CN113964397A - 电芯采样装置、方法、电池管理系统及电池包 - Google Patents

电芯采样装置、方法、电池管理系统及电池包 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电芯采样装置、方法、电池管理系统及电池包，涉及电池管理技术领域，装置与电池模组连接，装置包括：主控制模块，与主控制模块连接的两个采样模块，两个采样模块与电池模组连接；采样模块采集电池模组的电芯电压，进行初始计算，获得采样电压，并将采样电压发送至主控制模块；主控制模块对两个采样模块发送的采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果。本发明解决了现有技术存在必须保证电池模组的电芯线与BMS主板的电芯采样座子一一对应插接，导致工作量较大的问题，实现了电池模组的电芯线可以任意插接到电芯采样装置中任意一个采样模块上，减轻了生产和组装电池包的工作量的效果。

Description

电芯采样装置、方法、电池管理系统及电池包
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电芯采样装置、方法、电池管理系统及电池包。
背景技术
BMS系统(Battery Management System，电池管理系统)是一种智能化管理及维护各个电池单元的系统，可以防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
目前的电池包中，一般将BMS系统设置于BMS主板，通过BMS主板与电池模组连接，对电池模组的电压进行采样。在连接BMS主板与电池模组时，需要将电池模组的电芯线与BMS主板的电芯采样座子一一对应插接，不可以有插错的情况，否则会损坏BMS主板。对应的，在生产和组装电池包时，需要一一检查每个电池模组的电芯线是否与BMS主板的电芯采样座子对应，存在工作量较大的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于：提供一种电芯采样装置、方法、电池管理系统及电池包，旨在解决现有技术存在必须保证电池模组的电芯线与BMS主板的电芯采样座子一一对应插接，导致工作量较大的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种电芯采样装置，所述装置与电池模组连接，所述装置包括主控制模块；与所述主控制模块连接的两个采样模块；所述两个采样模块与所述电池模组连接；
所述采样模块，用于采集所述电池模组的电芯电压，进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至所述主控制模块；
所述主控制模块，用于对所述两个采样模块发送的采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果。
可选地，上述电芯采样装置中，所述采样模块包括相互连接的采样单元和从控制单元，所述采样单元与所述电池模组的任意线束连接，所述从控制单元与所述主控制模块连接；
所述采样单元，用于采集所述电池模组的电芯电压，并将所述电芯电压发送至所述从控制单元；
所述从控制单元，用于对所述电芯电压进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至所述主控制模块。
可选地，上述电芯采样装置中，所述采样单元包括模拟前端采样芯片，与所述模拟前端采样芯片的引脚连接的电芯采样座子。
可选地，上述电芯采样装置中，所述采样模块还包括分别与所述采样单元和所述从控制单元连接的供电单元，所述供电单元与所述电池模组连接；
所述供电单元，用于给所述采样单元和所述从控制单元供电。
可选地，上述电芯采样装置中，所述电池模组包括串联的高电芯和低电芯，设置在所述高电芯上的高电芯线和设置在所述低电芯上的低电芯线；所述高电芯线和所述低电芯线通过电芯采样端子与所述两个采样模块中的任意一个连接。
可选地，上述电芯采样装置中，所述供电单元上设置有电源线端子和地接线端子，所述电源线端子连接所述高电芯或低电芯的正极，所述地接线端子连接所述高电芯或低电芯的负极。
可选地，上述电芯采样装置中，所述采样单元通过I2C总线与所述从控制单元连接，所述从控制单元通过SPI总线与所述主控制模块连接。
第二方面，本发明提供了一种电芯采样方法，所述方法应用于如上述的电芯采样装置，所述方法包括：
采样模块采集电池模组的电芯电压，进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至主控制模块；
