CN113809415A - 一种车辆电池管理系统及其电池管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆电池管理系统，其包括电池管理主控制器，还包括：若干个从控制器，其分别与各电芯模组对应连接，各所述电芯模组彼此串联连接；主控收发器，其与各从控制器分别无线通讯连接，所述主控收发器接收从控制器发送的信息，并将其传输至电池管理主控制器。相应地，本发明还公开了上述车辆电池管理系统的电池管理方法，该电池管理方法通过优化设计管理策略，可以确保在发生单点失效时，车辆电池管理系统处于故障状态下依然可以保持工作。

Description

一种车辆电池管理系统及其电池管理方法

技术领域

本发明涉及一种车辆管理系统，尤其涉及一种车辆电池管理系统。

背景技术

在新能源汽车的高压电池系统领域中，为了监控管理车辆电池的状态，获取电池容量、电池温度、电池寿命和电池工作边界等信息，一般均需要测量组成电池的每个电芯的电压以及相应的温度。

在现有技术中，多由电池采样控制器作为从控制器负责采集电芯电压和温度，电池管理控制器则作为主控制器负责处理采集数据，其通过计算和监控电池状态并根据整车需求进行充放电控制和安全保护处理。在现有技术的这种设计方案中，主从控制器一般通过CAN，SPI等通讯，由线束实现信号和供电传输；同时，考虑到采集电路是布置在高压侧，而处理和控制电路布置在低压侧，因此需要对电路进行隔离设计。

由此可见，以上现有技术中针对车辆电池管理系统的设计均需要进行额外的隔离设计，其线束布置复杂，不仅会大大增加成本，还会占用空间。此外，采用现有技术的上述设计方案时，当核心器件失效时，就会失去对车辆电池的监控，此时系统必须进入失效安全模式，严重影响车辆的驾驶性能和驾驶安全。

由此可见，为了解决以上现有技术中的问题，本发明期望获得一种车辆电池管理系统，其不同于现有技术，该车辆电池管理系统可以替代现有的电池管理系统，其通过利用无线通讯技术，可以进行多个从控制器与主控制器之间的数据通讯；该车辆电池管理系统优化设计了新型的电器架构，其根据需求灵活布置，既可以减少线束和隔离器件的使用，降低重量和生产成本，又可以确保系统灵活高效的使用，提高空间利用率。

此外，该车辆电池管理系统还可以通过优化设计管理策略，以确保在发生单点失效时，辆电池管理系统处于故障状态下依然能够保持工作。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种车辆电池管理系统，该车辆电池管理系统可以替代现有的电池管理系统，其通过利用无线通讯技术，可以进行多个从控制器与主控制器之间的数据通讯；该车辆电池管理系统优化设计了新型的电器架构，其根据需求灵活布置，既可以减少线束和隔离器件的使用，降低重量和生产成本，又可以确保系统灵活高效的使用，提高空间利用率。

该车辆电池管理系统的结构简单，可靠性高且使用方便，其可以有效监控车辆电池的状态，获取车辆电池的信息，具有十分良好的推广前景和应用价值。

为了实现上述目的，本发明提出了一种车辆电池管理系统，其包括电池管理主控制器，还包括：

若干个从控制器，其分别与各电芯模组对应连接，各所述电芯模组彼此串联连接；

主控收发器，其与各从控制器分别无线通讯连接，所述主控收发器接收从控制器发送的信息，并将其传输至电池管理主控制器。

进一步地，在本发明所述的车辆电池管理系统中，各所述从控制器之间彼此无线通讯连接。

进一步地，在本发明所述的车辆电池管理系统中，各所述从控制器均包括：

第一电源，其为从控制器供电；

数据采集单元，其采集对应的电芯模组的电压和温度数据，并将其传输给下述数据处理和通讯单元；

数据处理和通讯单元；

第一主控单元，其与第一电源和数据处理和通讯单元分别连接；

第一收发单元，其与所述第一主控单元连接，所述从控制器通过第一收发单元与其他从控制器或主控收发器无线通讯连接。

进一步地，在本发明所述的车辆电池管理系统中，所述从控制器还包括为从控制器供电的第二电源。

在本发明上述技术方案中，从控制器还包括为从控制器供电的第二电源，第二电源可以作为备用电源使用，当第一电源出现故障时，可以激活第二电源对从控制器进行供电。

进一步地，在本发明所述的车辆电池管理系统中，所述从控制器还包括第一看门狗，其与所述第一主控单元连接。

进一步地，在本发明所述的车辆电池管理系统中，所述第一主控单元包括：

第一主控单元电源；

第一内核模块，其与所述第一主控单元电源连接；

第一通讯模块，其与所述数据处理和通讯单元、第一内核模块分别连接；

第一看门狗适配模块，其与所述第一看门狗、第一内核模块分别连接；

第一模数转换模块，其与所述第一内核模块连接；

第一无线模块，其与所述第一内核模块连接，并与所述第一收发单元连接。

在本发明的上述技术方案中，在本发明所述的第一主控单元中，由第一主控单元电源负责内部供电转换，由第一通讯模块负责收发总线通讯数据，并通过第一内核模块进行处理，可以将数据转换为满足无线蓝牙频段的数据，利用第一无线模块可以发送到从控制器的第一收发单元。

