CN112384404A - 车辆的无线电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

为了实现本发明的目的和优点，根据本发明的实施例的用于车辆的无线电池管理系统包括：一个或多个从属电池控制单元(单体模块控制CMC)，每个从属电池控制单元包括无线通信模块和电池模块；以及主电池控制单元(电池主控制BMC)，其通过无线连接到一个或多个从属电池控制单元的无线通信模块来管理一个或多个从属电池控制单元，其中主电池控制单元被配置成发送用于一个或多个从属电池控制单元的设置的广告消息，并且从一个或多个从属电池控制单元接收连接指示消息，以及其中主电池控制单元基于设置的广告消息和连接指示消息，在没有任何版本的确认并且在没有关于所支持的功能和加密密钥交换的单独消息的任何交换的情况下，管理一个或多个从属电池控制单元。

Description

车辆的无线电池管理系统
技术领域
本公开涉及一种用于车辆的无线电池管理系统，该无线电池管理系统被配置成基于无线通信来管理至少一个车辆电池。更具体地，本公开涉及一种用于车辆的无线电池管理系统，该无线电池管理系统能够通过简化电池之间的无线连接过程来减少无线连接时间。
背景技术
电池管理系统(BMS)是指用于监视电池状态以在最佳条件下维护和使用电池的系统。
BMS可以使用连接到电池单体(battery cell)的每个传感器来测量电池的温度、电流、电压等。另外，BMS可执行各种工作，诸如电池系统的自动控制、剩余电池电量的准确检测、电池更换时间的预期、电池错误的检测等。
通常，已将有线电池连接方法用于应用于车辆的BMS。然而，随着基于物联网(IoT)的车辆系统的最新发展，车辆系统需求已经增加，并且已经要求高密度电池组的机械设计的灵活性。因此，需要用于无线连接电池组的技术。
此外，需要简化基于无线通信的BMS的电池之间的连接过程，以减少在车辆启动之后开始数据传输和接收所需的时间。
发明内容
技术问题
本公开的一个目的是提供一种基于无线通信的用于车辆的无线电池管理系统。
本公开的另一个目的是提供一种用于车辆的无线电池管理系统，其能够通过简化电池主控制器(BMC)和单体模块控制器(CMC)之间的连接过程来减少无线连接时间。
技术方案
为了实现这些目的和其他优点并且根据本公开的目的，提供了一种用于车辆的无线电池管理系统。该无线电池管理系统可以包括：具有无线通信模块和电池模块的至少一个单体模块控制器(CMC)以及与至少一个CMC的无线通信模块无线连接并且被配置成管理至少一个CMC的电池主控制器(BMC)。BMC可以被配置成发送被配置用于至少一个CMC的广告消息，并且从至少一个CMC接收连接指示消息。BMC可以被配置成在没有交换用于检查版本和支持的功能的消息的情况下，基于所配置的广告消息和连接指示消息来管理至少一个CMC。
所配置的广告消息可以包括有关BMC的版本的信息和有关BMC的支持的功能的信息。
所配置的广告消息可以包括用于每个CMC的资源分配信息。
连接指示消息可以包括有关CMC版本的信息和有关CMC支持的功能的信息。
可以基于资源分配信息来发送连接指示消息，并且连接指示消息可以包括竞争解决信息。
BMC可以被配置成在没有交换关于安全会话密钥的消息的情况下，基于所配置的广告消息和连接指示消息来管理至少一个CMC。
所配置的广告消息和连接指示消息中的每个可以包括安全密钥信息。
所配置的广告消息和连接指示消息中的每个可以包括加密开始信息。
每当车辆启动时，用于车辆的无线电池管理系统可以被应用。
BMC可以被配置成基于所配置的广告消息和连接指示消息向至少一个CMC发送数据以及从至少一个CMC接收数据。
有益效果
根据本公开，无线通信被应用于车辆的无线电池管理系统，从而增加电池组设计的灵活性，有助于维护和修理，并且简化生产过程。
用于车辆的无线电池管理系统可以简化电池之间的连接过程，从而减少连接时间。
附图说明
图1图示通用有线电池管理系统(BMS)。
图2图示单体模块控制器(CMC)的结构。
图3图示基于标准的蓝牙低功耗(BLE)无线电链路建立过程。
图4图示用于长期密钥交换的无线电链路建立过程。
图5图示在长期密钥交换之后的无线电链路建立过程。
图6图示用于长期密钥交换的无线电链路建立过程。
图7图示用于长期密钥交换的无线电链路建立过程的消息格式。
图8的每个过程可以对应于图5的每个过程。
图9图示用于在长期密钥交换之后的无线电链路建立过程的消息格式。
图10(a)和(b)图示用于比较基于标准的消息格式和根据本公开的实施例的消息格式的表。
图11图示根据本公开的实施例的在用于车辆的无线电池管理系统中检查电池的状态所需的时间。
图12图示根据本公开的实施例的用于长期密钥交换的无线电链路建立过程的多设备消息格式。
图13图示根据本公开的实施例的用于在长期密钥交换之后的无线电链路建立过程的多设备消息格式。
图14和15图示用于比较单设备消息格式和多设备消息格式的表。
图16图示基于多设备消息格式检查电池状态所需的时间。
图17(a)图示基于标准的无连接数据传输技术，并且图17(b)图示用于基于标准的无连接数据传输技术的数据格式。
图18(a)图示根据本公开的实施例的无连接数据传输技术，并且图18(b)图示根据本公开的实施例的用于无连接数据传输技术的数据格式。
图19图示根据灵活调度方法的数据传输和接收时间。
图20(a)图示与每个从属设备交换数据的方法，并且图20(b)图示与所有从属设备交换相同数据的方法。
图21图示根据本公开的实施例的从主设备发送的数据的主有效载荷和从从属设备发送的从属有效载荷。
图22图示基于固定调度方法向每个从属设备发送数据时的数据传输和接收时间。
图23图示基于固定调度方法向所有从属设备发送相同数据时的数据传输和接收时间。
图24图示基于固定调度方法的数据传输和接收时间。
图25图示基于标准的数据传输和接收时间。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中图示。下面将参考附图给出的详细描述旨在解释本发明的示例性实施例，而不是仅示出可以根据本发明实现的实施例。以下详细描述包括特定细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在没有这种具体细节的情况下实践本发明。
