CN117650296A - 电池管理系统、管理方法及储能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池管理系统、管理方法及储能装置，其中电池管理系统包括微控制单元和采集单元，微控制单元用于接收和/或发送控制信号，采集单元用于采集电芯参数，采集单元两端与微控制单元连接，采集单元包括至少一个电芯管理单元，每个电芯管理单元具有模拟前端，模拟前端用于连接一个电芯，采集电芯参数；微控制单元具有两个，电芯管理单元具有两组，每组电芯管理单元连接一个微控制单元，同时两个微控制单元共享参数信号和控制信号。本发明中电池管理系统能够对每一个电芯进行管理，使得各个部件的工作负荷更加均衡，降低了从控失效的风险，且能够充分利用两个微控制单元，使得系统运行更加安全可靠。

Description

电池管理系统、管理方法及储能装置

技术领域

本发明主要涉及电池优化及管理技术领域，尤其涉及一种电池管理系统、管理方法及储能装置。

背景技术

近年来，储能产业迎来爆发式增长。相较于其他储能技术，由于生产技术的快速进步、制造成本的逐步下降等因素，锂离子电池具备更显著的竞争力，在储能领域的市场渗透率越来越高。作为对电池进行监控和管理的电子装置，电池管理系统（Battery ManagementSystem，BMS）是储能系统的核心部件之一，能够对电池进行监控与控制的系统，将采集的电池信息实时反馈给用户，同时根据采集的信息调节参数，充分发挥电池的性能。电池管理系统能够智能化管理及维护各个电池单元，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，其功能安全关系到整个锂离子储能电站的安全稳定运行。

在储能系统中，BMS通常采用三级架构（从控（BMU）、主控（BCU）、总控（BAU）），实现从电池模组（pack）-簇-堆的分级管理和控制。通常BMU的功能主要是实现电池单体电压、温度的采集，负责电池均衡策略的执行。现有的储能电芯尺寸越来越大、容量也越来越高，因此对单体电芯的精细化管理要求也随之提高，但现有三级架构的电池管理系统无法对无模组的储能装置进行精细化管理，且BMU在电池管理系统中的任务也越来越重，所以BMU失效的几率也最大。

此外，目前的电池管理系统采用的双微控制单元主要集中在双微控制单元独立运行。在双微控制单元形式中，电池管理系统通过接插件和数据采集线连接到电池组，获取电芯的电压、温度等参数，并输入到第一微控制单元进行数据处理，通过控制输出接口实现对外设（外部设备）的控制和保护。而第二微控制单元监控第一微控制单元的运行状态、控制状态与健康状态，当第一微控制单元出现异常或失效时，第二微控制单元启动，接管第一微控制单元的工作，使电池管理系统继续正常运行，提高电池管理系统的安全等级和可靠性。这种双微控制单元独立运行的方式存在以下不足：1）电池管理系统并未完全启用第二微控制单元的作用，仅将其作为备用，存在资源浪费；2）外设控制主要是通过一控一模式，也就是单微控制单元控制外设，未实现双控，增加了系统危险性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电池管理系统、管理方法及储能装置，能够对每一个电芯进行管理，将现有从控对整个电池包集中管理分散给每个电芯管理单元进行管理，使得各个部件的工作负荷更加均衡，解决了现有电池管理系统中从控易失效的问题，且能够充分利用两个微控制单元，系统运行更加安全可靠。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种电池管理系统，包括：微控制单元和采集单元，所述微控制单元用于接收和/或发送控制信号，所述采集单元用于采集电芯参数，其中，所述采集单元两端与所述微控制单元连接，所述采集单元包括至少一个电芯管理单元，每个所述电芯管理单元具有模拟前端，所述模拟前端用于连接一个电芯，采集电芯参数；所述微控制单元包括第一微控制单元和第二微控制单元，所述电芯管理单元包括第一组电芯管理单元和第二组电芯管理单元，其中第一组电芯管理单元连接至所述第一微控制单元；第二组电芯管理单元连接至所述第二微控制单元；所述第一组电芯管理单元中每个电芯管理单元用于连接一个电芯，第二组电芯管理单元中每个电芯管理单元用于连接一个电芯，以对所述电芯参数进行采集；所述第一微控制单元与所述第二微控制单元连接，所述第一微控制单元与所述第二微控制单元共享参数信号和控制信号。

