CN117183818A - 一种电芯管理芯片、电池系统、车辆 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电芯管理芯片、电池系统、车辆，该芯片包括：采集电路用于采集单体电芯的工作参数的参数值并传输至处理电路；电源为处理电路供电，存储电路用于存储针对工作参数的动态保护阈值，处理电路用于在异常情况下调整单体电芯的工作状态，动态保护电路用于按照动态保护阈值调整单体电芯的工作状态。本发明通过一个芯片监测一个单体电芯的工作状态，降低了一个单体电芯失效造成多串电池状态信息丢失的风险；可以通过动态保护电路动态规范电芯的工作状态，实现高效率使用和保护电池，从而延长电池的使用寿命。

Description

一种电芯管理芯片、电池系统、车辆

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别是涉及一种电芯管理芯片、电池系统、车辆。

背景技术

随着电动汽车的发展，电动汽车的使用寿命越来越受到重视，而锂电池作为电动汽车主要的动力能源，其寿命直接影响电动汽车的寿命，因此需要更加精准把握锂电池的老化和衰降等过程；

在传统的BMS(Battery management system，电池管理系统)中，对单体电池主要进行信息检测，且主要针对电池模组(即多个电芯)进行电压和温度采集，不能对单个电芯的状态进行监测；此外获取电池的荷电状态主要依赖于检测系统根据不同时期采集电池模组的电压、电流和温度等测量参数，而不能采集到单体电芯的相关参数，存在一定的误差，且不能根据单体电芯的使用状态对电池的工作状态进行调整，从而影响电池的有效使用率。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种电芯管理芯片、电池系统、车辆。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种电芯管理芯片，所述电芯管理芯片与单体电芯连接，所述电芯管理芯片包括处理电路，分别与所述处理电路连接的采集电路、电源、动态保护电路和存储电路；

所述采集电路用于采集所述单体电芯的工作参数的参数值并传输至所述处理电路；

所述电源用于为所述处理电路供电；

所述存储电路用于存储针对所述工作参数的动态保护阈值；

所述处理电路用于比较所述工作参数的参数值与所述动态保护阈值，根据比较结果控制所述动态保护电路对所述单体电芯的工作状态进行调整；以及根据所述工作参数的参数值确定所述单体电芯的荷电状态SOC，并根据所述SOC更新所述存储电路中存储的单体电芯的所述动态保护阈值；

所述动态保护电路，用于按照所述动态保护阈值调整所述单体电芯的工作状态。

可选地，所述工作参数包括应力，所述采集电路包括：应力采集电路；

所述应力采集电路用于采集所述单体电芯的应力值。

可选地，所述动态保护电路包括状态保护电路；

所述状态保护电路用于当所述单体电芯的应力值大于动态应力保护阈值时，控制所述单体电芯停止充电或放电。

可选地所述应力采集电路包括：电桥电路；

所述电桥电路与所述单体电芯通过外部传感器连接，所述电桥电路用于根据所述外部传感器检测的单体电芯内部应变信息，确定应变电压信号。

可选地，所述外部传感器为应力传感器，所述应力传感器为薄膜应变片。

可选地，所述薄膜应变片设置于所述单体电芯的外壳上。

可选地，所述应力采集电路还包括：放大电路、信号采集电路、数字逻辑电路、通信接口；

所述电桥电路与所述放大电路连接，所述放大电路用于对所述应变电压信号进行放大；

所述信号采集电路与所述放大电路连接，所述信号采集电路用于采集所述放大电路输出的所述应变电压信号并转换为数字信号形式；

所述数字逻辑电路与所述信号采集电路连接，所述数字逻辑电路用于将所述数字信号形式的应变电压信号进行优化调整；

所述通信接口与所述数字逻辑电路连接，所述通信接口用于将所述数字信号形式的应变电压信号传输至所述处理电路。

可选地，所述应力采集电路还包括采集唤醒电路和唤醒参考电路；

所述信号采集电路还用于被唤醒后，采集所述放大电路输出的所述应变电压信号并转换为数字信号形式；

所述唤醒参考电路与所述数字逻辑电路连接，用于存储模拟信号形式的应力阈值，以及根据所述数字逻辑电路发送的所述数字信号形式的应变电压信号更新所述模拟信号形式的应力阈值；

所述采集唤醒电路分别与所述放大电路、所述唤醒参考电路、所述信号采集电路连接，用于比较所述放大后的应变电压信号与所述模拟信号形式的应力阈值，当所述放大后的应变电压信号超过所述模拟信号形式的应力阈值时，唤醒所述信号采集电路，并在采集结束后断开所述信号采集电路。

