CN115811103A - 电池管理系统和供电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电池管理系统和供电设备，电池管理系统包括第一电池管理模块和第二电池管理模块，第二电池管理模块与第一电池管理模块通讯连接。第二电池管理模块包括编码检测电路，编码检测电路包含多个采样通道；第一电池管理模块用于根据多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，并根据编码数据对第二电池管理模块进行身份认证。通过在第二电池管理模块设置编码检测电路，根据编码检测电路中采样通道的电压确定编码数据，在有电池管理模块出现故障时并不唯影响其他电池管理模块的编码数据采集，管理可靠性高。

Description

电池管理系统和供电设备
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池管理系统和供电设备。
背景技术
电池管理系统(Battery Management System，BMS)是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，目的是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电的现象，达到延长电池的使用寿命，监控电池状态的目的。多个BMS之间为了进行身份识别，传统方式是使用软件串行编码方案，主控单元发送编码信号给从控单元，从控单元依次接收到编码信号后进行编码，并将当前编码和编码信号传给下一个从控单元，所有从控单元都完成编码后将编码完成标志和当前编码数返回给主控单元。如果编码过程中任意一个从控单元出现问题，则后续的从控单元也无法继续进行编码，管理可靠性低。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高管理可靠性的电池管理系统和供电设备。
一种电池管理系统，包括:
第一电池管理模块；
与所述第一电池管理模块通讯连接的第二电池管理模块；
所述第二电池管理模块包括编码检测电路，所述编码检测电路包含多个采样通道；
所述第一电池管理模块用于根据所述多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，并根据所述编码数据对所述第二电池管理模块进行身份认证。
上述电池管理系统，在第二电池管理模块设置编码检测电路，第一电池管理模块根据多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，然后第一电池管理模块对第二电池管理模块的编码数据进行身份认证，得到认证结果。通过在第二电池管理模块设置编码检测电路，根据编码检测电路中采样通道的电压确定编码数据，在有电池管理模块出现故障时并不唯影响其他电池管理模块的编码数据采集，管理可靠性高。
在其中一个实施例中，所述第一电池管理模块还用于根据预设的界定范围检测所述第二电池管理模块的编码数据是否正确，当存在错误的编码数据时输出故障提示信息。当编码数据错误时输出故障提示信息，方便及时进行故障排查。
在其中一个实施例中，所述第一电池管理模块还用于判断接收到的编码数据的数量与预设值是否一致，当编码数据的数量与预设值不一致时输出故障提示信息。当接收到的编码数据的数量与预设值不一致时输出故障提示信息，同样方便及时进行故障排查。
在其中一个实施例中，所述编码检测电路的采样通道包括设置通道和调节通道，所述设置通道用于接电源端或接地；所述调节通道用于通过线束与设置通道连接，或通过分压电阻与设置通道连接。将编码检测电路的设置通道接电源端或接地，调节通道通过线束或分压电阻的方式与设置通道连接，通过将部分通道的电压固定，剩余通道电压可调的方式设置各通道的电压，实现对电池管理模块的编码信息可调。
在其中一个实施例中，所述第二电池管理模块还包括电池管理单元(BatteryManagement Unit，简称BMU)低压连接器，所述BMU低压连接器与对应编码检测电路的采样通道连接。将BMU低压连接器与对应编码检测电路的采样通道连接，方便对未配置的通道进行电压设置。
在其中一个实施例中，所述BMU低压连接器还连接外部低压连接器。利用外部低压连接器将编码检测电路中未配置的通道与已经配置的通道进行连接，实现对电池管理模块的编码配置，且还可以减小电池管理模块的体积。