可选地，所述参数信号包括电芯参数和模拟前端识别码，所述控制信号包括外部设备控制信号和采集单元控制信号。

可选地，还包括第一隔离变压器和第二隔离变压器；在所述第一组电芯管理单元中，首尾两个所述电芯管理单元分别通过一个第一隔离变压器连接到所述第一微控制单元；相邻两个所述电芯管理单元之间连接有所述第一隔离变压器；在所述第二组电芯管理单元中，首尾两个所述电芯管理单元分别通过一个第二隔离变压器连接到所述第二微控制单元；相邻两个所述电芯管理单元之间连接有所述第二隔离变压器。

可选地，还包括第一桥接单元和第二桥接单元；在所述第一组电芯管理单元中，首尾两端的所述第一隔离变压器分别通过一个第一桥接单元与所述第一微控制单元相连接；在所述第二组电芯管理单元中，首尾两端的所述第二隔离变压器分别通过一个第二桥接单元与所述第二微控制单元相连接。

可选地，所述第一桥接单元和所述第二桥接单元采用双通道SPI桥接电路。

可选地，所述第一微控制单元和/或所述第二微控制单元的信号输入输出端连接有上拉电阻。

可选地，所述第一桥接单元和/或第二桥接单元与微控制单元相连的信号输入输出端连接有限流电阻或电感。

可选地，所述第一桥接单元和/或第二桥接单元与电芯管理单元相连的信号输入输出端连接瞬态电压抑制二极管的一端，所述瞬态电压抑制二极管的另一端接地。

可选地，还包括存储单元，所述存储单元分别连接所述第一微控制单元和所述第二微控制单元，用于存储所述参数信号和所述控制信号。

可选地，所述第一微控制单元与所述第二微控制单元之间采用串行或并行通信连接。

可选地，所述电芯管理单元还设置有MOS管，所述MOS管与所述模拟前端连接，用于在所述MOS管开启时，旁路与所述电芯管理单元相连的电芯。

第二方面，本发明提供了一种储能装置，所述储能装置包括至少一个由若干电芯串联构成的电池簇，还包括如第一方面所述的电池管理系统，所述电池管理系统中每个模拟前端连接一个电芯。

第三方面，本发明提供了一种电池管理方法，应用于如第一方面所述的电池管理系统，包括：接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括模拟前端识别码以及所述模拟前端对应的电芯参数；根据所述参数判断电池管理系统运行状况；根据所述运行状况控制所述电池管理系统及控制外部设备，其中控制所述外部设备包括接收和/或发送控制信号，所述控制信号用于控制外部设备。

第四方面，本发明提供了一种电池管理方法，应用于如第一方面所述的电池管理系统，包括：接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括模拟前端识别码以及所述模拟前端对应的电芯参数；根据所述参数判断电池管理系统运行状况；根据所述运行状况控制所述电池管理系统；当所述微控制单元接收的参数中存在模拟前端识别码并且没有电芯参数时，电芯失效；所述微控制单元通过与所述模拟前端连接的MOS管控制电芯与主回路旁路。

可选地，根据所述参数判断电池管理系统运行状况还包括：当所述采集单元采集的参数中所述模拟前端识别码的数量小于所述采集单元中模拟前端的数量时，对比采集参数中返回的模拟前端识别码与是采集单元中模拟前端的识别码，确定该模拟前端失效；并控制外部设备告警提示该模拟前端失效。

第五方面，本发明提供了一种电池管理方法，应用于如第一方面所述的电池管理系统，包括：接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括第一微控制单元接收的第一组电芯管理单元采集的参数，第二微控制单元接收的第二组电芯管理单元采集的参数；所述第一微控制单元与所述第二微控制单元共享参数信号和控制信号；根据所述参数判断电池管理系统运行状况；根据所述运行状况控制所述电池管理系统；当所述第一微控制单元检测到不能访问所述第二微控制单元的数据时，所述第一微控制单元控制外部设备与所述第二微控制单元断开，将与所述第二微控制单元连接的电芯断开主回路；当所述第二微控制单元检测到不能访问所述第一微控制单元的数据时，所述第二微控制单元控制外部设备与所述第一微控制单元断开，将与所述第一微控制单元连接的电芯断开主回路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：采集单元中各电芯管理单元与电芯直接连接，对电芯直接进行管理，相对于现有的电池管理系统采用一个从控对一个电池包中所有电芯集中控制，本电池管理系统采用一个电芯管理单元对一个电芯进行精细化管理，将现有从控对整个电池包集中管理分散给每个电芯管理单元进行管理，使得各个部件的工作负荷更加均衡，解决了现有电池管理系统中从控易失效的问题。此外，通过设置第一微控制单元、第二微控制单元和两组电芯管理单元，第一微控制单元与第二微控制单元连接，第一微控制单元与第二微控制单元共享参数信号和控制信号，进而电池管理系统在正常工作时，能够同时利用两个微控制单元控制电芯管理单元对所有电芯进行数据采集、对电芯进行均衡以及对外部设备进行控制等工作，充分发挥两个微控制单元的效用，而当其中一个微控制单元异常时，另一个微控制单元也能够保持电池管理系统正常运行，使电池管理系统的运行更加安全可靠。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。附图中：