可选地，所述处理电路还用于设置所述唤醒参考电路中初始存储的应力阈值。

可选地，所述电芯管理芯片与上级控制电路通过无线传输电路通信，所述电芯管理芯片还包括无线传输电路，与所述处理电路连接；

所述无线传输电路用于与所述上级控制电路进行无线数据传输。

可选地，所述无线传输电路还用于根据所述处理电路发送的信号切换不同的工作状态，所述不同的工作状态包括休眠状态、解除休眠状态、同步收发模式、低功耗模式。

可选地，所述处理电路包括计算电路；

所述计算电路用于根据所述工作参数的参数值计算所述单体电芯的荷电状态SOC，根据所述SOC确定新的所述动态保护阈值，并储存至所述存储电路中。

可选地，所述处理电路还包括报警电路；

所述报警电路用于比较所述工作参数的参数值与所述存储电路中存储的针对所述工作参数的动态保护阈值，并根据比较结果向上级控制电路发送报警信息。

可选地，所述处理电路还包括控制电路，所述控制电路用于根据所述报警信息控制所述动态保护电路对所述单体电芯的工作状态进行调整。

可选地，所述工作参数还包括：电压、电流、温度中的至少一种，所述采集电路包括电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路中的至少一种；

所述电压采集电路用于采集所述单体电芯的电压值；

所述电流采集电路用于采集所述单体电芯的电流值；

所述温度采集电路用于采集所述单体电芯的温度值。

可选地，所述采集电路包括复用通道选择器MUX，所述MUX的一端分别与所述电压采集电路、所述电流采集电路、所述温度采集电路、所述应力采集电路连接，所述MUX的另一端与所述处理电路连接；

所述处理电路还用于向所述MUX发送选择指令；

所述MUX用于根据所述选择指令，选择所述电压采集电路、所述电流采集电路、所述温度采集电路和所述应力采集电路中的任意一个向所述处理电路传输所述单体电芯的工作参数的参数值。

可选地，所述动态保护电路包括过压保护电路；

所述过压保护电路用于当所述单体电芯的电压值超过动态电压保护阈值时，控制单体电芯停止充电或放电。

可选地，所述动态保护电路还包括均衡电路、过温保护电路、过流保护电路中的至少一种；

所述均衡电路用于当所述单体电芯的电压值位于预设平均电压值区间之外时，启动电压均衡策略，使得所述单体电芯的电压位于所述预设平均电压值区间；

所述过温保护电路用于当所述单体电芯的温度值超过动态温度保护阈值时，控制所述单体电芯进入休眠状态；

所述过流保护电路用于当所述单体电芯的电流值超过动态电流保护阈值时，控制所述单体电芯停止充电或放电。

可选地，本发明实施例还公开了一种电池系统，包括多个电芯、如上述的电芯管理芯片、电芯管理系统。

可选地，本发明实施例还公开了一种车辆，包括如上述的电池系统。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例中采集电路用于采集单体电芯的工作参数的参数值并传输至处理电路；电源用于为处理电路供电；存储电路用于存储针对工作参数的动态保护阈值；处理电路用于比较工作参数的参数值与动态保护阈值，根据比较结果控制动态保护电路对单体电芯的工作状态进行调整；以及根据工作参数的参数值确定单体电芯的荷电状态SOC，并根据SOC更新存储电路中存储的单体电芯的动态保护阈值；动态保护电路，用于按照所述动态保护阈值调整所述单体电芯的工作状态。本发明通过一个芯片监测一个单体电芯的状态，降低了一个单体电芯失效造成多串电池状态信息丢失的风险；通过动态保护电路实时根据电芯的使用状态调整电芯的工作状态，以此实现高效率使用和保护电池，并起到延长电池寿命的作用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电芯管理芯片的结构框图；

图2是本发明实施例提供的应力采集电路的电路框图；

图3是本发明实施例提供的处理电路的结构框图；

图4是本发明实施例提供的电池系统结构框图；

图5是本发明实施例提供的车辆结构框图。

附图标记说明：

10-电芯管理芯片，20-上级控制电路；

101-处理电路，1011-计算电路，1012-报警电路，1013-控制电路；

102-采集电路，1021-电压采集电路，1022-电路采集电路，1023-温度采集电路，1024-应力采集电路，1025-复用通道选择器；

10241-外部传感器，10242-电桥电路，10243-放大电路，10244-采集唤醒电路，10245-唤醒参考电路，10246-信号采集电路，10247-数字逻辑电路，10248-通信接口；

