CN116315182A

CN116315182A - 电池管理系统以及电池包

Info

Publication number: CN116315182A
Application number: CN202310351356.9A
Authority: CN
Inventors: 金红宾
Original assignee: Guangzhou Xiaopeng Motors Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xiaopeng Motors Technology Co Ltd; Zhaoqing Xiaopeng Automobile Co Ltd
Priority date: 2023-04-03
Filing date: 2023-04-03
Publication date: 2023-06-23

Abstract

本申请公开了一种电池管理系统以及电池包，电池管理系统包括：主控模块以及采样模块，所述主控模块设置于所述电池包上，所述主控模块设有第一超宽带UWB无线收发单元；所述采样模块分别设置于各个所述电池上，所述采样模块设有第二UWB无线收发单元；所述主控模块通过所述第一UWB无线收发单元以及所述第二UWB无线收发单元，分别与各个所述采样模块通讯连接。本申请通过在主控模块设置第一UWB无线收发单元并在各个电池的采用模块设置第二UWB无线收发单元，可以通过UWB技术进行电池管理系统中主控模块与采样模块之间的无线通信，提升了电池管理系统的信号抗干扰能力，同时通过UWB技术的高安全性，能够大大提升电池管理系统的信息安全性能。

Description

电池管理系统以及电池包

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池管理系统以及电池包。

背景技术

随着技术的进步，汽车的能源越来越多样化，现在已经出现了混合动力汽车和纯电动汽车等新能源汽车。新能源汽车的电池管理系统作为电池与动力系统之间的纽带，用于向动力系统供电，还用于防止电池出现过充和过放，延长电池的使用寿命，监控电池的状态等。

目前，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。但是，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。

因此，电池管理系统逐渐朝着无线束智能化方向发展，产生了基于2.4GHz频率蓝牙或者类蓝牙私有协议的通信技术的无线电池管理系统，但是，该无线电池管理系统受通蓝牙信技术物理特性所限，导致无线电池管理系统的抗干扰能力差以及信息安全防护能力差。

申请内容

本申请的主要目的在于提供一种电池管理系统以及电池包，旨在解决无线电池管理系统的抗干扰能力差以及信息安全防护能力差的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种电池管理系统，应用于包括多串电池的电池包，包括：

主控模块，所述主控模块设置于所述电池包上，所述主控模块设有第一超宽带UWB无线收发单元；

采样模块，所述采样模块分别设置于各个所述电池上，所述采样模块设有第二UWB无线收发单元；

所述主控模块通过所述第一UWB无线收发单元以及所述第二UWB无线收发单元，分别与各个所述采样模块通讯连接。

进一步地，所述主控模块用于确定各个所述采样模块的编码，并基于所述编码与各个所述采样模块进行Mesh组网。

进一步地，所述主控模块为所述Mesh组网的主设备，各个所述采样模块为所述Mesh组网的从设备。

进一步地，所述主控模块用于通过TOF算法确定各个采样模块与主控模块之间的距离，并基于所述距离确定各个所述采样模块的编码。

进一步地，所述主控模块用于通过所述第一UWB无线收发单元发送第一定位信息；

采样模块用于通过所述第二UWB无线收发单元接收所述第一定位信息，并通过所述第二UWB无线收发单元发送第二定位信息；

所述主控模块用于通过所述第一UWB无线收发单元接收各个所述第二定位信息，并基于所述第一定位信息以及所述第二定位信息，确定各个采样模块与主控模块之间的距离。

进一步地，所述主控模块用于获取所述第一定位信息对应的第一发送时刻与第一接收时刻，以及所述第二定位信息对应的第二发送时刻与第二接收时刻，并基于所述第一发送时刻、所述第一接收时刻、所述第二发送时刻以及所述第二接收时刻确定各个采样模块与主控模块之间的距离。

进一步地，所述主控模块用于获取预设距离与预算编码的映射关系，并基于所述映射关系以及所述距离确定各个所述采样模块的编码。

进一步地，所述采用模块用于获取所述电池的电池参数，并通过所述第二UWB无线收发单元发送所述电池参数，其中，所述电池参数包括电池的电压数据、温度数据及/或电压均衡数据；所述主控模块用于通过所述第一UWB无线收发单元接收所述电池参数。

进一步地，所述主控模块用于通过所述第一UWB无线收发单元发送所述电池中目标电池对应的控制指令；所述目标电池的采样模块用于通过所述第二UWB无线收发单元接收所述控制指令，并执行所述控制指令。

