專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電池管理系統(tǒng)及電池管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池管理系統(tǒng)(BMS)，特別是一種節(jié)點(diǎn)地址可配置的電池管理系統(tǒng)及其具體管理方法。
背景技術(shù)：
電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，簡(jiǎn)稱(chēng)為BMS)是電池與用戶(hù)之間的紐帶，主要對(duì)象是二次電池。二次電池存在下面的一些缺點(diǎn)，如存儲(chǔ)能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問(wèn)題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復(fù)雜的，不同類(lèi)型的電池特性亦相差很大。電池管理系統(tǒng)(BMS)主要功能包括準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)(Stateof Charge，即SOC);在電池充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集電動(dòng)汽車(chē)蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象；為單體電池 均衡充電，使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。這些措施都旨在提高電池的利用率、延長(zhǎng)電池壽命。電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池通常是串聯(lián)的，由于單體電池的出廠特性不一致，所以上述的電池管理系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的性能發(fā)揮起著重要的作用。圖I是一個(gè)典型的現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)的BMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖，系統(tǒng)主要由一個(gè)主控制板、η個(gè)從控制板(也稱(chēng)監(jiān)測(cè)單元)和顯示模塊等。從控制板主要負(fù)責(zé)對(duì)其監(jiān)控的單個(gè)電池的電壓、電流、工作溫度等信息的測(cè)量，并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線(控制器局域網(wǎng)絡(luò)Controller Area Network的簡(jiǎn)稱(chēng),是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一,在國(guó)際上較大范圍內(nèi)，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線)傳輸給主控制板；主控制板負(fù)責(zé)處理從控制板采集到的電池狀態(tài)信息，并將處理的結(jié)果通過(guò)外部CAN總線傳輸給顯示模塊、充電機(jī)和整車(chē)控制器等設(shè)備。這種電池管理系統(tǒng)，由于涉及到主控制器與多個(gè)從控制器的通信，所以帶來(lái)了通信沖突的問(wèn)題。目前解決通信沖突的電池管理系統(tǒng)所采用的方式主要有兩大類(lèi)一類(lèi)是對(duì)每個(gè)從控制器應(yīng)用不同的軟件代碼，靜態(tài)配置不同的總線標(biāo)識(shí)(總線ID);另一類(lèi)是通過(guò)硬件或者軟件的方式為哥哥從控制器動(dòng)態(tài)分配總線ID。第一類(lèi)方法需要開(kāi)發(fā)具有不同ID的軟件代碼，軟件的復(fù)雜度較高。第二類(lèi)方法效率和成本更低。有關(guān)前文所述的第二類(lèi)方法，中國(guó)專(zhuān)利200910249544. O “分布式電池管理系統(tǒng)及其標(biāo)識(shí)分配方法”中公開(kāi)，系統(tǒng)將主控制器與一個(gè)下位機(jī)電連接，再將該下位機(jī)與其他下位機(jī)依次串聯(lián)電連接，主控制器通過(guò)依次激活相串聯(lián)的下位機(jī)的方式依次給各個(gè)下位機(jī)分配標(biāo)識(shí)。