图1是本发明一实施例电池管理系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例电池管理系统中第一组电芯管理单元的电路连接示意图；

图3是本发明一实施例电池管理系统中第二组电芯管理单元的电路连示意图；

图4是本发明一实施例电池管理系统中电芯管理单元的电路示意图；

图5是本发明一实施例电池管理系统中第一微控制单元与电芯管理单元之间的电路连接示意图；

图6是本发明一实施例电池管理系统中第二微控制单元与电芯管理单元之间的电路连接示意图；

图7是本发明一实施例电池管理方法的一种流程示意图；

图8是本发明一实施例电池管理方法的另一种流程示意图；

图9是本发明一实施例电池管理方法的又一种流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

本发明一实施例提供了一种电池管理系统，包括微控制单元和采集单元，微控制单元用于接收和/或发送控制信号，采集单元用于采集电芯参数，其中，采集单元两端与微控制单元连接，采集单元包括至少一个电芯管理单元，每个电芯管理单元具有模拟前端，模拟前端用于连接一个电芯，采集电芯参数；微控制单元包括第一微控制单元和第二微控制单元，电芯管理单元包括第一组电芯管理单元和第二组电芯管理单元，其中第一组电芯管理单元连接至第一微控制单元；第二组电芯管理单元连接至第二微控制单元；第一组电芯管理单元中每个电芯管理单元用于连接一个电芯，第二组电芯管理单元中每个电芯管理单元用于连接一个电芯，以对电芯参数进行采集；第一微控制单元与第二微控制单元连接，第一微控制单元与第二微控制单元共享参数信号和控制信号。

进一步地，参数信号包括电芯参数和模拟前端识别码，控制信号包括外部设备控制信号和采集单元控制信号。

在本实施例中，每个电芯管理单元管理一个电芯，细化了管理颗粒度，从对每个电池模组/电池包的管理实现了对单个电芯的直接管理，实现电芯的精细化管理，有效地应对储能系统的效能与安全问题。减少了电池管理系统中从控的管理压力，降低了从控失效的风险，使得系统运行更加安全可靠。

本实施例所采用的电芯管理单元为单电芯管理单元，即每一个电芯具有一个电芯管理单元，而一个电芯管理单元仅采集一个电芯的参数，不需要单独设计电芯管理单元的控制模块和采集模块，每个电芯管理单元能独立采集电芯的电压、内阻、温度等数据，系统总成本得以降低。

在本实施例中，电池管理系统采用了双微控制单元（MCU）架构，包括第一微控制单元和第二微控制单元，两个微控制单元各有所长，同时运行而非切换使用，避免资源浪费，相较于传统方案节省了半数微控制单元，增加了电池管理系统的器件利用率。在对外部设备的控制上，第一微控制单元和第二微控制单元能够同时控制，即使某一个微控制单元失效，外部设备仍能被有效控制，保护电池管理系统安全。示例性的，若第一微控制单元失效，由于第一微控制单元和第二微控制单元实时共享参数信号和控制信号，因此第二微控制单元能够通过控制信息对外部设备进行有效控制，保护电池管理系统安全。同样，若第二微控制单元失效，第一微控制单元也能对外部设备进行有效控制。

图1是本发明一实施例电池管理系统的结构示意图，参考图1所示，电池管理系统包括第一微控制单元和第二微控制单元，第一微控制单元和第二微控制单元可同时进行以下工作，控制其对应的电芯管理单元对电芯进行数据（参数信号）采集。在本实施例中，电池簇分为两个部分：BAT_M（主电池簇部分，由一部分电芯组成）和BAT_S（从电池簇部分，由剩余电芯组成），其中，第一微控制单元控制其对应的第一组电芯管理单元，对BAT_M的电芯电压、温度等参数进行获取，也对电芯电压、温度等参数的采集精度进行计算，第二微控制单元控制其对应的第二组电芯管理单元，对BAT_S的电芯电压、温度等参数进行获取，也对相应的电芯电压、温度等参数的采集精度进行计算。第一微控制单元与第二微控制单元之间通信连接，可实现数据实时交互，互相监控对方的工作状态，即使其中一个微控制单元失效，另一个微控制单元能够正常工作，则电池管理系统仍可继续运行，增强了系统安全性。

