点模块和单体电芯一一对应即可。
优选地，在步骤S2中，按照顺序装配的方式实现从节点模块的地址分配，即在现场装配的过程中，从节点模块从第一个单体电芯开始顺序安装，每个从节点模块按先后安装顺序形成不同的时间戳，中间无线传输模块广播一个ID分配命令，各从节点模块接收到命令后冻结时间戳，则此冻结的时间戳作为自身的地址，同时各从节点模块向中间无线传输模块循环发送冻结的时间戳，中间无线传输模块收到后，依据时间戳的先后，判断出各从节点模块在电池箱中的位置。
本发明具有以下有益效果：
1、采用主控板、中间无线传输模块和从节点模块的的集散控制架构，并通过无线网络的私有通信协议，实现稳定可靠的无线传输，完成了电池管理系统的主要功能。
2、从节点模块直接与单体电芯连接，即在采集检测单体电芯状态时，单体电芯的状态数据均存储在从节点模块内，实现单体电芯状态的终身跟踪，方便电池的梯次利用。
3、采用中间无线传输模块的第一射频电路和从节点模块的第二射频电路之间的无线传输，降低了线材的耗用和电池的重量，增加了配对的速度，便于实现电池管理的轻量化管理，且线材的减少降低了因线材而产生的安全性问题，且无线连接便于电池管理系统的安装操作。
4、作为一个特例，在只有一个电池箱的电池包系统中，中间无线传输模块可以去除，主控板本身设计有一个射频电路，由主控板直接与从节点模块直接通信，减少系统的成本。
综上所述，本发明通过主控板、中间无线传输模块和从节点模块的集散控制架构实现数据的稳定传输和可靠的管理控制，通过从节点模块实现单体电芯状态的终身追踪，便于进行梯次利用，通过射频无线传输手段实现中间无线传输模块与从节点模块之间的快速配对连接，减少了线材的使用，降低了电池的重量，增加了安全性以及便于安装操作。
附图说明
图1为本发明提出的一种无线通信电池管理系统的系统连接示意框图；
图2为本发明提出的一种无线通信电池管理系统的中间无线传输模块组成框图；
图3为本发明提出的一种无线通信电池管理系统的从节点模块组成框图；
图4为实施例一的方法框图；
图5为实施例二的方法框图；
图6为实施例三的方法框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
参照图1-4，一种无线通信电池管理系统及其控制方法，包括：
多个电池箱，每个电池箱包括多个电池模组，每个电池模组包括多个单体电芯；
一个主控板，用于收发数据并处理数据以及发送命令；
多个中间无线传输模块，多个中间无线传输模块分别安装在多个电池箱上；
一根CAN总线，CAN总线分别电性连接主控板和多个中间无线传输模块；
多个从节点模块，多个从节点模块分别安装在多个单体电芯上。
中间无线传输模块包括第一单片机电路、第一射频电路和CAN总线接口电路，且第一单片机电路分别电性连接第一射频电路和CAN总线接口电路，CAN总线接口连接CAN总线实现中间无线传输模块与主控板之间的数据通信，第一射频电路用于无线连接从节点模块，实现从节点模块与中间无线传输模块之间的数据通信。
从节点模块包括第二单片机电路，第二单片机电路分别电性连接有按键电路、第二射频电路、直流电源电路、温度传感器、均衡电路和电阻分压电路，直流电源电路与第二射频电路之间电性连接，通过按键电路可进行从节点模块的地址分配，第二射频电路与第一射频电路无线连接实现从节点模块与中间无线传输模块之间的数据通信，温度传感器和第二单片机实现对单体电芯的温度采集，均衡电路对单体电芯进行均衡，实现所有单体电芯电压的一致性，电阻分压电路和第二单片机电路实现单体电芯电压的采集。
直流电源电路与单体电芯电性连接，直接从单体电芯获得输入电压，且从节点模块直接连接在单体电芯的极耳上，则从节点模块保存了单体电芯的实际容量和内阻，在电池后续的二次梯次利用中，可以快速估算出各个电芯的SOH信息，方便再次利用。