尽管本发明中使用的大多数术语是从本领域广泛使用的通用术语中选择的，但是申请人已经任意选择了一些术语，并且根据需要在以下描述中详细解释了它们的含义。因此，应基于术语的预期含义而不是其简单名称或含义来理解本发明。
在本文档中，当一个元件被称为“连接”到另一个元件时，该元件“直接连接”到另一个元件，或“电连接”到另一个元件，在其间插入一个或多个中间元件。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprise)”、“包括有(comprising)”、“包含(include)”和/或“包含有(including)”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
这里，用于车辆的无线电池管理系统的电池模块控制单元可以被称为单体模块控制器(CMC)或从属设备(slave device)。另外，用于车辆的无线电池管理系统的电池主控制单元可以被称为电池主控制器(BMC)或主设备(master device)。
1.有线电池管理系统
图1图示通用的有线电池管理系统。
参考图1，电池管理系统(BMS)可以包括一个BMC和m个CMC。
在CMC中，串联连接6至8个电池以实现一个电池模块，并且可以将单体模块控制应用于每个电池模块。通常，12个CMC被用于车辆，但在一些情况下，可以使用16个或更多个CMC。CMC可以执行单体电压检测(CVD)、单体温度检测(CTD)、单体平衡(CB)等操作。电动汽车的电池电压约为350至400V，并且这样的必要电压可以由m个CMC供电。
BMC是指用于通过控制器区域网络(CAN)控制每个CMC的主控制器。此外，BMC可以执行检查或控制充电状态(SOC)、健康状态(SOH)、安全性等功能。
图2图示CMC的结构。
参考图2，每个CMC可以包括多个外部芯片，诸如用于内部高压控制的SW38402、隔离器、CAN收发器等。
通常，有线通信用于车辆的BMS。然而，因为有线通信BMS需要大量的电缆，所以生产过程复杂并且生产成本增加。
因此，需要开发一种能够将当前有线BMS中使用的CAN替换为低功耗蓝牙(BLE)的无线BMS。具体而言，图2的虚线需要用无线技术代替。
无线通信BMS可以增加电池组设计的灵活性。另外，燃料效率也可以随着重量的减少而增加。此外，随着组件数量的减少，可以简化质量管理和维护/维修。
BMS的一般要求如下。首先，BMS需要一个BMC和12个CMC。其次，在BMS被接通并初始化后检查电池状态所需的时间需要在150到400ms之内。
根据传统的面向连接的数据传输技术，将12个CMC无线连接到BMC所需的时间为4524ms＝377ms*12个设备。因此，检查电池状态所需的时间约为4.5s或更长。因此，传统的面向连接的数据传输技术可能无法满足BMS的要求。
根据传统的无连接数据传输技术，当在没有无线连接的情况下执行广告过程时，仅使用总共40个蓝牙频率中的三个频率(信道索引＝37、38和39)。在这种情况下，如果将广告消息发送到多个设备，则广告消息之间可能会存在冲突。结果，接收器的接收速率可能降低，从而退化整体可靠性。广告消息仅可以以一种方向发送，即，发送到从属设备。但是，对于双向数据通信，另外需要角色切换和设备之间同步所需的时间。在这种情况下，因为以一种方向传输数据，所以难以识别该数据是否被对等设备接收，并且结果，可靠性被退化。
在传统的面向连接和无连接的数据传输技术中，从属设备充当发送广告消息的广告方，而主设备充当扫描广告消息的扫描器。这些协议的优点在于主设备容易地管理所有从属设备的数据传输分配信息。然而，因为12个从属设备中的每一个都发送其广告消息，所以由于广告消息之间的冲突，消息接收率可能退化。
另一方面，当主设备充当发送广告消息的广告方，而从属设备充当扫描广告消息的扫描器时，这12个从属设备中的每一个都接收从单个主设备发送的广告消息，并且因此可以提高广告消息的接收率。但是，考虑到无线电资源是由从属设备分配的，在不同的连接之间可能存在调度冲突。因此，可能发生连接故障，或者数据接收速率可能被退化。
在根据本公开的实施例的面向连接的数据传输技术中，可以通过修改现有的消息来简化连接过程，从而可以减少无线连接所需的时间。另外，主设备和从属设备可以分别用作广告方和扫描器。即，主设备可以发送包括关于分别分配给12个从属设备的无线电资源的信息的广告消息，从而补偿上述缺点。
在根据本公开的实施例的无连接数据传输技术中，使用除了三个频率(37、38和39)之外的其他频率(0至26)，使得可以减轻信道干扰的影响。另外，提出两种分配方法来确定用于数据传输的无线电资源(频率和时间)。具体地，本公开提出其中无线电资源的频率和时间是固定的固定调度方法以及其中无线电资源的频率和时间是可变的灵活调度方法。此外，因为执行双向数据传输和接收，所以可以检查对等设备是否接收数据。
随着无线通信BMS的发展，已经研究了用于改善无线通信BMS的速度和可靠性的技术。在下文中，将详细描述本公开中提出的面向连接和无连接的数据传输技术。
2.面向连接的数据传输技术
2.1.基于标准的BLE无线电链路建立过程
图3图示基于标准的BLE无线电链路建立过程。
参考图3，可以执行安全密钥交换和调度过程，以在充当主设备的BMC和充当从属设备的CMC之间进行数据传输和接收。
参考基于标准的扫描过程(S310)，CMC可以发送广告消息，而BMC可以接收从CMC发送的广告消息。因为广告消息包括发送广告消息的CMC的标识符(ID)，所以BMC可以在接收到广告消息时识别哪个CMC发送广告消息。可以如上所述执行其中主设备发现其附近的从属设备的扫描处理。
参考基于标准的发起过程(S320)，BMC可以将连接指示消息发送到CMC。在发起过程期间，可以分配无线电资源，并且可以建立无线连接。
参考基于标准的版本交换过程(S330)，BMC可以与CMC交换版本指示消息。在版本交换过程中，一个设备可以向对等设备通知消息标准版本。
参考基于标准的功能交换过程(S340)，BMC可以与CMC交换功能请求消息和功能响应消息。在功能交换过程中，一个设备可能会通知对等设备所支持的功能。