在其中一个实施例中，所述第一电池管理模块与所述第二电池管理模块之间串行通信。第一电池管理模块与第二电池管理模块之间进行串行通信，方便电池管理模块之间传输和汇总编码数据。
在其中一个实施例中，所述第一电池管理模块与所述第二电池管理模块之间通过控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)接口串行通信，数据通信实时性强。
一种供电设备，包括电池包和上述的电池管理系统。
上述供电设备，在第二电池管理模块设置编码检测电路，第一电池管理模块根据多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，然后第一电池管理模块对第二电池管理模块的编码数据进行身份认证，得到认证结果。通过在第二电池管理模块设置编码检测电路，根据编码检测电路中采样通道的电压确定编码数据，在有电池管理模块出现故障时并不唯影响其他电池管理模块的编码数据采集，管理可靠性高。
在其中一个实施例中，各所述电池包并行对外部负载供电。各电池包采用并行方式对外部负载供电，可为外部负载提供高压供电。
附图说明
图1为一实施例中电池管理系统的连接示意图；
图2为一实施例中包含内接电源和GND的BMS采样示意图；
图3为一实施例中外接线束连接配合的BMS采样示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语包括相关所列项目的任何及所有组合。
正如背景技术所述，传统的使用软件的串行编码方案，主控单元发送编码信号给从控单元，从控单元依次接收到编码信号后进行编码，并将当前编码和编码信号传给下一个从控单元。所有从控单元都完成编码后将编码完成标志和当前编码数返回给主控单元。因为串行编码，所以当从控单元数量多会导致耗时长。编码过程中任意一个从控单元出现问题，则后续的从控单元也无法继续进行编码。
目前电动车的一大竞争力为续航里程，为达更大的续航里程，现在项目配备的电箱越来越多。除了电动车，还有电动船、储能系统等都是追求更多电箱以获得更多电量。随之而来的是电芯数量的骤增，带来的风险是BMU、SPI以及CAN-Bus的loading过高，单个BMU已经无法满足多个电箱信息处理需求。
所以现在正在快速发展的一种架构是主从BMS架构，即整个系统由一个主BMS进行主控和对外交互，系统中的每一个电池包或每一个支路额外配备一个从BMS采集数据以及进行监控，并与主BMS实时保持通信。该架构可以有效提高多包系统以及每个单体的可控性。
针对这种主从架构，多个BMS之间的身份识别是首要点。若无法识别各BMS身份，则无法准确定位具体故障包。另外，若没有身份识别和相关检测，还会存在电池包非预期断连、缺省甚至于多余的风险。基于此，本方案旨在针对多电箱系统，提供一种简单快速的BMS基于硬线编码检测和身份识别的方案，在多电箱系统中通过不同的线束连接，在唤醒后的极短时间内(100ms以内)获取所有电箱的身份，并能够诊断每一个电箱的连接情况。任意电箱的缺失或连接故障完全不影响其余电箱的身份识别和诊断。固定的线束连接对应独特的身份编码，即得知编码就必定能够立刻精准定位到对应的电箱，为故障排查、电箱检修及维护提供便利。除开电箱之间的身份识别，还能够提供如下识别：载体分类：飞机/车辆/船/储能；载体类型细分，如一个项目可同时存在S/M/L型车型。
在一个实施例中，提供了一种电池管理系统，电池可以是用作进行车载或其他设备供电，为便于理解，以下均以电池用作车载供电为例进行解释说明。如图1所示，电池管理系统包括第一电池管理模块和第二电池管理模块，第二电池管理模块与第一电池管理模块通讯连接。第二电池管理模块包括编码检测电路，编码检测电路包含多个采样通道；第一电池管理模块用于根据多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，并根据编码数据对第二电池管理模块进行身份认证。
其中，第一电池管理模块和第二电池管理模块都可采用电池管理系统(BMS)。第一电池管理模块作为主BMS，对第二电池管理模块进行编码检测和身份识别。第二电池管理模块的数量可以是一个，也可以是多个。此外，第一电池管理模块也可设置有包含多个采样通道的编码检测电路，用作识别自身编码数据。为便于理解，以下以第一电池管理模块和第二电池管理模块为BMS，且均设置有编码检测电路为例进行解释说明。
