WO2010012187A1 - 分布式电池管理系统及其管理方法 - Google Patents

分布式电池管理系统及其管理方法 Download PDF

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battery
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张维鑫
韩友国
戴润义
马建新
黎刚
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奇瑞汽车股份有限公司
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to the field of automotive electronics, in particular to a distributed battery management system and a management method thereof. Background technique
  • the battery management system must monitor the voltage, current and temperature of the battery cells in real time, so that the battery management system Accurately predict battery performance.
  • Battery management is usually divided into a centralized battery management system and a distributed battery management system.
  • the centralized battery management system has the advantages of simple structure and easy implementation, but the battery management system obtains the voltage and temperature values of the battery cells through a plurality of signal harnesses, and the battery demand increases with the voltage demand of the power supply battery pack.
  • the number of bodies must increase, requiring battery management controllers to provide more interface resources, while adding a large number of wiring harnesses, and also increasing the difficulty of battery cell fault diagnosis.
  • such a system is not capable of real-time monitoring of data acquisition objects, and cannot reflect the sudden changes of data acquisition objects in time.
  • the advantage of the distributed battery management system is that it can manage the battery cells very well, and it is easy to achieve equalized charging.
  • the interface resources of the battery management controller are easy to expand, and the wiring harness problem is easy to solve.
  • the number of data acquisition modules must be relatively increased.
  • the distributed battery management system uses multiple data acquisition modules. To reduce costs, distributed battery management systems use the same battery-collecting module, which introduces CAN collisions between the acquisition boards.
  • the primary object of the present invention is to provide a distributed battery management system capable of solving communication conflicts, having low difficulty and low cost.
  • the present invention provides a distributed battery management system including at least two battery modules. Groups, each battery module is connected to the battery management module through a corresponding collection module, and the module is externally connected to the jumper circuit.
  • Another object of the present invention is to provide a method for managing a distributed battery management system, the method comprising the following sequence of steps:
  • each collection module performs data acquisition on the battery module, and transmits the collected data to the battery management module through the CAN bus;
  • the battery management module discriminates the signal sent by the acquisition module according to the CAN bus address and performs corresponding processing.
  • the invention adopts a jumper circuit externally in the acquisition module, uses a jumper circuit to set different states of the I/O ports of the respective acquisition modules, and assigns corresponding CAN bus addresses to the respective acquisition modules for each state, so as to distinguish between the respective collection modules. Signal, solves the communication conflict of the distributed battery management system
  • Figure 1 is a circuit schematic diagram of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing the connection of the acquisition module chip MCU and the acquisition module chip MCU and the jumper circuit in the present invention
  • Figure 4 is a schematic view of the jumper connector of the present invention:
  • Figure 5 is a schematic diagram of a circuit for connecting the second and third jumpers to the PCB;
  • FIG. 6 is a flow chart of the operation of the present invention. detailed description
  • a distributed battery management system includes at least two battery modules 10, each battery module 10 includes at least two battery modules 11, and the battery module 11 includes a plurality of battery cells, and each of the battery modules 10 respectively passes through corresponding
  • the acquisition module is connected to the battery management module 40.
  • the acquisition module is a remote data acquisition module 20, and the remote data acquisition module 20 is externally connected to the jumper circuit 50.
  • the jumper circuit 50 includes a jumper and a jumper cap set on the jumper, and a jumper. Plugged into the jumper connector 54, the jumper connector 54 is an insulator, and a jumper connector 54 is provided with a plurality of jacks for insertion of a plurality of jumpers, as shown in Figures 1, 4, and 5. In conjunction with FIG.
  • the output ends of the respective battery modules 10 are respectively connected to the input ends of the respective remote data collection modules 20, and the I/O ports of the remote data acquisition module 20 are externally connected to the jumper connectors. 54.
  • the output of the remote data acquisition module 20 is coupled to the input of the battery management module 40 via the CAN bus 30.
  • the output of the battery management module 40 is coupled to the input of the body controller.
  • each battery module 10 is composed of four battery modules 11, first, second, and third batteries.
  • the output ends of the modules are respectively connected to the input ends of the first, second and third remote data acquisition modules 21, 22, 23, and the outputs of the first, second and third remote data acquisition modules 21, 22, 23 are connected via the CAN bus 30.