一种无线通信电池管理系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：频点设置；上位机通过CAN总线设置每个中间无线传输模块所在电池箱的箱号，然后中间无线传输模块依据不同的箱号设置为不同的频点并发送广播命令，在命令信息中，不同箱体号包含不同的频段号，各从节点模块接收存储并更改对应第二射频电路的频段，即保证了各电池箱内的各从节点模块与中间无线传输模块的频段相匹配，使得各个电池箱内的通信互不干扰；
S2：从节点模块地址分配；中间无线传输模块广播一个ID命令，各从节点模块收到后进入分配过程，按下第一个从节点模块上的按钮，此从节点模块向中间无线传输模块发送一个固定的随机数，中间无线传输模块收到后，广播第一个从节点模块的地址，只有按下按钮的从节点模块才会存储地址，重复按下第一个电池的按钮，由于从节点发送的是固定的随机数，中间无线传输模块收到后地址不会加一，按下第二个从节点模块上的按钮，此从节点模块向中间无线传输模块发送另一个固定的随机数，中间无线传输模块收到后，地址加一，广播第二个从节点模块的地址，只有按下按钮的从节点模块才会存储地址，重复上述步骤，直到全部从节点模块地址设置完毕，退出地址配置过程；
S3：数据处理，主控板采集各个电池箱的电流传输到各个中间无线传输模块，各个中间无线传输模块将接收到的电流传输到各个从节点模块，从节点模块根据接收到的平均电流对电流进行安时积分累计，配合OCV表计算出每个单体电芯的SOC、单体电芯实际容量的估算，从节点模块通过温度传感器和电阻分压电路检测单体电芯的电压和温度，根据电流的变化量以及对应的电压变化量，估算出电池内阻，根据估算的电芯实际容量和电池内阻，取不同的系数得出SOH的估算值，然后通过第二射频电路将这些单体电芯的状态数据传输到中间无线传输模块，然后通过CAN总线传输到主控板进行处理；
S4：管理控制；主控板接收到从中间无线传输模块通过CAN总线传输的各从节点模块的单体电芯状态数据，主控板将状态数据存储并进行分析计算，然后根据分析计算结果发送控制命令至中间无线传输模块，中间无线传输模块再将命令通过第一射频电路转发给相应从节点模块执行。
在本实施例中，将多个从节点模块分别与多个单体电芯连接，开始频点设置，上位机将每个电池箱内的中间无线传输模块根据箱号编号并通过CAN总线传输给中间无线传输模块，各个中间无线传输模块根据自身的箱号设置不同的频点并通过第一射频电路发送广播命令，在多个广播命令中，不同箱号的命令包括不同的频段号，各个从节点模块通过第二射频电路接受存储命令并更改对应第二射频电路的频段，保证了各电池箱内的各节点模块与中间无线传输模块的频段相匹配且各个电池箱内的通信互不干扰；
然后进行从节点地址分配，中间无线传输模块广播一个ID命令，各从节点模块收到后进入分配过程，按下第一个从节点模块上的按钮，此从节点模块向中间无线传输模块发送一个固定的随机数，中间无线传输模块收到后，广播第一个从节点模块的地址，只有按下按钮的从节点模块才会存储地址，重复按下第一个电池的按钮，由于从节点发送的是固定的随机数，中间无线传输模块收到后地址不会加一，按下第二个从节点模块上的按钮，此从节点模块向中间无线传输模块发送另一个固定的随机数，中间无线传输模块收到后，地址加一，广播第二个从节点模块的地址，只有按下按钮的从节点模块才会存储地址，重复上述步骤，直到全部从节点模块地址设置完毕，退出地址配置过程，在一个配对周期内，每个从节点模块仅具有唯一的固定的随机数；