进一步地，所述主控模块固定设置于所述电池包的顶端。

此外，为实现上述目的，本申请还提供一种电池包，所述电池包包括前述的电池管理系统。

本申请通过在主控模块设置第一UWB无线收发单元并在各个电池的采用模块设置第二UWB无线收发单元，可以通过UWB技术进行电池管理系统中主控模块与采样模块之间的无线通信，提升了电池管理系统的信号抗干扰能力，同时通过UWB技术的高安全性，能够大大提升电池管理系统的信息安全性能。

附图说明

图1为本申请电池管理系统一实施例的结构示意图；

图2为本申请电池管理系统另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本申请目的的实现、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

应当理解，此处所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。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中涉及“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，各个实施例之间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，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请还提供一种电池管理系统。

参照图1以及图2，图1为本申请电池管理系统一实施例的结构示意图，图2为本申请电池管理系统另一实施例的结构示意图。

该电池管理系统100应用于电池包，该电池包包括多串电池(电芯)。

参照图1及图2，电池管理系统100包括主控模块110以及多个采样模块120。主控模块110设置于电池包上，在一些可能的实现方式中，主控模块110固定设置于电池包的顶端。采样模块120分别设置于各个电池上，以使采样模块120与电池一一对应，每一串电池上安装一个采样模块120。

参照图1及图2，主控模块110设有第一UWB(Ultra Wide Band，超宽带)无线收发单元111，第一UWB无线收发单元111采用UWB技术进行数据通信，UWB技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术，其利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此UWB技术所占的频谱范围很大，尽管使用无线通信，但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上。UWB技术具有系统复杂度低，高速数据传输，功耗低，安全性高，抗干扰能力强，定位精度高等优点，尤其适用于如电池包内部等小空间密集多径场所的高速无线通信。

参照图1及图2，采样模块120设有第二UWB无线收发单元121，也就是说，每一个采样模块120均设有至少一个第二UWB无线收发单元121，第二UWB无线收发单元121同样采用UWB技术进行数据通信。其中，采样模块120对其所对应的电池进行电池参数的采集，电池参数可包括电池的电压数据、电池的温度数据、电池的电流数据及/或电池的电压均衡数据等。

参照图1及图2，主控模块110通过第一UWB无线收发单元111以及第二UWB无线收发单元121，分别与各个采样模块120通讯连接，已实现各个采样模块120与主控模块110之间进行独立的无线通信。通过UWB技术进行电池管理系统100中主控模块110与采样模块120之间的无线通信，提升了电池管理系统100的信号抗干扰能力，同时通过UWB技术的高安全性，能够大大提升电池管理系统100的信息安全性能。

进一步地，在一种可能实现方式中，采用模块用于获取所述电池的电池参数，并通过所述第二UWB无线收发单元121发送所述电池参数，其中，所述电池参数包括电池的电压数据、温度数据及/或电压均衡数据；所述主控模块110用于通过所述第一UWB无线收发单元111接收所述电池参数。

具体地，对于每一个采样模块120，其采集到电池的电池参数之后，可以通过对应的第二UWB无线收发单元121发送该电池参数，主控模块110可以通过第一UWB无线收发单元111接收该采样模块120发送的电池参数，并对电池参数进行相应的处理。

进一步地，又一种可能实现方式中，主控模块110用于通过所述第一UWB无线收发单元111发送所述电池中目标电池对应的控制指令；所述目标电池的采样模块120用于通过所述第二UWB无线收发单元121接收所述控制指令，并执行所述控制指令。

其中，主控模块110可以包括具有通信数据编解码功能的主控MCU、电池包高压及电流检测单元、电源及输入输出接口单元等，在接收到电池的电池参数后，根据各个电池的电池参数进行电池包高压及电流检测，同时还可以通过主控MCU进行各个电池的运行状态检测，并可以根据各个检测结果生成控制指令，然后通过第一UWB无线收发单元111发送控制指令至目标电池，目标电池的采样模块120可以通过第二UWB无线收发单元121接收控制指令，并执行控制指令对应的操作。

该电池管理系统100中，通过在主控模块110设置第一UWB无线收发单元111并在各个电池的采用模块设置第二UWB无线收发单元121，可以通过UWB技术进行电池管理系统100中主控模块110与采样模块120之间的无线通信，提升了电池管理系统100的信号抗干扰能力，同时通过UWB技术的高安全性，能够大大提升电池管理系统100的信息安全性能。

