CN110783992A - 一种实现无线通讯的电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种实现无线通讯的电池管理系统，该系统由电池簇管理单元和多个电池模组构成，每个电池模组包括模组电池管理单元和多个单体单元，单体单元包括单体电池管理单元和单体电池，单体电池管理单元负责与其对应的单体电池的电池状态信息采集，并且通过无线通信的方式向模组电池管理单元传输，避免了单体电池管理单元和模组电池管理单元之间通过线束连接容易出错的问题。此外，由于模组电池管理单元采用高集成度的单体电池管理单元采集单体电池的各项参数，无需外部模数转换芯片和温度传感器，大大提高了电池管理系统的集成度，降低了电池管理系统的成本。

Description

一种实现无线通讯的电池管理系统

技术领域

本申请涉及电池管理技术领域，更具体地说，涉及一种实现无线通讯的电池管理系统，特别涉及一种高集成低成本无线通讯BMS实现方法。

背景技术

电池管理系统(Battery Managements System，BMS)是对电池组运行状态、性能进行监测和保护控制的软硬件构成的管理系统，主要用于采集电池的电压、电流和温度等信息，根据采集的这些电池信息和运行状态分析计算，对电池进行相应的控制和保护，以保证电池模组能够安全高效地运行。

现有的电池管理系统中，多个单体电池串联或并联组成某一电压等级的电池模组，用户根据需求再对电池模组进行串并联后作为储能电池使用。由于电池管理系统中电池模组的空间相对狭小，单体电池的数量以及连接线束较多，这使得现有技术中在搭建电池管理系统时，很容易出现线束接错或由于线束和单体电池彼此挤压而出现接触不良的情况，存在较大的安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种实现无线通讯的电池管理系统，以解决现有技术中由于电池模组中的连接线束较多而导致的搭建电池管理系统时，容易出现线束接错或由于线束和单体电池彼此挤压而造成的接触不良的问题。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种实现无线通讯的电池管理系统，包括：电池簇管理单元和与所述电池簇管理单元连接的多个电池模组；其中，

所述电池模组包括模组电池管理单元和多个单体单元；

所述单体单元包括单体电池管理单元和单体电池，所述单体电池与其他所述单体单元中的单体电池以串联或并联的方式连接，所述单体电池管理单元用于采集所述单体单元的电池状态信息，并将所述电池状态信息以无线通信的方式向所述模组电池管理单元传输，所述电池状态信息至少包括单体电池温度、单体电池电压和单体电池均衡状态；

所述模组电池管理单元，用于采集所述电池模组的总电压、总电流和绝缘电阻电压，并获取各个所述单体单元中单体电池管理单元传输的电池状态信息，将获取的电池状态信息进行汇总，以获得所述电池模组的运行状态信息，并将所述电池模组的运行状态信息向所述电池簇管理单元传输；

所述电池簇管理单元，用于接收各个所述电池模组的模组电池管理单元传输的运行状态信息，并根据各个所述电池模组的运行状态信息控制各个所述电池模组运行。

可选的，所述单体电池管理单元包括：微控制器、均衡电路和外围电路；其中，

所述外围电路，用于采集所述单体电池电压和所述均衡电路的均衡状态；

所述均衡电路，用于在接收到均衡控制指令时，为所述单体电池提供均衡控制；

所述微控制器包括温度传感器、模数转换模块、第一蓝牙模块和多路IO接口；其中，所述温度传感器贴附于所述单体电池表面，用于获取所述单体电池温度；

所述模数转换模块，用于对所述单体电池温度、所述单体电池电压和所述均衡电路的均衡状态进行模数转换后，通过所述第一蓝牙模块以无线传输的方式向所述模组电池管理单元传输。

可选的，所述电池模组的运行状态信息包括：所述电池模组的总电压、总电流、绝缘电阻电压、所述电池模组中各个单体单元中的单体电池电压、单体电池温度、单体电池SOH和单体电池SOC。

可选的，所述电池簇管理单元根据各个所述电池模组的运行状态信息控制各个所述电池模组运行具体用于，根据各个所述电池模组的运行状态信息对各个所述电池模组进行均衡控制和/或保护控制。