這個(gè)技術(shù)方案中，多個(gè)下位機(jī)(相當(dāng)于從控制器)需要依次串聯(lián)，施工復(fù)雜度高、成本高；而且從控制器只有在上一個(gè)與之相鄰電連接的從控制器分配完地址之后才會(huì)被激活開(kāi)始工作，并且被激活的從控制器的地址是通過(guò)向主控制器申請(qǐng)獲得的，同一時(shí)間只有一個(gè)從控制器是工作在地址配置過(guò)程，不僅整個(gè)系統(tǒng)的效率較低，而且一點(diǎn)串聯(lián)電路中有斷開(kāi)的情況，將導(dǎo)致后續(xù)一個(gè)或多個(gè)從控制器無(wú)法正常工作。同時(shí)，這種電池管理系統(tǒng)在每次系統(tǒng)上電時(shí)都必須進(jìn)行一次地址配置的過(guò)程，無(wú)疑延長(zhǎng)了整個(gè)系統(tǒng)的初始化時(shí)間。另有中國(guó)專(zhuān)利200810021154. 3“分布式電池管理系統(tǒng)及其管理方法”，該發(fā)明通過(guò)在采集模塊(也相當(dāng)于從控制器)外接跳線電路，利用跳線電路狀態(tài)為各個(gè)采集模塊的賦予相應(yīng)的CAN總線地址。這項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)引入了多個(gè)跳線作為硬件區(qū)分標(biāo)記，雖然有效地解決了系統(tǒng)通信沖突的問(wèn)題，但是不難發(fā)現(xiàn)，該發(fā)明的跳線電路的數(shù)量將隨著采集模塊數(shù)量的增加而增加，增加了系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度，讓硬件連線變得復(fù)雜，其所占用的微處理器(MCU)的通用輸入輸出口(GPIO)的數(shù)量也將增加。而且整個(gè)工作過(guò)程中需要依賴(lài)所有的硬件跳線狀態(tài)不同，跳線的設(shè)定只能依靠人力完成，出錯(cuò)率高。跳線更有可能在工作過(guò)程中也可能因?yàn)檎駝?dòng)等原因而變化導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出錯(cuò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)所述的現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠解決主從控制器之間的通信沖突問(wèn)題的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的電池管理系統(tǒng)及方法。
為此，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的
一種電池管理系統(tǒng)，包括主控制器、從控制器，主控制器通過(guò)內(nèi)部CAN總線控制連接多個(gè)從控制器，每個(gè)從控制器控制一個(gè)電池組，主控制器還通過(guò)外部CAN總線連接外部設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)跳線電路模塊和非易失存儲(chǔ)器，跳線電路模塊控制連接從控制器，決定從控制器的工作模式，非易失存儲(chǔ)器和從控制器連接，存儲(chǔ)器分配到的從控制器地址。根據(jù)上述電池管理系統(tǒng)的構(gòu)造，本發(fā)明還提供一種電池管理系統(tǒng)的地址配置方法:
整個(gè)方法包括了直接選取已分配好的地址進(jìn)行工作的運(yùn)行模式，所述運(yùn)行模式安排在初始化預(yù)配置地址以后進(jìn)行，其特征在于，在初始化預(yù)配置地址步驟之后，首先安排一個(gè)模式選擇程序，同時(shí)在模式選擇程序之后安排一個(gè)和運(yùn)行模式平行的分配模式，運(yùn)行模式和分配模式由模式選擇程序是根據(jù)跳線狀態(tài)擇一選擇啟動(dòng)；運(yùn)行模式包括從非易失存儲(chǔ)器中讀取已分配的地址的步驟，分配模式包括將地址存入非易失存儲(chǔ)器中的步驟。具體的，運(yùn)行模式的步驟是
1、從非易失存儲(chǔ)器(EEPROM)中讀取出廠時(shí)配置過(guò)的對(duì)應(yīng)的從控制器的總線地址，將該地址作為該從控制器參與總線通信的地址；
2、采集其控制連接的電池組信息，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，并判斷是否存在故障；
3、解析CAN總線上收到的數(shù)據(jù)幀，根據(jù)不同的幀向總線上響應(yīng)相應(yīng)的幀數(shù)據(jù)；
如響應(yīng)主控制器請(qǐng)求電壓信息的遠(yuǎn)程幀；
4、判斷總線上是否有收到與自身地址相同的“地址聲明幀”，如收到，則向總線上發(fā)送一個(gè)“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有，則繼續(xù)下一步驟的執(zhí)行；