103-电源；

104-无线传输电路；

105-存储电路；

106-动态保护电路，1061-均衡电路，1062-过压保护电路，1063-过温保护电路，1064-过流保护电路，1065-状态保护电路。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在传统的BMS中，通常是由多个单体电芯组成电池模组，并由多个电池模组组成电池来供电运行的，目前BMS对单体电池主要进行信息监测，且主要是对电池模组进行电压和温度检测，并没有对单个电芯的参数进行监测，因此可能会出现当一个电芯失效导致整个电池失效时，并不容易检测出来；并且在电池处于不同使用状态时，不能动态调整电池的工作状态使其在安全阈值内工作，从而降低了电池的使用寿命。

基于此，本发明实施例的核心构思之一在于，提出了一种针对单体电芯的无线管理芯片，通过一个管理芯片监测一个电芯的荷电状态，并根据单体电芯的不同荷电状态实时调整其工作状态，从而实现高效率使用和保护电池。

如图1示出了本发明实施例中无线管理芯片10的结构框图，该无线管理芯片10与单体电芯连接，该无线管理芯片包括处理电路101，以及与处理电路连接的采集电路102，电源103，存储电路105，动态保护电路106；

需要说明的是，无线管理芯片10可以位于单体电芯的内部(一部分或整体)，也可以位于单体电芯的外部，当无线管理芯片10位于单体电芯内部时，由于单体电芯内部电解液的存在，需要保证无线管理芯片的密封性，防止电解液渗入芯片内部，对元器件造成损害。本发明实施例中都以无线管理芯片位于单体电芯内部为例。

采集电路102用于采集单体电芯的工作参数的参数值并传输至处理电路101；

在本发明实施例中，工作参数指的是能够代表单体电芯工作状态下的输出参数，可以是电压、电流、温度和应力中的至少一种。

电源103用于为处理电路101供电；存储电路105用于存储针对工作参数的动态保护阈值；

在本发明实施例中，动态保护阈值指的是保证单体电芯正常工作时工作参数对应的保护阈值，例如动态电压保护阈值指的是保证单体电芯正常工作时的输出电压的保护阈值，当单体电芯刚开始使用时，该动态保护阈值可以由上级控制电路或者处理电路根据单体电芯的初始荷电状态来设定。

处理电路101用于比较工作参数的参数值与动态保护阈值，根据比较结果控制动态保护电路106对单体电芯的工作状态进行调整；其中，电芯的工作状态可以包括放电状态、充电状态、休眠状态；处理电路可以根据比较结果确定单体电芯的参数值是否正常，当工作参数的参数值超过动态保护阈值时，则表明单体电芯工作异常；

在一种示例中，当单体电芯在充电状态时，若电流参数的参数值超过动态点电流保护阈值，则表明单体电芯工作异常，处理电路101可以控制动态保护电路106使其停止充电或者控制其进入放电状态或者使其进入休眠状态。

在另一种示例中，当单体电芯在放电状态时，若电压参数的参数值可能会超过动态电压保护阈值，则表明单体电芯工作异常，处理电路101可以控制动态保护电路106使其进入休眠状态。

以及根据工作参数的参数值确定单体电芯的荷电状态SOC，并根据SOC更新存储电路105中存储的单体电芯的动态保护阈值；

本发明实施例中，处理电路101可以根据采集电路102采集得到的参数值，与存储电路105中存储的动态保护阈值进行比较，判断单体电芯是否工作异常，异常指的是单体电芯的参数值超过了动态保护阈值，如果单体电芯的异常状态持续时间过程，可能会影响单体电芯的工作性能或者对单体电芯造成永久损坏；由于单体电芯的荷电状态会随着长时间的充放电不断衰弱，其参数值即电压、电流、温度、应力也会不断变化，所以需要根据单体电芯的运行状况，不断根据处理电路101计算的不同时刻的SOC更新动态保护阈值，从而实现更加精确的保护和高性能的使用。

动态保护电路106，用于按照动态保护阈值调整单体电芯的工作状态；

动态保护电路106可以实时根据电池的使用状态，调整单体电芯的状态使其在动态保护阈值内工作，从而对单体电芯实现更加智能和精准的保护。

本发明实施例中电芯管理芯片通过一个芯片监测一个单体电芯的状态，降低了一个单体电芯失效造成多串电池状态信息丢失的风险；通过动态保护电路实时根据电芯的使用状态调整电芯的工作状态，以此实现高效率使用和保护电池，并起到延长电池寿命的作用。