在本实施例中，采用菊花链通信技术的集中式电池管理系统，在成本上比原分布式架构电池管理系统更具优势，菊花链通信取消了主从版上的CAN（Controller AreaNetwork，控制器局域网络）芯片，取而代之的是转换芯片，这些转换芯片的成本比CAN芯片更有优势。

图2是本发明一实施例电池管理系统中第一组电芯管理单元的电路连接示意图，图3是本发明一实施例电池管理系统中第二组电芯管理单元的电路连示意图，实际上，图2和图3中所有的电芯是串联在一起的，为了方便展示，本实施例将第一微控制单元与第二微控制单元分开表示。参考图2和图3所示，电池管理系统的微控制单元（如第一微控制单元和第二微控制单元）可通过通信转换芯片将信号转换为差分信号，其以差分信号的形式与第一个电芯管理单元进行通信，差分信号从第一个电芯管理单元出来后，依次进入后序的电芯管理单元，这样微控制单元最终得以与所有电芯管理单元通信。在本实施例中，串行通信信号转换为菊花链差分通信信号，有效地增强了电池管理系统的鲁棒性和抗干扰能力。

作为一种优选方式，第一组电芯管理单元采集电池簇中一半数量的电芯参数，第二组电芯管理单元采集电池簇中另一半数量的电芯参数，进而可以在电池管理系统正常运行时，最为充分和协调地发挥两个微控制单元的控制功能、数据接收和发送功能、电芯均衡功能等，使电池管理系统的运行效率更高。

在本实施例中，第一微控制单元与第二微控制单元之间可以采用串行总线连接，如SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）连接，实现数据交互，也可以使用并行通信连接，实现数据交互。

示例性的，电池管理系统采用双微控制单元形式，第一微控制单元负责电池管理系统所有数据处理和控制电芯管理单元采集一半电芯参数，第二微控制单元负责控制电芯管理单元采集另一半电芯参数，第二微控制单元将其接收到的数据进行处理后通过通信接口传输给第一微控制单元，由第一微控制单元统一完成数据精度判断、SOC（State ofCharge荷电状态）计算、系统状态判断等，且第一微控制单元和第二微控制单元同时控制外部设备的两个引脚，当第一微控制单元损坏或第二微控制单元失效时，另一微控制单元也可控制外部设备，保护外部设备安全。

参考图2和图3所示，所有电芯通过正负极串联构成一个电池簇，电池簇由416节电芯构成，其直流电压为1500V，第一微控制单元和第二微控制单元分别负责下路和上路各208节电芯电压、温度等数据获取。电池簇的总负端BAT-到总正端BAT+被分成两个部分，其中1500V的电池簇共有416节电芯组成，故图中n代表208，即第一微控制单元管理CELL_M1，CELL_M2，……CELL_Mn的下208节电芯，第二微控制单元管理CELL_S1，CELL_S2，……CELL_Sn的上208节电芯。

现有的电池管理系统中，一个BMU（从控）管理一个电池包，无法对每一个电芯进行精细化管理，当监测到某个电芯故障时，只能对整个电池包或者整个电池簇、甚至是整个储能装置进行停机处理，对于系统运行造成较大影响。

基于上述考虑，在一示例中，电芯管理单元还设置有MOS管，MOS管与模拟前端连接，用于在MOS管开启时，旁路与电芯管理单元相连的电芯。如图2和图3所示，电芯CELL_M1、CELL_M2、CELL_Mn对应的MOS管分别为Q_M1、Q_M2、Q_Mn，电芯CELL_S1、CELL_S2、CELL_Sn对应的MOS管分别为Q_S1、Q_S2、Q_Sn。

示例性的，参考图4所示，图4是本发明一实施例电池管理系统中电芯管理单元的电路示意图，电芯管理单元（包括AFE芯片）通过VBAT和VSS接入电芯的正负极，为芯片工作提供电源；VCH和VCL是芯片电压采集口；VCHR和VCLR是芯片采集电芯内阻的功能接口；VSW用于电芯故障时的旁路功能使用，连接MOS管；内置测温模块，可采集电芯温度数据；VBAT_FIL为电芯故障输出引脚、VHP为过压保护引脚，而IMA、IMB和IPA、IPB分别构成两通道差分通信功能接口。基于上述电路，当某节电芯出现欠压或故障时，第一微控制单元或第二微控制单元可通过控制电芯管理单元开启MOS管Q，将对应故障电芯进行旁路，而不影响电池管理系统的正常运行，能够增强系统鲁棒性。