参考基于标准的安全配对过程(S350)，BMC可以将安全配对请求消息发送到CMC，并且CMC可以将安全配对响应消息发送到BMC。因为对于安全性配对过程，由较高的协议生成长期密钥，所以在开始执行安全性配对过程后，可能不需要安全性配对过程。因此，通常，当用户启动车辆时，可以不执行安全配对过程。
参考基于标准的安全准备过程(S360)，BMC可以将加密请求消息发送到CMC，而CMC可以将加密响应消息发送到BMC。可以在安全准备过程期间交换安全会话密钥。
参考基于标准的安全开始过程(S370)，CMC可以将开始加密请求消息发送到BMC。另外，CMC可以与BMC交换开始加密响应消息。可以在安全开始过程期间执行加密。
参考基于标准的数据通信过程(S380)，BMC和CMC可以交换数据分组。
除了在工厂初始化中执行的安全配对过程外，在车辆启动后BMC和CMC开始数据交换所需的时间可能约为377ms。
在下文中，将给出通过简化根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统中的用于建立用于数据传输的无线连接的过程来节省时间的方法的描述。
2.2.长期密钥交换的无线电链路建立过程
图4图示用于长期密钥交换的无线电链路建立过程。
可以仅在工厂初始化和维修工作中执行用于长期密钥交换的无线电链路建立过程。
参考扫描过程(S410)，BMC可以将广告消息发送到根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统中的CMC。根据本公开的实施例的广告消息可以包括关于消息标准版本的信息，该信息被包括在基于标准的版本指示消息中并且在基于标准的版本交换过程中被发送(S330)。根据本公开的实施例的广告消息可以包括关于主设备的支持的功能的信息，该信息被包括在基于标准的功能请求消息中并且在基于标准的版本交换过程中被发送(S330)。即，在扫描过程(S410)中发送的根据本公开的实施例的广告消息可以包括在基于标准的版本交换过程(S330)和版本功能交换过程(S340)中从BMC发送到CMC的消息，从而实现过程简化。
在基于标准的BMS中，从属设备将广告消息发送到主设备。在根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统中，主设备将广告消息发送到从属设备。即，因为从一个设备发送广告消息，所以可以提高广告消息的传输率。
在基于标准的BMS中，从主设备发送的连接指示消息可以包括用于从属设备的资源分配信息。在根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统中，广告消息可以包括无线电资源信息。无线电资源信息可以意指关于要由接收广告消息的CMC使用的无线电资源的信息。无线电资源信息可以对应于除了关于接入地址(AA)和CRC初始值的信息以外的信息，该信息被包括在基于标准的连接指示消息中并在基于标准的发起过程中发送(S320)。
参考发起过程(S420)，在根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统中，CMC可以将连接指示消息发送到BMC。根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括关于消息标准版本的信息，该信息被包括在基于标准的版本指示消息中并且在基于标准的版本交换过程中被发送(S330)。根据本公开的实施例的广告消息可以包括从属设备的所支持的功能，其被包括在基于标准的功能响应消息中并且在基于标准的功能交换过程中被发送(S340)。即，在发起过程(S420)中发送的根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括在基于标准的版本交换过程(S330)和版本功能交换过程(S340)中从CMC发送到BMC的消息，从而实现了过程简化。
此外，根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括竞争解决信息，诸如AA和CRC初始值
由于根据本公开的实施例的扫描过程(S410)和发起过程(S420)，可以省略基于标准的版本交换过程(S330)和功能交换过程(S340)。因此，在车辆启动之后开始数据交换所需的时间可以减少到大约277ms。即，与标准相比，时间可以减少了约105ms。105ms仅是示例性的，并且预期减少量具有各种值。
根据本公开的实施例的安全配对过程(S430)、安全准备过程(S440)、安全开始过程(S450)和数据交换过程(S460)可以以与基于标准的过程相同的方式执行。
2.3.长期密钥交换后的无线电链路建立过程
图5图示在长期密钥交换之后的无线电链路建立过程。
每当车辆启动时，可以应用长期密钥交换之后的无线电链路建立过程。
参考扫描过程(S510)，在根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统中，BMC可以将广告消息发送到CMC。根据本公开的实施例的广告消息可以包括包含安全会话密钥的基于标准的加密请求消息，其在基于标准的安全准备过程中被发送(S360)。
根据本公开的实施例的广告消息可以进一步包括无线电资源信息。无线电资源信息可以意指关于要由接收广告消息的CMC使用的无线电资源的信息。无线电资源信息可以对应于除了关于AA和CRC初始值的信息以外的信息，该信息被包括在基于标准的连接指示消息中并且在基于标准的发起过程中被发送(S320)。
参考发起过程(S520)，在根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统中，CMC可以将连接指示消息发送到BMC。根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括安全会话密钥，该安全会话密钥被包括在基于标准的加密响应消息中并且在基于标准的安全准备过程中被发送(S360)。根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括在基于标准的安全开始过程(S370)中发送的开始加密请求消息和开始加密响应消息。即，根据本公开的实施例的发起过程(S520)可以包括在基于标准的安全准备过程(S360)和安全开始过程(S370)中从CMC发送到BMC的消息，从而实现过程简化。