在本发明的一种实施例方式中，工作参数包括应力，采集电路包括：应力采集电路；

应力采集电路用于采集所述单体电芯的应力值。即图1中的采集电路102只包括应力采集电路1024时的情况；

单体电芯内部电解液反应过程中会产生气体，使得不同时间单体电芯内部的应力不同，可以通过应力采集电路1024中设置在单体电芯壳体上的应力传感器，来采集单体电芯内部应力的变化情况。

在本发明的一种实施例方式中，动态保护电路包括状态保护电路；即图1中的动态保护电路106只包括状态保护电路1065时的情况；

状态保护电路106用于当单体电芯的应力值大于动态应力保护阈值时，控制单体电芯停止充电或放电。

正常情况下，每个单体电芯所承受的应力都有一个阈值，动态应力保护阈值即单体电芯所能承受最大的应力，当单体电芯的应力超过动态应力保护阈值，则说明电芯内部过压，一方面报警电路1012向上级控制电路报警，另一方面状态保护电路1065控制单体电芯停止充电或放电，即进入休眠状态。

如图2，示出了本发明实施例中应力采集电路的电路框图，在本发明的一种实施例方式中，应力采集电路1024可以包括电桥电路10242，电桥电路10242与单体电芯通过外部传感器10241连接，电桥电路用于根据外部传感器检测的单体电芯的应变信息，确定应变电压信号。

一般地，外部传感器10241检测的电阻信号是非常微弱的，必须用专门的电路来测量这种微弱的变化，本发明实施例应用电桥电路10242接收到电阻信号后，生成应变电压信号。

在本发明的一种实施例方式中，外部传感器10241为应力传感器，应力传感器为薄膜应变片。

外部传感器10241可以设置于电芯外壳上，用于检测单体电芯内部应变产生的电阻信号；外部传感器10241即薄膜应变片，可以检测单体电芯的内部因应力造成壳体应变产生的电阻信号。

在本发明的一种实施例方式中，如图2，应力采集电路1024还包括：放大电路10243、信号采集电路10246、数字逻辑电路10247、通信接口10248；

电桥电路10242与放大电路10243连接，放大电路10243用于对应变电压信号进行放大；

信号采集电路10246与放大电路10243连接，信号采集电路10246用于采集放大电路10243输出的应变电压信号并转换为数字信号形式；

需要说明的是，放大电路10243输出的是模拟信号形式的应变电压信号，信号采集电路10246采集到应变电压信号后可以将其转化为数字形式的应变电压信号。

数字逻辑电路10247与信号采集电路10246连接，数字逻辑电路10247用于将数字信号形式的应变电压信号进行优化调整；

本发明实施例中，数字逻辑电路10247可以对数字形式的应变电压信号进行优化调整，例如防混叠，SNR调整等，使得数字信号形式的应变电压信号更加稳定的输出。

通信接口10248与数字逻辑电路10247连接，通信接口10248用于将数字信号形式的应变电压信号传输至处理电路101。

在本发明的一种实施例方式中，应力采集电路1024还包括采集唤醒电路10244和唤醒参考电路10245；

信号采集电路10246还用于被唤醒后，采集放大电路10243输出的应变电压信号并转换为数字信号形式；

唤醒参考电路10245与数字逻辑电路10247连接，用于存储模拟信号形式的应力阈值，以及根据数字逻辑电路10247发送的数字信号形式的应变电压信号更新模拟信号形式的应力阈值；

采集唤醒电路10244分别与放大电路10243、唤醒参考电路10245、信号采集电路10246连接，用于比较放大后的应变电压信号与模拟信号形式的应力阈值，当放大后的应变电压信号超过模拟信号形式的应力阈值时，唤醒信号采集电路10246，并在采集结束后断开信号采集电路10246。

本发明实施例中，应力阈值指的是保护单体电芯不受破坏的应力值，初始状态下，处理电路101根据单体电芯的荷电状态设置应力阈值，即处理电路101通过通信接口10248、数字逻辑电路10247将数字化形式的应力阈值设置到唤醒参考模块10245中，唤醒参考模块10245中将数字化形式的应力阈值转化为模拟信号形式的应力阈值并进行存储。

采集唤醒电路10244分别与放大电路10243、唤醒参考电路10245、信号采集电路10246连接，用于比较放大后的应变电压信号与模拟信号形式的应力阈值，当放大后的应变电压信号超过应力阈值时，唤醒信号采集电路10244。

当放大后的应变电压信号大于模拟信号形式的应力阈值，即说明超过了单体电芯的应力安全阈值，采集唤醒电路10244可以导通信号采集电路10246，信号采集电路10246可以采集放大后的应变压信号发送至数字逻辑电路10247，数字逻辑电路10247对数字化形式的的应变电压信号进行优化调整，一方面发送至唤醒参考电路10245对模拟信号形式的应力阈值进行更新，另一方面将应变电压值(即单体电芯内部的压力)通过通信接口10248发送至处理电路101。

