CN216356016U

CN216356016U - 一种电池运行状态控制电路、电池管理系统及电动汽车

Info

Publication number: CN216356016U
Application number: CN202122408184.3U
Authority: CN
Inventors: 曹克楠; 杨红新; 张建彪; 仇惠惠
Original assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2031-09-30

Abstract

本申请提供了一种电池运行状态控制电路、电池管理系统及电动汽车，其中，电池运行状态控制电路包括：第一微控制单元、第二微控制单元、第一接触器、第二接触器和电池；第一微控制单元与第一接触器连接，第二微控制单元与第二接触器连接；电池的正极与第一接触器连接，电池的负极与第二接触器连接；电池分别与第一微控制单元和第二微控制单元连接。本申请通过结合第一微控制单元与第二微控制单元监测电池的运行状态，达到提高电池管理系统的故障覆盖率和摆脱对单个微控制单元的汽车安全完整性等级的依赖的技术效果，从而提高电池管理系统的可靠性和安全性。

Description

一种电池运行状态控制电路、电池管理系统及电动汽车

技术领域

本申请涉及汽车电子控制领域，尤其涉及一种电池运行状态控制电路、电池管理系统及电动汽车。

背景技术

电动汽车在正常使用过程中需要对动力电池的输出/输入电流进行实时准确的检测以保证整车可以正常运行，防止由于电流过大而导致电池出现过温甚至热失控的故障危害；同时电流值也是动力电池SOX数据估算中重要的输入系数。其中，SOX数据包括：SOC数据(荷电状态数据)、SOP 数据(功率状态数据)、SOH数据(健康状态数据)。然而错误的电流测量值将会导致电量状态、功率状态等多个电池指标产生估算偏差，从而影响整车的实际运行里程。

现有技术中，使用单一微控制单元设计电池监控系统，具有节约成本、节约空间、技术成熟度高等优点，但是系统的汽车安全完整性等级受限于微控制单元的汽车安全完整性等级。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种电池运行状态控制电路、电池管理系统及电动汽车，通过结合第一微控制单元与第二微控制单元监测电池的运行状态，解决了电池管理系统的汽车安全完整性等级低的技术问题，达到摆脱对单个微控制单元的汽车安全完整性等级的依赖的技术效果，从而提高电池管理系统的可靠性和安全性。

第一方面，本申请实施例提供一种电池运行状态控制电路，电池运行状态控制电路包括：第一微控制单元、第二微控制单元、第一接触器、第二接触器和电池；第一微控制单元与第一接触器连接，第二微控制单元与第二接触器连接；电池的正极与第一接触器连接，电池的负极与第二接触器连接；电池分别与第一微控制单元和第二微控制单元连接；其中，第一微控制单元获取电池的状态信息，处理状态信息得到第一处理结果，根据第一处理结果控制第一接触器的吸合或断开；第二微控制单元获取电池的状态信息，处理状态信息得到第二处理结果，根据第二处理结果控制第二接触器的吸合或断开。

可选地，第一微控制单元包括：第一串行外设接口引脚；第二微控制单元包括：第二串行外设接口引脚；第一微控制单元的第一串行外设接口引脚与第二微控制单元的第二串行外设接口引脚连接；第一微控制单元通过第一串行外设接口引脚，将第一处理结果数据发送至第二微控制单元的第二串行外设接口引脚；第二微控制单元通过第二串行外设接口引脚，将第二处理结果数据发送至第一微控制单元的第一串行外设接口引脚。

可选地，第一微控制单元判断第一处理结果数据和第二处理结果数据是否属于相同预置数据范围；若判断第一处理结果数据和第二处理结果数据不属于相同预置数据范围，第一微控制单元控制第一接触器断开。

可选地，第二微控制单元判断第二处理结果数据和第一处理结果数据是否属于相同预置数据范围；若判断第二处理结果数据和第一处理结果数据不属于相同预置数据范围，第二微控制单元控制第二接触器断开。