可选的，所述电池簇管理单元根据各个所述电池模组的运行状态信息对各个所述电池模组进行均衡控制具体用于，根据各个所述电池模组的运行状态信息，获取各个所述电池模组中的单体电池电压最小值，将所述单体电池电压最小值作为参考值，并在其他单体电池的单体电池电压与所述参考值的差值超过预设阈值时，向所述单体电池电压与所述参考值的差值超过预设阈值的单体电池对应的均衡电路下发均衡控制指令，以使接收到所述均衡控制指令的均衡电路为所述单体电池提供均衡控制。

可选的，所述电池簇管理单元根据各个所述电池模组的运行状态信息对各个所述电池模组进行保护控制具体用于，根据各个所述电池模组的运行状态信息，判断所述电池模组是否出现过压、过流、欠压或绝缘故障，如果是，则根据故障类型向所述电池模组下发保护控制指令，以使所述电池模组的模组电池管理单元在接收到所述保护控制指令时，为出现故障的所述电池模组提供保护控制。

可选的，所述模组电池管理单元包括内置的第二蓝牙模块；

所述第二蓝牙模块与处于同一电池模组中的单体电池管理单元的第一蓝牙模块一一配对，以进行数据传输；

所述第一蓝牙模块和第二蓝牙模块在无数据传输时进入休眠状态，以降低功耗。

可选的，还包括：与所述电池簇管理单元连接的显示单元；

所述显示单元用于显示各个所述电池模组的运行状态信息。

可选的，所述显示单元显示各个所述电池模组的运行状态信息具体用于，在接收到显示指令时显示各个所述电池模组的运行状态信息预设时间，并在显示各个所述电池模组的运行状态信息预设时间后，进入休眠状态。

可选的，所述电池簇管理单元还包括外部通信接口，所述外部通信接口用于连接外部设备；

所述电池簇管理单元还用于将各个所述电池模组的运行状态信息向所述外部设备传输，以使所述外部设备存储各个所述电池模组的运行状态信息。

从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种实现无线通讯的电池管理系统，所述实现无线通讯的电池管理系统由电池簇管理单元和多个电池模组构成，每个所述电池模组包括模组电池管理单元和多个单体单元，所述单体单元包括单体电池管理单元和单体电池，所述单体电池管理单元负责与其对应的单体电池的电池状态信息采集，并且通过无线通信的方式向模组电池管理单元传输，避免了单体电池管理单元和模组电池管理单元之间通过线束连接容易出错的问题。

此外，由于模组电池管理单元采用高集成度的单体电池管理单元采集单体电池的各项参数，无需外部模数转换芯片和温度传感器，大大提高了电池管理系统的集成度，降低了电池管理系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请的一个实施例提供的一种实现无线通讯的电池管理系统的结构示意图；

图2为本申请的另一个实施例提供的一种实现无线通讯的电池管理系统的结构示意图；

图3为本申请的又一个实施例提供的一种实现无线通讯的电池管理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种实现无线通讯的电池管理系统，如图1所示，包括：电池簇管理单元100和与所述电池簇管理单元100连接的多个电池模组200；其中，

所述电池模组200包括模组电池管理单元210和多个单体单元220；

所述单体单元220包括单体电池管理单元221和单体电池222，所述单体电池222与其他所述单体单元220中的单体电池222以串联或并联的方式连接，所述单体电池管理单元221用于采集所述单体单元220的电池状态信息，并将所述电池状态信息以无线通信的方式向所述模组电池管理单元210传输，所述电池状态信息至少包括单体电池温度、单体电池电压和单体电池222均衡状态，在搭建电池管理系统时只需在电池模组200中进行模组电池管理单元210和各个单体单元220中的单体电池管理单元221的无线匹配即可，避免了单体电池管理单元221和模组电池管理单元210之间通过线束连接容易出错的问题，提高了电池管理系统的运行稳定性。

所述模组电池管理单元210，用于采集所述电池模组200的总电压、总电流和绝缘电阻电压，并获取各个所述单体单元220中单体电池管理单元221传输的电池状态信息，将获取的电池状态信息进行汇总，以获得所述电池模组200的运行状态信息，并将所述电池模组200的运行状态信息向所述电池簇管理单元100传输。

所述电池簇管理单元100，用于接收各个所述电池模组200的模组电池管理单元210传输的运行状态信息，并根据各个所述电池模组200的运行状态信息控制各个所述电池模组200运行，提升所述电池管理系统的集成度，降低了电池管理系统的维护成本。