在本发明的一种实施例中方式中，处理电路101还用于设置唤醒参考电路10245中初始存储的应力阈值。

本发明实施例中，电芯开始使用的初始状态下，处理电路101可以通过通信接口10248、数字逻辑电路10247将初始情况下的应力阈值发送至唤醒参考电路10245后转变为模拟信号形式的应力阈值；

由于不同使用时间的单体电芯所能承受的应力不同，对应的初始情况下的应力阈值也不一样，处理电路101可以根据单体电芯的荷电状态设置相对应的应力阈值，当单体电芯内部的应力在安全阈值内，采集唤醒电路10244则处于休眠状态，当超过安全阈值才会解除休眠状态，使得在超过应力安全阈值时才进行采集，使得应力采集电路1024不需要全程采集单体电芯的应力参数，降低了整个芯片的运行功耗。

在本发明的一种实施例方式中，如图1中，电芯管理芯片10与上级控制电路20通过无线传输电路通信，所述电芯管理芯片还包括无线传输电路104，与所述处理电路101连接；上级控制电路20，可以是电芯管理系统CMS中的主控制电路；一个CMS可以与多个电芯管理芯片连接，无线传输电路104可以将单体电芯的工作参数，SOC等能代表电芯本身的信息发送给上级控制电路20；从而一个BMS可以实现监控多个单体电芯的运行状态，与现有技术中监控电池模组的运行状态相比，可以更加精确地识别到电池中发生异常工作状况的原因，提高了电池系统的安全性。

需要说明的是。无线传输电路104可以进行双向信号传输，上级控制电路也可以由无线传输电路104将控制信号发送给处理电路101，从而对单体电芯进行控制，在一种示例中，当上级控制电路20需要将某一电芯的状态由运行状态调整为休眠状态，可以通过无线传输电路104将控制信号发送至处理电路101，处理电路101接收到控制信号后控制电芯进入休眠状态，该无线控制节省了时间，与有线控制相比降低了功率。

本发明通过无线通信的方式传输数据，首先，减少了有线通信线束噪声耦合干扰需要的隔离器件以及电磁干扰(EMI，Electromagnetic Interference)/电磁兼容性(EMC，Electromagnetic compatibility)防护器件，一方面降低了电池采样板的复杂度，另一方面应用更加灵活；其次，无线通信相较于双绞线菊花链串行有线通信的方式，无线通信使得信息交互更加灵活方便、可自然实现时间同步测量、可支持更多的同步感应功能；再者，可以避免因线束的原因导致串行通信多串电池信息丢失的问题，提高了整车的安全性；最后在结构方面没有了复杂的线束和接插件可以提高设计的灵活性，使得维护更加简单方便。

在本发明的一种实施例方式中，无线传输电路104还用于根据处理电路101发送的信号切换不同的工作状态，不同的工作状态包括休眠状态、解除休眠状态、同步收发模式、低功耗模式。

在本发明实施例中，当单体电芯切换到休眠状态时，控制电路1013可以发送控制信号至无线传输电路104使其也进入休眠状态，还可以切换其他的工作状态，如解除休眠状态、同步收发模式、(Tx-only)只发不收工作模式、(Rx-only)只收不发工作模式。

需要说明的是，本发明中的无线传输电路，具有低功耗、短距离、高鲁棒性的特点，工作于ISM射频频段内。除此以外，发射功率可以根据发送距离进行不同功率等级内进行选择，降低了整个芯片的运行功耗。

如图3示出了本发明实施例中处理电路101的结构框图，在本发明的一种实施例方式中，处理电路101可以包括计算电路1011；

计算电路1011用于根据工作参数的参数值计算单体电芯的荷电状态SOC，根据SOC确定新的动态保护阈值，并储存至存储电路105中；

在本发明实施例中，工作参数可以是单体电芯的电压、温度、电流、应力，计算电路1011可以根据单体电芯的电压值、温度值、电流值、应力值中的至少一种计算出单体电芯的SOC，使得对电池状态的估算更加准确。计算电路中存储有预设映射关系，即不同的SOC对应的不同的动态保护阈值，该预设映射关系可以以数据表的形式存储，计算电路1011可以通过查数据表的方式确定新的动态保护阈值，例如当计算出的SOC为60％时，可以通过数据表查询到60％对应的单体电芯的动态保护阈值；基于此计算电路1011可以根据单体电芯的不同荷电状态确定单体电芯新的的动态保护阈值，如动态电压保护阈值、动态温度保护阈值等，并储存至动态保护电路105，并覆盖掉之前的动态保护阈值，从而实现对存储电路105中动态保护阈值的更新。