进一步地，在一可能的实现方式中，参照图2，主控模块110用于确定各个所述采样模块120的编码，并基于所述编码与各个所述采样模块120进行Mesh组网。

其中，Mesh组网是一种网状网络通信架构，是指一个节点最少可以与两个节点同时进行通信，同时自适应Mesh组网可以自动寻找附件信号较强的节点进行通信，在传统主控模块110与电池采样模块120点对点通信同时，由于电池包内部结构较复杂，为保证数据传输的可靠性，Mesh组网主从星状结构的同时还可以从节点直接同步组成环状网络架构，参照图2，Mesh组网为各个第二UWB无线收发单元121与第一UWB无线收发单元111所形成的环状网络架构，作为冗余通信链路传输数据，保证数据更可靠传输。

在进行Mesh组网时，主控模块110获取各个采样模块120的编码，并基于所述编码与各个所述采样模块120进行Mesh组网，具体地，主控模块110通过第一UWB无线收发单元111以及第二UWB无线收发单元121，基于UWB技术应用TOF算法确定各个采样模块120的编码(或编号)，然后主控模块110根据各个编码通过现有的Mesh组网算法进行Mesh组网，以使各个采样模块120与主控模块110形成环状网络架构，将该环状网络架构作为冗余通信链路。其中，主控模块110为Mesh组网的主设备，各个采样模块120为Mesh组网的从设备。

进一步地，在另一可能实现方式中，主控模块110用于通过TOF算法确定各个采样模块120与主控模块110之间的距离，并基于所述距离确定各个所述采样模块120的编码。

其中，主控模块110通过第一UWB无线收发单元111以及第二UWB无线收发单元121，基于UWB技术应用TOF算法确定各个采样模块120与主控模块110之间的距离，在获取到采样模块120与主控模块110之间的距离时，主控模块110基于各个距离分别确定各个采样模块120的编码，例如，可以在电池管理系统100所对应的电池包生产时，当主从模块在电池包内部安装好后，以主模块为坐标原点，通过主模块对各个采样模块120进行坐标定位，确定各个电池的定位坐标以及各个电池的采样模块120与主控模块110之间的定位距离，建立定位距离与定位坐标之间的关联关系，在获取到采样模块120与主控模块110之间的距离时，根据各个距离通过关联关系确定采样模块120所属的电池的定位坐标，接着根据定位坐标进行自动寻址编码，获得各个采样模块120的编码，完成采样模块120模块与电池一一对应。后续在更换电池时，可通过同样的方式获取更换后的电池的编码，以减少手动定位的过程，提高生产和维修效率。

在其他实现方式中，主控模块110用于获取预设距离与预算编码的映射关系，并基于所述映射关系以及所述距离确定各个所述采样模块120的编码。

具体地，在电池管理系统100所对应的电池包生产时，当主从模块在电池包内部安装好后，以主模块为坐标原点，通过主模块对各个采样模块120进行坐标定位，确定各个电池的定位坐标以及各个电池的采样模块120与主控模块110之间的定位距离，建立定位距离与定位坐标之间的关联关系，根据各个距离通过关联关系确定采样模块120所属的电池的定位坐标，接着根据定位坐标进行自动寻址编码，得到各个采样模块120的预设编码，并根据各个采样模块120的预设编码以及各个电池的采样模块120与主控模块110之间的定位距离，确定并存储预设距离与预算编码的映射关系，在获取到采样模块120与主控模块110之间的距离时，主控模块110可以基于基于映射关系以及距离确定各个采样模块120的编码，例如，在后续更换电池后，主控模块110只需获取采样模块120与主控模块110之间的距离即可确定更换后的电池的编码，以减少手动定位的过程，提高生产和维修效率。

进一步地，在又一可能实现方式中，主控模块110用于通过所述第一UWB无线收发单元111发送第一定位信息；采样模块120用于通过所述第二UWB无线收发单元121接收所述第一定位信息，并通过所述第二UWB无线收发单元121发送第二定位信息；所述主控模块110用于通过所述第一UWB无线收发单元111接收各个所述第二定位信息，并基于所述第一定位信息以及所述第二定位信息，确定各个采样模块120与主控模块110之间的距离。