然后进行数据处理，主控板采集各个电池箱的电流传输到各个中间无线传输模块，各个中间无线传输模块将接收到的电流传输到各个从节点模块，各个中间无线传输模块将接收到的电流传输到各个从节点模块，从节点模块根据接收到的平均电流对电流进行安时积分累计，配合OCV表计算出每个单体电芯的SOC、单体电芯实际容量的估算，从节点模块通过温度传感器和电阻分压电路检测单体电芯的电压和温度，根据电流的变化量以及对应的电压变化量，估算出电池内阻，根据估算的电芯实际容量和电池内阻，取不同的系数得出SOH的估算值，则各个单体电芯的SOC值、SOH值、温度、电压、电流、内阻均传输给中间无线传输模块，然后中间无线传输模块传输给主控板，而对于长时间未能接收到从节点模块检测的数据，将发送故障码，且发送和接收采用带检验码问答的形式，可以保证通信的可靠性；
最后主控板实施管理控制，主控板接收到从中间无线传输模块通过CAN总线传输的各从节点模块的单体电芯状态数据，主控板将状态数据存储并进行分析计算，然后根据分析计算结果发送控制命令至中间无线传输模块，中间无线传输模块再将命令通过第一射频电路转发给相应从节点模块的第二射频电路被第二单片机接受并执行。
作为一个特例，在只有一个电池箱的电池包系统中，中间无线传输模块可以去除，主控板本身设计有一个射频电路，由主控板直接与从节点模块直接通信。
实施例二：
参照图5，一种无线通信电池管理系统的控制方法，其与实施例一基本一致，不同在于：
S2：从节点模块地址分配；通过预设地址信息实现从节点模块的地址分配，即每个从节点模块的地址预先固化到第二单片机内部，在装配时，人工将从节点模块和单体电芯一一对应即可。
在本实施例中，在安装从节点模块时，将从节点模块与单体电芯一一对应即可，从节点模块中的第二单片机内预设地址信息，直接通过第二射频电路发送到中间无线传输模块的第一射频电路接受即可，中间无线传输模块接收地址信息并存储，完成地址分配，简单快捷。
实施例三：
参照图6，一种无线通信电池管理系统的控制方法，其与实施例一基本一致，不同在于：
按照顺序装配的方式实现从节点模块的地址分配，即在现场装配的过程中，从节点模块从第一个单体电芯开始顺序安装，每个从节点模块按先后安装顺序形成不同的时间戳，中间无线传输模块广播一个ID分配命令，各从节点模块接收到命令后冻结时间戳，则此冻结的时间戳作为自身的地址，同时各从节点模块向中间无线传输模块循环发送冻结的时间戳，中间无线传输模块收到后，依据时间戳的先后，判断出各从节点模块在电池箱中的位置。
在本实施例中，从节点模块按照单体电芯的顺序从第一个单体电芯安装，不可错乱顺序，每个从节点模块安装后开始计时形成不同的时间戳，安装在第一个单体电芯上的从节点模块距离安装完成后的时间最长，按照时间顺序依次排列，在中间无线传输模块发送冻结命令时，第一个安装的从节点模块计时最长，记录第一个时间戳为第一个安装的从节点模块的地址配对信息，中间无线传输模块为其分配第一个地址，以此类推，所有从节点模块地址分配并记录完毕。
以上所述电池管理系统的连接方式仅为较佳的具体实施方式，对于与本发明达到同样效果的同类型模块以不同的封装形式连接都应涵盖在本发明的保护范围之内，例如第一单片机与第一射频电路封装在一个IC内或第二单片机与第二射频电路封装在一个IC内等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无线通信电池管理系统，其特征在于，包括：
多个电池箱，每个所述电池箱包括多个电池模组，每个所述电池模组包括多个单体电芯；
一个主控板，用于收发数据并处理数据以及发送命令；
多个中间无线传输模块，多个所述中间无线传输模块分别安装在多个电池箱上；
一根CAN总线，所述CAN总线分别电性连接主控板和多个中间无线传输模块；
多个从节点模块，多个所述从节点模块分别安装在多个单体电芯上。
2.根据权利要求1所述的一种无线通信电池管理系统，其特征在于，所述中间无线传输模块包括第一单片机电路、第一射频电路和CAN总线接口电路，且第一单片机电路分别电性连接第一射频电路和CAN总线接口电路。
