CN111319511A - 一种电池管理系统、动力电池系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池管理系统、动力电池系统和车辆，该电池管理系统包括主控模块、高压模块和至少两个与各电池模块对应的从控模块，主控模块包括第一无线通讯单元，各从控模块包括第二无线通讯单元，高压模块包括第三无线通讯单元，主控模块、高压模块和各从控模块通过对应的无线通讯单元实现无线通讯连接。本发明通过在主控模块、高压模块和各从控模块上分别设置一个无线通讯单元，可以实现主控模块和高压模块之间以及主控模块和各从控模块之间的无线通讯，由于各模块相互之间无线束连接，不仅避免了高低压线束之间的交错，且各模块的布置更加灵活，适用性更强。

Description

一种电池管理系统、动力电池系统和车辆
技术领域
本发明涉及一种电池管理系统、动力电池系统和车辆，属于电池管理系统技术领域。
背景技术
随着新能源技术的发展以及新能源车辆的普及，动力电池在电动车辆以及储能等领域的运用越来越广泛。为了保证动力电池使用的安全可靠，在提高电芯本身安全性的条件下，一套可靠稳定的电池管理系统是必不可少的。
高压安全在电动车辆的运营生命周期中扮演者举足轻重的作用，为了保证电池管理系统的安全性以及使用的便捷性，采用高低压分离设计安装的方式可以极大地提高电池管理系统的灵活性。
电池管理系统的管理能力很大程度决定了锂电池系统的可靠性、经济性、长寿命、智能维护等方面，目前锂电池的管理系统的各模块之间均采用线束连接通讯的方式。例如，授权公告号为CN107946673B的发明专利文件公开了一种车用动力电池管理系统，包括主控模块、从控模块和高压模块，其中该主控模块用于接收其他模块的采集数据，并根据采集数据确定相应模块的控制信号；该从控模块用于对对应的电池模块进行数据采集以及相关的控制；该高压模块用于实现总压测量和电流采集等功能。由于这三个模块通过CAN通信接口以及CAN总线进行连接，各模块之间均采用线束连接通讯的方式实现连接，使得系统中需要很多的线束，而且线束之间的连接关系比较复杂，还会造成高低压线束之间信号的相互影响干扰，而且线束的投入成本比较高昂，使得在电池安装及售后服务的过程中存在很大的不便利性且安全得不到保障。并且，目前存在电池组中的电池模块为不标准模块，如果主控模块、从控模块和高压模块之间均采用有线方式连接，那么，不同的电池模块对应的从控模块与主控模块之间的连接接口会不同，就会导致电池模块之间不可互换，通用性较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池管理系统、动力电池系统和车辆，用于解决主控模块、从控模块和高压模块之间均采用线束连接通讯的方式实现连接，造成线束之间的连接关系比较复杂的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池管理系统，包括主控模块、高压模块和至少两个与各电池模块对应的从控模块，所述主控模块包括第一无线通讯单元，各从控模块包括第二无线通讯单元，所述高压模块包括第三无线通讯单元，主控模块、高压模块和各从控模块通过对应的无线通讯单元实现无线通讯连接。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种动力电池系统，包括电池组和电池管理系统，所述电池组包括至少两个电池模块，所述电池管理系统包括主控模块、高压模块和至少两个与各电池模块对应的从控模块，所述主控模块包括第一无线通讯单元，各从控模块包括第二无线通讯单元，所述高压模块包括第三无线通讯单元，主控模块、高压模块和各从控模块通过对应的无线通讯单元实现无线通讯连接。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种车辆，包括车辆本体以及动力电池系统，所述动力电池系统包括电池组和电池管理系统，所述电池组包括至少两个电池模块，所述电池管理系统包括主控模块、高压模块和至少两个与各电池模块对应的从控模块，所述主控模块包括第一无线通讯单元，各从控模块包括第二无线通讯单元，所述高压模块包括第三无线通讯单元，主控模块、高压模块和各从控模块通过对应的无线通讯单元实现无线通讯连接。
