阅读说明：本技术 电池管理系统及方法 (Battery management system and method ) 是由 宋中奇 杨益华 郭孟强 陈闽杰 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电池管理系统及方法,中央控制单元单元通过解析芯片与首尾两个电池管理芯片相连,从而使得在正常状态下中央控制单元可以从首尾两个方向与电池管理芯片进行通信,相对于单向菊花链通信系统极大地改善了由通信功耗造成的电池单体和电池模组的电压差异,同时从两个方向获取的数据可以进行相互校验,提高了数据的可靠性。(The invention provides a battery management system and a method, wherein a central control unit is connected with a head battery management chip and a tail battery management chip through an analysis chip, so that the central control unit can communicate with the battery management chips from the head direction and the tail direction in a normal state, the voltage difference of a battery monomer and a battery module caused by communication power consumption is greatly improved compared with a one-way daisy chain communication system, meanwhile, data acquired from the two directions can be mutually verified, and the reliability of the data is improved.)

电池管理系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种电池管理系统及方法。

背景技术

随着新能源电动汽车技术的快速发展，电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)作为核心技术之一发挥着越来越重要的作用。

目前市场上的电池管理系统主要是主从式结构，主从式结构电池管理系统内部的通信方式主要是采用CAN通信方式或者菊花链通信方式。CAN通信的可靠性较高，但是通常需要进行隔离设计，所以其成本较高。菊花链通信的成本相对较低，目前得到越来越多的应用。由于菊花链通信结构采用级联的方式，传统的单向菊花链一旦发生芯片失效或者通信线束断线等故障时会导致系统的通信中断，电池管理系统将无法获取高压电池的数据信息，影响到系统的安全。

菊花链通信信号的传递方式主要分为直连式和中继式。直连式的通信方式是所有通信节点直接串行连接在一起，通信节点只检测接收到的信号然后做出响应，不会对信号进行增强处理，随着使用节点数的增加，通信信号的幅值会逐渐降低，所以其系统抗干扰性较差。中继式的通信方式是通信节点将接收到的信号进行处理然后重新发送给下一个通信节点，增强了信号的强度，理论上其通信的长度不受节点数的影响，抗干扰性较好，所以目前菊花链基本上采用中继的方式进行信号传输。传统的单向菊花链通信结构中，处于不同位置的节点需要中继的次数不一样，由于中继方式需要电流消耗，所以会造成对电池模组的电流消耗不同，最终导致了电池单体电压的差异性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池管理系统，以解决现有技术中的一个或多个问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电池管理系统，包括：中央控制单元、解析芯片、电池管理芯片和隔离电路；其中，

所述电池管理芯片的数量为n个，n个所述电池管理芯片按照菊花链的方式依次相连；相邻的所述电池管理芯片之间、所述解析芯片与第一个所述电池管理芯片之间、以及所述解析芯片与第n个所述电池管理芯片之间分别通过所述隔离电路连接，n为大于或等于2的整数；

所述中央控制单元通过所述解析芯片分别连接所述第一个所述电池管理芯片和所述第n个所述电池管理芯片，以形成与各所述电池管理芯片之间的第一数据传输路径和第二数据传输路径；

所述解析芯片用于传递所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据。

可选的，在所述的电池管理系统中，所述电池管理系统还包括：唤醒电路和第一电源；

所述解析芯片与所述唤醒电路连接，用于在所述第一电源处于休眠状态时，若接收到所述电池管理芯片发出的故障信号，则触发所述唤醒电路向所述第一电源发出唤醒信号；

所述第一电源与所述中央控制单元连接，用于为所述中央控制单元供电，并在接收到来自所述中央控制单元的休眠命令时进入休眠模式；所述第一电源还与所述唤醒电路相连，用于当处于休眠模式时若接收到所述唤醒信号则进入工作模式。

可选的，在所述的电池管理系统中，所述解析芯片具有中断引脚，所述解析芯片在接收到所述故障信号时翻转所述中断引脚的电平，以触发所述唤醒电路发出所述唤醒信号。

可选的，在所述的电池管理系统中，所述电池管理系统还包括：第二电源，所述第二电源用于给所述解析芯片不间断地供电。

可选的，在所述的电池管理系统中，所述第二电源包括低压差线性稳压器。

可选的，在所述的电池管理系统中，所述解析芯片通过将所述中央控制单元发出的SPI信号转换成各所述电池管理芯片可识别的菊花链通信信号，以及将所述电池管理芯片发出的菊花链通信信号转换成所述中央控制单元可识别的SPI信号，以进行所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据的传递。