进一步地，在本发明所述的车辆电池管理系统中，所述主控收发器包括：

第三电源，其为主控收发器供电；

第二主控单元；

第二看门狗，其与所述第二主控单元连接

CAN收发器，其用于与所述电池管理主控制器连接；

第二收发单元，其与所述第二主控单元连接，所述主控收发器通过第二收发单元与所述从控制器无线数据连接。

在本发明的上述技术方案中，主控收发器可以由外部常电供电，第三电源可以将外部常电转化为内部电源为主控收发器进行供电。相应地，主控收发器利用CAN收发器可以实现与外部的电池管理主控制器连接，其可以接收外部CAN数据并转为数字信号输入到主控收发器中。

进一步地，在本发明所述的车辆电池管理系统中，所述第二主控单元包括：

第二主控单元电源；

第二内核模块，其与所述第二主控单元电源连接；

第二通讯模块，其与所述CAN收发器、第二内核模块分别连接；

第二看门狗适配模块，其与所述第二看门狗、第二内核模块分别连接；

第二模数转换模块，其与所述第二内核模块连接；

第二无线模块，其与所述第二内核模块连接，并与所述第二收发单元连接。

在本发明的上述技术方案中，本发明所述的第二主控单元可以由第一主控单元电源负责内部供电转换，其可以通过第二通讯模块接收CAN指令，并通过与之连接的第二收发单元，发送指令和接收从控制器采集的数据和工作信息。在本发明中，第二主控单元与第二收发单元连接，主控收发器需要通过第二收发单元实现与从控制器的无线数据连接。

相应地，本发明的另一目的在于公开一种基于本发明上述的车辆电池管理系统的电池管理方法，该电池管理方法通过优化设计管理策略，可以确保在发生单点失效时，车辆电池管理系统处于故障状态下依然可以保持工作。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于本发明上述的车辆电池管理系统的电池管理方法，当从控制器发生单点失效时，所述从控制器通过以下策略保证车辆驾驶循环下的工作：

当第一电源被第一主控单元识别为有故障时，第一主控单元控制第二电源被激活，以替代第一电源供电，同时第一电源被复位，第一主控单元观察第一电源是瞬态故障还是永久故障，若为瞬态故障，则第一电源恢复正常后切换回由第一电源供电，若为永久故障，则第一主控单元记录该故障；

当数据采集单元或数据处理和通讯单元被第一主控单元识别为有故障时，由第一主控单元内部的第一模数转换模块采集电压和温度数据，并由第一内核模块处理并转换数据，并且数据采集单元或者数据处理和通讯单元被复位，第一主控单元观察其是瞬态故障还是永久故障，若为瞬态故障，则恢复正常后切回，若为永久故障，则第一主控单元记录该故障；

第一看门狗监控第一主控单元的运行状态，当第一主控单元发生故障时，由第一看门狗复位第一主控单元，第一无线模块直接读取第一通讯模块的数据，并传输给第一收发单元，直到第一主控单元恢复正常；

当第一收发单元或者第一主控单元的第一无线模块发生故障时，则第一主控单元调整降低无线发送的功率、速率或者频率，将发送到主控收发器的数据发送到附近的从控制器，再通过附近的从控制器发送到主控收发器，直至故障恢复。

进一步地，在本发明所述的电池管理方法中，当主控收发器发生单点失效时，所述主控收发器通过以下策略保证车辆驾驶循环下的工作：

当第二收发单元或者第二无线模块发生故障时，第二主控单元调整降低无线发送功率、速率或者频率，将发送到远端从控制器的数据发送到附近的从控制器，再通过附近的从控制器发送到远端从控制器，直至故障恢复；

第二看门狗监控第二主控单元的运行状态，当第二主控单元发生故障时，由第二看门狗复位第二主控单元，第二无线模块直接读取第二通讯模块的数据，传输给第二收发单元，直到第二主控单元恢复正常。