3.根据权利要求1所述的一种无线通信电池管理系统，其特征在于，所述从节点模块包括第二单片机电路，所述第二单片机电路分别电性连接有按键电路、第二射频电路、直流电源电路、温度传感器、均衡电路和电阻分压电路，所述直流电源电路与第二射频电路之间电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种无线通信电池管理系统，其特征在于，所述直流电源电路与单体电芯电性连接。
5.一种无线通信电池管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：频点设置，上位机通过CAN总线设置每个中间无线传输模块所在电池箱的箱号，然后中间无线传输模块依据不同的箱号设置为不同的频点并发送广播命令，在命令信息中，不同箱体号包含不同的频段号，各从节点模块接收存储并更改对应第二射频电路的频段；
S2：从节点模块地址分配，通过按键电路实现从节点模块的地址分配或通过预设地址信息实现从节点模块的地址分配或按照顺序装配的方式实现从节点模块的地址分配；
S3：数据处理，主控板采集各个电池箱的电流传输到各个中间无线传输模块，各个中间无线传输模块将接收到的电流传输到各个从节点模块，从节点模块根据接收到的平均电流对电流进行安时积分累计，从节点模块通过温度传感器和电阻分压电路检测单体电芯的电压和温度，根据电流信息、电压信息和温度信息计算出单体电芯的状态数据并传输到中间无线传输模块，然后通过CAN总线传输到主控板；
S4：管理控制，主控板接收到从中间无线传输模块通过CAN总线传输的各从节点模块的单体电芯状态数据，主控板将状态数据存储并进行分析计算，然后根据分析计算结果发送控制命令至中间无线传输模块，中间无线传输模块再将命令通过第一射频电路转发给相应从节点模块执行。
6.根据权利要求5所述的一种无线通信电池管理系统的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，按键电路实现从节点模块的地址分配的实施步骤为：
(1)、中间无线传输模块广播一个ID命令，各从节点模块收到后进入分配过程；
(2)、按下第一个从节点模块上的按钮，此从节点模块向中间无线传输模块发送一个固定的随机数，中间无线传输模块收到后，广播第一个从节点模块的地址，只有按下按钮的从节点模块才会存储地址；
(3)、重复按下第一个电池的按钮，由于从节点发送的是固定的随机数，中间无线传输模块收到后地址不会加一；
(4)、按下第二个从节点模块上的按钮，此从节点模块向中间无线传输模块发送另一个固定的随机数，中间无线传输模块收到后，地址加一，广播第二个从节点模块的地址，只有按下按钮的从节点模块才会存储地址；
(5)、重复上述步骤，直到全部从节点模块地址设置完毕，退出地址配置过程。
7.根据权利要求5所述的一种无线通信电池管理系统的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，通过预设地址信息实现从节点模块的地址分配，即每个从节点模块的地址预先固化到第二单片机内部，在装配时，人工将从节点模块和单体电芯一一对应即可。
8.根据权利要求5所述的一种无线通信电池管理系统的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，按照顺序装配的方式实现从节点模块的地址分配，即在现场装配的过程中，从节点模块从第一个单体电芯开始顺序安装，每个从节点模块按先后安装顺序形成不同的时间戳，中间无线传输模块广播一个ID分配命令，各从节点模块接收到命令后冻结时间戳，则此冻结的时间戳作为自身的地址，同时各从节点模块向中间无线传输模块循环发送冻结的时间戳，中间无线传输模块收到后，依据时间戳的先后，判断出各从节点模块在电池箱中的位置。
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