本发明的有益效果是：通过在主控模块、高压模块和各从控模块上分别设置一个无线通讯单元，可以实现主控模块和高压模块之间以及主控模块和各从控模块之间的无线通讯，由于各模块相互之间无线束连接，不仅避免了高低压线束之间的交错，且各模块的布置更加灵活，适用性较强。
作为电池管理系统、动力电池系统和车辆的进一步改进，为了实现电池组充放电过程管理，所述主控模块还包括第一MCU、用于检测接收相关信号的信号检测单元、用于与外部整车通讯的CAN通讯单元以及用于驱动控制相关接触器的电源轨控制单元，所述第一MCU连接所述第一无线通讯单元、信号检测单元、CAN通讯单元以及电源轨控制单元。
作为电池管理系统、动力电池系统和车辆的进一步改进，为了实现电池组的电压与温度监测以及电池组电芯单体间的电压均衡，所述从控模块还包括第二MCU、用于采集对应电池模块电压信号的电压采集单元以及用于采集对应电池模块温度信号的温度采集单元，所述第二MCU连接所述第二无线通讯单元、电压采集单元以及温度采集单元。
作为电池管理系统、动力电池系统和车辆的进一步改进，为了实现电池组的总电压采集、高压绝缘监测、高压回路电流采集等功能，所述高压模块还包括第三MCU、用于采集电池组总电压信号的总压采集单元、用于采集高压回路总电流信号的电流采集单元以及用于检测高压回路对地绝缘电阻的绝缘检测单元，所述第三MCU连接所述第三无线通讯单元、总压采集单元、电流采集单元以及绝缘检测单元。
附图说明
图1是本发明电池管理系统的结构框图；
图2是本发明高压模块的内部结构框图；
图3是本发明主控模块的内部结构框图；
图4是本发明从控模块的内部结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
电池管理系统实施例：
本实施例提供了一种电池管理系统，该电池管理系统的结构框图如图1所示，包括主控模块、高压模块和n个从控模块，n≥2，n个从控模块可以分别编号为CSC1、CSC2、……、CSCn，每个从控模块对应一个电池模块，从控模块的数目n可以根据电池模块的数目进行确定。其中，主控模块、高压模块以及每个从控模块均包括一个无线通讯单元，通过这些无线通讯单元，可以实现主控模块和高压模块之间的通讯以及主控模块和各从控模块之间的通讯，从而实现了相关通讯信息的无线传输。
在本实施例中，主控模块、高压模块以及每个从控模块的无线通讯单元采用目前成熟的2.4G蓝牙通讯方案、Zigbee通讯方案或wifi通讯方案。当然，作为其他的实施方式，无线通讯单元也可以采用4G等现有技术中的其他无线通讯方案。主控模块、高压模块以及每个从控模块的无线通讯方式为广播形式，不限于点对点。为了实现可靠供电，主控模块、高压模块以及每个从控模块采用高压线束直接进行供电。
通过在主控模块、高压模块以及每个从控模块中均设置一个无线通信单元，可以实现主控模块、高压模块、从控模块之间的无线通讯连接，相互之间无需线束连接，各模块的布置形式可以根据项目需求进行调整，各个模块完成本身的工作，不再采用复杂的相关信号线束进行处理。这样不仅从物理上实现了高低压分开的目的，还能避免高低压线束之间的交错，使得动力电池BMS的三大部分即主控模块、高压模块和从控模块的布置更加灵活，方便研发开发作业，缩短了动力电池BMS的开发周期与调试难度。
