CN212380457U - 电池系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池系统和车辆，电池系统包括：电池包和电池管理系统，电池包包括N个电池模组；电池管理系统包括高压监控单元、电池管理单元以及N个电芯监控电路；其中，N个电芯监控电路与N个电池模组一一对应连接，N个电芯监控电路依次串联通信连接以形成级联的菊花链，其中，相邻的两个电芯监控电路之间双向通信；电池管理单元与菊花链上首端的电芯监控电路、菊花链上末端的电芯监控电路、高压监控单元均进行双向通信；电池管理单元用于控制高压监控单元和N个电芯监控电路进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包进行监控。该电池系统可以实现同步采样，且能够增强总线结构通信的鲁棒性。

Description

电池系统和车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种电池系统以及一种车辆。

背景技术

电动汽车上通过电池管理系统(Battery Management System,BMS)监控电池的物理量，来保证电池的安全工作。电池物理量检测包含：电芯电压、电芯温度、电池总电压、电流。电芯的电压及温度的检测通常由电芯监控电路(Cell Supervising Circuit,CSC)实现。

根据电芯监控电路的网络成组方式不同，可分为菊花链和分布式结构。

对于分布式结构，电芯的监控由N个CSC完成电芯电压和温度监控，N个CSC与电池管理单元(Battery Management Unit,BMU)通过内部子网CAN实现数据通信，每个电芯监控电路需配备一个微控制器构成从控模块，以监控电芯单体电压和温度，并将检测的数字量通过电池管理系统分布式内部通信网络发送至主控单元，CSC即是丛控单元。高压电池总电压、电流等物理量由高压监控单元(High voltage supervise unit,HVSU)完成，HVSU与电池管理单元通过内部子网CAN实现数据通信。HVSU需配备一个微控制器构成从控模块，以监控电池总电压、电流，HVSU将检测的数字量通过电池管理系统分布式内部通信网络发送至主控单元，HVSU即是丛控单元。主控即是电池管理单元，同时算法部分由主控负责，以及，每个CSC的电源都来源于BMU，即每个CSC的电源线都需要并联在BMU的电源线上。但是，由于这类拓扑结构中所有的CAN节点都并联在一根总线上，若总线的节点出现断开，则导致局部通信也会断开。而且，分布式结构的子系统供电都来源BMU，子系统电源结构并联至电源总线上，从而会增加很多线束，甚至若存在某一子系统电源短路，则整个系统供电因该子系统被短路而造成系统奔溃。

对于菊花链结构，电芯的监控由N个CSC完成电压和温度监控，N个CSC与电池管理单元通过内部子网CAN实现数据通信，每个电芯监控电路与BMU之间需配备一个微控制器，将检测的数字量通过电池管理系统内部通信网络发送至主控单元，该微控制器部分称为电池通信转换器(Battery Communication Converter,BCC)，用于控制电芯单体电压和温度的监控。电池总电压、电流等物理量由主控完成监控，主控即是BMU，同时算法部分由主控负责。以及，其每个CSC的电源都源于电池模组，不需要BMU提供。由于CSC的供电并不来源于BMU，不需要电源供电线走线。

以上两种方案中，主控与丛控需要实现同步采样，通过BMU控制HVSU的采样，从控控制CSC的采样，为了实现电流与单体电压同步采样，则需将BMU控制HVSU与从控控制CSC进行同步，但是在实现同步采样上都具有一定难度。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种电池系统，该电池系统可以实现同步采样，且能够增强总线结构通信的鲁棒性。

本实用新型的目的之二在于提出一种电池系统。

本实用新型的目的之三在于提出一种车辆。

为了解决上述问题，本实用新型第一方面实施例的电池系统包括：电池包，包括N个电池模组；电池管理系统，包括高压监控单元、电池管理单元以及N个电芯监控电路；其中，所述N个所述电芯监控电路与N个所述电池模组一一对应连接，N个所述电芯监控电路依次串联通信连接以形成级联的菊花链，其中，相邻的两个所述电芯监控电路之间双向通信；所述电池管理单元与所述菊花链上首端的电芯监控电路进行双向通信，且所述电池管理单元与所述菊花链上末端的电芯监控电路进行双向通信，所述电池管理单元与所述高压监控单元双向通信；所述高压监控单元与首端电池模组双向通信，所述首端电池模组是指在N个电池模组中与所述菊花链上首端的电芯监控电路相对应的电池模组；所述电池管理单元，用于基于所述电芯监控电路和所述高压监控单元的采样时间控制所述高压监控单元和N个所述电芯监控电路进行数据同步采集，并根据采集数据对所述电池包进行监控。