可选地，第一微控制单元包括：第一控制输出引脚；第二微控制单元包括：第二控制输出引脚；第一接触器包括：第一控制输入引脚；第二接触器包括：第二控制输入引脚；电池运行状态控制电路还包括：第一控制电路和第二控制电路；第一微控制单元的第一控制输出引脚通过第一控制电路与第一接触器的第一控制输入引脚连接；第二微控制单元的第二控制输出引脚通过第二控制电路与第二接触器的第二控制输入引脚连接。

可选地，电池运行状态控制电路还包括：第一系统基础芯片和第二系统基础芯片；第一系统基础芯片与第一微控制单元连接；第二系统基础芯片与第二微控制单元连接。

可选地，第一微控制单元包括：第一电源输入引脚、第一复位输入引脚；第一系统基础芯片包括：第一电源输出引脚和第一复位输出引脚；第一微控制单元的第一电源输入引脚与第一系统基础芯片的第一电源输出引脚连接，第一微控制单元的第一复位输入引脚与第一系统基础芯片的第一复位输出引脚连接。

可选地，第二微控制单元还包括：第二电源输入引脚、第二复位输入引脚；第二系统基础芯片包括：第二电源输出引脚和第二复位输出引脚；第二微控制单元的第二电源输入引脚与第二系统基础芯片的第二电源输出引脚连接，第二微控制单元的第二复位输入引脚与第二系统基础芯片的第一复位输出引脚连接。

第二方面，本申请实施例还提供一种电池管理系统，电池管理系统应用上述的电池运行状态控制电路。

第三方面，本申请实施例还提供一种电动汽车，电动汽车应用上述的电池运行状态控制电路。

本申请实施例提供的一种电池运行状态控制电路、电池管理系统及电动汽车，电池运行状态控制电路包括：第一微控制单元、第二微控制单元、第一接触器、第二接触器和电池；第一微控制单元与第一接触器连接，第二微控制单元与第二接触器连接；电池的正极与第一接触器连接，电池的负极与第二接触器连接；电池分别与第一微控制单元和第二微控制单元连接；其中，第一微控制单元获取电池的状态信息，处理状态信息得到第一处理结果，根据第一处理结果控制第一接触器的吸合或断开；第二微控制单元获取电池的状态信息，处理状态信息得到第二处理结果，根据第二处理结果控制第二接触器的吸合或断开。本申请通过结合第一微控制单元与第二微控制单元监测电池的运行状态，解决了电池管理系统的汽车安全完整性等级低的技术问题，达到提高电池管理系统的故障覆盖率和摆脱对单个微控制单元的汽车安全完整性等级的依赖的技术效果，从而提高电池管理系统的可靠性和安全性。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种电池运行状态控制电路的结构示意图。

图2示出了本申请实施例所提供的另一种电池运行状态控制电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有技术中，单一微控制单元的故障只能通过内部自诊断及外部看门狗来检测，不足以覆盖全部故障类型，因此当发生安全机制无法覆盖的故障时，电池管理系统的安全性无法得到保证；并且单一微控制单元无法使电池管理系统实现汽车安全完整性等级D。

针对上述问题，本申请实施例提供了一种电池运行状态控制电路、电池管理系统及电动汽车，通过结合第一微控制单元与第二微控制单元监测电池的运行状态，解决了电池管理系统(Battery Management System，BMS) 的汽车安全完整性等级低的技术问题，达到提高电池管理系统的故障覆盖率和摆脱对单个微控制单元的汽车安全完整性等级的依赖的技术效果，从而提高电池管理系统的可靠性和安全性，具体如下：

请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种电池运行状态控制电路的结构示意图。如图1所示，电池运行状态控制电路10包括：第一微控制单元101、第二微控制单元102、第一接触器103、第二接触器104和电池 105。

具体的，第一微控制单元101与第一接触器103连接，第二微控制单元102与第二接触器104连接；电池105的正极与第一接触器103连接，电池105的负极与第二接触器104连接；电池105分别与第一微控制单元 101和第二微控制单元102连接。