可选的，所述电池模组200的运行状态信息包括：所述电池模组200的总电压、总电流、绝缘电阻电压、所述电池模组200中各个单体单元220中的单体电池电压、单体电池温度、单体电池222SOH(State of Health，蓄电池容量、健康度、性能状态)和单体电池222SOC(State of Charge，荷电状态)。

所述电池模组200的运行状态信息中，所述电池模组200的总电压、总电流和绝缘电阻电压由模组电池管理单元210采集获得，所述电池模组200中各个单体单元220中的单体电池电压、单体电池温度、单体电池SOH和单体电池SOC可以由模组电池管理单元210根据各个单体电池管理单元221传输的电池状态信息汇总计算获得。

下面对实现无线通讯的电池管理系统的各个单元的可行结构进行说明，所述单体电池管理单元221包括：微控制器、均衡电路和外围电路；其中，

所述外围电路，用于采集所述单体电池电压和所述均衡电路的均衡状态；

所述均衡电路，用于在接收到均衡控制指令时，为所述单体电池222提供均衡控制；

所述微控制器包括温度传感器、模数转换模块、第一蓝牙模块和多路IO接口；其中，所述温度传感器贴附于所述单体电池222表面，用于获取所述单体电池温度；

所述模数转换模块，用于对所述单体电池温度、所述单体电池电压和所述均衡电路的均衡状态进行模数转换后，通过所述第一蓝牙模块以无线传输的方式向所述模组电池管理单元210传输。

所述均衡电路的均衡状态是指均衡电路内部的开关管的闭合状态，当所述均衡电路的开关管闭合时，所述均衡电路即处于均衡状态，为所述单体电池222提供均衡控制；当所述均衡电路的开关管断开时，所述均衡电路即处于停机状态。一般情况下，当某一单体电池222的电压与电池模组200中最小的单体电池电压的偏差值较大时，需要对其进行均衡控制，以使得电池模组200中的所有单体电池电压偏差控制在一个较小范围内。

可选的，单体电池管理单元221可选用CC2640模块作为所述微控制器，这样所述微控制器具有一个较宽的供电电压范围，可以由与所述微控制器处于同一个单体单元220中的单体电池222进行供电，无需复杂的调理电路设计，适用于各种类型的单体电池222。

所述模组电池管理单元210和电池簇管理单元100则可以通过分压电路由整个实现无线通讯的电池管理系统中的电池模组200供电，避免由某一个单体电池222供电导致的人为带来的电池不均衡。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述电池簇管理单元100根据各个所述电池模组200的运行状态信息控制各个所述电池模组200运行具体用于，根据各个所述电池模组200的运行状态信息对各个所述电池模组200进行均衡控制和/或保护控制。

如前文所述，均衡控制的目的是保持电池模组200中的单体电池222的电压处于一个相对偏差较小的状态。保护控制的目的则是在当所述电池模组200出现各类故障时，针对故障提供保护控制，避免电池模组200在故障下运行而导致的不可控状态。

具体地，所述电池簇管理单元100根据各个所述电池模组200的运行状态信息对各个所述电池模组200进行均衡控制具体用于，根据各个所述电池模组200的运行状态信息，获取各个所述电池模组200中的单体电池电压最小值，将所述单体电池电压最小值作为参考值，并对其他单体电池222的单体电池电压与所述参考值的差值超过预设阈值时，向所述单体电池电压与所述参考值的差值超过预设阈值的单体电池222对应的均衡电路下发均衡控制指令，以使接收到所述均衡控制指令的均衡电路为所述单体电池222提供均衡控制。

其中，所述预设阈值的具体取值根据单体电池222的种类而定，可以为0.7V、0.6V、0.5V、0.4V、0.3V等，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。

在本实施例中，所述电池簇管理单元100配合电池模组200中的模组电池管理单元210，以及各个单体单元220中的单体电池管理单元221，实现了对各个单体电池222的独立均衡控制。

所述电池簇管理单元100根据各个所述电池模组200的运行状态信息对各个所述电池模组200进行保护控制具体用于，根据各个所述电池模组200的运行状态信息，判断所述电池模组200是否出现过压、过流、欠压或绝缘等故障，如果是，则根据故障类型向所述电池模组200下发保护控制指令，以使所述电池模组200的模组电池管理单元210在接收到所述保护控制指令时，为出现故障的所述电池模组200提供保护控制。