在一示例中，电池管理系统还包括第一隔离变压器和第二隔离变压器；在第一组电芯管理单元中，首尾两个电芯管理单元分别通过一个第一隔离变压器连接到第一微控制单元，相邻两个电芯管理单元之间连接有第一隔离变压器；在第二组电芯管理单元中，首尾两个电芯管理单元分别通过一个第二隔离变压器连接到第二微控制单元；相邻两个电芯管理单元之间连接有第二隔离变压器。通常情况下，电芯管理单元之间需要隔离通信，使用的隔离器件常是隔离变压器或高压电容。

在一示例中，电池管理系统还包括第一桥接单元和第二桥接单元；在第一组电芯管理单元中，首尾两端的第一隔离变压器分别通过一个第一桥接单元与第一微控制单元相连接，在第二组电芯管理单元中，首尾两端的第二隔离变压器分别通过一个第二桥接单元与第二微控制单元相连接。

更优化地，第一桥接单元和第二桥接单元可以采用双通道SPI桥接电路。示例性的，以芯片DNB1168作为第一桥接单元或第二桥接单元（桥接单元具有桥接芯片），连接在第一微控制单元或第二微控制单元和电芯管理单元之间，提供双向环网SPI通信，并利用脉冲通信变压器进行串接，实现良好的电气隔离和数据传输。

采用图4所示电芯管理单元，以芯片DNB1168作为第一桥接单元的桥接芯片，参考图2所示，首个电芯管理单元的通信端口IPA和IPB接到第一隔离变压器，第一隔离变压器的另一侧连接到桥接芯片，桥接芯片将菊花链通信的差分信号转换成SPI通信信号，实现与第一微控制单元数据交互。末位电芯管理单元的通信端口IMA和IMB接到另一个第一隔离变压器，此第一隔离变压器的另一侧连接到另一个桥接芯片，此桥接芯片将菊花链通信的差分信号转换成SPI通信信号，实现与第一微控制单元数据交互。电芯管理单元间通过第一隔离变压器或电容等构成通信通道，由此电芯管理单元之间通过IPA、IPB和IMA、IMB互通，并接到第一微控制单元，实现下208节电芯的菊花链串行通信。能够理解的是，第二微控制单元亦可以通过以上方式实现上208节电芯的串行通信，在此不再赘述。

当电池簇上百节电芯串联后，第一微控制单元或第二微控制单元输出SPI通信指令经通信桥接芯片（如芯片DNB1168）、隔离变压器传输到首个电芯管理单元的通信端口后，首节电芯数据将被打包推到第二节电芯管理单元，第二节电芯管理单元收集电芯参数后联合第一节数据打包推到第三节电芯管理单元，如此类推，直到最后一节的电芯管理单元，最后被终端桥接芯片(如芯片DNB1168）接收，并转化为SPI通信信号输入到第一微控制单元/第二微控制单元中，至此所有电芯参数（包括电芯电压、温度、内阻等)将被第一微控制单元/第二微控制单元获取，该通信电路设计成菊花链环网，第一微控制单元/第二微控制单元亦可从终端电芯管理单元至首个电芯管理单元进行所有电芯参数获取。当该环网通信拓扑电路中某个电芯管理单元的通信口出现断链时，第一微控制单元/第二微控制单元可从两端同时下发指令，从两端分别获取所有电芯参数，消除了断路造成数据获取不完整的影响。

在一示例中，第一微控制单元和/或第二微控制单元的信号输入输出端连接有上拉电阻。

在一示例中，第一桥接单元和/或第二桥接单元与微控制单元相连的信号输入输出端连接有限流电阻或电感。

在一示例中，第一桥接单元和/或第二桥接单元与电芯管理单元相连的信号输入输出端连接瞬态电压抑制二极管（TVS管）的一端，瞬态电压抑制二极管的另一端接地。

图5是本发明一实施例电池管理系统中第一微控制单元与电芯管理单元之间的电路连接示意图，图6是本发明一实施例电池管理系统中第二微控制单元与电芯管理单元之间的电路连接示意图，参考图5和图6所示，微控制单元（第一微控制单元或第二微控制单元）引出两路SPI通信信号与桥接电路UB1和UB2连接，微控制单元通过4条通信线与桥接单元连接，其中CS_BF1代表桥接单元UB1的SPI通信的片选信号线，MOSI_BF1代表桥接单元UB1的SPI通信的主出从入信号线，SCK_BF1代表桥接单元UB1的SPI通信的时钟信号线，MISO_BF1代表桥接单元UB1的SPI通信的主入从出信号线；CS_BF2代表桥接单元UB2的SPI通信的片选信号线，MOSI_BF2代表桥接单元UB2的SPI通信的主出从入信号线，SCK_BF2代表桥接单元UB2的SPI通信的时钟信号线，MISO_BF2代表桥接单元UB2的SPI通信的主入从出信号线。为了保证信号的初始状态，在微控制单元的信号输入输出端连接有上拉电阻，如电阻RB1\RB2\RB3\RB4，以及电阻RB7\RB8\RB9\RB10。