5、執(zhí)行從控制器的其他任務(wù)，如對(duì)該從控制器測(cè)量的電池組進(jìn)行均衡控制等；
6、重復(fù)步驟I到步驟6。優(yōu)選的配置模式的步驟是
1、以之前預(yù)配置的總線地址向CAN總線上的其它從控制器發(fā)送一個(gè)聲明該地址的“地址聲明幀”；
2、接收CAN幀數(shù)據(jù)，并解析收到的幀數(shù)據(jù)；3、判斷是否收到該從控制器在步驟2中聲明的地址已被占用的“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)。如果地址已被占用，則從地址池中順序選擇下一個(gè)可用地址作為該從控制器的預(yù)配置總線地址，并將該地址寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器中(如EEPROM)，之后轉(zhuǎn)到工作模式選擇程序；如果地址未被占用，將該地址寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器中，并轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到工作模式選擇程序。本發(fā)明方案和現(xiàn)有技術(shù)相比，具備明顯的優(yōu)勢(shì)首先，提出的是一種非實(shí)時(shí)的地址分配方案，將地址分配和正常工作分開(kāi)，這樣就無(wú)需每次啟動(dòng)都分配地址，啟動(dòng)迅速、程序簡(jiǎn)單、成本低。其次，不需要強(qiáng)調(diào)多個(gè)從控制器的依次串聯(lián)，每個(gè)從控制器相對(duì)獨(dú)立，各從控制器的工作順序沒(méi)有依賴(lài)性和絕對(duì)的順序性，更加自由，工作可靠度高。第三，只需一個(gè)跳線電路來(lái)區(qū)分工作模式，而不需要跳線電路的狀態(tài)直接作為從控制器的地址區(qū)分標(biāo)識(shí)，跳線數(shù)量要求明顯減少，設(shè)定出錯(cuò)的幾率也大幅度降低。
第四，只要一次跳線設(shè)定(如在出廠時(shí)候或長(zhǎng)期工作以后的校正、維修等)完成地址分配，在正常運(yùn)行中完全可以不再需要跳線帽這類(lèi)物理區(qū)分裝置，避免了跳線帽因振動(dòng)等原因丟失造成的邏輯錯(cuò)誤，提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。


圖1，典型的電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖2，本發(fā)明的結(jié)構(gòu) 圖3，本發(fā)明的電池管理方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖2，本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)，包括主控制器I、多個(gè)從控制器2，主控制器I通過(guò)內(nèi)部CAN總線與多個(gè)從控制器電連接，每個(gè)從控制器2對(duì)應(yīng)的控制一個(gè)電池組3。主控制器I通過(guò)外部CAN總線連接外部設(shè)備，外部設(shè)備包括顯示模塊4、充電機(jī)5、整車(chē)控制器6，還特別包括跳線電路模塊7和非易失存儲(chǔ)器8，跳線電路模塊控制連接從控制器，跳線電路模塊7提供O和I兩種邏輯，決定從控制器的工作模式是處于地址分配模式還是處于正常運(yùn)行模式，如，插上跳線帽表明處于地址配置模式，跳線帽斷開(kāi)表明正常工作模式，反之亦然。非易失存儲(chǔ)器8和從控制器2連接，存儲(chǔ)分配到的從控制器的工作地址。本系統(tǒng)的地址分配和正常運(yùn)行模式的具體工作流程如圖3。步驟I、將從控制器可用地址池中的第一個(gè)地址作為該從控制器的初始總線地址初始化，該初始總線地址也稱(chēng)為預(yù)配置總線地址。步驟2、讀取跳線信息，決定從控制器進(jìn)入何種工作模式，如，跳線帽為插上狀態(tài)則跳到步驟3進(jìn)入地址配置模式執(zhí)行，跳線帽為斷開(kāi)狀態(tài)則轉(zhuǎn)到步驟4進(jìn)入正常工作模式執(zhí)行。步驟3、地址配置工作模式，包括如下幾個(gè)步驟
A、以之前預(yù)配置的總線地址向CAN總線上的其它從控制器發(fā)送一個(gè)聲明該地址的“地址聲明幀”。B、接收CAN幀數(shù)據(jù)，并解析收到的幀數(shù)據(jù)。C、判斷是否收到該從控制器在步驟2 (A)中聲明的地址已被占用的“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)。如果地址已被占用，則從地址池中順序選擇下一個(gè)可用地址作為該從控制器的預(yù)配置總線地址，并將該地址寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器中(如EEPROM)，之后轉(zhuǎn)到步驟2。如果地址未被占用，將該地址寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器中，并轉(zhuǎn)到步驟2繼續(xù)運(yùn)行。步驟4、正常工作模式，包括如下步驟