根据本实用新型实施例的电池系统，由电池管理系统对电池包进行状态监控，其中，通过N个电芯监控电路与N个电池模组一一对应连接，以监控和采集电芯单体电压和温度，并且N个电芯监控电路依次串联通信连接以菊花链的方式进行数据通信，可以减少电源供电线路的设置，降低成本，以及，本实用新型实施例基于电池管理单元与菊花链上首端的电芯监控电路、菊花链上末端的电芯监控电路均通信连接，使得电池管理单元与N个电芯监控电路之间构成菊花链通信回环结构，并通过相邻的两个电芯监控电路之间，以及电池管理单元与高压监控单元、电芯监控电路之间，均采用双向通信的方式，使得信号可以同时双向传送，尤其当菊花链总线出现断线时，也可以在断点后级往电池管理单元发送数据，从而增强总线结构通信的鲁棒性，以及，本实用新型实施例基于电芯监控电路和高压监控单元的采样时间，通过电池管理单元控制N个电芯监控电路和高压监控单元进行数据同步采集，实现高度同步采样。

在一些实施例中，每个所述电芯监控电路包括电池监控芯片；所述高压监控单元包括专用集成电路；所述电池管理单元与所述菊花链首端的电芯监控电路的所述电池监控芯片和所述专用集成电路分别通信连接，所述电池管理单元用于控制所述电池监控芯片和所述专用集成电路进行同步数据采集。

在一些实施例中，所述电池管理单元包括：微控制器；第一桥接接口，与所述微控制器、所述菊花链上首端的电池监控芯片通信连接；第二桥接接口，与所述微控制器、所述专用集成电路分别通信连接。

在一些实施例中，所述电池管理系统还包括配电箱，所述电池包具有用于引出电流的两个电极端子，所述配电箱与所述电池包的两个电极端子连接；所述高压监控单元通过所述配电箱采集所述电池包的整包电信号。

本实用新型第二方面实施例提供一种电池系统，包括：电池包，包括N个电池模组；电池管理系统，包括高压监控单元、电池管理单元和N个电芯监控电路；其中，所述N个所述电芯监控电路与N个所述电池模组一一对应连接，N个所述电芯监控电路依次串联通信连接以形成级联的菊花链，其中，相邻的两个所述电芯监控电路之间双向通信；所述电池管理单元与所述高压监控单元双向通信连接，所述高压监控单元与所述菊花链上首端的电芯监控电路双向通信，所述电池管理单元还与所述菊花链上末端的电芯监控电路双向通信；所述高压监控单元还与首端电池模组双向通信，所述首端电池模组是指在N个电池模组中与所述菊花链上首端的电芯监控电路相对应的电池模组；所述电池管理单元，用于基于所述电芯监控电路和所述高压监控单元的采样时间控制所述高压监控单元和N个所述电芯监控电路进行数据同步采集，并根据采集数据对所述电池包进行监控。

根据本实用新型实施例的电池系统，由电池管理系统对电池包进行状态监控，其中，通过N个电芯监控电路与N个电池模组一一对应连接，以监控和采集电芯单体电压和温度，并且N个电芯监控电路依次串联通信连接以菊花链的方式进行数据通信，可以减少电源供电线路的设置，降低成本，以及，本实用新型实施例基于电池管理单元与高压监控单元、菊花链上末端的电芯监控电路均通信连接，以及高压监控单元与菊花链上首端的电芯监控电路通信连接，使得电池管理单元、高压监控单元以及N个电芯监控电路之间构成菊花链通信回环结构，并通过相邻的两个电芯监控电路之间，以及电池管理单元与高压监控单元、菊花链上末端的电芯监控电路之间，以及高压监控单元与菊花链上首端的电芯监控电路之间，均采用双向通信的方式，使得采集的数据可以同时双向传送，尤其当菊花链总线出现断线时，也可以在断点后级往电池管理单元发送数据，从而增强总线结构通信的鲁棒性，以及，本实用新型实施例基于电芯监控电路和高压监控单元的采样时间，通过电池管理单元控制N个电芯监控电路和高压监控单元进行数据同步采集，实现同步采样。

在一些实施例中，每个所述电芯监控电路包括电池监控芯片；所述高压监控单元包括专用集成电路；所述电池管理单元与所述专用集成电路通信连接，所述专用集成电路与所述菊花链首端的电芯监控电路的所述电池监控芯片通信连接，所述电池管理单元用于控制所述电池监控芯片和所述专用集成电路进行同步数据采集。