高压模块(HVU)主要用于负责电池组的总电压采集，高压绝缘监测，高压回路电流采集等，其对应的内部结构框图如图2所示。该高压模块除了包括无线通讯单元外，还包括一个MCU(芯片)、总压采集单元、电流采集单元、绝缘检测单元以及电源分配单元，该高压模块对应的MCU通信连接其对应的无线通讯单元、总压采集单元、电流采集单元、绝缘检测单元以及电源分配单元。为了便于集成，该高压模块内部的各个单元可以设置在一个高压板上，整个高压板处于高压侧，板内无低压电气部分。其中，该总压采集单元主要用于电池组的总电压信号采集以及接触器粘连诊断，该电流采集单元用于负责高压回路总电流信号的采集，该绝缘检测单元用于负责高压回路对地绝缘电阻的检测，该电源分配单元用于将输入进来的电源进行相应处理以按照高压模块的供电需求进行处理分配，该高压模块对应的无线通讯单元则负责高压模块内部的信息与外部模块间的信息交换与策略获取。由于该高压模块对应的MCU、总压采集单元、电流采集单元、绝缘检测单元以及电源分配单元的具体结构以及其工作过程均属于现有技术，此处不再赘述。
主控模块(BMU)主要用于负责电池组充放电过程管理以及与高压模块和每个从控模块进行数据交换并完成某些既定策略，其对应的内部结构框图如图3所示。该主控模块除了包括无线通讯单元外，还包括一个MCU(芯片)、充电枪管理单元、信号检测单元、CAN通讯单元、电源轨控制单元、电源分配单元、内部资源单元以及其他功能单元等。该主控模块对应的MCU通信连接其对应的无线通讯单元、充电枪管理单元、信号检测单元、CAN通讯单元以及电源轨控制单元。为了便于集成，该主控模块内部的各个单元可以设置在一个主控板上，整个主控板处于低压侧，板内无高压电气部分。其中，该充电枪管理单元负责动力电池BMS与充电枪的逻辑处理，用于控制充电枪，该信号检测单元用于检测接收相关信号，如钥匙信号，唤醒信号，编址信号等，该电源分配单元用于完成主控板内部的各单元电源分配，该CAN通讯单元用于与外部整车通讯，该电源轨控制单元用于驱动控制相关接触器，内部资源单元包括Flash/FRAM/RTC等，该主控模块对应的MCU用于对其接收到的内部各种信号以及高压模块和每个从控模块发送过来的信号进行处理，从而确定对应的控制信息。由于该主控模块对应的MCU、充电枪管理单元、信号检测单元、CAN通讯单元、电源轨控制单元、电源分配单元、内部资源单元以及其他功能单元的具体结构以及其工作过程均属于现有技术，此处不再赘述。
从控模块(CSC)主要用于负责电池组单体的电压与温度监测以及电芯间电压均衡，其对应的内部结构框图如图4所示。该从控模块除了包括无线通讯单元外，还包括一个MCU(芯片)、电压采集单元、温度采集单元、电压均衡单元、电源管理单元以及其他功能单元，该从控模块对应的MCU通信连接其对应的无线通讯单元、电压采集单元、温度采集单元、电压均衡单元、电源管理单元。为了便于集成，该从控模块内部的各个单元可以设置在一个从控板上，整个从控板处于高压侧，板内无低压电气部分。其中，该电压采集单元和温度采集单元分别通过电压采集线束和温度采集线束连接电池组，电压采集单元用于负责电池组中对应电池模块(电芯单体)的电压信号采集，温度采集单元用于负责电池组中对应电池模块(电芯单体)的温度信号采集，而电压均衡单元则负责实现电芯单体间的均衡功能。电压采集单元、温度采集单元、电压均衡单元均受控于该从控模块对应的MCU的逻辑控制，相关逻辑功能控制的策略以及电芯单体信息均通过从控模块内的无线通讯单元与外部其他模块进行交互获取。由于该从控模块对应的MCU、电压采集单元、温度采集单元、电压均衡单元、电源管理单元以及其他功能单元的具体结构以及其工作过程均属于现有技术，此处不再赘述。
动力电池系统实施例：
本实施例提供了一种动力电池系统，该动力电池系统包括电池组和电池管理系统，该电池组包括至少两个电池模块，由于该电池管理系统已经在上述的电池管理系统实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。
车辆实施例：