  • the input terminals of the battery management module 40 are connected, and the I/O ports of the first, second, and third remote data acquisition modules 21, 22, and 23 are externally connected to the jumper connector 54, and the jumpers inserted on the jumper connector 54 are The number is determined by the I/O port allocation of the MCU and the number of remote data acquisition modules 20 used.
  • the jumper consists of conductors A and B. When the jumper cap is placed on conductors A and B, the jumper is used.
  • the corresponding I/O port is at a low level, in the present invention, in the first, second, and third remote data acquisition modules 21,
  • the MCUs of 22 and 23 are reserved with three I/O interfaces for connection with the jumper connector 54.
  • Three jumpers are inserted on the jumper connector 54, that is, the first, second and third jumpers 51, 52, 53.
  • Fig. 5 is a circuit diagram showing the soldering of the second and third jumpers 52, 53 on the PCB board 60.
  • the I/O states of the MCUs of the first, second, and third remote data acquisition modules 21, 22, and 23 are preset to be: 001, 010, 100;
  • the I/O ports of the MCUs of the first, second, and third remote data collection modules 21, 22, and 23 are respectively adjusted to the above state by using a jumper cap, for example, for the MCU of the first remote data collection module 21,
  • the jumper cap 52 is sleeved on the conductors 52A, 52B of the second jumper 52, and the jumper cap 53' is sleeved on the conductor 53A of the third jumper 53,
  • the status of 001 can be realized on 53B;
  • the jumper information is read, and the I/O states of the first, second, and third remote data acquisition modules 21, 22, and 23 are judged. If the preset state is met, the first, second, and third remotes are The data acquisition modules 21, 22, and 23 respectively assign different CAN bus addresses, and assume that the addresses given are 0X480, 0X481, and 0X482, respectively, and the three addresses are used to distinguish the information collected by the three remote data acquisition modules;
  • the remote data acquisition module 20 collects information such as voltage and temperature on the battery module 21, and passes
  • the A/D converter performs the analog-to-digital conversion and writes the conversion result to the register, since the battery management module 40 only needs to be