主控制模块对两个采样模块发送的采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果。
第三方面，本发明提供了一种电池管理系统，所述系统包括：
如上述的电芯采样装置，用于采集电池模组的电芯电压，获得电压采样结果；
电池管理控制装置，用于根据所述电压采样结果对应生成电池管理控制指令，以对所述电池模组进行控制。
第四方面，本发明提供了一种电池包，所述电池包包括：
电池模组；
与所述电池模组连接的BMS主板；所述BMS主板上设置有如上述的电池管理系统。
本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：
本发明提出的一种电芯采样装置、方法、电池管理系统及电池包，通过在电芯采样装置上设置两个采样模块，分别采集电池模组的电芯电压，各自进行初始计算获得采样电压后，再统一发送给主控制模块，由主控制模块对两个采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果，实现了电池模组的电芯线可以任意插接到电芯采样装置中任意一个采样模块上，从根源上解决每次插接都需要一一确认的问题，减轻了生产和组装电池包的工作量的技术效果；还增加了装置的适应性，可以适用于包括多个不同厂家或不同参数的电芯的电池模组。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据提供的这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电芯采样装置第一实施例的连接示意图；
图2为本发明电芯采样装置第二实施例的连接示意图；
图3为本发明电芯采样装置第三实施例的连接示意图；
图4为本发明电芯采样方法第一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。另外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。
在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
对现有技术的分析发现，目前的电池包中，一般将BMS系统设置于BMS主板，通过BMS主板与电池模组连接，利用BMS主板上设置的一个采样芯片和一个MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，对电池模组的电压进行采样。对于这种电池包，在连接BMS主板与电池模组时，需要将电池模组的电芯线与BMS主板的电芯采样座子一一对应插接，不可以有插错的情况，否则会损坏BMS主板。对应的，在生产和组装电池包时，需要一一检查每个电池模组的电芯线是否与BMS主板的电芯采样座子对应，再将电芯线对应插接到电芯采样座子的指定接口，而不能盲插。因此，现有技术在生产和组装电池包时，存在工作量较大的问题。
鉴于现有技术中存在必须保证电池模组的电芯线与BMS主板的电芯采样座子一一对应插接，导致工作量较大的技术问题，本发明提供了一种电芯采样装置，总体思路如下：
所述装置与电池模组连接，所述装置包括主控制模块，与所述主控制模块连接的两个采样模块，所述两个采样模块与所述电池模组连接；
所述采样模块，用于采集所述电池模组的电芯电压，进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至所述主控制模块；
所述主控制模块，用于对所述两个采样模块发送的采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果。
通过上述技术方案，在电芯采样装置上设置两个采样模块，分别采集电池模组的电芯电压，各自进行初始计算获得采样电压后，再统一发送给主控制模块，由主控制模块对两个采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果，实现了电池模组的电芯线可以任意插接到电芯采样装置中任意一个采样模块上，从根源上解决每次插接都需要一一确认的问题，减轻了生产和组装电池包的工作量的技术效果；还增加了装置的适应性，可以适用于包括多个不同厂家或不同参数的电芯的电池模组。
实施例一
参照图1的连接示意图，提出本发明电芯采样装置的第一实施例，该电芯采样装置应用于电池包，具体应用于电池包中的BMS主板。
所述电池包是指为工具提供动力来源的电源，比如，为电动汽车、电动列车、电动自行车等新能源设备提供动力的动力电池。所述动力电池可以是锂蓄电池、铅酸蓄电池等等。