具体的，第一微控制单元101获取电池105的状态信息，处理状态信息得到第一处理结果，根据第一处理结果控制第一接触器103的开断；第二微控制单元102获取电池105的状态信息，处理状态信息得到第二处理结果，根据第二处理结果控制第二接触器104的开断。

具体的，第一微控制单元与第二微控制单元为不同厂家设计生产的型号，以保证第一微控制单元与第二微控制单元的相互独立。其中，第一微控制单元处理系统中所有功能安全相关及非功能安全相关的处理工作，第二微控制单元只处理系统中功能安全相关的处理工作，或者，第二微控制单元处理系统中所有功能安全相关及非功能安全相关的处理工作，第一微控制单元只处理系统中功能安全相关的处理工作。

也就是说，在本申请实施例中使用两种不同厂家设计生产的微控制单元，第一微控制单元和第二微控制单元的工作模式、生产厂家、生产流程均不一致，并实时进行处理结果的相互校验，可以有效避免外界因素(电磁干扰，生产批次问题等)导致的共因失效，从而防止由于单一微控制单元失效而出现安全隐患，进而提高了电池管理系统的故障覆盖率。

具体的，为使得本申请的电池运行状态控制电路满足汽车安全完整性等级D(ASILD)，一种可能的情况为：第一微控制单元的汽车安全完整性等级为等级B(ASIL B)，第二微控制单元的汽车安全完整性等级为等级B(ASIL B)；另一种可能的情况为：第一微控制单元的汽车安全完整性等级为等级A(ASIL A)，第二微控制单元的汽车安全完整性等级为等级C(ASIL C)，或者，第二微控制单元的汽车安全完整性等级为等级A (ASIL A)，第一微控制单元的汽车安全完整性等级为等级C(ASIL C)。

也就是说，单个微电子控制单元只需满足汽车安全完整性等级B(ASIL B)要求，即可通过冗余设计满足系统层级的高功能安全等级，可以有效降低开发设计中微控制单元的选型难度，进而提高了电池管理系统的汽车安全完整性等级。

请参阅图2，图2为本申请实施例所提供的另一种电池运行状态控制电路的结构示意图。如图2所示，电池运行状态控制电路20包括：第一微控制单元201、第二微控制单元202、第一接触器203、第二接触器204、电池205、第一控制电路206、第二控制电路207、第一系统基础芯片208和第二系统基础芯片209。

其中，微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)指的是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、A/D转换(模数转换)、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)、PLC(可编程逻辑控制器， Programmable Logic Controller)、DMA(直接存储器访问，Direct Memory Access)等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。系统基础芯片(SBC)是集成电源及看门狗功能的系统基础芯片，可以为微控制单元供电、复位及监控微控制单元的运行状态。

具体的，本申请的第一微控制单元、第一系统基础芯片与第二微控制单元、第二系统基础芯片应为不同厂家设计生产的，以保证相互独立。其中，第一微控制单元与第一系统基础芯片可以是同厂家设计生产的，第二微控制单元与第二系统基础芯片可以是同厂家设计生产的，第一微控制单元与第二微控制单元应为不同厂家设计生产的，第一系统基础芯片与第二系统基础芯片应为不同厂家设计生产的。

具体的，第一微控制单元201与第一接触器203连接，第二微控制单元202与第二接触器204连接；电池205的正极与第一接触器203连接，电池205的负极与第二接触器204连接；电池205分别与第一微控制单元 201和第二微控制单元202连接。

其中，第一微控制单元201获取电池205的状态信息，处理状态信息得到第一处理结果，根据第一处理结果控制第一接触器203的开断；第二微控制单元202获取电池205的状态信息，处理状态信息得到第二处理结果，根据第二处理结果控制第二接触器204的开断。

也就是说，第一微控制单元处理电池的状态信息得到第一处理结果，若第一处理结果不在安全阈值范围内，控制第一接触器断开，进而使得电池未接入其所在的电路中；第二微控制单元处理电池的状态信息得到第二处理结果，若第二处理结果不在安全阈值范围内，控制第二接触器断开，进而使得电池未接入其所在的电路中。