在一些实施例中，所述电池管理单元包括：微控制器；第三桥接接口，与所述微控制器、所述专用集成电路分别通信连接。

在一些实施例中，所述电池管理系统还包括配电箱，所述电池包具有用于引出电流的两个电极端子，所述配电箱与所述电池包的两个电极端子连接；所述高压监控单元通过所述配电箱采集所述电池包的整包电信号。

本实用新型第三方面实施例提供一种车辆，包括高压开关和上述实施例所述的电池系统，所述电池系统与所述高压开关连接。

根据本实用新型实施例的车辆，通过采用上述实施例提供的电池系统，以对电池包进行监控，可以实现对电池状态数据的同步采集，且能够增强总线结构通信的鲁棒性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的电池系统的拓扑图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的电池系统的拓扑图；

图3是根据本实用新型一个实施例的电池系统与电池包连接的细化拓扑图；

图4是根据本实用新型一个实施例的电池系统进行同步采样的示意图；

图5是根据本实用新型另一个实施例的电池系统的拓扑图；

图6是根据本实用新型一个实施例的车辆的结构框图。

附图标记：

车辆100；电池系统10；电池管理系统20；

电池包1；电芯监控电路2；高压监控单元3；电池管理单元4；配电箱5；高压开关6；

电池模组11；微控制器40；第一桥接接口41；第二桥接接口42，第三桥接接口43。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

相关技术中，不论是分布式结构还是菊花链结构均需要开发多个微处理器的软件，BMU、CSC/BCC分别使用了资源不等的微控制器，增加了软件的开发及维护成本。以及，由于不同的电池物理量分布在主控和从控上进行监控，从而使得需要两个BMU与CSC/BMU协同，才可实现电芯物理量和整包高压物理量的同步采样，成本高。

为了解决上述问题，下面参考附图描述根据本实用新型第一方面实施例提供的电池系统，该电池系统可以实现同步采样，且能够增强总线结构通信的鲁棒性。

如图1所示，本实用新型第一方面实施例的电池系统10包括电池包1和电池管理系统20(图中未示出)。

具体地，电池包1包括N个电池模组11，电池模组11可以串联或并联连接；电池管理系统20包括高压监控单元(HVSU)3、电池管理单元(BMU)4以及N个电芯监控电路(CSC)2，其中，如图1所示，N个电芯监控电路2与N个电池模组11一一对应连接，N个电芯监控电路2依次串联通信连接以形成级联的菊花链，其中，相邻的两个电芯监控电路2之间双向通信，以及，如图2所示，电池管理单元4与菊花链上首端的电芯监控电路2进行双向通信，且电池管理单元4与菊花链上末端的电芯监控电路2进行双向通信，以及，高压监控单元3与首端电池模组11双向通信，首端电池模组11是指在N个电池模组11中与菊花链上首端的电芯监控电路2相对应的电池模组11，以及，电池管理单元4用于基于电芯监控电路2和高压监控单元3的采样时间控制高压监控单元3和N个电芯监控电路2进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包1进行监控。

对于电动车辆，通过电池管理系统20监控电池包1的物理量，来保证电池的安全工作，电池物理量至少包含：电芯电压、电芯温度、电池总电压以及电流。如图2所示，电池管理单元4与级联成组的电芯监控电路2主要完成电池模组状态信息采集，实时监控电池模组状态信息及电芯之间的均衡控制和故障诊断，且通过菊花链的方式进行数据通信,使得每个电芯监控电路2的供电不来源于电池管理单元4，从而减少电源线走线的布置，以及，如图3所示，由高压监控单元3检测电池包前端的总电压、电池包后端的总电压，即PackV、LinkV，以及高压监控单元3监测电流PackI。电芯监控电路2监控电芯的电压、温度，即CellV、CellT。电池管理单元4用于控制高压监控单元3、电芯监控电路2测量，高压监控单元3、电芯监控电路2属于高压部分，电池管理单元4属于低压部分，实现了高低压的隔离，减少了高压隔离器件的使用数量，降低成本。