基于上述的电池包，下面结合图1所示的连接示意图，对本实施例的电芯采样装置进行详细描述。
所述装置与电池模组连接，所述装置可以包括：
主控制模块；与所述主控制模块连接的两个采样模块；所述两个采样模块与所述电池模组连接；
所述采样模块，用于采集所述电池模组的电芯电压，进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至所述主控制模块；
所述主控制模块，用于对所述两个采样模块发送的采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果。
具体的，所述装置通过电芯线与电池模组连接。装置包括一个主控制模块和两个采样模块，主控制模块可以是主MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，采样模块的数量可以根据电池模组中电芯组的数量对应确定，比如，本实施例的电芯组包括串联的8串高电芯和8串低电芯，总共16串电芯，将8串高电芯汇成一束线束，即高线束，将8串低电芯汇成一束线束，即低线束。对应的，两个采样模块分别是第一采样模块和第二采样模块。第一采样模块和第二采样模块各自独立，但均与电芯组连接，连接时可以任意连接，也就是说，高线束既可以接入第一采样模块，也可以接入第二采样模块，对应的，低线束既可以接入第二采样模块，也可以接入第一采样模块，电芯线可以盲插到采样模块所在的BMS主板，但一束线束只能与一个采样模块连接。
本实施例中，第一采样模块连接电池模组的高线束，第二采样模块连接电池模组的低线束。第一采样模块通过高线束采集8串高电芯的电芯电压后，先进行一次初始计算，得到第一采样电压，再将第一采样电压发送给主控制模块；第二采样模块通过低线束采集8串低电芯的电芯电压后，也进行一次初始计算，得到第二采样电压，并将第二采样电压发送给主控制模块。主控制模块接收到第一采样电压和第二采样电压后，进行汇总计算处理，得到电压采样结果，实现电芯采样。
进一步地，所述采样模块可以包括：
相互连接的采样单元和从控制单元；所述采样单元与所述电池模组的任意线束连接，所述从控制单元与所述主控制模块连接；
所述采样单元，用于采集所述电池模组的电芯电压，并将所述电芯电压发送至所述从控制单元；
所述从控制单元，用于对所述电芯电压进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至所述主控制模块。
更进一步地，所述采样单元通过I2C总线(Inter－Integrated Circuit，两线式串行总线，也称IIC总线)与所述从控制单元连接，所述从控制单元通过SPI总线(SerialPeripheral Interface，全双工同步串行总线)与所述主控制模块连接。
具体的，采样单元上设置有电芯采样座子，与电池模组上的电芯采样端子连接。每个采样模块中设置有一个采样单元和一个从控制单元。可以有两个采样模块，对应地，也可以有两个采样单元，每个采样单元可以与电池模组的任意线束连接。
本实施例中，从控制单元可以为从MCU，第一采样模块包括第一采样单元和第一从MCU，第二采样模块包括第二采样单元和第二从MCU，第一采样单元可以与高线束连接，也可以与低线束连接，对应的，第二采样单元可以与低线束连接，也可以与高线束连接。本实施例中第一采样单元与高线束连接，第二采样单元与低线束连接。具体由第一采样单元上的电芯采样座子与高线束上的电芯采样端子连接，由第二采样单元上的电芯采样座子与低线束上的电芯采样端子连接。本实施例中第一采样单元采集高电芯的第一电芯电压，并将第一电芯电压发送至第一从MCU，第一从MCU对第一电芯电压进行初始计算，获得第一采样电压，并将第一采样电压发送至主MCU；第二采样单元采集低电芯的第二电芯电压，并将第二电芯电压发送至第二从MCU，第二从MCU对第二电芯电压进行初始计算，获得第二采样电压，并将第二采样电压发送至主MCU。
通过采样单元采集电芯组的电芯电压后，通过从控制单元进行初始计算，不仅可以减轻主控制模块的计算负担，还不用担心采样单元接错电芯线束，导致主控制模块损坏。
本实施例提供的电芯采样装置，通过在电芯采样装置上设置两个采样模块，分别采集电池模组的电芯电压，各自进行初始计算获得采样电压后，再统一发送给主控制模块，由主控制模块对两个采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果，实现了电池模组的电芯线可以任意插接到电芯采样装置中任意一个采样模块上，从根源上解决每次插接都需要一一确认的问题，减轻了生产和组装电池包的工作量的技术效果；还增加了装置的适应性，可以适用于包括多个不同厂家或不同参数的电芯的电池模组。