其中，在确定各个采样模块120与主控模块110之间的距离时，主控模块110可以通过第一UWB无线收发单元111发送第一定位信息，各个采样模块120可以通过第二UWB无线收发单元121接收第一定位信息，在接收到第一定位信息后，各个采样模块120可以通过第二UWB无线收发单元121发送第二定位信息，主控模块110用于通过第一UWB无线收发单元111接收各个第二定位信息，而后主控模块110可通过第一定位信息以及第二定位信息，确定各个采样模块120与主控模块110之间的距离，以通过UWB技术准确获得各个采样模块120与主控模块110之间的距离，提高各个电池编码的准确性。

具体地，在又一可能实现方式中，主控模块110用于获取所述第一定位信息对应的第一发送时刻与第一接收时刻，以及所述第二定位信息对应的第二发送时刻与第二接收时刻，并基于所述第一发送时刻、所述第一接收时刻、所述第二发送时刻以及所述第二接收时刻确定各个采样模块120与主控模块110之间的距离。

其中，主控模块110通过第一UWB无线收发单元111发送第一定位信息时，主控模块110记录第一定位信息的第一发送时刻，各个采样模块120通过第二UWB无线收发单元121接收第一定位信息时，各个采样模块120分别记录第一定位信息的第一接收时刻，各个采样模块120通过第二UWB无线收发单元121发送第二定位信息时，记录第二定位信息的第二定位时刻，主控模块110通过第一UWB无线收发单元111接收第二定位信息时，记录第二定位信息的第二发送时刻。而后，主控模块110获取第一定位信息对应的第一发送时刻与第一接收时刻，以及第二定位信息对应的第二发送时刻与第二接收时刻，具体地，第二定位信息可以携带第一接收时刻以及第二发送时刻，主控模块110通过解析第二定位信息获得第一接收时刻以及第二发送时刻，或者，各个采样模块120通过第二UWB无线收发单元121发送第二定位信息之后，各个采样模块120通过第二UWB无线收发单元121发送包括第一接收时刻以及第二发送时刻的时间数据，主控模块110通过第一UWB无线收发单元111接收该时间数据，并通过解析该时间数据获得第一接收时刻以及第二发送时刻。

接着，主控模块110通过第一发送时刻、第一接收时刻、第二发送时刻以及第二接收时刻确定各个采样模块120与主控模块110之间的距离，具体地，对于每一个采样模块120，该采样模块120与主控模块110之间的距离＝((第一接收时刻-第一发送时刻)+(第二接收时刻-第二发送时刻))/2，进而准确获得各个采样模块120与主控模块110之间的距离，提高各个电池编码的准确性。

本申请还提出一种电池包。在本申请中，该电池包包括电池管理系统100，该电池管理系统的具体结构参照上述实施例，由于电池包采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

需要说明的是，在本文中，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“包括一个……”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。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种电池管理系统，其特征在于，应用于包括多串电池的电池包，包括：

2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块用于确定各个所述采样模块的编码，并基于所述编码与各个所述采样模块进行Mesh组网。

3.如权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块为所述Mesh组网的主设备，各个所述采样模块为所述Mesh组网的从设备。

4.如权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块用于通过TOF算法确定各个采样模块与主控模块之间的距离，并基于所述距离确定各个所述采样模块的编码。

5.如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，

所述主控模块用于通过所述第一UWB无线收发单元发送第一定位信息；

6.如权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块用于获取所述第一定位信息对应的第一发送时刻与第一接收时刻，以及所述第二定位信息对应的第二发送时刻与第二接收时刻，并基于所述第一发送时刻、所述第一接收时刻、所述第二发送时刻以及所述第二接收时刻确定各个采样模块与主控模块之间的距离。

7.如权利要求5所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块用于获取预设距离与预算编码的映射关系，并基于所述映射关系以及所述距离确定各个所述采样模块的编码。

8.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述采用模块用于获取所述电池的电池参数，并通过所述第二UWB无线收发单元发送所述电池参数，其中，所述电池参数包括电池的电压数据、温度数据及/或电压均衡数据；所述主控模块用于通过所述第一UWB无线收发单元接收所述电池参数。

9.如权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块用于通过所述第一UWB无线收发单元发送所述电池中目标电池对应的控制指令；所述目标电池的采样模块用于通过所述第二UWB无线收发单元接收所述控制指令，并执行所述控制指令。

10.如权利要求1-9任一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述主控模块固定设置于所述电池包的顶端。

11.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括权利要求1至10中任一项所述的电池管理系统。