在本发明的一种实施例方式中，处理电路101还包括：报警电路1012；

报警电路1012用于比较工作参数的参数值与存储电路105中存储的针对工作参数的动态保护阈值，并根据比较结果向上级控制电路发送报警信息；

在本发明实施例中，报警电路1012可以将采集电路102采集到的工作参数的参数值与存储单元105在存储的动态保护阈值进行比较，例如，当工作参数包括电压参数，当电压值高于存储单元中前一时刻的动态电压保护阈值，则说明当前单体电芯的电压过压，报警电路1012则向控制电路1013或者上级控制电路20(即主控制电路)报警，从而当单体电芯异常工作时，可以由控制电路1013和上级控制电路20同时处理，避免控制电路1013或者上级控制电路20中的任一控制电路出现故障，也使得故障的处理效率提高。

在本发明的一种实施例方式中，报警电路1012还可以根据控制电路1013接收的上级控制电路发送的单体电芯的平均电压区间值，判断单体电芯的电压是否位于平均电压区间外，需要说明的是，正常情况下，单体电芯的平均电压区间为[1.8v-5.0v]。

在本发明的一种实施例方式中，处理电路101还包括：控制电路1013；

控制电路1013控制电路用于根据报警信息控制动态保护电路对单体电芯的工作状态进行调整。

控制电路1013可以接收报警电路1012发送的报警信息并进行处理，即控制动态保护电路106切换单体电芯的状态从而对单体电芯进行保护，例如当单体电芯的电压过压，控制电路1013控制单体电芯停止放电或者充电从而对单体电芯的电压进行保护。

在本发明的一种实施例方式中，工作参数还包括：电压、电流、温度中的至少一种，如图1所示，采集电路102包括电压采集电路1021、电流采集电路1022、温度采集电路1023中的至少一种；具体组合方式为哪一种，再此不做限定。

电压采集电路1021用于采集单体电芯的电压值；电流采集电路1022用于采集单体电芯的电流值；温度采集电路1023用于采集单体电芯的温度值。在本发明实施例方式中，电压采集电路1021可以采集单体电芯正负极两端的电势差，从而获得电压数值；电路采集电路1022通过电流感应器采集单体电芯的电流数值；

由于电芯内部在充放电过程和例常放电等过程会放出热量，不同时刻电芯的温度也会不同，温度采集电路1023通过热敏电阻来采集电芯的温度数值；

如图1，在本发明的一种实施例方式中，采集功能模102还包括复用通道选择器1025(MUX，Multiplexer)，MUX1025的一端分别与电压采集电路1021、电路采集电路1022、温度采集电路1023、应力采集电路1024连接，MUX1025的另一端与处理电路101连接；

处理电路101还用于向MUX1025发送选择指令；MUX1025用于根据选择指令，选择电压采集电路1021、电路采集电路1022、温度采集电路1023和应力采集电路中1024的任意一个向处理电路101传输单体电芯的工作参数的参数值。

MUX1025指的是在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，也称多路选择器或多路开关。本发明实施例中为复用NMOS或者PMOS开关。

选择指令指的是处理电路101发送的获取单体电芯的工作参数中的任一参数的指令，例如，MUX 1025接收到获取单体电芯的温度值选择指令后，开启温度采集电路1023回路，使得温度采集电路1023采集单体电芯的温度并发送至处理电路。

如图1，在本发明的一种实施例方式中，动态保护模106包括过压保护电路1062；

过压保护电路1062用于当单体电芯的电压值超过动态电压保护阈值时，控制单体电芯停止充电或放电。

动态电压保护阈值指的单体电芯最大的工作电压，在一种示例中，假设单体电压的动态电压保护阈值为4.3v，当单体电芯的电压超过4.3v，则说明单体电芯过压，一方面报警电路1012向上级控制电路20报警，另一方面过压保护电路1062控制单体电芯停止放电或充电。

在本发明的一种实施例方式中，动态保护模106还包括均衡电路1061，过温保护电路1063，过流保护电路1064，状态保护电路1065中的至少一种；

均衡电路1061用于当单体电芯的电压值位于预设平均电压值区间之外时，启动电压均衡策略，使得单体电芯的电压位于预设平均电压值区间；

预设平均电压值区间指的是每个单体电芯的平均电压的正常区间，当单体电芯的电压位于平均电压值区间外，则说明当前单体电芯的工作状态不正常，一方面报警电路1012向上级控制电路20报警，另一方面均衡电路1061将启动电压均衡策略，使各电芯电压保持一致，最大限度地增加电池的放电容量，延长电池的使用寿命。