在实施例中，为了增强菊花链通信的可靠性，如图2所示，本实用新型实施例的电池系统10中，电池管理单元4与菊花链上首端的电芯监控电路2、菊花链上末端的电芯监控电路2分别通信连接，使得电池管理单元4与N个电芯监控电路2之间构成菊花链通信回环结构，即本实用新型实施例的电池系统在采用菊花链通信的基础上使用回环结构，并通过相邻的两个电芯监控电路2之间，以及电池管理单元4与高压监控单元3、电芯监控电路2之间，均采用双向通信的方式，使得信号可以同时双向传送，从而在进行数据通信时，电池管理单元4可以直接从菊花链首端的电芯监控电路2发送指令或接收采集的数据，也可以直接从菊花链末端的电芯监控电路2发送指令或接收采集的数据，进而信号依次传递以与后续电芯监控电路2进行通信交互，尤其当菊花链总线出现断线时，可以在断点后级往电池管理单元4发送数据。例如，图2中最后一个电芯监控电路2连接至电池管理单元4，构成了菊花链环路。当第二个电芯监控电路2即CSC2与第三个电芯监控电路2即CSC3之间的总线出现断线时，则电池管理单元4通过菊花链通信回环结构，可以从菊花链的首端即CSC1与电芯监控电路2进行通信，并通过双向通信的方式，将CSC1与CSC2采集的数据反馈给电池管理单元4，以及，电池管理单元4也可以同时从菊花链的末端即CSCN依次与后续电芯监控电路2进行通信，并通过双向通信的方式，将CSC3与CSCN之间的电芯监控电路2采集的数据反馈给电池管理单元4，从而使得CSC3无需经断线处也可实现N个电芯监控电路2与电池管理单元4的通信交互，从而避免某节点断线后无法继续通信的问题，增强总线结构通信的鲁棒性。

在实施例中，电池管理单元4用于控制高压监控单元3、电芯监控电路2的采样，根据单体电芯的电压状态制定均衡策略并发出均衡指令；以及电池管理单元4用于估算电池的实时充放电功率，对电池进行充放电管理；以及电池管理单元4用于控制整车动力回路的接触器，包括主、负、预充等接触器；以及电池管理单元4用于监控高压动力回路连接；以及电池管理单元4用于监控各种外部信号，如碰撞信号，慢充电信号，CC2等信号，并作出相应判断和指令。

在实施例中，本实用新型实施例的电池系统10中，通过电池管理单元4基于电芯监控电路2和高压监控单元3的采样时间控制N个电芯监控电路2和高压监控单元3进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包1进行监控，即将电芯监控电路2的控制功能以及对高压监控单元3的控制均由电池管理单元4统一进行，由电池管理单元4对电芯监控电路2以及高压监控单元3同时发出采样指令，便于电池管理单元4对于电池包1各物理量的检测由同一时钟控制，从而可以实现高度同步采样，无需对电芯监控电路2以及高压监控单元单独设置控制器，不存在由于控制器协同不一致而产生的通信延误及响应延误的问题。

其中，同步采样是指总电压、电流、单体电压从启动芯片ADC(Analog-to-DigitalConverter，模/数转换器)采样至ADC转换完成的整个过程需要进行同步。本实用新型实施例通过电池管理系统20内的电池管理单元4先后发送启动转换命令，从而可以保证ADC采样过程最大程度上的保持一致。

根据本实用新型实施例的电池系统10，由电池管理系统20对电池包1进行状态监控，其中，通过N个电芯监控电路2与N个电池模组11一一对应连接，以监控和采集电芯单体电压和温度，并且N个电芯监控电路2依次串联通信连接以菊花链的方式进行数据通信，可以减少电源供电线路的设置，降低成本，以及，本实用新型实施例基于电池管理单元4与菊花链上首端的电芯监控电路2、菊花链上末端的电芯监控电路2均通信连接，使得电池管理单元4与N个电芯监控电路2之间构成菊花链通信回环结构，并通过相邻的两个电芯监控电路2之间，以及电池管理单元4与高压监控单元3、电芯监控电路2之间，均采用双向通信的方式，使得信号可以同时双向传送，尤其当菊花链总线出现断线时，也可以在断点后级往电池管理单元4发送数据，从而增强总线结构通信的鲁棒性，以及，本实用新型实施例基于电芯监控电路2和高压监控单元3的采样时间，通过电池管理单元4控制N个电芯监控电路2和高压监控单元3进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包1进行监控，可以实现同步采样。

在一些实施例中，如图3所示，每个电芯监控电路2包括电池监控芯片(AnalogFront End,AFE)；高压监控单元3包括专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit,ASIC)；电池管理单元4与菊花链首端的电芯监控电路2的电池监控芯片AFE和专用集成电路ASIC分别通信连接，电池管理单元4用于控制电池监控芯片AFE和专用集成电路ASIC进行同步数据采集。即电芯监控电路2内由AFE进行单体电芯电压和温度的检测，高压监控单元3内由ASIC进行高压和电流的检测。