相应的，所述电池簇管理单元100配合电池模组200中的模组电池管理单元210，以及各个单体单元220中的单体电池管理单元221，实现了对各个单体电池222的独立保护控制。由于对单体电池222进行的具体的过压保护、过流保护、欠压保护和绝缘故障保护的措施已为本领域技术人员所熟知，本申请在此不做赘述。

可选的，所述模组电池管理单元210也可采用CC2640模块作为控制器，通过内置的第二蓝牙模块实现与单体电池管理单元221的第一蓝牙模块的无线通信。

所述第二蓝牙模块与处于同一电池模组200中的单体电池管理单元221的第一蓝牙模块一一配对，以进行数据传输；

此外，所述第一蓝牙模块和第二蓝牙模块还用于仅在有数据传输时被唤醒进行数据的无线传输，在无数据传输时进入休眠状态，以降低功耗。

在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图2所示，所述实现无线通讯的电池管理系统还包括：

与所述电池簇管理单元100连接的显示单元300；

所述显示单元300用于显示各个所述电池模组200的运行状态信息。

可选的，为了进一步降低功耗，所述显示单元300显示各个所述电池模组200的运行状态信息具体用于，在接收到显示指令时显示各个所述电池模组200的运行状态信息预设时间，并在显示各个所述电池模组200的运行状态信息预设时间后，进入休眠状态。

可选的，所述显示单元300可以为触控显示模块，此时所述显示指令可以通过单击或双击触摸显示模块的触摸屏实现触发。

当然地，所述显示单元300还可以为其他类型的显示设备，此时所述显示指令可以通过额外设置的按键等设备触发。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个可选实施例中，参考图3，所述电池簇管理单元100还包括外部通信接口，所述外部通信接口用于连接外部设备400；

所述电池簇管理单元100还用于将各个所述电池模组200的运行状态信息向所述外部设备400传输，以使所述外部设备400存储各个所述电池模组200的运行状态信息。

所述电池簇管理单元100可以通过RS485协议实现与各个电池模组200中的模组电池管理单元210的有线通信，也可以通过WiFi协议实现与各个电池模组200中的模组电池管理单元210的无线通信。

所述电池簇管理单元100与外部设备400的外部通信接口可以是RS485协议接口，也可以是CAN通信协议接口，本申请实施例对此并不做限定。

可选的，所述电池簇管理单元100还用于通过WiFi与云服务器通讯，以实现定时上传各个所述电池模组200的运行状态信息的目的，所述云服务器可以对上传的各个所述电池模组200的运行状态信息进行存储，便于分析历史数据，也使得用户可以通过web浏览器或移动设备搭载的APP实现实时监视电池运行状态。

在本申请的一个具体实施例中，所述电池簇管理单元100可以选用STM32F722，所述单体电池222可以选用力信电芯EFP27148130W，此单体电池222的额定电压为3.2V，每个所述电池模组200中包括15个单体单元220，相应的，具有15个单体电池222。

综上所述，本申请实施例提供了一种实现无线通讯的电池管理系统，所述实现无线通讯的电池管理系统由电池簇管理单元100和多个电池模组200构成，每个所述电池模组200包括模组电池管理单元210和多个单体单元220，所述单体单元220包括单体电池管理单元221和单体电池222，所述单体电池管理单元221负责与其对应的单体电池222的电池状态信息采集，并且通过无线通信的方式向模组电池管理单元210传输，避免了单体电池管理单元221和模组电池管理单元210之间通过线束连接容易出错的问题。

此外，所述模组电池管理单元210在获取了所述电池模组200的运行状态信息后，向所述电池簇管理单元100传输，以使所述电池簇管理单元100根据各个电池模组200的运行状态信息，控制各个所述电池模组200运行，大大提升了所述电池管理系统的集成度。

并且由于所述模组电池管理单元210采用高集成度的单体电池管理单元221采集单体电池222的各项参数，无需外部模数转换芯片和温度传感器，降低了所述电池管理系统的成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，包括：电池簇管理单元和与所述电池簇管理单元连接的多个电池模组；其中，