此外，根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括竞争解决信息，诸如AA和CRC初始值。
由于根据本公开的实施例的扫描过程(S510)和发起过程(S520)，可以省略基于标准的安全准备过程(S360)和安全开始过程(S370)。因此，在车辆启动之后开始数据交换所需的时间可以减少大约210ms。另外，因为在根据本公开的实施例的无线电链路建立过程中可以省略基于标准的版本交换过程(S330)和功能交换过程(S340)，所以在车辆启动之后开始数据交换所需的时间可以减少大约105ms。
根据本公开的实施例，一个消息可以承载用于减少无线电链路建立时间所需的多条信息，从而简化建立过程。此外，因为主设备通过在其中包括分配给12个从属设备中的每一个的无线电资源信息来发送广告消息，从而解决无线电资源冲突问题。
可以以与基于标准的数据交换过程相同的方式执行数据交换过程。
2.4.消息格式
在下文中，将参考本公开的实施例给出用于无线链路建立过程的消息格式的描述。消息格式可以包括用于单个设备的消息格式(单设备消息格式)和用于多个设备的消息格式(多设备消息格式)。
单设备消息格式是在一个广告消息中用于连接到一个设备的消息格式。即，BMC可以发送具有单设备消息格式的广告消息以连接到一个CMC。当使用单设备消息格式时，相对于12个从属设备，在车辆启动后检查电池状态所需的时间约为90ms。在这里，90ms涵盖45ms的连接时间和45ms的100字节数据传输和接收时间。
多设备消息格式可以是在一个广告消息中用于连接到多个设备的消息格式。即，BMC可以发送具有多设备消息格式的广告消息以连接到多个CMC。当使用多设备消息格式时，相对于12个从属设备，检查电池状态所需的时间约为60ms。在这里，60ms涵盖30ms的连接时间和30ms的100字节数据传输和接收时间。
2.4.1.单个设备的消息格式
2.4.1.1.长期密钥交换的无线电链路建立过程的消息格式
图6图示用于长期密钥交换的无线电链路建立过程。
图6的每个过程可以对应于图4的每个过程。具体地，图6的广告过程可以对应于图4的扫描过程，并且图6连接过程可以对应于图4的发起过程。在这种情况下，由主设备BMC发送的广告消息可以是周期性广播消息。
图7图示用于长期密钥交换的无线电链路建立过程的消息格式。
在图7中，图7(a)图示在图6的广告过程中从BMC发送到CMC的广告消息的格式，并且图7(b)图示在图6的连接过程中从CMC发送到BMC的连接指示消息的格式。
参考图7(a)，根据本公开的实施例的广告消息可以包括广告方字段(AdvA)(6个八位字节)和AdvData字段(35个八位字节)。AdvA字段可以包括有关主设备BMC的ID的信息。在接收到广告消息之后，CMC可以基于AdvA字段来识别哪个BMC发送了广告消息。AdvData字段可以包括TargetA字段(6个八位字节)、RadioResource字段(15个八位字节)、EnableField字段(1个八位字节)、版本指示的CntlData字段(5个八位字节)和功能请求的CntlData字段(8个八位字节)。
TargetA字段可以包括关于接收广告消息的从属设备CMC的ID的信息。当在用于车辆的无线电池管理系统中使用12个CMC时，这12个CMC中的每个可能都有自己的ID。TargetA字段可以包括12个CMC当中的一个目标CMC的ID。
RadioResource字段可以包括关于用于与连接目标CMC相对应的从属设备的无线电资源的信息。在接收到广告消息之后，从属设备CMC可以基于无线电资源信息来发送连接指示消息。
EnableField字段可以包括关于要接收的消息的格式的信息。
版本指示的CntlData字段可以包括标准支持版本信息。标准支持版本信息可以是在基于标准的版本交换过程(S330)中发送的版本指示消息中包括的信息。因此，根据本公开的实施例，可以省略基于标准的版本交换过程(S330)。
功能请求的Cnt1Data字段可以包括功能支持信息。功能支持信息可以是在基于标准的功能交换过程(S340)中发送的功能请求/响应消息中包括的信息。因此，根据本公开的实施例，可以省略基于标准的功能交换过程(S340)。
参考图7(b)，根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括InitA字段(6个八位字节)、AdvA字段(6个八位字节)、AA字段(4个八位字节)、CRCInit字段(3个八位字节)、EnableField字段(1个八位字节)、版本指示的CntlData字段(5个八位字节)和功能响应的CntlData字段(8个八位字节)。
InitA字段可以包括有关从属设备CMC的ID的信息。CMC在连接指示消息中将其ID发送到BMC。因此，在接收到连接指示消息之后，BMC可以识别哪个CMC发送了连接指示消息。
AdvA字段可以包括关于主设备BMC的ID的信息。在接收到连接指示消息之后，主设备可以辨别出响应于由主设备发送的广告消息而发送了连接指示消息。
AA和CRCInit字段可以包括竞争解决信息。EnableField字段可以包括关于要接收的消息的格式的信息。
版本指示的CntlData字段可以包括标准支持版本信息，并且功能请求的CntlData字段可以包括功能支持信息。
由于根据本公开的实施例的广告消息和连接指示消息，可以省略基于标准的版本交换过程(S330)和基于标准的功能交换过程(S340)。
2.4.1.2长期密钥交换后用于无线电链路建立过程的消息格式
图8的每个过程可以对应于图5的每个过程。
图9图示在长期密钥交换之后用于无线电链路建立过程的消息格式。
在图8和图9中，图9(a)图示在图8的广告过程中从主设备发送到从属设备的广告消息的格式，并且图9(b)图示在图8中从从属设备发送到主设备的连接指示消息的格式。
参考图9(a)，根据本公开的实施例的广告消息可以包括AdvA字段(6个八位字节)和AdvData字段(44个八位字节)。AdvA字段可以包括有关主设备BMC的ID的信息。AdvData字段可以包括TargetA字段(6个八位字节)、RadioResource字段(15个八位字节)、EnableField字段(1个八位字节)和加密请求的CtrlData字段(22个八位字节)。