其中，微控制单元控制接触器的线圈是否通电，进而控制接触器触点的吸合或者断开，以此控制电池是否接入电路中。

具体的，第一接触器203只受第一微控制单元201控制，第二接触器 204只受第二微控制单元202控制，并且控制方式相互独立。

具体的，第一微控制单元201包括：第一串行外设接口引脚1d；第二微控制单元202包括：第二串行外设接口引脚2d；第一微控制单元201的第一串行外设接口引脚1d与第二微控制单元202的第二串行外设接口引脚连接2d。

具体的，第一微控制单元201通过第一串行外设接口引脚1d，将第一处理结果数据发送至第二微控制单元202的第二串行外设接口引脚2d；第二微控制单元202通过第二串行外设接口引脚2d，将第二处理结果数据发送至第一微控制单元201的第一串行外设接口引脚1d。

具体的，第一微控制单元201判断第一处理结果数据和第二处理结果数据是否属于相同预置数据范围；若判断第一处理结果数据和第二处理结果数据不属于相同预置数据范围，第一微控制单元201控制第一接触器203 断开。第二微控制单元202判断第二处理结果数据和第一处理结果数据是否属于相同预置数据范围；若判断第二处理结果数据和第一处理结果数据不属于相同预置数据范围，第二微控制单元202控制第二接触器204断开。

也就是说，第一微控制单元201与第二微控制单元202通过各自的串行外设接口引脚(Serial Peripheral Interface，SPI)交换处理结果，并各自独立进行比较验证。

具体的，第一微控制单元201包括：第一控制输出引脚1c；第二微控制单元202包括：第二控制输出引脚2c；第一接触器203包括：第一控制输入引脚3c；第二接触器包括204：第二控制输入引脚4c；电池运行状态控制电路20还包括：第一控制电路206和第二控制电路207。

具体的，第一微控制单元201的第一控制输出引脚1c通过第一控制电路206与第一接触器203的第一控制输入引脚3c连接；第二微控制单元202 的第二控制输出引脚2c通过第二控制电路207与第二接触器204的第二控制输入引脚连接4c。

具体的，电池运行状态控制电路20还包括：第一系统基础芯片208和第二系统基础芯片209；第一系统基础芯片208与第一微控制单元201连接；第二系统基础芯片209与第二微控制单元202连接。

具体的，第一微控制单元201包括：第一电源输入引脚1a、第一复位输入引脚1b；第一系统基础芯片208包括：第一电源输出引脚8a和第一复位输出引脚8b。

其中，第一微控制单元201的第一电源输入引脚1a与第一系统基础芯片208的第一电源输出引脚8a连接，第一微控制单元201的第一复位输入引脚1b与第一系统基础芯片208的第一复位输出引脚8b连接。

具体的，第二微控制单元202还包括：第二电源输入引脚2a、第二复位输入引脚2b；第二系统基础芯片209包括：第二电源输出引脚9a和第二复位输出引脚9b。

其中，第二微控制单元202的第二电源输入引脚2a与第二系统基础芯片209的第二电源输出引脚9a连接，第二微控制单元202的第二复位输入引脚2b与第二系统基础芯片209的第一复位输出引脚9b连接。

也就是说，由于第一微控制单元与第二微控制单元分别连接第一系统基础芯片与第二系统基础芯片，即，第一微控制单元与第二微控制单元均采用独立的供电电源、看门狗以及数据处理路径。微控制单元以及系统基础芯片的内部均有故障诊断及保护机制，且第一微控制单元与第二微控制单元之间可以相互比较验证，经过系统级功能安全等级分解后，可实现汽车安全完整性等级(ASIL D)。

基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了一种电池管理系统，电池管理系统应用上述的电池运行状态控制电路。

基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了一种电动汽车，电动汽车应用上述的电池运行状态控制电路。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种电池运行状态控制电路，其特征在于，所述电池运行状态控制电路包括：第一微控制单元、第二微控制单元、第一接触器、第二接触器和电池；