为保护桥接芯片端口，桥接芯片与微控制单元相连的信号输入输出端连接有限流电阻或电感，如桥接芯片UB1设置的电阻RB5\RB6、电感LV1，桥接芯片UB2设置的电阻RB11\RB12、电感LV2。

在桥接芯片信号输入输出端DIOTO，为保证差分通信信号长距离传输及电气隔离特性，本实施例的隔离变压器TB1和TB2的线圈匝数比可以设置为1：1，所示隔离变压器还可以具有高频、带共模抑制等性能，实现与电芯管理单元的数据交互。

继续参考图5和图6所示，为了保护桥接芯片的信号输入输出端口，设置有瞬态电压抑制二极管（TVS管）。桥接芯片与电芯管理单元相连的信号输入输出端连接TVS管的一端，TVS管的另一端接地，如桥接芯片UB1设置的TVS管ZD1\ZD2，桥接芯片UB2设置的TVS管ZD3\ZD4。通过设置TVS管，有效抵制浪涌冲击，避免损坏桥接芯片。

在一示例中，电池管理系统还包括存储单元，存储单元分别连接第一微控制单元和第二微控制单元，用于存储参数信号和控制信号。

在一些情况下，微控制单元主要包括控制器、运算器和寄存器，并未有存储单元，因此有必要单独设置存储单元，用于存储参数信号和控制信号。在电池管理系统设置有储存单元后，本实施例中BAT_M的电芯电压、温度等参数采集和传输由电芯管理单元通过菊花链通信来实现，并借助第一桥接单元与第一微控制单元实现信号转换，从而对电芯电压、温度等参数的采集精度进行计算，并将特征数据转到存储单元中。BAT_S的电芯电压、温度等参数采集和传输由另一回路中电芯管理单元通过菊花链通信来实现，并借助第二桥接单元与第二微控制单元实现信号转换，从而对电芯电压、温度等参数的采集精度进行计算，并将特征数据也转到存储单元中。当需要对存储单元进行读取或写入数据时，第一微控制单元或第二微控制单元通过串行或并行通信进行数据读写操作。

本实施例提供的电池管理系统，采集单元中各电芯管理单元与电芯直接连接，对电芯直接进行管理，相对于现有的电池管理系统采用一个从控对一个电池包中所有电芯集中控制，本电池管理系统采用一个电芯管理单元对一个电芯进行精细化管理，将现有从控对整个电池包集中管理分散给每个电芯管理单元进行管理，使得各个部件的工作负荷更加均衡，解决了现有电池管理系统中从控易失效的问题。此外，通过设置有第一微控制单元、第二微控制单元和两组电芯管理单元，第一微控制单元与第二微控制单元连接，第一微控制单元与第二微控制单元共享参数信号和控制信号，进而电池管理系统在正常工作时，能够同时利用两个微控制单元控制电芯管理单元对所有电芯进行数据采集、对电芯进行均衡以及对外部设备进行控制等工作，充分发挥两个微控制单元的效用，而当其中一个微控制单元异常时，另一个微控制单元也能够保持电池管理系统正常运行，使电池管理系统的运行更加安全可靠。

本发明另一实施例提供了一种储能装置，其包括至少一个由若干电芯串联构成的电池簇，还包括如前述实施例所示的电池管理系统，电池管理系统中每个模拟前端连接一个电芯。本实施例电池管理系统中相关单元或模块的具体细节可以参考前述实施例，在此不再展开，此外，所示储能装置的其他必要部件或组件在此不再赘述。

本实施例提供的储能装置，由于具有改进的电池管理系统，采集单元中各电芯管理单元与电芯直接连接，对电芯直接进行管理，能够更加精细化地管理电芯，使得各个部件的工作负荷更加均衡，解决了现有电池管理系统中从控易失效的问题，且能够充分利用两个微控制单元，系统运行更加安全可靠。

本发明另一实施例提供了一种电池管理方法，参考图7所示，可应用于前述实施例的电池管理系统，方法700包括：S710、接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括模拟前端识别码以及所述模拟前端对应的电芯参数；S720、根据所述参数判断电池管理系统运行状况；S730、根据所述运行状况控制所述电池管理系统及控制外部设备，其中控制所述外部设备包括接收和/或发送控制信号，所述控制信号用于控制外部设备。