TargetA字段、RadioResource字段和EnableField字段可以包括与以上在图7(a)中描述的信息相同的信息。
加密请求的CtrlData字段可以包括关于安全密钥生成所需的主设备的安全性的信息。加密请求的CtrlData字段可以包括在基于标准的安全准备过程(S360)中发送的加密请求消息中包括的信息。因此，根据本公开的实施例，可以省略基于标准的安全准备过程(S360)。
参考图9(b)，根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括InitA字段(6个八位字节)、AdvA字段(6个八位字节)、AA字段(4个八位字节)、CRCInit字段(3个八位字节)、EnableField字段(1个八位字节)以及加密响应的CtrlData字段(12个八位字节)。
InitA字段、AdvA字段、AA字段、CRCInit字段和EnableField字段可以包括与以上在图7(b)中描述的信息相同的信息。
加密响应的CtrlData字段可以包括有关安全密钥生成所需的从属设备的安全的信息。加密响应的CtrlData字段可以包括在基于标准的安全准备过程(S360)中发送的加密响应消息中包括的信息。因此，根据本公开的实施例，可以省略基于标准的安全准备过程(S360)。
图10(a)和(b)图示用于比较基于标准的消息格式和根据本公开的实施例的消息格式的表。
参考图10(a)和10(b)，包括在基于标准的广告消息中的AdvData字段可以是0至31个八位字节，并且根据本公开的实施例的AdvData字段可以是44个八位字节。根据本公开的实施例的AdvData字段可以包括加密请求的CtrlData字段，其基于选项1并且被包括在基于标准的加密请求消息中。根据本公开的实施例的AdvData字段可以包括版本指示的CntlData字段和功能请求的CntlData字段，其基于选项2并且被包括在基于标准的版本指示消息和功能请求/响应消息中。此外，根据本公开的实施例的AdvData字段可以包括在基于标准的连接指示消息中包括的资源分配信息，但是可以不包括诸如AA字段和CRCInit字段的竞争解决信息。
根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括分辨率信息，诸如AA字段和CRCInit字段，其被包括在基于标准的连接指示消息中。根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括基于选项1的加密响应的CtrlData字段或基于选项2的版本指示的CntlData字段和功能请求的CntlData字段。
图11图示在根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统中检查电池状态所需的时间。
制造商要求在BMS被接通并初始化后检查电池状态所需的时间在150到400ms之内。参考图11，当应用根据本公开的实施例的用于单个设备的无线连接方法时，相对于12个从属设备，检查电池状态所需的时间约为90ms。在此，90ms涵盖45ms(3.75ms*12)的连接时间以及45ms的100字节的传输和接收时间。
具体地，广告消息的大小可以是大约50个字节，并且发送广告消息所需的时间可以是大约400us。连接指示消息的大小可以为大约33个字节，并且发送连接指示消息所需的时间可以为大约256us。为了提高广告消息的传输率，可以将广告消息发送三次。因此，BMC连接到一个CMC所需的时间可能约为3.75ms。
BMC和CMC交换数据所需的时间可能约为2140us。BMC和CMC中的每个发送数据所需的时间可能约为880us。在传输和接收之间切换所需的时间T_IFS可以约为150us，并且可以执行两次切换。此外，发送ACK消息所需的时间可以是大约80us。
2.4.2多个设备的消息格式
图12图示根据本公开的实施例的用于长期密钥交换的无线电链路建立过程的多设备消息格式。
参考图12(a)，根据本公开的实施例的用于多个设备的广告消息(多设备广告消息)可以包括AdvA字段(6个八位字节)和AdvData字段(77个八位字节)。AdvData字段可以包括版本指示的CntlData字段(5个八位字节)、功能响应的CntlData字段(8个八位字节)、numUser字段(1个八位字节)、用户#1Info字段(21个八位字节)、用户#2Info字段(21个八位字节)和用户#3Info字段(21个八位字节)。每个用户Info字段可以包括TargetA字段(6个八位字节)和RadioResource字段(15个八位字节)。RadioResource字段可以包括WinSize字段(1个八位字节)、WinOffset字段(2个八位字节)、Interval字段(2个八位字节)、Latency字段(2个八位字节)、Timeout字段(2个八位字节)、ChM字段(5个八位字节)、Hop字段(5个比特)和SCA字段(3个比特)。
根据本公开的实施例的多设备广告消息可以包括多个从属设备的ID及其资源分配信息。因此，主设备可以在一个广告消息中连接到多个从属设备。虽然图12(a)示出能够与三个从属设备连接的广告消息，但是本公开不限于从属设备的数量。
参考图12(b)，根据本公开的实施例的用于多个设备的连接指示消息(多设备连接指示消息)可以包括InitA字段(6个八位字节)、AdvA字段(6个八位字节)、AA字段(4八位字节)、CRCInit字段(3个八位字节)、EnableField字段(1个八位字节)、版本指示的CntlData字段(5个八位字节)和功能响应的CntlData字段(8个八位字节)。
根据本公开的实施例的多设备连接指示消息是从一个从属设备发送到一个主设备的消息，该多设备连接指示消息可以具有与用于单个设备的连接指示消息相同的消息格式。
图13图示根据本公开的实施例的在长期密钥交换之后用于无线电链路建立过程的多设备消息格式。