本发明所述的车辆电池管理系统及其电池管理方法相较于现有技术具有如下所述的优点和有益效果：

本发明所述的车辆电池管理系统的结构简单，可靠性高且使用方便，其可以有效监控车辆电池的状态，获取车辆电池的信息，具有十分良好的推广前景和应用价值。

本发明所述的车辆电池管理系统可以替代现有的电池管理系统，其通过利用无线通讯技术，可以进行多个从控与主控之间的数据通讯；该车辆电池管理系统优化设计了新型的电器架构，其根据需求灵活布置，既可以减少线束和隔离器件的使用，降低重量和成本，提高空间利用率，又可以确保系统灵活高效的使用。

相应地，本发明还设计了一种车辆电池管理系统的电池管理方法，该电池管理方法通过优化设计管理策略，可以确保在发生单点失效时，车辆电池管理系统处于故障状态下依然可以保持工作。

附图说明

图1示意性地显示了本发明所述的车辆电池管理系统在一种实施方式下的部分结构示意图。

图2示意性地显示了本发明所述的从控制器在一种实施方式下的结构示意图。

图3示意性地显示了本发明所述的主控收发器在一种实施方式下的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的车辆电池管理系统及其电池管理方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1示意性地显示了本发明所述的车辆电池管理系统在一种实施方式下的部分结构示意图。

如图1所示，在本实施方式中，本发明所述的车辆电池管理系统除电池管理主控制器(图1中未示出)外，还可以设置有：主控收发器2和n个从控制器1。其中，电池管理主控制器属于现有技术中已知的，此处不做过多赘述。

进一步参阅图1可以看出，在本实施方式中，n个从控制器1分别与各电芯模组3对应连接，其可以基于整车和车辆电池管理系统的需求进行灵活布置，不受系统的线束约束，仅需通过主控软件升级电芯模组3数量，参数以及相应的电压和电流能力。在本发明中，电芯模组3也可对应设置有n个，各个电芯模组3彼此之间串联连接。

需要说明的是，在本实施方式中，各个从控制器1之间彼此之间可以通过无线通讯连接。通过上述架构设计，既可以有效减少线束和隔离器件的使用，又能够在降低重量和生产成本的前提下，确保系统高效灵活的使用，提高空间利用率。

相应地，在本发明中，本发明所述的主控收发器2可以与各个从控制器1分别无线通讯连接，该主控收发器2可以接收自从控制器1发送的信息，并将其传输至电池管理主控制器。

图2示意性地显示了本发明所述的从控制器在一种实施方式下的结构示意图。

如图2所示，在本实施方式中，本发明所述的从控制器1可以包括：第一电源11、第一主控单元12、数据处理和通讯单元13、数据采集单元14、第一看门狗15、第二电源16和第一收发单元17。其中，第一电源11和第二电源16均可以为从控制器供电，在某些实施方式中，仅需第一电源11即可完成对从控制器的供电。

需要说明的是，在本实施方式中，从控制器1的工作电源是由电芯模组3提供的，第一电源11可以将电芯模组3电压转化为内部电源，给从控制器1进行供电。相应地，数据采集单元14采集对应的电芯模组的电压和温度数据，并将其转换为数字信号传输给数据处理和通讯单元13，由数据处理和通讯单元13处理成总线数据发送给第一主控单元12。在本发明中，第一主控单元12与第一电源11和数据处理和通讯单元13分别连接，第一看门狗15也与第一主控单元12连接。

在本发明所述的实施方式中，第一主控单元12可以包括：第一主控单元电源121、第一内核模块122、第一通讯模块123、第一看门狗适配模块124、第一模数转换模块125和第一无线模块126。其中，第一主控单元电源121与第一内核模块122连接，第一通讯模块123与数据处理和通讯单元13和第一内核模块122分别连接，第一看门狗适配模块124与第一看门狗15、第一内核模块122分别连接，第一模数转换模块125与第一内核模块122连接，第一无线模块126与第一内核模块122连接，并与第一收发单元17连接。

在本发明所述的第一主控单元12中，由第一主控单元电源121负责内部供电转换，由第一通讯模块123负责收发总线通讯数据，并通过第一内核模块122进行处理，转换为满足无线蓝牙频段的数据，并发送到第一无线模块126，第一无线模块126可以进一步发送给与之连接的第一收发单元17。

相应地，在本发明所述的从控制器1中，需要通过第一收发单元17实现与其他从控制器1或主控收发器2无线通讯连接。

图3示意性地显示了本发明所述的主控收发器在一种实施方式下的结构示意图。

如图3所示，在本实施方式中，本发明所述的主控收发器2可以包括：第三电源21、第二主控单元22、CAN收发器23、第二看门狗24和第二收发单元25。

需要说明的是，在本实施方式中，主控收发器2可以由外部常电供电，第三电源21可以将外部常电转化为内部电源为主控收发器2进行供电。相应地，第二主控单元22与第二看门狗24连接，主控收发器2利用CAN收发器23可以实现与外部的电池管理主控制器连接，其可以接收外部CAN数据并转为数字信号输入到主控收发器2中。