可选的，在所述的电池管理系统中，所述电池管理芯片发出的菊花链通信信号包括差分信号。

可选的，在所述的电池管理系统中，所述隔离电路包括变压器或者电容。

可选的，在所述的电池管理系统中，所述解析芯片包括第一解析芯片和第二解析芯片，所述中央控制单元和第一个所述电池管理芯片通过所述第一解析芯片相连，所述中央控制单元和第n个所述电池管理芯片通过所述第二解析芯片相连，所述第一解析芯片和所述第二解析芯片均用于所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据的传递。

基于同一思想，本发明还提供一种利用如上所述的电池管理系统进行电池管理的方法，包括：

当n个所述电池管理芯片构成的链路正常连接时，周期性切换所述第一通信路径和所述第二通信路径，以进行所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据的传递。

可选的，在所述的进行电池管理的方法中，所述进行电池管理的方法还包括：

当n个所述电池管理芯片构成的链路出现中断时，同时采用所述第一通信路径和所述第二通信路径，以进行所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据的传递。

与现有技术相比，本申请提供的所述电池管理系统及方法具有如下有益效果：

本发明提供的电池管理系统及方法，中央控制单元单元通过解析芯片与首尾两个电池管理芯片相连，从而使得在正常状态下中央控制单元可以从首尾两个方向与电池管理芯片进行通信，相对于单向菊花链通信系统极大地改善了由通信功耗造成的电池单体和电池模组的电压差异，同时从两个方向获取的数据可以进行相互校验，提高了数据的可靠性。

进一步的，本发明提供的电池管理系统及方法，在发生由电池管理芯片失效，隔离电路失效，通信线束断开等故障造成的通信中断故障时，能够从两个方向分别与故障位置两端的电池管理芯片重新建立通信联系，进行数据传递，提高了系统的鲁棒性和安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一电池管理系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电池管理系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如前文所述，传统的单向菊花链通信结构中，处于不同位置的节点需要中继的次数不一样，由于中继方式需要电流消耗，所以会造成对电池模组的电流消耗不同，最终导致了电池单体电压的差异性。

有鉴于此，本实施例提供一种能够双向通信的电池管理系统。如图1所示，本实施例提供的电池管理系统包括：中央控制单元(MCU)、解析芯片、电池管理芯片和隔离电路。

所述电池管理芯片的数量为n个，n为大于或等于2的正整数。所述电池管理芯片用于根据所述中央控制单元发出的指令相应采集电池单体电压、采集电池模组温度信号以及执行电池均衡等，并将相关数据返回给所述中央控制单元。n个所述电池管理芯片按照菊花链的方式依次相连，即，n个所述电池管理芯片的通信接口从第1节点开始按照级联的方式依次连接到第n节点。

所述隔离电路的数量也为n个，按照排布顺序依次为：隔离电路1、隔离电路2、、、隔离电路n。相邻所述电池管理芯片之间、所述解析芯片与第一个所述电池管理芯片(电池管理芯片1)之间、以及所述解析芯片与第n个所述电池管理芯片(电池管理芯片n)之间分别通过所述隔离电路连接。所述隔离电路用于实现所述电池管理芯片节点之间以及所述电池管理芯片与所述解析芯片之间的电气隔离。所述隔离电路可通过变压器或者电容方案实现。

所述中央控制单元负责整个电池管理系统的数据处理和命令下发，所述中央控制单元通过所述解析芯片分别连接电池管理芯片1和电池管理芯片n，以形成与各所述电池管理芯片之间的第一数据传输路径和第二数据传输路径。

续航能力是体现电动汽车性能的一项重要参数，车辆不使用时应尽量减小控制器的静态电流消耗，所以车辆不运行时电池管理控制器通常会设置进入休眠模式，以减小电池管理系统对高压动力电池和车载低压蓄电池的能量消耗。休眠模式下电池管理系统失去了对高压电池状态的监控，如果此时高压电池模组出现欠压、过压、过温等故障时，电池管理系统将无法知晓，存在安全隐患。