多电箱系统中每个电箱都对应配置有电池包和BMS，电池包可包括一个或多个串联的电池，BMS用作对电池包进行充放电管理。电池包和BMS的数量并不唯一，例如，如图1所示，电池包可包括Battery Pack 1、Battery Pack 2、…、Battery Pack N，BMS则包括BMS1、BMS 2、…、BMS N。电池包之间并行对外部负载供电，以车载供电为例，电池包串行后连接车辆高压线路，输出高压电给车辆供电。各电池包采用并行方式对外部负载供电，可为外部负载提供高压供电。不同BMS之间可以采用串行或混合的方式进行连接，本实施例中，BMS之间串行通信。各BMS之间进行串行通信，方便BMS之间传输和汇总编码数据。进一步地，在一个实施例中，各BMS之间通过CAN接口串行通信，数据通信实时性强。此外，各BMS通过CAN接口串行后还与车辆控制单元(Vehicle Control Unit)连接进行通信。
具体地，各电箱中的BMS在唤醒后获取编码检测电路中部分或全部采样通道的电压，根据各采样通道的电压组合方式确定电箱的身份。检测电路中各采样通道的电压可以是通过连接电源端、接地端或分压电阻来进行设置。例如，可以是通过电路设置将所有采样通道分别连接电源端或接地端，也可以是通过电路设置将部分采样通道连接接地端或接地端，然后将其他采样通道与已经设置好的通道进行连接，同样可以实现对所有通道的电压设置。
在一个实施例中，编码检测电路的采样通道包括设置通道和调节通道，设置通道用于接电源端或接地；调节通道用于通过线束与设置通道连接，或通过分压电阻与设置通道连接。将编码检测电路的设置通道接电源端或接地，调节通道通过线束或分压电阻的方式与设置通道连接，通过将部分通道的电压固定，剩余通道电压可调的方式设置各通道的电压，实现对电池管理模块的编码信息可调。
进一步地，在一个实施例中，如图2所示，第二电池管理模块还包括BMU低压连接器(BMU LV connector)，BMU低压连接器与对应编码检测电路的采样通道连接。具体地，采用通道包括通道Channel 1、通道Channel 2、通道Channel 3、通道Channel 4、…、通道Channel N，可将通道Channel 1和通道Channel 5作为设置通道，其余通道作为调节通道。其中通道Channel 1连接电源端，具体接入12V电压，通道Channel 5接地。将BMU低压连接器与对应编码检测电路的采样通道连接，方便对未配置的通道进行电压设置。
此外，在一个实施例中，BMU低压连接器还连接外部低压连接器。利用外部低压连接器将编码检测电路中未配置的通道与已经配置的通道进行连接，实现对电池管理模块的编码配置，且还可以减小电池管理模块的体积。如图3所示，以车载供电为例，则外部低压连接器为车辆低压连接器(Vehicle LV connector)。利用车辆低压连接器将其他采样通道分别与通道Channel 1或通道Channel 5连接，每个通道的采样结果分为高电平12V，或低电平0V，将结果数字化处理为1-高电平，0-低电平。这样，BMS在每一个采样通道都会采集到相应的电压，随后BMS将采集到的电压处理为数字信号，则所有的通道就能组合成一种独一的数字排列组合，这种排列也就赋予了电箱独特的编码身份。其中，如果BMS是对一个采样通道的电压进行采集，则将处理得到的一个数字作为编码数据；如果BMS是对多个采样通道的电压进行采集，则将处理得到的多个数字排列组合作为编码数据。
主BMS获取到所有BMS的编码数据后，对编码数据进行身份认证，获取相应电箱的身份信息，具体地，主BMS可根据编码数据分析得到电箱身份、载体分类和载体类型等信息，作为认证结果。最后，主BMS还可将得到的认证结果输出至车辆控制单元。
在一个实施例中，第一电池管理模块还用于根据预设的界定范围检测第二电池管理模块的编码数据是否正确，当存在错误的编码数据时输出故障提示信息。当编码数据错误时输出故障提示信息，方便及时进行故障排查。由于多通道组合设定电箱身份的编码是提前规定好的，所以若编码值不在界定范围内，则可以报出响应故障，例如提出故障提示信息至车辆控制单元，提醒需要检测和维护硬件。
进一步地，在一个实施例中，第一电池管理模块还用于判断接收到的编码数据的数量与预设值是否一致，当编码数据的数量与预设值不一致时输出故障提示信息。当接收到的编码数据的数量与预设值不一致时输出故障提示信息，同样方便及时进行故障排查。具体地，可通过整车的配合，比如通过统一的诊断服务(Unified Diagnostic Services，简称UDS)在整车下线时输入规定的电箱数量，那么主BMS可以将当前实时收集到的电箱数量与预设值进行比较；若有出入，则同样可输出故障提示信息至车辆控制单元，通过故障告警的方式提醒整车排查电箱以及通讯。