所述第一微控制单元与所述第一接触器连接，所述第二微控制单元与所述第二接触器连接；所述电池的正极与所述第一接触器连接，所述电池的负极与所述第二接触器连接；所述电池分别与所述第一微控制单元和所述第二微控制单元连接；

其中，所述第一微控制单元获取所述电池的状态信息，处理所述状态信息得到第一处理结果，根据所述第一处理结果控制所述第一接触器的吸合或断开；

所述第二微控制单元获取所述电池的状态信息，处理所述状态信息得到第二处理结果，根据所述第二处理结果控制所述第二接触器的吸合或断开。

2.根据权利要求1所述的电池运行状态控制电路，其特征在于，所述第一微控制单元包括：第一串行外设接口引脚；所述第二微控制单元包括：第二串行外设接口引脚；

所述第一微控制单元的第一串行外设接口引脚与所述第二微控制单元的第二串行外设接口引脚连接；

所述第一微控制单元通过所述第一串行外设接口引脚，将第一处理结果数据发送至所述第二微控制单元的所述第二串行外设接口引脚；

所述第二微控制单元通过所述第二串行外设接口引脚，将第二处理结果数据发送至所述第一微控制单元的所述第一串行外设接口引脚。

3.根据权利要求2所述的电池运行状态控制电路，其特征在于，所述第一微控制单元判断所述第一处理结果数据和所述第二处理结果数据是否属于相同预置数据范围；

若判断所述第一处理结果数据和所述第二处理结果数据不属于相同预置数据范围，所述第一微控制单元控制所述第一接触器断开。

4.根据权利要求2所述的电池运行状态控制电路，其特征在于，所述第二微控制单元判断所述第二处理结果数据和所述第一处理结果数据是否属于相同预置数据范围；

若判断所述第二处理结果数据和所述第一处理结果数据不属于相同预置数据范围，所述第二微控制单元控制所述第二接触器断开。

5.根据权利要求1所述的电池运行状态控制电路，其特征在于，所述第一微控制单元包括：第一控制输出引脚；所述第二微控制单元包括：第二控制输出引脚；所述第一接触器包括：第一控制输入引脚；所述第二接触器包括：第二控制输入引脚；

所述电池运行状态控制电路还包括：第一控制电路和第二控制电路；

所述第一微控制单元的所述第一控制输出引脚通过所述第一控制电路与所述第一接触器的所述第一控制输入引脚连接；

所述第二微控制单元的所述第二控制输出引脚通过所述第二控制电路与所述第二接触器的所述第二控制输入引脚连接。

6.根据权利要求1所述的电池运行状态控制电路，其特征在于，所述电池运行状态控制电路还包括：第一系统基础芯片和第二系统基础芯片；

所述第一系统基础芯片与所述第一微控制单元连接；

所述第二系统基础芯片与所述第二微控制单元连接。

7.根据权利要求6所述的电池运行状态控制电路，其特征在于，所述第一微控制单元包括：第一电源输入引脚、第一复位输入引脚；所述第一系统基础芯片包括：第一电源输出引脚和第一复位输出引脚；

所述第一微控制单元的第一电源输入引脚与第一系统基础芯片的第一电源输出引脚连接，所述第一微控制单元的第一复位输入引脚与第一系统基础芯片的第一复位输出引脚连接。

8.根据权利要求6所述的电池运行状态控制电路，其特征在于，所述第二微控制单元还包括：第二电源输入引脚、第二复位输入引脚；所述第二系统基础芯片包括：第二电源输出引脚和第二复位输出引脚；

所述第二微控制单元的第二电源输入引脚与第二系统基础芯片的第二电源输出引脚连接，所述第二微控制单元的第二复位输入引脚与第二系统基础芯片的第一复位输出引脚连接。

9.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统应用上述权利要求1-8任一项所述的电池运行状态控制电路。

10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车应用上述权利要求1-8任一项所述的电池运行状态控制电路。