有鉴于此，优选的，本实施例提供的所述电池管理系统还包括：唤醒电路和第一电源(电源1)。所述唤醒电路用于通过向电源1发出唤醒信号，以使电源1从休眠模式进入工作模式。所述解析芯片分别与所述唤醒电路连接，用于在电源1处于休眠状态时若接收到所述电池管理芯片发出的故障信号则触发所述唤醒电路发出唤醒信号。电源1与所述中央控制单元连接，用于给所述中央控制单元供电，并在接收到来自所述中央控制单元的休眠命令时进入休眠模式；电源1还与所述唤醒电路相连，用于当处于休眠模式时若接收到所述唤醒信号则进入工作模式，给所述中央控制单元开始供电，从而唤醒所述中央控制单元。即，电源1具有看门狗功能，与所述中央控制单元进行实时监控，提高系统安全性。电源1的输入端可连接车载12V蓄电池。

本实施例中，所述解析芯片处于常供电模式，所述电池管理系统还包括：第二电源(电源2)，电源2的输出端连接所述解析芯片，给连接解析芯片1和解析芯片2不间断供电，以使解析芯片1和解析芯片2能够在所述中央控制单元处于非供电状态时，也能够工作，从而能够及时将所述电池管理芯片发出的故障信号转为唤醒信号发送给电源1。较佳的，电源2包括低压差线性稳压器(LDO)。电源2的输入端可连接车载12V蓄电池。

所述中央控制单元、所述解析芯片、所述电池管理芯片和电源1分别设置相应的接口和/或引脚，以用于连接和/或数据传递。具体如下：

所述中央处理单元具有电源引脚和SPI接口；所述解析芯片具有SPI接口、菊花链接口、通信接口、电源引脚和中断引脚；电源1具有唤醒引脚；所述电池管理芯片具有通信接口。所述解析芯片和所述电池管理芯片分别具有至少两个通信接口，当其中一者为通信输入接口时，另一者为通信输出接口。

其中，所述中央控制单元的电源引脚连接电源1。所述中央控制单元的两组SPI接口分别与所述解析芯片的两组SPI接口连接，所述解析芯片的两组菊花链通信接口分别与电池管理芯片1及电池管理芯片n的菊花链通信接口，从而以建立所述第一数据传输路径和所述第二数据传输路径。所述解析芯片通过将所述中央控制单元发出的SPI信号转换成各所述电池管理芯片可识别的菊花链通信信号，以及将所述电池管理芯片发出的菊花链通信信号转换成所述中央控制单元可识别的SPI信号，以进行所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据的传递。进一步的，所述电池管理芯片发出的菊花链通信信号通常为差分信号。

所述解析芯片的中断引脚与所述唤醒电路的输入端相连，所述解析芯片在接收到所述故障信号时将所述中断引脚的电平进行翻转，所述唤醒电路的输出端连接电源1的唤醒引脚，所述解析芯片的中断引脚发生电平翻转后，所述唤醒电路对所述中断引脚翻转后的电平信号进行处理和转换，以变成电源1可识别的唤醒信号，从而唤醒电源1。

另外，隔离电路1的一端连接所述解析芯片的通信接口，另一端连接电池管理芯片1的通接接口，隔离电路2到隔离电路n-1的两端连接相邻电池管理芯片的通信接口，隔离电路n一端连接所述解析芯片的通信接口，另一端连接电池管理芯片n的通信接口。

考虑到实际过程中所述解析芯片接口数量较多，不易操作，且考虑到数据处理的难易，本实施例中，解析芯片的数量可为2个，分别为解析芯片1和解析芯片2，解析芯片1和解析芯片2均用于所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据的传递。所述中央控制单元和电池管理芯片1通过所述第一解析芯片相连，所述中央控制单元和电池管理芯片n通过所述第二解析芯片相连。即，通过解析芯片1和解析芯片2来分别建立所述第一数据传输路径和所述第二数据传输路径，以及向所述唤醒电路发出唤醒信号。