所述电池模组包括模组电池管理单元和多个单体单元；

所述单体单元包括单体电池管理单元和单体电池，所述单体电池与其他所述单体单元中的单体电池以串联或并联的方式连接，所述单体电池管理单元用于采集所述单体单元的电池状态信息，并将所述电池状态信息以无线通信的方式向所述模组电池管理单元传输，所述电池状态信息至少包括单体电池温度、单体电池电压和单体电池均衡状态；

所述模组电池管理单元，用于采集所述电池模组的总电压、总电流和绝缘电阻电压，并获取各个所述单体单元中单体电池管理单元传输的电池状态信息，将获取的电池状态信息进行汇总，以获得所述电池模组的运行状态信息，并将所述电池模组的运行状态信息向所述电池簇管理单元传输；

所述电池簇管理单元，用于接收各个所述电池模组的模组电池管理单元传输的运行状态信息，并根据各个所述电池模组的运行状态信息控制各个所述电池模组运行。

2.根据权利要求1所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，所述单体电池管理单元包括：微控制器、均衡电路和外围电路；其中，

所述外围电路，用于采集所述单体电池电压和所述均衡电路的均衡状态；

所述均衡电路，用于在接收到均衡控制指令时，为所述单体电池提供均衡控制；

所述微控制器包括温度传感器、模数转换模块、第一蓝牙模块和多路IO接口；其中，所述温度传感器贴附于所述单体电池表面，用于获取所述单体电池温度；

所述模数转换模块，用于对所述单体电池温度、所述单体电池电压和所述均衡电路的均衡状态进行模数转换后，通过所述第一蓝牙模块以无线传输的方式向所述模组电池管理单元传输。

3.根据权利要求2所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，所述电池模组的运行状态信息包括：所述电池模组的总电压、总电流、绝缘电阻电压、所述电池模组中各个单体单元中的单体电池电压、单体电池温度、单体电池SOH和单体电池SOC。

4.根据权利要求3所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，所述电池簇管理单元根据各个所述电池模组的运行状态信息控制各个所述电池模组运行具体用于，根据各个所述电池模组的运行状态信息对各个所述电池模组进行均衡控制和/或保护控制。

5.根据权利要求4所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，所述电池簇管理单元根据各个所述电池模组的运行状态信息对各个所述电池模组进行均衡控制具体用于，根据各个所述电池模组的运行状态信息，获取各个所述电池模组中的单体电池电压最小值，将所述单体电池电压最小值作为参考值，并在其他单体电池的单体电池电压与所述参考值的差值超过预设阈值时，向所述单体电池电压与所述参考值的差值超过预设阈值的单体电池对应的均衡电路下发均衡控制指令，以使接收到所述均衡控制指令的均衡电路为所述单体电池提供均衡控制。

6.根据权利要求4所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，所述电池簇管理单元根据各个所述电池模组的运行状态信息对各个所述电池模组进行保护控制具体用于，根据各个所述电池模组的运行状态信息，判断所述电池模组是否出现过压、过流、欠压或绝缘故障，如果是，则根据故障类型向所述电池模组下发保护控制指令，以使所述电池模组的模组电池管理单元在接收到所述保护控制指令时，为出现故障的所述电池模组提供保护控制。

7.根据权利要求2所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，所述模组电池管理单元包括内置的第二蓝牙模块；

所述第二蓝牙模块与处于同一电池模组中的单体电池管理单元的第一蓝牙模块一一配对，以进行数据传输；

所述第一蓝牙模块和第二蓝牙模块在无数据传输时进入休眠状态，以降低功耗。

8.根据权利要求1所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，还包括：与所述电池簇管理单元连接的显示单元；

所述显示单元用于显示各个所述电池模组的运行状态信息。

9.根据权利要求8所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，所述显示单元显示各个所述电池模组的运行状态信息具体用于，在接收到显示指令时显示各个所述电池模组的运行状态信息预设时间，并在显示各个所述电池模组的运行状态信息预设时间后，进入休眠状态。

10.根据权利要求1所述的实现无线通讯的电池管理系统，其特征在于，所述电池簇管理单元还包括外部通信接口，所述外部通信接口用于连接外部设备；

所述电池簇管理单元还用于将各个所述电池模组的运行状态信息向所述外部设备传输，以使所述外部设备存储各个所述电池模组的运行状态信息。

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