上述电池管理系统，在第二电池管理模块设置编码检测电路，第一电池管理模块根据多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，然后第一电池管理模块对第二电池管理模块的编码数据进行身份认证，得到认证结果。通过在第二电池管理模块设置编码检测电路，根据编码检测电路中采样通道的电压确定编码数据，在有电池管理模块出现故障时并不唯影响其他电池管理模块的编码数据采集，管理可靠性高。
在一个实施例中，还提供了一种供电设备，包括电池包和上述的电池管理系统。其中，各电池包并行对外部负载供电。各电池包采用并行方式对外部负载供电，可为外部负载提供高压供电。
具体地，电池管理系统包括第一电池管理模块和第二电池管理模块，第二电池管理模块与第一电池管理模块通讯连接。第二电池管理模块包括编码检测电路，编码检测电路包含多个采样通道；第一电池管理模块用于根据多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，并根据编码数据对第二电池管理模块进行身份认证。
在一个实施例中，编码检测电路的采样通道包括设置通道和调节通道，设置通道用于接电源端或接地；调节通道用于通过线束与设置通道连接，或通过分压电阻与设置通道连接。将编码检测电路的设置通道接电源端或接地，调节通道通过线束或分压电阻的方式与设置通道连接，通过将部分通道的电压固定，剩余通道电压可调的方式设置各通道的电压，实现对电池管理模块的编码信息可调。
进一步地，在一个实施例中，第二电池管理模块还包括BMU低压连接器，BMU低压连接器与对应编码检测电路的采样通道连接。将BMU低压连接器与对应编码检测电路的采样通道连接，方便对未配置的通道进行电压设置。
此外，在一个实施例中，BMU低压连接器还连接外部低压连接器。利用外部低压连接器将编码检测电路中未配置的通道与已经配置的通道进行连接，实现对电池管理模块的编码配置，且还可以减小电池管理模块的体积。
在一个实施例中，第一电池管理模块还用于根据预设的界定范围检测第二电池管理模块的编码数据是否正确，当存在错误的编码数据时输出故障提示信息。当编码数据错误时输出故障提示信息，方便及时进行故障排查。
进一步地，在一个实施例中，第一电池管理模块还用于判断接收到的编码数据的数量与预设值是否一致，当编码数据的数量与预设值不一致时输出故障提示信息。当接收到的编码数据的数量与预设值不一致时输出故障提示信息，同样方便及时进行故障排查。
上述供电设备，在第二电池管理模块设置编码检测电路，第一电池管理模块根据多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，然后第一电池管理模块对第二电池管理模块的编码数据进行身份认证，得到认证结果。通过在第二电池管理模块设置编码检测电路，根据编码检测电路中采样通道的电压确定编码数据，在有电池管理模块出现故障时并不唯影响其他电池管理模块的编码数据采集，管理可靠性高。
为便于更好地理解上述电池管理系统和供电设备，下面结合具体实施例进行详细解释说明。
本申请提供的BMS编码检测和身份识别方案，采用BMS与线束配合后的电压采样方案来对每个电箱进行编码和对应诊断。每个电箱的独特身份编码来源于多个采样通道得到采样值的独特组合。固定的线束方案提供固定的采样结果，所以电箱编码也就固定下来。无论是串行还是并行的连接方式都不会因为任意电箱的掉线或者通讯问题导致其余电箱的使用受限。
具体地，多支路(主从)电箱与整车的连接简图如图1所示，电池包提供并行高压方案，串行CAN通信的方案。基于如上架构，本申请使用的电箱编码方案为：由每个电箱内的BMS提供编码检测电路。该电路包含了N路采样通道，预先设置好的拉高电源通道，拉低接地通道以及每个通道可以额外添加的分压电阻。
一种简化的内部电路方案如图2所示，BMS直接在电路上设计固定通道2对应的采样电路内置了一个12V的上拉电源，那么这个采样通道2能够采集到的电压就已经固定为12V(不考虑任何损耗和精度的情况下)。同理，BMS在通道5的采样电路内置下拉接地点，那么通道2的电压也就被固定为0V。接下来就需要外部的线束通过不同通道之间的短接或者是带分压电阻的连接。这样，BMS就会在每一个采样通道都会采集到相应的电压。随后BMS将采集到的电压处理为数字信号，则所有的通道就能组合成一种独一的数字排列组合，这种排列也就赋予了该电箱独特的编码身份。