参考图13(a)，根据本公开的实施例的广告消息可以包括AdvA字段(6个八位字节)和AdvData字段(77个八位字节)。AdvData字段可以包括numUser字段(1个八位字节)、用户#1Info字段(43个八位字节)、用户#2Info字段(43个八位字节)和用户#3Info字段(43个八位字节)。用户#1Info字段可以包括TargetA字段(6个八位字节)、RadioResource字段(15个八位字节)和加密请求的CtrlData字段(22个八位字节)。RadioResource字段可以包括WinSize字段(1个八位字节)、WinOffset字段(2个八位字节)、Interval(间隔)字段(2个八位字节)、Latency(时延)字段(2个八位字节)、Timeout(超时)字段(2个八位字节)、ChM字段(5个八位字节)、Hop(跳变)字段(5个比特)和SCA字段(3个比特)。
参考图13(b)，根据本公开的实施例的连接指示消息可以包括InitA字段(6个八位字节)、AdvA字段(6个八位字节)、AA字段(4个八位字节)、CRCInit字段(3个八位字节)、EnableField字段(1个八位字节)和加密响应的CtrlData字段(12个八位字节)。
图14和15图示用于比较单设备消息格式和多设备消息格式的表。
参考图14，在初始连接过程中使用的根据本公开的实施例的用于单个设备的广告消息(单设备广告消息)中的AdvData字段为44个八位字节，并且多设备广告消息的AdvData字段为77个八位字节。单设备广告消息针对一个CMC，并且多设备广告消息针对多个CMC。因此，单设备广告消息可以包括一个CMC的ID及其资源分配信息，而多设备广告消息可以包括多个CMC的ID及其资源分配信息。多设备广告消息的大小可能比单设备广告消息的大小大。虽然图14示出多设备广告消息针对三个CMC，但是本公开不限于此。
图15图示在初始连接过程(即，当用户启动车辆时通常使用的)之后在一般连接过程中使用的根据本公开的实施例的单设备广告消息和多设备广告消息。
参考图15，可以通过将图14的单设备广告消息的版本指示的CntlData字段(5个八位字节)和功能响应的CntlData字段(8个八位字节)替换为加密请求的CtrlData字段(22个八位字节)来获得根据本公开的实施例的单设备广告消息。根据本公开的实施例的多设备广告消息可以具有130个八位字节的AdvData字段。根据本公开的实施例的单设备和多设备连接指示消息可以具有相同的结构。
图16图示基于多设备消息格式检查电池状态所需的时间。
制造商要求在BMS被接通并初始化之后检查电池状态所需的时间在150到400ms之内。参考图16，当应用根据本公开的实施例的用于多个设备的无线连接方法时，相对于12个从属设备检查电池状态所需的时间约为60ms。在这里，60ms涵盖了30ms的连接时间和30ms的100字节的传输和接收时间。当根据本公开的实施例使用多设备消息格式时，与使用单设备消息格式时相比，检查电池状态所需的时间可以减少大约30ms(例如，连接时间可以减少大约15ms，并且100字节的传输和接收时间可以减少大约15ms)。
根据本公开的实施例的用于车辆的无线电池管理系统可以包括至少一个CMC和BMC，所述CMC具有无线通信模块和电池模块，所述BMC被无线地连接到至少一个CMC的无线通信模块并被配置成管理至少一个CMC。BMC可以被配置成发送被配置用于至少一个CMC的广告消息，并且从至少一个CMC接收连接指示消息。BMC可以被配置成基于配置的广告消息和连接指示消息来管理至少一个CMC，而无需交换用于检查版本和支持的功能的消息。
配置的广告消息可以包括关于BMC的版本的信息和关于BMC的支持的功能的信息。
配置的广告消息可以包括每个CMC的资源分配信息。
连接指示消息可以包括关于CMC的版本的信息和关于CMC的支持的功能的信息。
可以基于资源分配信息来发送连接指示消息，并且连接指示消息可以包括竞争解决信息。
BMC可以被配置成基于配置的广告消息和连接指示消息来管理至少一个CMC，而无需交换关于安全会话密钥的消息。
配置的广告消息和连接指示消息中的每个可以包括安全密钥信息。
配置的广告消息和连接指示消息中的每个可以包括加密开始信息。
每当车辆启动时，无线电池管理系统可以被应用。
BMC可以被配置成基于配置的广告消息和连接指示消息向至少一个CMC发送数据和从至少一个CMC接收数据。
3.无连接数据传输技术
(1)基于标准的数据传输和接收操作
图17(a)图示基于标准的无连接数据传输技术，并且图17(b)图示用于基于标准的无连接数据传输技术的数据格式。
参考17(a)，在基于标准的无连接数据传输技术中，从属设备将广告数据发送到主设备。当接收到广告数据时，主设备将扫描请求数据发送到从属设备。在从属设备接收到扫描请求数据后，将扫描响应数据发送到主设备。
参考图17(b)，在基于标准的无连接数据传输技术中使用的广告数据可以包括AdvA字段(6个八位字节)和TargetA字段(6个八位字节)。基于标准的扫描请求消息可以包括ScanA字段(6个八位字节)和AdvA字段(6个八位字节)。基于标准的扫描响应消息可以包括AdvA字段(6个八位字节)和ScanRspData字段(0到31个八位字节)。
在基于标准的无连接数据传输技术中，多个从属设备将其广告消息发送到一个主设备。因此，多个广告消息可能彼此冲突，并且结果，可能发生干扰。此外，因为在主设备和从属设备之间进行角色切换对于它们之间的数据传输是必要的，所以数据传输和接收时间可能会增加。
在基于标准的无连接数据传输技术中，因为仅使用可用于蓝牙的总共40个频率中的具有信道索引37、38和39的三个频率，如果多个设备发送它们的广告消息，则消息之间极有可能发生冲突。结果，广告消息在接收器处的接收率可能降低，从而退化整体可靠性。
(2)灵活调度
图18(a)图示根据本公开的实施例的无连接数据传输技术，并且图18(b)图示根据本公开的实施例的用于无连接数据传输技术的数据格式。
根据本公开的实施例，BMC可以充当主设备，而CMC可以充当从属设备。
参考图18(a)，充当主设备的BMC可以将广告数据发送到充当从属设备的CMC。在接收到广告数据之后，CMC可以将扫描请求数据发送到BMC。在接收到扫描请求数据之后，BMC可以将扫描响应数据发送到CMC。
根据本公开的实施例，一个主设备可以将广告数据发送到多个从属设备。因此，与同时从多个从属设备发送广告数据的标准相比，可以减轻广告数据之间的冲突，从而实现信道干扰消除。
根据本公开的实施例，不仅具有信道索引37、38和39的频带而且具有信道索引0至36的频带都可用，从而提高消息接收率。