解析芯片1和解析芯片2均具有SPI接口、菊花链接口、通信接口、电源引脚和中断引脚，具体的，解析芯片1的SPI接口与中央控制单元的一组SPI接口连接，解析芯片1的菊花链通信接口通过隔离电路与电池管理芯片1的通信接口连接；解析芯片2的SPI接口与中央控制单元的另一组SPI接口连接，解析芯片2的菊花链通信接口通过隔离电路与电池管理芯片n的通信接口连接；解析芯片1和解析芯片2分别将中央控制单元发出的SPI信号转换成电池管理芯片可识别的菊花链通信信号，同时可以将电池管理芯片发出的通信信号转换成SPI信号发送给中央控制单元完成信息交互。另外，解析芯片1和解析芯片2的中断引脚均与所述唤醒电路的输入端相连。

为更清楚地说明本发明实施例，以下对本实施例提供的电池管理系统的双向通信链路进行说明。为了描述方便，以下在描述本实施例提供的所述电池管理系统时，以所述解析芯片的数量为2做出说明。但应理解，本申请并不限定所述解析芯片的数量为2，解析芯片1和解析芯片2也可集成为一体，相应接口分别设置即可。

中央控制单元与电池管理芯片之间数据传输的一条路径是：中央控制单元的一组SPI接口与解析芯片1的SPI接口连接，解析芯片1的通信输出端口与隔离电路一端连接，隔离的另一端与电池管理芯片1的通信输入端口连接，解析芯片1将中央控制单元发出的SPI信号转换成电池管理芯片可以识别的差分信号，并且经过隔离电路的隔离后发送给电池管理芯片1，电池管理芯片1以中继的方式将信号从通信输出端口发出，经过隔离电路的隔离后发送给电池管理芯片2，依此类推信号一直传送到电池管理芯片n。需要说明的是所述的电池管理芯片的通信输入端口和通信输出端口都可以接收和发送信号，所以电池管理芯片需要返回给中央控制单元数据时，通过通信输入端口发出信号，经过隔离电路后发送到前一个电池管理芯片的通信输出端口，然后依次中继转发下去直至解析芯片1，解析芯片1将电池管理芯片返回的差分通信信号转换成SPI信号发送给中央控制单元进行处理。

中央控制单元与电池管理芯片之间数据传输的另一条路径是：中央控制单元的另一组SPI接口与解析芯片2的SPI接口连接，解析芯片2的通信输出接口与隔离电路一端连接，隔离的另一端与电池管理芯片n的通信输出端口连接，解析芯片2将中央控制单元发出的SPI信号转换成电池管理芯片可以识别的差分信号，并且经过隔离电路的隔离后发送给电池管理芯片n，电池管理芯片n以中继的方式将信号从通信输入端口发出，经过隔离电路的隔离后发送给电池管理芯片n-1，依此类推信号一直传送到电池管理芯片1。同理，解析芯片2可以将电池管理芯片返回的差分通信信号转换成SPI信号发送给中央控制单元进行处理。

由于电池管理芯片采用中继的方式进行通信信号的传递，对于级联式结构的通信系统，如果中央控制单元与电池管理芯片之间的数据传输按照第一通信路径进行则电池管理芯片1需要中继转发数据的次数最多，所以其消耗的功率最大，电池管理芯片n中继转发的次数最少，其消耗的功率最小。相同的，如果中央控制单元与电池管理芯片之间的数据传输按照第二通信路径进行则电池管理芯片n需要中继转发数据的次数最多，所以其消耗的功率最大，电池管理芯片1中继转发的次数最少，其消耗的功率最小。而电池管理芯片通常由高压电池模组直接供电，这样不同的高压电池模组的功耗会不同，会导致电池模组间的电压差变大，最终导致电池单体的不一致性增大，降低了电池的寿命和续航能力，甚至会带来安全隐患。

有鉴于此，基于本实施例提供的所述电池管理系统，本实施例还提供一种电池管理方法，包括：

当n个所述电池管理芯片构成的链路正常连接时，周期性切换所述第一通信路径和所述第二通信路径，以进行所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据的传递。

通过中央控制单元与电池管理芯片之间可以周期性的切换第一通信路径和第二通信路径进行通信，这样每个电池管理芯片的功耗会相同，极大地改善了电池的功耗差异，进一步的，该方法具有的另一个优点是中央控制单元从两个方向与电池管理芯片进行数据传递，可以进行数据的校验，提高了数据的可靠性。