在实施例中，电池监控芯片AFE包括MAXIN，ADI、TI、NXP等，以及专用集成电路ASIC包括LTC，NXP、ADI、TI等。

在一些实施例中，基于目前的微控制器资源越来越丰富，使得单个微控制器完全能够实现主控和从控的所有功能，如图4所示，电池管理单元4包括微控制器((Microcontroller Unit，MCU)40、第一桥接接口41以及第二桥接接口42。其中，第一桥接接口41与微控制器40、菊花链上首端电芯监控电路2的电池监控芯片AFE通信连接；第二桥接接口42与微控制器40、专用集成电路ASIC分别通信连接。也就是，本实用新型实施例的电池系统10中，通过电池管理单元4基于电芯监控电路2和高压监控单元3的采样时间控制N个电芯监控电路2和高压监控单元3进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包1进行监控，具体地，MCU40通过第一桥接接口41控制电池监控芯片AFE实施电芯单体电压和温度的检测，以及MCU40通过第二桥接接口42控制专用集成电路ASIC实施电池包总电压、车身端总电压以及电流的检测。即MCU40通过菊花链通信控制AFE实现电芯电压监测，同时通过菊花链通信控制ASIC实现整包高压及电流监测。从而，将电芯监控电路2的控制功能分配至电池管理单元4的微控制器40中，以及对高压监控单元3的控制均由电池管理单元4控制，省去了从控单元即电芯监控电路2内微控制器的设置，使得电池系统10仅由一个微控制器40统一控制，实现对电池包1的监控功能，进而对于电池包1各物理量的检测也由微控制器40的时钟统一控制，从而利于实现高度同步采样，不存在由于微控制器协同产生的通信延误及响应延误的问题，同时电池管理系统20仅设置一个微控制器，也降低了软件开发的难度及维护成本，且电池包1内部EE线束和布局也相对变得精简，降低成本。

在一些实施例中，如图2所示，本实用新型实施例的电池管理系统20还包括配电箱5(Power Distribution Unit，PDU)，电池包1具有用于引出电流的两个电极端子，配电箱5与电池包1的两个电极端子连接；高压监控单元3通过配电箱5采集电池包1的整包电信号。其中，电池包1的两个电极端子分别为N个电池模组中位于首端电池模组11所引出的电极端子和位于末端电池模组11所引出的电极端子，从而可以将高压输出至PDU中，由HVSU3进行整包层面的监控。

在实施例中，本发明第一方面实施例提供的电池系统10中，由于电池管理单元4与高压监控单元3采用的芯片不同，所以，菊花链首端的电芯监控电路2不能通过高压监控单元3来间接实现与电池管理单元4的通信交互，基于此，本实用新型第二方面实施例提供一种电池系统，如图5所示，电池系统10包括电池包1和电池管理系统20，该电池系统10内的高压监控单元3与电池管理单元4采用相同的芯片。

具体地，如图5所示，N个电芯监控电路2与N个电池模组11一一对应连接，N个电芯监控电路2依次串联通信连接以形成级联的菊花链，其中，电芯监控电路2与电芯监控电路2之间双向通信；电池管理单元4与高压监控单元3通信连接，高压监控单元3与菊花链上首端的电芯监控电路2双向通信，电池管理单元4还与菊花链上末端的电芯监控电路2双向通信；电池管理单元4用于基于电芯监控电路2和高压监控单元3的采样时间控制高压监控单元3和N个电芯监控电路2进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包1进行监控。

在实施例中，如图5所示，电池包内有N个电池模组11，电池管理系统20包括高压监控单元3、电池管理单元4以及N个电芯监控电路2，其中，N个电芯监控电路2与N个电池模组11一一对应连接，由N个电芯监控电路2进行电芯层面的监控，以及，N个电芯监控电路2依次串联通信连接以形成级联的菊花链，以及，电池管理单元4与高压监控单元3、菊花链上末端的电芯监控电路2通信连接，高压监控单元3与菊花链上首端的电芯监控电路2通信连接，即电池管理单元4与电芯监控电路2采用菊花链通信的方式,使得每个电芯监控电路2的供电不来源于电池管理单元4，从而减少电源线走线的布置，降低成本。