本实施例提供了一种车辆，该车辆包括车辆本体以及动力电池系统，该动力电池系统包括电池组和电池管理系统，该电池组包括至少两个电池模块，由于该电池管理系统已经在上述的电池管理系统实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，包括主控模块、高压模块和至少两个与各电池模块对应的从控模块，其特征在于，所述主控模块包括第一无线通讯单元，各从控模块包括第二无线通讯单元，所述高压模块包括第三无线通讯单元，主控模块、高压模块和各从控模块通过对应的无线通讯单元实现无线通讯连接。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块还包括第一MCU、用于检测接收相关信号的信号检测单元、用于与外部整车通讯的CAN通讯单元以及用于驱动控制相关接触器的电源轨控制单元，所述第一MCU连接所述第一无线通讯单元、信号检测单元、CAN通讯单元以及电源轨控制单元。
3.根据权利要求1或2所述的电池管理系统，其特征在于，所述从控模块还包括第二MCU、用于采集对应电池模块电压信号的电压采集单元以及用于采集对应电池模块温度信号的温度采集单元，所述第二MCU连接所述第二无线通讯单元、电压采集单元以及温度采集单元。
4.根据权利要求1或2所述的电池管理系统，其特征在于，所述高压模块还包括第三MCU、用于采集电池组总电压信号的总压采集单元、用于采集高压回路总电流信号的电流采集单元以及用于检测高压回路对地绝缘电阻的绝缘检测单元，所述第三MCU连接所述第三无线通讯单元、总压采集单元、电流采集单元以及绝缘检测单元。
5.一种动力电池系统，包括电池组和电池管理系统，所述电池组包括至少两个电池模块，所述电池管理系统包括主控模块、高压模块和至少两个与各电池模块对应的从控模块，其特征在于，所述主控模块包括第一无线通讯单元，各从控模块包括第二无线通讯单元，所述高压模块包括第三无线通讯单元，主控模块、高压模块和各从控模块通过对应的无线通讯单元实现无线通讯连接。
6.根据权利要求5所述的动力电池系统，其特征在于，所述主控模块还包括第一MCU、用于检测接收相关信号的信号检测单元、用于与外部整车通讯的CAN通讯单元以及用于驱动控制相关接触器的电源轨控制单元，所述第一MCU连接所述第一无线通讯单元、信号检测单元、CAN通讯单元以及电源轨控制单元。
7.根据权利要求5或6所述的动力电池系统，其特征在于，所述从控模块还包括第二MCU、用于采集对应电池模块电压信号的电压采集单元以及用于采集对应电池模块温度信号的温度采集单元，所述第二MCU连接所述第二无线通讯单元、电压采集单元以及温度采集单元。
8.根据权利要求5或6所述的动力电池系统，其特征在于，所述高压模块还包括第三MCU、用于采集电池组总电压信号的总压采集单元、用于采集高压回路总电流信号的电流采集单元以及用于检测高压回路对地绝缘电阻的绝缘检测单元，所述第三MCU连接所述第三无线通讯单元、总压采集单元、电流采集单元以及绝缘检测单元。
9.一种车辆，包括车辆本体以及动力电池系统，所述动力电池系统包括电池组和电池管理系统，所述电池组包括至少两个电池模块，所述电池管理系统包括主控模块、高压模块和至少两个与各电池模块对应的从控模块，其特征在于，所述主控模块包括第一无线通讯单元，各从控模块包括第二无线通讯单元，所述高压模块包括第三无线通讯单元，主控模块、高压模块和各从控模块通过对应的无线通讯单元实现无线通讯连接。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述主控模块还包括第一MCU、用于检测接收相关信号的信号检测单元、用于与外部整车通讯的CAN通讯单元以及用于驱动控制相关接触器的电源轨控制单元，所述第一MCU连接所述第一无线通讯单元、信号检测单元、CAN通讯单元以及电源轨控制单元。
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