由于菊花链通信采用的是级联的方式进行通信，中央控制单元与电池管理芯片之间的数据传输按照第一通信路径或者第二通信路径进行，当通信链路出现中断失效，中央控制单元将无法获取失效位置后面电池管理芯片节点的数据，甚至影响到失效位置前面节点的正常通信，系统无法获取数据，安全状态未知。所述的通信中断失效造成的原因包括某个电池管理芯片失效，隔离电路失效，通信线束断开，通信信号受到干扰等。

有鉴于此，基于本实施例提供的所述电池管理系统，本实施例提供一种所述电池管理方法还可包括：

当n个所述电池管理芯片构成的链路出现中断时，同时采用所述第一通信路径和所述第二通信路径，以进行所述中央控制单元和各所述电池管理芯片之间数据的传递。

举例说明：假设电池管理芯片2与电池管理芯片3之间的通信线束断开，此时中央控制单元通过解析芯片1对电池管理芯片1和2进行初始化，重新分配地址，然后进行数据交互，中央控制单元通过解析芯片2对电池管理芯片n直到电池管理芯片3进行初始化，重新分配地址，然后进行数据交互。需要说明的是此时电池管理芯片与中央控制单元的数据交互只能按照某一条路径进行传递，通信失效位置前面节点只能通过第一通信路径进行数据传递，通信失效位置后面节点只能通过第二通信路径进行数据传递。

本实施例提供的电池管理系统执行电池管理方法的过程大致如下：

所述的电源1的输入端接车载12V蓄电池，输出接解析芯片1和2的供电引脚，解析芯片1和2处于常供电模式，电源2的输入接接车载12V蓄电池，输出接中央控制单元的供电引脚，为中央控制单元提供电源，电源2具有唤醒引脚，与唤醒电路的输出连接，休眠状态下唤醒电路输出高电平信号可以将电源2唤醒，使其正常输出电源为中央控制单元供电，唤醒电路的两个输入端连接解析芯片1和解析芯片2的中断信号引脚，解析芯片1和2发出的中断信号经过唤醒电路转换成电源2可识别的唤醒信号。在车辆不使用时为减小对低压电池和高压电池系统的能量消耗，通常会将整个电池管理系统设置进入休眠模式，此时电源1输出正常，为解析芯片1和2提供电源，需要说明的是由于解析芯片1和2处于休眠模式，所以此时系统的电流消耗很小。当电池单体或电池模组发生过压、欠压和过温等故障时，故障位置对应的电池管理芯片会被唤醒，电池管理芯片通过通信回路将故障信号向相邻节点的电池管理芯片传送，相邻节点的电池管理芯片检测到故障唤醒信号会被唤醒，然后继续将故障信号往下传送直到传送到解析芯片1或者解析芯片2，解析芯片检测到故障信号后会被唤醒，同时将中断信号引脚的电平进行翻转，唤醒电路检测到任意一个中断引脚信号的电平发生翻转后，通过输出引脚发出高电平唤醒信号唤醒电源2，电源2输出电压为中央控制单元提供电源，至此整个系统已被唤醒。需要说明的是电池管理芯片检测到故障信号后会将故障信号从通信输入端口和通信输出端口两个方向发出，所以即使整个通信回路中某处发生断线故障，故障信号也能沿着另一个方向传递到解析芯片，进而唤醒整个电池管理系统。

综上所述，本实施例提供的所述电池管理系统为一种具有双向通信和唤醒功能的电池管理系统，相比现有技术，具有如下有益效果：

(1)在正常状态下中央控制单元可以从首尾两个方向与电池管理芯片进行通信，相对于单向菊花链通信系统极大地改善了由通信功耗造成的电池单体和电池模组的电压差异。同时从两个方向获取的数据可以进行相互校验，提高了数据的可靠性。

(2)在发生由电池管理芯片失效，隔离电路失效，通信线束断开等故障造成的通信中断故障时，能够从两个方向分别与故障位置两端的电池管理芯片重新建立通信联系，进行数据传递，提高了系统的鲁棒性和安全性。

(3)在系统休眠状态下发生电池单体或电池模组过压、欠压或过温等故障时，可以及时的唤醒电池管理系统。在同时发生通信断线故障时仍然能从另一个方向唤醒系统，极大地提高了系统的安全性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。