BMC可以提供传输调度信息，该传输调度信息包括关于通过广告数据的下一个数据传输的频率和时间的信息。通过这样做，可以执行灵活的调度和信道干扰消除。根据本公开的实施例，可以在主设备和从属设备之间没有角色切换的情况下执行数据传输，从而减少数据传输和接收时间。
参考图18(b)，根据本公开的实施例的广告数据可以包括AdvA字段(6个八位字节)、TargetA字段(6个八位字节)、NextSchedulingInfo字段(2个八位字节)以及AdvDataPDU字段(0至100个八位字节)。NextSchedulingInfo字段可以包括Channel Index(信道索引)字段(6个比特)、Clock Accuracy(时钟精度)字段(1个比特)、Offset Units(偏移单位)字段(1个比特)和Offset Value(偏移值)字段(8个比特)。
NextSchedulingInfo字段可以包括关于下一个广告数据传输的频率和时间的信息。ScanA字段可以包括关于接收广告数据的从属设备的ID的信息。NextSchedulingInfo字段中包括的Channel Index字段可以包括有关下一个广告数据传输的频率的信息。时钟精度字段可以包括要在包括当前广告数据的分组与包括下一个广告数据的分组之间使用的广告方的时钟精度。偏移单位字段可以包括关于用于偏移值字段的单位的信息。偏移值字段可以包括关于从包括有效载荷字段的分组的开始点到下一个广告数据分组的开始时间的时间段的信息。
根据本公开的实施例的扫描请求数据可以包括ScanA字段(6个八位字节)、AdvA字段(6个八位字节)和ScanReqData字段(0至100个八位字节)。根据本公开的实施例的扫描响应数据可以包括AdvA字段(6个八位字节)和TargetA字段(6个八位字节)。
将详细描述根据本公开的实施例的灵活调度方法。对于初始广告数据传输，可以使用频率37、38和39。对于初始广告数据传输，相对于100个字节，可以使用大约6.875ms的周期。关于包括在初始广告数据中的下一个传输调度信息，下一个扫描频率可以由信道索引字段确定，并且下一个扫描开始时间可以由偏移值字段和偏移单位字段确定。
在初始广告数据传输之后下一数据的传输和接收周期可以是大约2.5ms。
当发送提议的广告指示数据(ENH_ADV_IND)时，主设备可以更新调度信息(频率和时间)。在接收到提议的广告指示数据(ENH_ADV_IND)时，从属设备可以将调度信息应用于下一周期。
当从属设备未能接收到提议的广告指示数据(ENH_ADV_IND)时，从属设备可以维持先前接收的频率信息，并在特定的时间内执行扫描。
当主设备未能接收到提议的扫描请求数据(ENH_SCAN_REQ)时，主设备可以维持先前发送的频率信息，并重新发送适合于服务质量(QoS)的广告数据。
当从属设备和主设备中的每个在特定时间内未能接收到其所需的数据时，每个设备都可以在切换到初始状态后执行初始操作(初始频率和初始传输周期)。
当主设备接收到提议的扫描请求数据(ENH_SCAN_REQ)时，主设备可以确认从属设备已正确接收从主设备发送的数据。当从属设备接收到提议的扫描响应数据(ENH_SCAN_RSP)时，从属设备可以确认主设备已正确接收到从属设备发送的数据。
图19图示根据灵活调度方法的数据传输和接收时间。
参考图19，用于发送初始调度数据和100字节数据PDU所需的时间可以是大约6.875ms。每个信道索引的传输时间可以是大约2204us。每个信道索引的传输时间可以包括主设备发送提议的广告指示数据(ENH_ADV_IND)、接收提议的扫描请求数据(ENH_SCAN_REQ)以及发送提议的扫描响应数据(ENH_SCAN_RSP)所需的时间。在传输初始调度数据之后发送下一个调度数据所需的时间约为2.5ms。
(3)固定调度
根据本公开的实施例的固定调度方法可以指的是固定频率的分配方法，其中，总共40个无线电信道事先被不重叠地分配给设备以用于广告。
具体地，主设备可以使用信道37、38和39。另外，可以将无线电信道0至36在没有重叠的情况下均匀地分配给从属设备。
可替代地，可以使用不同的代码以在没有重叠的情况下将无线电信道均匀地分配给从属设备。
数据传输时间可以根据数据的大小而固定。从属设备要使用的频率和时间可以在广告中提供。
图20(a)图示与每个从属设备交换数据的方法，并且图20(b)图示与所有从属设备交换相同数据的方法。
参考图20(a)，主设备可以基于信道索引37、38和39将广告数据发送到一个配置的从属设备。在接收到广告数据之后，从属设备可以基于由广告数据指示的频率和时间将数据发送到主设备。
参考图20(b)，主设备可以基于信道索引37、38和39向多个从属设备发送相同的数据。此外，从属设备可以基于通过广告数据指示的频率和时间向主设备发送数据。
图21图示根据本公开的实施例的从主设备发送的数据和从从属设备发送的数据。
从主设备发送的数据可以包括AdvA字段(6个八位字节)、ChMap字段(4个比特)、Length(长度)字段(4个比特)、Slave List(从属列表)字段(可变)和AdvData字段(0到100个八位字节)。
AdvA字段可以包括主设备的设备地址。ChMap字段可以包括在分配给从属设备的信道当中要使用的信道的索引。Length字段可以包括关于Slave List字段的长度的信息(可变)。
从从属设备发送的数据可以包括AdvA字段(6个字节)和AdvData字段(0到100个八位字节)。
将详细描述根据本公开的实施例的固定调度方法。主设备可以在3.75ms(1.25ms*3)的传输时间内在频率37、38和39处发送广告数据。广告数据可以包括关于从属广告频率的信息，该信息基于Slave List字段(能够检查是否接收到数据)和ChMap字段来确定。
在广告方和扫描器之间切换角色所需的时间可能约为1.25ms。从属设备发送广告消息所需的时间相对于100字节可能约为1.25ms。
可以基于以下信息来计算从属设备发送广告消息的时间。可以基于主设备的广告消息传输周期、主设备的广告消息接收时间、从属设备的数据传输周期和从主设备发送的从属设备列表来确定从属设备的广告消息传输时间。