在本发明所述的实施方式中，第二主控单元22可以包括：第二主控单元电源221、第二内核模块222、第二通讯模块223、第二看门狗适配模块224、第二模数转换模块225和第二无线模块226。其中，第二主控单元电源221与第二内核模块222连接，第二通讯模块223与CAN收发器23和第二内核模块222分别连接，第二看门狗适配模块224与第二看门狗24、第二内核模块222分别连接，第二模数转换模块225与第二内核模块222连接，第二无线模块226与第二内核模块222连接，并与第二收发单元25连接。

在本发明所述的第二主控单元22中，第二主控单元22通过第二通讯模块222接收CAN指令，并通过与之连接的第二收发单元25，发送指令和接收从控制器采集的数据和工作信息。在本发明中，第二主控单元22与第二收发单元25连接，主控收发器2需要通过第二收发单元25与从控制器1无线数据连接。

综上所述可以看出，本发明所述的车辆电池管理系统的结构简单，可靠性高且使用方便，其可以有效监控车辆电池的状态，获取车辆电池的信息，具有十分良好的推广前景和应用价值。本发明所述的车辆电池管理系统可以替代现有的电池管理系统，其通过利用无线通讯技术，可以进行多个从控与主控之间的数据通讯；该车辆电池管理系统优化设计了新型的电器架构，其根据需求灵活布置，既可以减少线束和隔离器件的使用，降低重量和成本，提高空间利用率，又可以确保系统灵活高效的使用。

此外，为了进一步优化本发明所述的车辆电池管理系统，本发明还设计了一种车辆电池管理系统的电池管理方法，该电池管理方法通过优化设计管理策略，可以在发生单点失效时，车辆电池管理系统处于故障状态下依然可以保持工作。

在本发明所述车辆电池管理系统的电池管理方法中，可以优化设计以下两种管理策略方案：

(1)当从控制器1发生单点失效时，从控制器1通过以下策略保证车辆驾驶循环下的工作：

当第一电源11被第一主控单元12识别为有故障时，第一主控单元12控制第二电源16被激活，以替代第一电源11供电，同时第一电源11被复位，第一主控单元12观察第一电源11是瞬态故障还是永久故障，若为瞬态故障，则第一电源11恢复正常后切换回由第一电源11供电，若为永久故障，则第一主控单元12记录该故障；

当数据采集单元14或数据处理和通讯单元13被第一主控单元12识别为有故障时，由第一主控单元12内部的第一模数转换模块125采集电压和温度数据，并由第一内核模块122处理并转换数据，并且数据采集单元14或者数据处理和通讯单元13被复位，第一主控单元12观察其是瞬态故障还是永久故障，若为瞬态故障，则恢复正常后切回，若为永久故障，则第一主控单元12记录该故障；

第一看门狗15监控第一主控单元12的运行状态，当第一主控单元12发生故障时，由第一看门狗15复位第一主控单元12，第一无线模块126直接读取第一通讯模块123的数据，并传输给第一收发单元17，直到第一主控单元12恢复正常；

当第一收发单元17或者第一主控单元12的第一无线模块126发生故障时，则第一主控单元12调整降低无线发送的功率、速率或者频率，将发送到主控收发器2的数据发送到附近的从控制器1，再通过附近的从控制器1发送到主控收发器2，直至故障恢复。

(2)当主控收发器2发生单点失效时，主控收发器2通过以下策略保证车辆驾驶循环下的工作：

当第二收发单元25或者第二无线模块226发生故障时，第二主控单元22调整降低无线发送功率、速率或者频率，将发送到远端从控制器1的数据发送到附近的从控制器1，再通过附近的从控制器1发送到远端从控制器1，直至故障恢复；

第二看门狗24监控第二主控单元22的运行状态，当第二主控单元22发生故障时，由第二看门狗24复位第二主控单元22，第二无线模块226直接读取第二通讯模块223的数据，传输给第二收发单元25，直到第二主控单元22恢复正常。

由此可见，本发明设计了一种车辆电池管理系统的电池管理方法，该电池管理方法通过优化设计管理策略，可以在从控制器和主控收发器发生单点失效时，确保车辆电池管理系统处于故障状态下依然可以保持工作。

需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆电池管理系统，其包括电池管理主控制器，其特征在于，还包括：