  • the battery data collected by the three sets of remote data acquisition modules 20 can be completely received within 100 ms, and the RTC module is used to control the CAN transmission module to send the battery data collected by the three sets of remote data acquisition modules 20 every 100 ms; Fifth, entering the CAN bus 30 transmission, if the request transmission flag of the CAN transmission register is set to 1, the data transmission is satisfied, and the CAN bus 30 transmits information to the battery management module 40. If CAN_ERR>255, it means that the CAN bus 30 is on the bus 30. The transmitted data is monitored to have more than 255 consecutive errors, the CAN bus stops transmitting data, and the remote data acquisition module 20 enters a sleep state; if CAN_ERR 255, the CAN bus 30 continues to transmit data to the battery management module 40.
  • the core of the present invention is to use the jumper circuit 50 to distinguish the port states of the respective acquisition modules in hardware.
  • different CAN addresses are assigned to the respective acquisition modules for different port states, and data transmission is performed.
  • the battery management module 40 can identify the information sent by each collection module and process it, thereby solving the problem of complicated industrial production management and high production cost due to communication conflicts of the distributed battery management system.

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Description

分布式电池管理系统及其管理方法 技术领域
本发明涉及汽车电子领域， 尤其是分布式电池管理系统及其管理方法。 背景技术
伴随着电动设备的增多， 可供电电池组的应用也越来越多， 在电池组的使用过程 中， 电池管理系统必须实时的对电池单体的电压、 电流、 温度进行监控， 以便电池管 理系统准确地预测电池性能。
电池管理通常分为集中式电池管理系统和分布式电池管理系统。 其中， 集中式电 池管理系统的优点在于结构简单， 易于实现， 但电池管理系统是通过多根信号线束获 取电池单体的电压及温度值， 随着可供电电池组电压需求的升高， 电池单体数量必定 增加， 需要电池管理控制器提供更多的接口资源， 同时增加了大量的线束， 也增加了 电池单体故障诊断的难度。 与此同时， 这种系统并不能够对数据采集对象进行实时监 控， 不能够及时反映数据采集对象的突变情况。
其次， 分布式电池管理系统的优点是能够很好的对电池单体进行管理， 易于实现 均衡化充电， 随着电池单体数量的增加， 电池管理控制器的接口资源易于扩充， 线束 问题易于解决。 但是伴随着电池单体数量的增加， 数据采集模块的数量也要相对的增 力口， 分布式电池管理系统采用多个数据采集模块。 为降低成本， 分布式电池管理系统 釆用相同的电池釆集模块， 这就带来了采集板之间的 CAN冲突问题。
面对着多个数据采集板与电池管理控制器之间的通讯， 解决数据通讯冲突成为了 首要的任务， 而当前解决分布式管理系统通讯冲突的主要方法有两种： 第一种是对每 一个数据采集系统应用不同的程序， 配置不同的 CAN总线 ID; 第二种是使用类似于 DS18B20等产品， 通过硬件自动添加 CAN总线 ID， 解决通讯冲突。 但无疑这些方法 将大大的增加产品生产的难度和成本。 发明内容
本发明的首要目的在于提供一种能够解决通讯冲突、 难度小、 成本低的分布式电 池管理系统。
为实现上述目的， 本发明提供的一种分布式电池管理系统， 包括至少两个电池模 组， 各个电池模组分别通过相应的采集模块与电池管理模块相连， 釆集模块外接跳线 电路。
本发明的另一目的在于提供一种分布式电池管理系统的管理方法， 该方法包括下 列顺序的步骤：
( 1 ) 读取跳线信息， 并判断各个采集模块 I/O端口的状态；
( 2) 根据各个采集模块 I/O端口的相应状态， 赋予各个采集模块相应的 CAN总 线地址；
( 3 )各个采集模块对电池模组进行数据采集， 并将采集到的数据通过 CAN总线 传输至电池管理模块；
( 4 ) 电池管理模块根据 CAN总线地址判别采集模块发出的信号， 并进行相应处 理。
本发明通过在采集模块外接跳线电路， 利用跳线电路对各个采集模块的 I/O端口 设定不同的状态，针对各个状态赋予各个采集模块相应的 CAN总线地址， 以区别各个 采集模块发出的信号， 解决了分布式电池管理系统的通讯冲突 附图说明
图 1是本发明的电路原理图；
图 2、 3分别是本发明中采集模块芯片 MCU、 采集模块芯片 MCU与跳线电路连 接的示意图；
图 4分别是本发明中跳线接插件的示意图：
图 5是将第二、 三跳线悍接在 PCB板上的电路示意图；
图 6是本发明的工作流程图。 具体实施方式