本实施例提供的电池管理方法，其中采集单元可以对电芯直接进行管理，更加精细化地管理电芯，以便采集电芯参数并根据参数判断电池管理系统运行状况，电池管理效率更高，也降低了电池管理系统失效风险。

本发明另一实施例提供了一种电池管理方法，参考图8所示，可应用于前述实施例的电池管理系统，方法800包括：S810、接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括模拟前端识别码以及所述模拟前端对应的电芯参数；S820、根据所述参数判断电池管理系统运行状况；S830、根据所述运行状况控制所述电池管理系统；当所述微控制单元接收的参数中存在模拟前端识别码并且没有电芯参数时，电芯失效；所述微控制单元通过与所述模拟前端连接的MOS管控制电芯与主回路旁路。

在本实施例中，正常情况下，微控制单元接收到的是一个对应的模拟前端的识别码、电芯对应的识别码、电芯的温度、电压、电流等数据。当某个电芯异常，则微控制单元接收到的参数只有一个模拟前端的识别码，没有电芯参数。可以通过采集的参数判断是否存在异常，当电芯异常时，微控制单元控制MOS管，通过MOS管将故障电芯旁路，其它电芯继续工作。

在一示例中，根据参数判断电池管理系统运行状况还包括当采集单元采集的参数中模拟前端识别码的数量小于采集单元中模拟前端的数量时，对比采集参数中返回的模拟前端识别码与是采集单元中模拟前端的识别码，确定该模拟前端失效，并控制外部设备告警提示该模拟前端失效。

在本实施例中，若某个模拟前端异常，异常的模拟前端不对电芯进行参数采集，所以就采集不到该模拟前端的数据。例如，若有10个模拟前端，某个模拟前端坏掉了，电芯继续工作，但是返回的数据只有9个，这种情况通过对比缺少哪个模拟前端的识别码就能确定是哪一个模拟前端坏掉了；当判定模拟前端坏掉时，电池管理系统会进行报警，并提示损坏的模拟前端的识别码。

执行本实施例方法的电池管理系统的其他细节可以参考前述实施例，在此不再展开。

本实施例提供的电池管理方法，可以有效判断出电池管理系统存在的电芯异常和模拟前端异常情况，在电芯失效时，微控制单元通过与模拟前端连接的MOS管控制电芯与主回路旁路，在模拟前端异常时，控制外部设备告警提示该模拟前端失效，使电池管理系统的运行更加安全可靠。

本发明另一实施例提供了一种电池管理方法，参考图9所示，可应用于前述实施例的电池管理系统，方法900包括：S910、接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括第一微控制单元接收的第一组电芯管理单元采集的参数，第二微控制单元接收的第二组电芯管理单元采集的参数；所述第一微控制单元与所述第二微控制单元共享参数信号和控制信号；S920、根据所述参数判断电池管理系统运行状况；S930、根据所述运行状况控制所述电池管理系统；当所述第一微控制单元检测到不能访问所述第二微控制单元的数据时，所述第一微控制单元控制外部设备与所述第二微控制单元断开，将与所述第二微控制单元连接的电芯断开主回路；当所述第二微控制单元检测到不能访问所述第一微控制单元的数据时，所述第二微控制单元控制外部设备与所述第一微控制单元断开，将与所述第一微控制单元连接的电芯断开主回路。

执行本实施例方法的电池管理系统的其他细节可以参考前述实施例，在此不再展开。

本实施例提供的电池管理方法，在正常工作时，能够同时利用两个微控制单元控制电芯管理单元对所有电芯进行数据采集、对电芯进行均衡以及对外部设备进行控制等工作，充分发挥两个微控制单元的效用，而当其中一个微控制单元异常时，另一个微控制单元也能够保持电池管理系统正常运行，使电池管理系统的运行更加安全可靠。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件（包括固件、常驻软件、微码等）执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）、数字信号处理器件（DAPD）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、处理器、控制器、微控制单元、微控制单元或者其组合。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种电池管理系统，其特征在于，包括：微控制单元和采集单元，所述微控制单元用于接收和/或发送控制信号，所述采集单元用于采集电芯参数，其中，

所述采集单元两端与所述微控制单元连接，所述采集单元包括至少一个电芯管理单元，每个所述电芯管理单元具有模拟前端，所述模拟前端用于连接一个电芯，采集电芯参数；

所述微控制单元包括第一微控制单元和第二微控制单元，所述电芯管理单元包括第一组电芯管理单元和第二组电芯管理单元，其中，

第一组电芯管理单元连接至所述第一微控制单元；第二组电芯管理单元连接至所述第二微控制单元；

所述第一组电芯管理单元中每个电芯管理单元用于连接一个电芯，第二组电芯管理单元中每个电芯管理单元用于连接一个电芯，以对所述电芯参数进行采集；

所述第一微控制单元与所述第二微控制单元连接，所述第一微控制单元与所述第二微控制单元共享参数信号和控制信号。

2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述参数信号包括电芯参数和模拟前端识别码，所述控制信号包括外部设备控制信号和采集单元控制信号。