过温保护电路1063用于当单体电芯的温度值超过动态温度保护阈值时，控制单体电芯进入休眠状态；

动态温度保护阈值即单体电芯所能承受最高的温度，正常情况下，单体电芯的温度应该不超过125摄氏度，即动态温度保护阈值为125摄氏度，当单体电芯采集的温度高于125摄氏度，则说明过温，一方面报警电路1012向上级控制电路报警，另一方面过温保护电路1063，启动电池热管理系统，降低电池温度，或者在超过允许的最高温度时，立即自动切断电路，控制单体电芯进入休眠状态。

过流保护电路1064用于当单体电芯的电流值超过动态电流保护阈值时，控制单体电芯停止充电或放电；

动态电流保护阈值即单体电芯所能承受最大的电流，正常情况下，单体电芯的电流不超过5A，即动态电流保护阈值初始状态下为5A，随着单体电芯的使用状态进行更新，在一种示例中，初始状态下，当单体电芯采集的电流高于5A，则表明过流，一方面报警电路1012向上级控制电路报警，另一方面过流保护电路1064控制单体电芯停止充电或放电行为。

本发明实施例中通过复用通道选择器MUX按照处理电路中控制电路的指令获取采集电路中任一采集单元的工作参数的参数值，可以根据控制电路的需求获取参数值；通过一个芯片监测一个单体电芯的状态，降低了一个单体电芯失效造成多串电池状态信息丢失的风险；本发明使用了无线传输技术，可以实现上级控制电路随时获取单个电芯的状态信息，进而实现电芯管理系统实时对每个电芯进行监测和管理，以及可避免因线束复杂的原因导致串行通信多串电池信息丢失，可以实现低功耗运行；通过处理电路实时估算单体电芯的状态参数，并根据使用状态确定单体电芯的动态保护阈值，能够实现实时获取单体电芯的动态保护阈值；通过动态保护电路使单体电芯一直在动态保护阈值内工作，以此实现高效率使用和保护电池，提高了电池的使用寿命。

本发明实施例还提供了一种电池系统，如图4示出了本发明实施例的电池系统，为在各个单体电芯上独立部署了AFE的集采集-控制-传输一体的电池系统；该电池系统包括多个电芯、与所述多个电芯一一连接的多个无线管理芯片以及电芯管理系统EMS；多个电芯可以组成电池模组，多个模组可以组成电池，每个电芯由单个无线管理芯片来监控和管理，EMS中的上级控制电路与无线管理芯片中的控制电路通过无线传输电路进行无线通信，降低了传统线束连接方式的复杂性，提高了通信的便利性，使得维护更加便捷。

本发明实施例还提供了一种车辆，如图5示出了本发明实施例的车辆，该车辆包括上述提供的电池系统为车辆供电。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者终端设备不仅包括那些要素，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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的无线管理芯片、电池系统、车辆，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (20)

1.一种电芯管理芯片，其特征在于，所述电芯管理芯片与单体电芯连接，所述电芯管理芯片包括处理电路，分别与所述处理电路连接的采集电路、电源、动态保护电路和存储电路；

所述采集电路用于采集所述单体电芯的工作参数的参数值并传输至所述处理电路；

所述电源用于为所述处理电路供电；

所述存储电路用于存储针对所述工作参数的动态保护阈值；

所述处理电路用于比较所述工作参数的参数值与所述动态保护阈值，根据比较结果控制所述动态保护电路对所述单体电芯的工作状态进行调整；以及根据所述工作参数的参数值确定所述单体电芯的荷电状态SOC，并根据所述SOC更新所述存储电路中存储的单体电芯的所述动态保护阈值；

所述动态保护电路，用于按照所述动态保护阈值调整所述单体电芯的工作状态。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述工作参数包括应力，所述采集电路包括：应力采集电路；

所述应力采集电路用于采集所述单体电芯的应力值。

3.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述动态保护电路包括状态保护电路；

所述状态保护电路用于当所述单体电芯的应力值大于动态应力保护阈值时，控制所述单体电芯停止充电或放电。

4.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述应力采集电路包括：电桥电路；

所述电桥电路与所述单体电芯通过外部传感器连接，所述电桥电路用于根据所述外部传感器检测的单体电芯内部应变信息，确定应变电压信号。

5.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述外部传感器为应力传感器，所述应力传感器为薄膜应变片。