在实施例中，为了增强菊花链通信的可靠性，如图5所示，本实用新型实施例的电池管理系统20中，电池管理单元4与高压监控单元3、菊花链上末端的电芯监控电路2分别通信连接，以及高压监控单元3与菊花链上首端的电芯监控电路2通信连接，使得电池管理单元4、N个电芯监控电路2以及高压监控单元3三者之间构成菊花链通信回环结构，即本实用新型实施例的电池系统在采用菊花链通信的基础上使用回环结构，并通过相邻的两个电芯监控电路2之间，以及电池管理单元4与高压监控单元3、菊花链上末端的电芯监控电路2之间，以及高压监控单元3与菊花链上首端的电芯监控电路2之间，均采用双向通信的方式，使得信号可以同时双向传送，从而在进行数据通信时，电池管理单元4可以间接从菊花链首端的电芯监控电路2发送指令或接收采集的数据，也可以直接从菊花链末端的电芯监控电路2发送指令或接收采集的数据，进而信号依次传递以与后续电芯监控电路2进行通信交互，尤其当菊花链总线出现断线时，可以在断点后级往电池管理单元4发送数据，避免了某节点断线后无法继续通信的问题，增强总线结构通信的鲁棒性。

在实施例中，高压监控单元3还与首端电池模组11双向通信，以用于监控电池包1的高压状态。其中，首端电池模组11是指在N个电池模组11中与菊花链上首端的电芯监控电路2相对应的电池模组。

在实施例中，如图3所示，电池管理单元4与高压监控单元3主要完成整包电池电压、车身端高压、电流、高压系统的绝缘阻抗信息采集，实时监控高压的状态，即将对电池包1高压部分的检测均由高压监控单元3实现，使得高压测量和低压控制完全独立，实现功能的模块化设计，便于电池包内部EE(Electronic and Electrical，电子和电气)零部件的安置，减少长距离走线，降低成本。

以及，本实用新型实施例的电池系统10中，通过电池管理单元4基于电芯监控电路2和高压监控单元3的采样时间控制高压监控单元3和N个电芯监控电路2进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包进行监控，即由电池管理单元4对电芯监控电路2以及高压监控单元3同时发出采样指令，以统一控制高压监控单元3、电芯监控电路2对单体电压、温度、整包总电压、电流的采样过程，实现高度同步采样，无需再对高压监控单元3、电芯监控电路2单独设置控制器，不存在由于控制器协同产生的通信延误及响应延误的问题，同时也降低了软件开发的难度及维护成本。

根据本实用新型实施例的电池系统10，由电池管理系统20对电池包1进行状态监控，其中，通过N个电芯监控电路2与N个电池模组11一一对应连接，以监控和采集电芯单体电压和温度，并且N个电芯监控电路2依次串联通信连接以菊花链的方式进行数据通信，可以减少电源供电线路的设置，降低成本，以及，本实用新型实施例基于电池管理单元4与高压监控单元3、菊花链上末端的电芯监控电路2均通信连接，以及高压监控单元3与菊花链上首端的电芯监控电路2通信连接，使得电池管理单元4、高压监控单元3以及N个电芯监控电路2之间构成菊花链通信回环结构，并通过相邻的两个电芯监控电路2之间，以及电池管理单元4与高压监控单元3、菊花链上末端的电芯监控电路2之间，以及高压监控单元3与菊花链上首端的电芯监控电路2之间，均采用双向通信的方式，使得采集的数据可以同时双向传送，尤其当菊花链总线出现断线时，也可以在断点后级往电池管理单元4发送数据，从而增强总线结构通信的鲁棒性，以及，本实用新型实施例基于电芯监控电路2和高压监控单元3的采样时间，通过电池管理单元4控制N个电芯监控电路2和高压监控单元3进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包1进行监控，可以实现同步采样。

在一些实施例中，如图3所示，每个电芯监控电路2包括电池监控芯片(AnalogFront End,AFE)；高压监控单元3包括专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit,ASIC)；电池管理单元4与专用集成电路ASIC通信连接，专用集成电路ASIC与菊花链首端的电芯监控电路2的电池监控芯片AFE通信连接，电池管理单元4用于控制电池监控芯片AFE和专用集成电路ASIC进行同步数据采集。即电芯监控电路2内有AFE进行单体电芯电压和温度的检测，高压监控单元3内有ASIC进行高压和电流的检测。