3.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括第一隔离变压器和第二隔离变压器；

在所述第一组电芯管理单元中，首尾两个所述电芯管理单元分别通过一个第一隔离变压器连接到所述第一微控制单元；相邻两个所述电芯管理单元之间连接有所述第一隔离变压器；

在所述第二组电芯管理单元中，首尾两个所述电芯管理单元分别通过一个第二隔离变压器连接到所述第二微控制单元；相邻两个所述电芯管理单元之间连接有所述第二隔离变压器。

4.如权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，还包括第一桥接单元和第二桥接单元；

在所述第一组电芯管理单元中，首尾两端的所述第一隔离变压器分别通过一个第一桥接单元与所述第一微控制单元相连接；

在所述第二组电芯管理单元中，首尾两端的所述第二隔离变压器分别通过一个第二桥接单元与所述第二微控制单元相连接。

5.如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一桥接单元和所述第二桥接单元采用双通道SPI桥接电路。

6.如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一微控制单元和/或所述第二微控制单元的信号输入输出端连接有上拉电阻。

7.如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一桥接单元和/或第二桥接单元与微控制单元相连的信号输入输出端连接有限流电阻或电感。

8.如权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一桥接单元和/或第二桥接单元与电芯管理单元相连的信号输入输出端连接瞬态电压抑制二极管的一端，所述瞬态电压抑制二极管的另一端接地。

9.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，还包括存储单元，所述存储单元分别连接所述第一微控制单元和所述第二微控制单元，用于存储所述参数信号和所述控制信号。

10.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一微控制单元与所述第二微控制单元之间采用串行或并行通信连接。

11.如权利要求1~10任一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述电芯管理单元还设置有MOS管，所述MOS管与所述模拟前端连接，用于在所述MOS管开启时，旁路与所述电芯管理单元相连的电芯。

12.一种储能装置，所述储能装置包括至少一个由若干电芯串联构成的电池簇，其特征在于，还包括如权利要求1~11任一项所述的电池管理系统，所述电池管理系统中每个模拟前端连接一个电芯。

13.一种电池管理方法，其特征在于，应用于如权利要求1~11任一项所述的电池管理系统，包括：

接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括模拟前端识别码以及所述模拟前端对应的电芯参数；

根据所述参数判断电池管理系统运行状况；

根据所述运行状况控制所述电池管理系统及控制外部设备，其中控制所述外部设备包括接收和/或发送控制信号，所述控制信号用于控制外部设备。

14.一种电池管理方法，其特征在于，应用于如权利要求11任一项所述的电池管理系统，包括：

接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括模拟前端识别码以及所述模拟前端对应的电芯参数；

根据所述参数判断电池管理系统运行状况；

根据所述运行状况控制所述电池管理系统；当所述微控制单元接收的参数中存在模拟前端识别码并且没有电芯参数时，电芯失效；所述微控制单元通过与所述模拟前端连接的MOS管控制电芯与主回路旁路。

15.如权利要求14所述的电池管理方法，其特征在于，根据所述参数判断电池管理系统运行状况还包括：

当所述采集单元采集的参数中所述模拟前端识别码的数量小于所述采集单元中模拟前端的数量时，对比采集参数中返回的模拟前端识别码与是采集单元中模拟前端的识别码，确定该模拟前端失效；并控制外部设备告警提示该模拟前端失效。

16.一种电池管理方法，其特征在于，应用于如权利要求1~11任一项所述的电池管理系统，包括：

接收所述采集单元采集的参数，其中所述参数包括第一微控制单元接收的第一组电芯管理单元采集的参数，第二微控制单元接收的第二组电芯管理单元采集的参数；所述第一微控制单元与所述第二微控制单元共享参数信号和控制信号；

根据所述参数判断电池管理系统运行状况；

根据所述运行状况控制所述电池管理系统；

当所述第一微控制单元检测到不能访问所述第二微控制单元的数据时，所述第一微控制单元控制外部设备与所述第二微控制单元断开，将与所述第二微控制单元连接的电芯断开主回路；

当所述第二微控制单元检测到不能访问所述第一微控制单元的数据时，所述第二微控制单元控制外部设备与所述第一微控制单元断开，将与所述第一微控制单元连接的电芯断开主回路。