6.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述薄膜应变片设置于所述单体电芯的外壳上。

7.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述应力采集电路还包括：放大电路、信号采集电路、数字逻辑电路、通信接口；

所述电桥电路与所述放大电路连接，所述放大电路用于对所述应变电压信号进行放大；

所述信号采集电路与所述放大电路连接，所述信号采集电路用于采集所述放大电路输出的所述应变电压信号并转换为数字信号形式；

所述数字逻辑电路与所述信号采集电路连接，所述数字逻辑电路用于将所述数字信号形式的应变电压信号进行优化调整；

所述通信接口与所述数字逻辑电路连接，所述通信接口用于将所述数字信号形式的应变电压信号传输至所述处理电路。

8.根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述应力采集电路还包括采集唤醒电路和唤醒参考电路；

所述信号采集电路还用于被唤醒后，采集所述放大电路输出的所述应变电压信号并转换为数字信号形式；

所述唤醒参考电路与所述数字逻辑电路连接，用于存储模拟信号形式的应力阈值，以及根据所述数字逻辑电路发送的所述数字信号形式的应变电压信号更新所述模拟信号形式的应力阈值；

所述采集唤醒电路分别与所述放大电路、所述唤醒参考电路、所述信号采集电路连接，用于比较所述放大后的应变电压信号与所述模拟信号形式的应力阈值，当所述放大后的应变电压信号超过所述模拟信号形式的应力阈值时，唤醒所述信号采集电路，并在采集结束后断开所述信号采集电路。

9.根据权利要求8所述的芯片，其特征在于，所述处理电路还用于设置所述唤醒参考电路中初始存储的应力阈值。

10.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述电芯管理芯片与上级控制电路通过无线传输电路通信，所述电芯管理芯片还包括无线传输电路，与所述处理电路连接；

所述无线传输电路用于与所述上级控制电路进行无线数据传输。

11.根据权利要求10所述的芯片，其特征在于，所述无线传输电路还用于根据所述处理电路发送的信号切换不同的工作状态，所述不同的工作状态包括休眠状态、解除休眠状态、同步收发模式、低功耗模式。

12.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述处理电路包括计算电路；

所述计算电路用于根据所述工作参数的参数值计算所述单体电芯的荷电状态SOC，根据所述SOC确定新的所述动态保护阈值，并储存至所述存储电路中。

13.根据权利要求12所述的芯片，其特征在于，所述处理电路还包括报警电路；

所述报警电路用于比较所述工作参数的参数值与所述存储电路中存储的针对所述工作参数的动态保护阈值，并根据比较结果向上级控制电路发送报警信息。

14.根据权利要求13所述的芯片，其特征在于，所述处理电路还包括控制电路，所述控制电路用于根据所述报警信息控制所述动态保护电路对所述单体电芯的工作状态进行调整。

15.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述工作参数还包括：电压、电流、温度中的至少一种，所述采集电路包括电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路中的至少一种；

所述电压采集电路用于采集所述单体电芯的电压值；

所述电流采集电路用于采集所述单体电芯的电流值；

所述温度采集电路用于采集所述单体电芯的温度值。

16.根据权利要求15所述的芯片，其特征在于，所述采集电路包括复用通道选择器MUX，所述MUX的一端分别与所述电压采集电路、所述电流采集电路、所述温度采集电路、所述应力采集电路连接，所述MUX的另一端与所述处理电路连接；

所述处理电路还用于向所述MUX发送选择指令；

所述MUX用于根据所述选择指令，选择所述电压采集电路、所述电流采集电路、所述温度采集电路和所述应力采集电路中的任意一个向所述处理电路传输所述单体电芯的工作参数的参数值。

17.根据权利要求15所述的芯片，其特征在于，所述动态保护电路包括过压保护电路；

所述过压保护电路用于当所述单体电芯的电压值超过动态电压保护阈值时，控制单体电芯停止充电或放电。

18.根据权利要求15所述的芯片，其特征在于，所述动态保护电路还包括均衡电路、过温保护电路、过流保护电路中的至少一种；

所述均衡电路用于当所述单体电芯的电压值位于预设平均电压值区间之外时，启动电压均衡策略，使得所述单体电芯的电压位于所述预设平均电压值区间；

所述过温保护电路用于当所述单体电芯的温度值超过动态温度保护阈值时，控制所述单体电芯进入休眠状态；

所述过流保护电路用于当所述单体电芯的电流值超过动态电流保护阈值时，控制所述单体电芯停止充电或放电。

19.一种电池系统，其特征在于，包括多个电芯、如权利要求1-18任意一项所述的电芯管理芯片和电芯管理系统。

20.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求19所述的电池系统。