在实施例中，电池监控芯片AFE包括MAXIN，ADI、TI、NXP等，以及专用集成电路ASIC包括LTC，NXP、ADI、TI等。

在一些实施例中，电池管理单元4包括微控制器((Microcontroller Unit，MCU)40和第三桥接接口43。其中，第三桥接接口43与微控制器40、专用集成电路ASIC分别通信连接。也就是，MCU40通过第三桥接接口43直接与高压监控单元3进行通信交互，以控制专用集成电路ASIC实施电池包总电压、车身端总电压以及电流的检测，以及基于高压监控单元3与菊花链首端的电芯监控电路2连接，MCU40通过第三桥接接口间接与菊花链首端的电芯监控电路2进行通信交互，以控制电池监控芯片AFE实施电芯单体电压和温度的检测，且各电池物理量的监测均由MCU40的时钟统一控制，利于实现高度同步采样。

在一些实施例中，如图5所示，本实用新型实施例的电池管理系统20还包括配电箱5(Power Distribution Unit，PDU)，电池包1具有用于引出电流的两个电极端子，配电箱5与电池包1的两个电极端子连接；高压监控单元3通过配电箱5采集电池包1的整包电信号。其中，电池包1的两个电极端子分别为N个电池模组中位于首端电池模组11所引出的电极端子和位于末端电池模组11所引出的电极端子，从而可以将高压输出至PDU中，由HVSU3进行整包层面的监控。

下面针对本实用新型实施例电池管理单元4基于电芯监控电路2和高压监控单元3的采样时间控制N个电芯监控电路2和高压监控单元3进行数据同步采集，并根据采集数据对电池包1进行监控，实现同步采样的过程进行具体说明。其中，对于ASIC可以自动地同步实现整包总电压和电流的同步检测，因此这两个物理量的同步性由ASIC自身完成，进而需要通过MCU统一控制ASIC与AFE，即可实现对各电池物理量的同步采样。

在实施例中，由于ASIC完成一次ADC采样的时间为0.8ms，发送启动ADC采样命令的时间为0.1ms，因此从发送启动ADC采样命令到ADC转化完成的时间为0.9ms。以及，对于AFE，在保证测量精度前提下完成一次ADC测量的时间为3.445ms，该配置设定了16倍过采样，发送启动ADC采样命令的时间为0.3ms，因此从发送启动ADC采样命令到ADC转换完成的时间为3.745ms。所以，ASIC完成采样时间近似于AFE完成采样时间的1/4，因此需要控制ASIC进行4次过采样，以平衡测量偏差。以此计算结果，最终同步偏差可做到55us，可实现0.1ms级偏差。

基于上述原因，下面结合附图4对本实用新型实施例的实现同步采样过程进行举例说明，具体实施步骤如下。

步骤1：当同步采样周期到达时，BMU的处理器首先发出启动AFE的ADC采样的命令至第一桥接接口41，第一桥接接口41自动将启动命令发送至AFE。AFE接收到启动命令后开始采样。根据算法计算周期要求，同步采样周期可设为1s。最好的状态是每次采样都是同步进行，便于综合判定故障。

步骤2：MCU发出启动AFE命令后，延时172.5us后发出启动ASIC的ADC采样命令至第二桥接接口42，第二桥接接口42自动将启动命令发送至ASIC。ASIC接收到启动命令后开始采样。

步骤3：MCU发出启动ASIC命令后，在0.9ms后第二次发出启动ASIC的ADC采样命令至第二桥接接口42。

步骤4：MCU发出读取ASIC的第一次转换结果。

步骤5：重复步骤3-4两次。

步骤6：MCU发出读取ASIC的第四次转换结果。

因此，通过以上步骤，基于电池管理单元4统一控制电芯监控电路2和高压监控单元3进行数据采集，以及高压监控单元3内的ASIC可以自动地同步实现整包总电压和电流的同步检测，进而通过MCU40统一控制ASIC与AFE对单体电压、温度、整包总电压、电流的采样过程，从而实现高度同步采样。

本实用新型第三方面实施例提供一种车辆，如图6所示，本实用新型实施例的车辆100包括高压开关6和上述实施例提供的电池系统10。

其中，电池系统10包括电池包1和电池管理系统20，电池包1与高压开关6连接，电池管理系统20与电池包1连接，电池管理系统20用于对电池包1进行监控，以保证电池的安全工作。