从属设备可以从从属设备发送广告消息开始流逝预定时间之后接收从主设备发送的广告消息。可以根据其他从属设备是否执行传输来确定。当从属设备未能接收到从主设备发送的广告消息时，从属设备可以在主设备的每个广告消息传输周期中尝试数据接收。当从属设备不是从主设备发送的消息中包括的从属设备列表中的传输目标时，可以确认正确接收了数据。
在固定调度方法中，频率和时间是固定的，并且可以执行广告方和扫描器之间的角色切换。在灵活调度方法中，频率和时间是可调整的，并且在广告方和扫描器之间可能没有角色切换。
在固定调度方法中，数据传输和接收所需的时间可能约为88.75ms。当相同的数据发送到所有从属设备时，时间可能约为20ms。在灵活调度方法中，初始数据传输和接收所需的时间可以是大约82.5ms，并且在初始数据传输和接收之后的数据传输和接收所需的时间可以是大约30ms。作为参考，基于标准的数据接收时间可能约为60ms(＝5ms*12)。
将简要总结根据本公开的实施例的在接通电源之后检查电池状态所需的时间。根据面向连接的数据传输技术，当发送用于单个设备的数据时，时间可能约为90ms。当发送用于多个设备的数据时，时间可能约为60ms。另一方面，根据无连接数据传输技术，当使用固定调度方法时，时间可以是大约88.75ms。当使用灵活调度方法时，时间可能约为30或82.5ms。
图22图示基于固定调度方法向每个从属设备发送数据时的数据传输和接收时间。
参考图22，主设备需要大约3.75ms来将数据基于信道索引37、38和39发送到一个配置的从属设备。另外，角色切换大约需要1.25ms。从属设备1在接收到从主设备发送的广告数据之后，需要大约1.25ms来基于先前分配的信道索引1发送数据。从从属设备1到从属设备12重复上述过程。因此，总所需时间可能约为88.75ms。
图23图示基于固定调度方法向所有从属设备发送相同数据时的数据传输和接收时间。
参考图23，主设备需要大约3.75ms来将数据基于信道索引37、38和39发送到多个从属设备。另外，角色切换需要大约1.25ms。多个从属设备需要12*1.25ms＝15ms以在接收数据后基于预定频率和时间发送数据。
因此，总所需时间约为20ms。与标准相比，时间可以减少约33％。
图24图示基于固定调度方法的数据传输和接收时间。
在图24中，T_ADV表示主设备发送广告数据(广告分组)的间隔。T_Sched表示从属设备调度广告数据所需的时间。T_DATA表示从属设备发送数据的间隔。T_TxDelay表示从属设备在接收到广告数据之后等待将广告数据发送到主设备的时间。
主设备需要大约936us来基于信道索引37发送广告数据。为了避免干扰的空闲时间，T_Margin可能约为314us。因此，基于信道索引37的数据传输可能总共需要大约1.25ms。此外，基于信道索引38和39中的每一个的数据传输可能需要大约1.25ms。
此后，用于角色切换的T_Sched可以为大约1.25ms。每个从属设备可能需要大约1.25ms以将数据发送到主设备。
图25图示基于标准的数据传输和接收时间。
在图25中，图示将广告数据发送到一个设备并且然后建立无线连接所需的时间。
在本公开中，已经描述了装置和方法这两者。可以互补地应用对装置和方法的描述。
根据本公开的实施例的模块、单元或块可以是执行存储在存储器(或存储单元)中的一系列过程的处理器、硬件和/或软件。实施例中描述的步骤或方法可以由处理器、硬件和/或软件执行。本公开中提出的方法可以被实现为代码。该代码可以被写在处理器可读存储介质上，并且因此可以被由根据本公开的实施例的装置提供的处理器读取。
本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以做出各种修改和变化。因此，本公开覆盖了本公开的所有修改和变型，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。
本领域的技术人员将理解，可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下进行各种修改和变化。因此，旨在本公开覆盖本公开的所有修改、等效物和/或替代，只要它们落在所附权利要求及其等效物的范围内。

Claims (10)

1.一种用于车辆的无线电池管理系统，所述无线电池管理系统包括：
至少一个单体模块控制器(CMC)，所述至少一个单体模块控制器(CMC)具有无线通信模块和电池模块；以及
电池主控制器(BMC)，所述电池主控制器(BMC)被无线地连接到所述至少一个CMC的无线通信模块，并且被配置成管理所述至少一个CMC，
其中，所述BMC被配置成发送配置用于所述至少一个CMC的广告消息并且从所述至少一个CMC接收连接指示消息，以及
其中，所述BMC被配置成在没有交换用于检查版本和支持的功能的消息的情况下，基于所述配置的广告消息和所述连接指示消息来管理所述至少一个CMC。
2.根据权利要求1所述的无线电池管理系统，其中，所述配置的广告消息包括有关所述BMC的版本的信息和有关所述BMC的支持的功能的信息。
3.根据权利要求1所述的无线电池管理系统，其中，所述配置的广告消息包括用于每个CMC的资源分配信息。
4.根据权利要求1所述的无线电池管理系统，其中，所述连接指示消息包括有关所述CMC的版本的信息和有关所述CMC的支持的功能的信息。
5.根据权利要求3所述的无线电池管理系统，其中，基于所述资源分配信息来发送所述连接指示消息，以及其中所述连接指示消息包括竞争解决信息。
6.根据权利要求1所述的无线电池管理系统，其中，所述BMC被配置成：在没有交换关于安全会话密钥的消息的情况下，基于所述配置的广告消息和所述连接指示消息来管理所述至少一个CMC。
7.根据权利要求6所述的无线电池管理系统，其中，所述配置的广告消息和所述连接指示消息中的每个包括安全密钥信息。
8.根据权利要求6所述的无线电池管理系统，其中，所述配置的广告消息和所述连接指示消息中的每个包括加密开始信息。
9.根据权利要求6所述的无线电池管理系统，其中，每当车辆启动时，用于车辆的无线电池管理系统被应用。
10.根据权利要求6所述的无线电池管理系统，其中，所述BMC被配置成：基于所述配置的广告消息和所述连接指示消息，向所述至少一个CMC发送数据以及从所述至少一个CMC接收数据。
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