实施例二
基于同一发明构思，在实施例一的基础上，参照图2，提出本发明电芯采样装置的第二实施例，该电芯采样装置也应用于电池包。下面结合图2所示的连接示意图，对本实施例的电芯采样装置进行详细描述。
进一步地，所述采样单元包括模拟前端采样芯片，与所述模拟前端采样芯片的引脚连接的电芯采样座子。
具体的，采样单元具体可以采用模拟前端采样芯片，通过该芯片的引脚接出电芯采样座子，通过该电芯采样座子与电池模组的电芯采样端子实现电池模块与任意一个采样单元连接。
本实施例中，第一采样单元包括第一模拟前端采样芯片，以及第一电芯采样座子，第二采样单元包括第二模拟前端采样芯片，以及第二电芯采样座子。从MCU通过I2C总线读取模拟前端采样芯片采集的数据，即电芯电压，再进行初始计算，得到采样电压。
进一步地，所述电池模组包括串联的高电芯和低电芯，设置在所述高电芯上的高电芯线和设置在所述低电芯上的低电芯线；所述高电芯线和所述低电芯线通过电芯采样端子与所述两个采样模块中的任意一个连接。
本实施例中，高电芯线上设置第一电芯采样端子，低电芯线上设置第二电芯采样端子，图2中未示出；第一电芯采样端子可以与第一电芯采样座子连接，也可以与第二电芯采样座子连接，对应的，第二电芯采样端子可以与第二电芯采样座子连接，也可以与第一电芯采样座子连接。本实施例的高电芯线与第一电芯采样座子连接，低电芯线与第二电芯采样座子连接，第一模拟前端采样芯片采集高电芯的8串电芯电压后，发送给第一从MCU，从而获得第一采样电压，第二模拟前端采样芯片采集低电芯的8串电芯电压后，发送给第二从MCU，从而获得第二采样电压。
上述模块或单元的具体实施方式中更多实施细节可参见实施例一中具体实施方式的描述，为了说明书的简洁，此处不再重复赘述。
本实施例提供的电芯采样装置，通过电池模组中电芯线的电芯采样端子与采样单元中的电芯采样座子配合，不限制对应连接，可以任意连接，端子与座子配合的接线方式，简单方便，更便于后续电池包的生产和组装。
实施例三
基于同一发明构思，在实施例一或实施例二的基础上，参照图3，提出本发明电芯采样装置的第三实施例，该电芯采样装置也应用于电池包。下面结合图3所示的连接示意图，对本实施例的电芯采样装置进行详细描述。
进一步地，所述采样模块还包括分别与所述采样单元和所述从控制单元连接的供电单元，所述供电单元与所述电池模组连接；
所述供电单元，用于给所述采样单元和所述从控制单元供电。
具体的，在采样模块中，采样单元与供电单元是独立的。本实施例中，第一采样单元还包括第一供电单元，第二采样单元还包括第二供电单元。
进一步地，所述供电单元上设置有电源线端子和地接线端子，所述电源线端子连接所述高电芯或低电芯的正极，所述地接线端子连接所述高电芯或低电芯的负极。
本实施例中，高电芯有8个串联的电芯，低电芯也有8个串联的电芯，如图3所示的电芯组，高电芯最后一个电芯的负极与低电芯第一个电芯的正极连接，需要说明，第一个与最后一个均是按图中所示从上往下数的。其中，高电芯最后一个电芯的负极与低电芯第一个电芯的正极相当于一个连接点。第一供电单元的电源线端子通过导线与高电芯第一个电芯的正极连接，第一供电单元的地接线端子通过导线与高电芯最后一个电芯的负极连接，第二供电单元的电源线端子通过导线与低电芯第一个电芯的正极连接，第一供电单元的地接线端子通过导线与低电芯最后一个电芯的负极连接。
本实施例提供的电芯采样装置，针对每个采样模块对应一个独立的供电单元，解决模拟前端采样芯片和从MCU的供电问题，方便后续维护，以及故障排除等。
上述模块或单元的具体实施方式中更多实施细节可参见实施例一或实施例二中具体实施方式的描述，为了说明书的简洁，此处不再重复赘述。
实施例四
基于同一发明构思，参照图4，提出本发明电芯采样方法的第一实施例，所述方法应用于如上述实施例一至实施例三中任意实施例提供的电芯采样装置。下面结合图4所示的流程示意图，对本实施例提供的电芯采样方法进行详细描述，所述方法可以包括：
步骤S1：采样模块采集电池模组的电芯电压，进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至主控制模块；
步骤S2：主控制模块对两个采样模块发送的采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果。
进一步地，所述步骤S1可以包括：
步骤S1.1：采样单元采集所述电池模组的电芯电压，并将所述电芯电压发送至从控制单元；
步骤S1.2：从控制单元对所述电芯电压进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至所述主控制模块。