若干个从控制器，其分别与各电芯模组对应连接，各所述电芯模组彼此串联连接；

主控收发器，其与各从控制器分别无线通讯连接，所述主控收发器接收从控制器发送的信息，并将其传输至电池管理主控制器。

2.如权利要求1所述的车辆电池管理系统，其特征在于，各所述从控制器之间彼此无线通讯连接。

3.如权利要求1或2所述的车辆电池管理系统，其特征在于，各所述从控制器均包括：

第一电源，其为从控制器供电；

数据采集单元，其采集对应的电芯模组的电压和温度数据，并将其传输给下述数据处理和通讯单元；

数据处理和通讯单元；

第一主控单元，其与第一电源和数据处理和通讯单元分别连接；

第一收发单元，其与所述第一主控单元连接，所述从控制器通过第一收发单元与其他从控制器或主控收发器无线通讯连接。

4.如权利要求3所述的车辆电池管理系统，其特征在于，所述从控制器还包括为从控制器供电的第二电源。

5.如权利要求3所述的车辆电池管理系统，其特征在于，所述从控制器还包括第一看门狗，其与所述第一主控单元连接。

6.如权利要求5所述的车辆电池管理系统，其特征在于，所述第一主控单元包括：

第一主控单元电源；

第一内核模块，其与所述第一主控单元电源连接；

第一通讯模块，其与所述数据处理和通讯单元、第一内核模块分别连接；

第一看门狗适配模块，其与所述第一看门狗、第一内核模块分别连接；

第一模数转换模块，其与所述第一内核模块连接；

第一无线模块，其与所述第一内核模块连接，并与所述第一收发单元连接。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的车辆电池管理系统，其特征在于，所述主控收发器包括：

第三电源，其为主控收发器供电；

第二主控单元；

第二看门狗，其与所述第二主控单元连接

CAN收发器，其用于与所述电池管理主控制器连接；

第二收发单元，其与所述第二主控单元连接，所述主控收发器通过第二收发单元与所述从控制器无线数据连接。

8.如权利要求7所述的车辆电池管理系统，其特征在于，所述第二主控单元包括：

第二主控单元电源；

第二内核模块，其与所述第二主控单元电源连接；

第二通讯模块，其与所述CAN收发器、第二内核模块分别连接；

第二看门狗适配模块，其与所述第二看门狗、第二内核模块分别连接；

第二模数转换模块，其与所述第二内核模块连接；

第二无线模块，其与所述第二内核模块连接，并与所述第二收发单元连接。

9.一种基于权利要求8所述的车辆电池管理系统的电池管理方法，其特征在于，当从控制器发生单点失效时，所述从控制器通过以下策略保证车辆驾驶循环下的工作：

当第一电源被第一主控单元识别为有故障时，第一主控单元控制第二电源被激活，以替代第一电源供电，同时第一电源被复位，第一主控单元观察第一电源是瞬态故障还是永久故障，若为瞬态故障，则第一电源恢复正常后切换回由第一电源供电，若为永久故障，则第一主控单元记录该故障；

当数据采集单元或数据处理和通讯单元被第一主控单元识别为有故障时，由第一主控单元内部的第一模数转换模块采集电压和温度数据，并由第一内核模块处理并转换数据，并且数据采集单元或者数据处理和通讯单元被复位，第一主控单元观察其是瞬态故障还是永久故障，若为瞬态故障，则恢复正常后切回，若为永久故障，则第一主控单元记录该故障；

第一看门狗监控第一主控单元的运行状态，当第一主控单元发生故障时，由第一看门狗复位第一主控单元，第一无线模块直接读取第一通讯模块的数据，并传输给第一收发单元，直到第一主控单元恢复正常；

当第一收发单元或者第一主控单元的第一无线模块发生故障时，则第一主控单元调整降低无线发送的功率、速率或者频率，将发送到主控收发器的数据发送到附近的从控制器，再通过附近的从控制器发送到主控收发器，直至故障恢复。

10.如权利要求9所述的电池管理方法，其特征在于，当主控收发器发生单点失效时，所述主控收发器通过以下策略保证车辆驾驶循环下的工作：

当第二收发单元或者第二无线模块发生故障时，第二主控单元调整降低无线发送功率、速率或者频率，将发送到远端从控制器的数据发送到附近的从控制器，再通过附近的从控制器发送到远端从控制器，直至故障恢复；

第二看门狗监控第二主控单元的运行状态，当第二主控单元发生故障时，由第二看门狗复位第二主控单元，第二无线模块直接读取第二通讯模块的数据，传输给第二收发单元，直到第二主控单元恢复正常。

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