通过外部线束的配合来标定并区分每一个电箱的唯一编码身份，从而可以维持一款电池包和一款BMS的设计，为生产管理提供便利，也对售后服务具有一定的便携意义。此架构方案在使用中不会因为任意一个电箱的连接掉线，导致通信或者功能上的限制。
外部的线束一种简化的配合设计可以如图3所示。按照图3示例的方案，不考虑压降损耗等，那么每个通道的采样结果只能分为高电平12V，或低电平0V。故将结果数字化处理为1-高电平，0-低电平。按照不同需求来定义每一个通道的含义，比如：
1.通道一：载体——0-车；1-船
2.通道二：类型——0-BEV；1-PHEV
3.通道三：类型——0-Car；1-Bus
4.通道四：车/船规格——0-S；1-M
5.多通道组合：身份编码——电箱1/2/3…
举例：假设通道5-8代表电箱编码，按照图1的示例方案，通道5已经固定为0。通道6-8仍可以分别为0或者1。则这四个通道可以按照0/1的数字组合出如下结果，每一种组合都可以定义为专门的电箱身份：
0000——电箱1
0001——电箱2
0011——电箱3
0100——电箱4
0101——电箱5
0110——电箱6
0111——电箱7
故而，此方案可以支持使用完全一致的电箱，仅通过不同的线束来赋予独一无二的身份信息，能够为生产管理和售后服务提供便利。同时，该方案可以配合整车进行电箱编码的检测，若检测结果失败则通过故障告警，已达到防呆的效果。
基于上文的方案，多通道组合设定电箱身份的这个编码是可提前规定好的，所以若编码值不在界定范围内，则应报出响应故障，提醒需要检测和维护硬件。
此外，通过整车的配合，比如通过UDS在整车下线时输入规定的电箱数量，那么主控BMS就可以将当前实时收集到的电箱数量与预设值进行比较。若有出入，则通过故障告警的方式提醒整车排查电箱以及通讯。
上述方案的每一个通道只能存在两种可能，如果想要通过增加每一个通道的可能来减少通道数的话，可以选择在线束端或者BMS端增加电阻。这样连接后通过不同电阻组合的方式分压能够增加每一个通道采集到的电平阶梯，可以跳出0/1的限制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：
第一电池管理模块；
与所述第一电池管理模块通讯连接的第二电池管理模块；
所述第二电池管理模块包括编码检测电路，所述编码检测电路包含多个采样通道；
所述第一电池管理模块用于根据所述多个采样通道中的至少一个采样通道的电压确定编码数据，并根据所述编码数据对所述第二电池管理模块进行身份认证。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一电池管理模块还用于根据预设的界定范围检测所述第二电池管理模块的编码数据是否正确，当存在错误的编码数据时输出故障提示信息。
3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一电池管理模块还用于判断接收到的编码数据的数量与预设值是否一致，当编码数据的数量与预设值不一致时输出故障提示信息。
4.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述编码检测电路的采样通道包括设置通道和调节通道，所述设置通道用于接电源端或接地；所述调节通道用于通过线束与设置通道连接，或通过分压电阻与设置通道连接。
5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述第二电池管理模块还包括BMU低压连接器，所述BMU低压连接器与对应编码检测电路的采样通道连接。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，所述BMU低压连接器还连接外部低压连接器。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一电池管理模块与所述第二电池管理模块之间串行通信。
8.根据权利要求7所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一电池管理模块与所述第二电池管理模块之间通过CAN接口串行通信。
9.一种供电设备，其特征在于，包括电池包和权利要求1-8任意一项所述的电池管理系统。
10.根据权利要求9所述的供电设备，其特征在于，各所述电池包并行对外部负载供电。
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