一种分布式电池管理系统， 包括至少两个电池模组 10， 各个电池模组 10包括至 少两个电池模块 11， 电池模块 11内包括若干个电池单体， 各个电池模组 10分别通过 相应的采集模块与电池管理模块 40相连， 采集模块为远程数据采集模块 20， 远程数 据采集模块 20外接跳线电路 50， 跳线电路 50包括跳线以及套设在跳线上的跳线帽， 跳线插在跳线接插件 54上，跳线接插件 54为绝缘体，在一个跳线接插件 54上设有若 干个插孔， 以供多个跳线插入， 如图 1、 4、 5所示。 结合图 1、 2、 3， 所述的各个电池模组 10的输出端分别与各个远程数据采集模块 20的输入端相连， 远程数据采集模块 20内芯片 MCU的 I/O端口外接跳线接插件 54， 远程数据采集模块 20的输出端通过 CAN总线 30与电池管理模块 40的输入端相连， 电池管理模块 40的输出端与车身控制器的输入端相连。
结合图 1， 为便于说明， 本发明采用三个电池模组 10， 即第一、 二、 三电池模组， 每个电池模组 10由 4个电池模块 11组成， 第一、 二、 三电池模组的输出端分别与第 一、 二、 三远程数据采集模块 21、 22、 23的输入端相连， 第一、 二、 三远程数据采集 模块 21、 22、 23的输出端通过 CAN总线 30与电池管理模块 40的输入端相连， 第一、 二、 三远程数据采集模块 21、 22、 23的 MCU的 I/O端口外接跳线接插件 54， 跳线接 插件 54上所插入的跳线的个数由 MCU的 I/O端口分配情况和远程数据采集模块 20 使用的数量来决定， 跳线由导体 A、 B组成， 将跳线帽套设在导体 A、 B上时， 该跳 线所对应的 I/O端口为低电平， 在本发明中， 在第一、 二、 三远程数据采集模块 21、
22、 23的 MCU上均预留 3个 I/O接口， 以供与跳线接插件 54连接， 在跳线接插件 54 上插有 3个跳线， 即第一、 二、 三跳线 51、 52、 53。
以下结合图 1、 2、 3、 4、 5、 6对本发明作进一歩的说明， 其中， 图 5是将第二、 三跳线 52、 53焊接在 PCB板 60上的电路示意图。
第一， 预先设定第一、 二、 三远程数据采集模块 21、 22、 23的 MCU的 I/O状态 分别为： 001、 010、 100；
第二， 分别将第一、 二、 三远程数据采集模块 21、 22、 23的 MCU的 I/O端口用 跳线帽调至上述状态， 比如， 对于第一远程数据釆集模块 21 的 MCU, 将跳线帽 52， 套设在第二跳线 52的导体 52A、52B上，将跳线帽 53'套设在第三跳线 53的导体 53A、
53B上即可实现 001的状态；
第三， 读取跳线信息， 对第一、 二、 三远程数据采集模块 21、 22、 23的 I/O状态 进行判断， 若符合预先设定的状态， 则对第一、 二、 三远程数据采集模块 21、 22、 23 分别赋予不同的 CAN总线地址， 假设所赋予的地址分别为 0X480、 0X481、 0X482, 用这三个地址对三个远程数据采集模块所采集的信息进行区分；
第四， 远程数据采集模块 20对电池模块 21进行电压、 温度等信息的采集， 通过
A/D转换器进行模数转换后将转换结果写入寄存器， 由于电池管理模块 40 只需要在
100ms内完整接收到三组远程数据采集模块 20采集到的电池数据即可， RTC模块用以 控制 CAN传输模块以每 100ms发送一次三组远程数据采集模块 20采集到的电池数据； 第五， 进入 CAN总线 30传输， 若 CAN发送寄存器的请求发送标志位置 1， 则满 足数据发送， CAN总线 30向电池管理模块 40发送信息， 若 CAN— ERR>255， 则意味 着 CAN总线 30上传输的数据被监测到发生了连续大于 255次错误， CAN总线停止传 输数据， 远程数据采集模块 20进入休眠状态； 若 CAN— ERR 255， 则 CAN总线 30 继续发送数据至电池管理模块 40。
综上所述， 本发明的核心在于利用跳线电路 50在硬件上对各个采集模块的端口 状态进行区分， 在软件上， 针对不同的端口状态赋予各个采集模块不同的 CAN地址， 在进行数据传输时， 电池管理模块 40能够辨别出各个采集模块发出的信息， 并进行处 理， 解决了因分布式电池管理系统的通讯冲突所带来的产业化生产管理复杂、 生产成 本较高的难题。
最后所应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明而非限制， 尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明进行修 改或者等同替换， 而不脱离本发明的精神和范围， 其均应涵盖在本发明的权利要求范 围当中。

Claims

权利要求书
1、 一种分布式电池管理系统， 其特征在于： 包括至少两个电池模组， 各个电池 模组分别通过相应的采集模块与电池管理模块相连， 采集模块外接跳线电路。
2、 根据权利要求 1 所述的分布式电池管理系统， 其特征在于： 所述的跳线电路 包括跳线以及套设在其上的跳线帽， 跳线插在跳线接插件上。
3、 根据权利要求 1 所述的分布式电池管理系统， 其特征在于： 所述的各个电池 模组的输出端分别与相应的远程数据采集模块的输入端相连， 远程数据采集模块内芯 片 MCU的 I/O端口外接跳线接插件， 远程数据采集模块的输出端通过 CAN总线与电 池管理模块的输入端相连。
4、 根据权利要求 1 所述的分布式电池管理系统， 其特征在于： 所述的电池模组 包括至少两个电池模块， 每个电池模块内部包含至少两个电池单体。
5、 根据权利要求 1 所述的分布式电池管理系统， 其特征在于： 所述的电池管理 模块的输出端与车身控制器的输入端相连。
6、 一种分布式电池管理系统的管理方法， 该方法包括下列顺序的步骤：
( 1 ) 读取跳线信息， 并判断各个采集模块 I/O端口的状态；
( 2) 根据各个采集模块 I/O端口的相应状态， 赋予各个采集模块相应的 CAN总 线地址；
( 3 )采集模块对电池模组进行数据采集， 并将采集到的数据通过 CAN总线传输 至电池管理模块；
( 4 ) 电池管理模块根据 CAN总线地址判别各个采集模块发出的信号， 并进行相 应处理。
7、 根据权利要求 6 所述的分布式电池管理系统的管理方法， 其特征在于： 所述 的采集模块为远程数据采集模块， 远程数据采集模块的 I/O端口为其内芯片 MCU的 I/O端口。
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