进一步地，所述步骤S1.1之前，所述方法还包括：
步骤S1.0：供电单元给采样单元和从控制单元供电。
需要说明，本实施例提供的电芯采样方法中涉及的各个模块或各个单元的具体结构、连接关系和对应达到的技术效果可以参照本发明电芯采样装置各个实施例中具体实施方式的描述，为了说明书的简洁，此处不再赘述。
实施例五
基于同一发明构思，本实施例提供一种电池管理系统，所述系统包括：
如上述实施例一至实施例三中任意实施例提供的电芯采样装置，用于采集电池模组的电芯电压，获得电压采样结果；
电池管理控制装置，用于根据所述电压采样结果对应生成电池管理控制指令，以对所述电池模组进行控制。
需要说明，本实施例提供的电池管理系统中电芯采样装置的具体结构、连接关系和对应达到的技术效果可以参照本发明电芯采样装置各个实施例中具体实施方式的描述，为了说明书的简洁，此处不再赘述。
实施例六
基于同一发明构思，本实施例提供一种电池包，所述电池包包括：
电池模组；
与所述电池模组连接的BMS主板；所述BMS主板上设置有如上述实施例五的电池管理系统。
本实施例提供的电池包，在生产和组装时，不需要判断电池模组中电芯线上的电芯采样端子是否与BMS主板的电芯采样座子一一对应，防止插错电芯采样端子和电芯采样座子造成BMS主板损坏。
需要说明，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电芯采样装置，所述装置与电池模组连接，其特征在于，所述装置包括主控制模块；与所述主控制模块连接的两个采样模块；所述两个采样模块与所述电池模组连接；
所述采样模块，用于采集所述电池模组的电芯电压，进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至所述主控制模块；
所述主控制模块，用于对所述两个采样模块发送的采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果。
2.如权利要求1所述的电芯采样装置，其特征在于，所述采样模块包括相互连接的采样单元和从控制单元，所述采样单元与所述电池模组的任意线束连接，所述从控制单元与所述主控制模块连接；
所述采样单元，用于采集所述电池模组的电芯电压，并将所述电芯电压发送至所述从控制单元；
所述从控制单元，用于对所述电芯电压进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至所述主控制模块。
3.如权利要求2所述的电芯采样装置，其特征在于，所述采样单元包括模拟前端采样芯片，与所述模拟前端采样芯片的引脚连接的电芯采样座子。
4.如权利要求2所述的电芯采样装置，其特征在于，所述采样模块还包括分别与所述采样单元和所述从控制单元连接的供电单元，所述供电单元与所述电池模组连接；
所述供电单元，用于给所述采样单元和所述从控制单元供电。
5.如权利要求2或4所述的电芯采样装置，其特征在于，所述电池模组包括串联的高电芯和低电芯，设置在所述高电芯上的高电芯线和设置在所述低电芯上的低电芯线；所述高电芯线和所述低电芯线通过电芯采样端子与所述两个采样模块中的任意一个连接。
6.如权利要求5所述的电芯采样装置，其特征在于，所述供电单元上设置有电源线端子和地接线端子，所述电源线端子连接所述高电芯或低电芯的正极，所述地接线端子连接所述高电芯或低电芯的负极。
7.如权利要求2所述的电芯采样装置，其特征在于，所述采样单元通过I2C总线与所述从控制单元连接，所述从控制单元通过SPI总线与所述主控制模块连接。
8.一种电芯采样方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至7中任一项所述的电芯采样装置，所述方法包括：
采样模块采集电池模组的电芯电压，进行初始计算，获得采样电压，并将所述采样电压发送至主控制模块；
主控制模块对两个采样模块发送的采样电压进行汇总计算，获得电压采样结果。
9.一种电池管理系统，其特征在于，所述系统包括：
如权利要求1至7中任一项所述的电芯采样装置，用于采集电池模组的电芯电压，获得电压采样结果；
电池管理控制装置，用于根据所述电压采样结果对应生成电池管理控制指令，以对所述电池模组进行控制。
10.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括：
电池模组；
与所述电池模组连接的BMS主板；所述BMS主板上设置有如权利要求9所述的电池管理系统。
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