在实施例中，电池管理系统20内仅设置一个MCU，由MCU统一控制电池管理系统20对单体电池电压及温度、整包总电压及电流的采样过程，即对于电池包各物理量的检测也由微控制器的时钟统一控制，省去了从控单元内微控制器的设置，实现同步采样，不存在由于微控制器协同产生的通信延误及响应延误的问题，同时电池管理系统20仅设置一个微控制器，也降低了软件开发的难度及维护成本，且电池包1内部EE线束和布局也相对变得精简，降低成本。以及，电池管理系统20采用菊花链通信回环结构，可以避免某节点断线后无法继续通信的问题，增强总线结构通信的鲁棒性。

根据本实用新型实施例的车辆100，通过采用上述实施例提供的电池系统10，以对电池包1进行监控，可以实现对电池状态数据的同步采样，且能够增强总线结构通信的鲁棒性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电池系统，其特征在于，包括：

电池包，包括N个电池模组；

电池管理系统，包括高压监控单元、电池管理单元以及N个电芯监控电路；

其中，所述N个所述电芯监控电路与N个所述电池模组一一对应连接，N个所述电芯监控电路依次串联通信连接以形成级联的菊花链，其中，相邻的两个所述电芯监控电路之间双向通信；

所述电池管理单元与所述菊花链上首端的电芯监控电路进行双向通信，且所述电池管理单元与所述菊花链上末端的电芯监控电路进行双向通信，所述电池管理单元与所述高压监控单元双向通信；

所述高压监控单元与首端电池模组双向通信，所述首端电池模组是指在N个电池模组中与所述菊花链上首端的电芯监控电路相对应的电池模组；

所述电池管理单元，用于基于所述电芯监控电路和所述高压监控单元的采样时间控制所述高压监控单元和N个所述电芯监控电路进行数据同步采集，并根据采集数据对所述电池包进行监控。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，

每个所述电芯监控电路包括电池监控芯片；

所述高压监控单元包括专用集成电路；

所述电池管理单元与所述菊花链首端的电芯监控电路的所述电池监控芯片和所述专用集成电路分别通信连接，所述电池管理单元用于控制所述电池监控芯片和所述专用集成电路进行同步数据采集。

3.根据权利要求2所述的电池系统，其特征在于，所述电池管理单元包括：

微控制器；

第一桥接接口，与所述微控制器、所述菊花链上首端的电池监控芯片通信连接；

第二桥接接口，与所述微控制器、所述专用集成电路分别通信连接。

4.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，

所述电池管理系统还包括配电箱，所述电池包具有用于引出电流的两个电极端子，所述配电箱与所述电池包的两个电极端子连接；

所述高压监控单元通过所述配电箱采集所述电池包的整包电信号。

5.一种电池系统，其特征在于，包括：

电池包，包括N个电池模组；

电池管理系统，包括高压监控单元、电池管理单元和N个电芯监控电路；

其中，所述N个所述电芯监控电路与N个所述电池模组一一对应连接，N个所述电芯监控电路依次串联通信连接以形成级联的菊花链，其中，相邻的两个所述电芯监控电路之间双向通信；

所述电池管理单元与所述高压监控单元双向通信连接，所述高压监控单元与所述菊花链上首端的电芯监控电路双向通信，所述电池管理单元还与所述菊花链上末端的电芯监控电路双向通信；

所述高压监控单元还与首端电池模组双向通信，所述首端电池模组是指在N个电池模组中与所述菊花链上首端的电芯监控电路相对应的电池模组；

所述电池管理单元，用于基于所述电芯监控电路和所述高压监控单元的采样时间控制所述高压监控单元和N个所述电芯监控电路进行数据同步采集，并根据采集数据对所述电池包进行监控。

6.根据权利要求5所述的电池系统，其特征在于，

每个所述电芯监控电路包括电池监控芯片；

所述高压监控单元包括专用集成电路；

所述电池管理单元与所述专用集成电路通信连接，所述专用集成电路与所述菊花链首端的电芯监控电路的所述电池监控芯片通信连接，所述电池管理单元用于控制所述电池监控芯片和所述专用集成电路进行同步数据采集。

7.根据权利要求6所述的电池系统，其特征在于，所述电池管理单元包括：

微控制器；

第三桥接接口，与所述微控制器、所述专用集成电路分别通信连接。

8.根据权利要求5所述的电池系统，其特征在于，

所述电池管理系统还包括配电箱，所述电池包具有用于引出电流的两个电极端子，所述配电箱与所述电池包的两个电极端子连接；

所述高压监控单元通过所述配电箱采集所述电池包的整包电信号。

9.一种车辆，其特征在于，包括高压开关和权利要求1-4任一项所述的电池系统或者权利要求5-8任一项所述的电池系统，所述电池系统与所述高压开关连接。

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