A、從非易失存儲(chǔ)器(EEPROM)中讀取出廠時(shí)配置過(guò)的本從控制器總線地址，將該地址作為該從控制器參與總線通信的地址。B、采集電壓、溫度等信息，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，并判斷是否存在故障。C、解析CAN總線上收到的數(shù)據(jù)幀，根據(jù)不同的幀向總線上響應(yīng)相應(yīng)的的幀數(shù)據(jù)，如響應(yīng)主控制器請(qǐng)求電壓信息的遠(yuǎn)程幀。D、判斷總線上是否有收到與自身地址相同的“地址聲明幀”，如收到，則向總線上 發(fā)送一個(gè)“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有，則繼續(xù)下一步驟的執(zhí)行。E、執(zhí)行從控制器的其他任務(wù)，如對(duì)該從控制器測(cè)量的電池模塊進(jìn)行均衡控制等。F、重復(fù)步驟4 (B)到步驟4 (E)。在地址配置過(guò)程中，首先將從控制器的跳線電路處于插上跳線帽狀態(tài)，并將所有需要配置地址的從控制板連到同一個(gè)CAN總線上去，每隔一段時(shí)間依次將跳線帽從從控制器上拔出，從控制器便依次完成了地址配置過(guò)程并進(jìn)入了正常運(yùn)行工作模式，然后按照?qǐng)DI的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將連有所有從控制器的內(nèi)部CAN總線與主控制器相連，整個(gè)電池管理系統(tǒng)便能正常工作了。而系統(tǒng)斷電后，等下次重新開(kāi)機(jī)時(shí)，由于之前從控制器配置的總線地址已經(jīng)被寫(xiě)到了非易失存儲(chǔ)器中，這些從控制器只需要從存儲(chǔ)器中取出他們各自的總線地址就可以無(wú)沖突地參與總線通信了。舉一個(gè)例子說(shuō)明
電池管理系統(tǒng)中一共有三塊從控制器需要配置地址。那么，首先將這三塊從控制器的CAN總線連到一起，并把三塊板子的跳線電路的跳線帽都插好(插好和拔下是兩種不同的邏輯)。做完準(zhǔn)備工作之后，將三塊板子上電并按照?qǐng)D2所示的流程執(zhí)行程序，假設(shè)從控制器地址池中共有“ 10”，“11”，“ 12”三個(gè)地址可供分配，此時(shí)三塊板子都處于地址配置模式，并且都在向總線上聲明地址“10”為自己的總線地址，因?yàn)榇藭r(shí)沒(méi)有使用該總線地址工作在正常運(yùn)行模式下的從控制器，所以總線上不會(huì)有地址“10” “正被使用幀”的幀數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這些從控制器便會(huì)每隔一段時(shí)間向總線上聲明一個(gè)“地址聲明幀”。將其中一塊從控制器的跳線電路的跳線帽拔除，它將使用地址“10”進(jìn)入正常工作模式工作，并對(duì)其它兩塊從控制器發(fā)送的地址“ 10”的“地址聲明幀”響應(yīng)一個(gè)“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)，收到該幀數(shù)據(jù)的兩塊從控制器便會(huì)選擇地址“11”重新在總線上聲明各自的地址，同樣由于此時(shí)沒(méi)有使用該總線地址工作在正常工作模式下的從控制板，這兩塊從控制器將繼續(xù)使用地址“ 11”在總線上聲明地址，且工作在地址配置模式下。再將其中一塊工作在地址配置模式下的從控制器的跳線帽拔掉，他將使用地址“11”進(jìn)入正常運(yùn)行模式運(yùn)行，并將對(duì)第三塊從控制器發(fā)送的地址“11”的“地址聲明幀”響應(yīng)一個(gè)“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)，于是，在第三塊從控制器在收到地址“11”正被使用的幀數(shù)據(jù)之后，它將選擇地址“ 12”重新在總線上聲明它的地址。當(dāng)最后將第三塊從控制器的跳線帽被拔出后，三塊從控制器便都完成了地址配置的過(guò)程，由于這些總線地址已經(jīng)被寫(xiě)入不易失存儲(chǔ)器中，在下次開(kāi)機(jī)時(shí)，便可以直接從存儲(chǔ)器中讀取各自的總線 地址了。
權(quán)利要求
1.一種電池管理系統(tǒng)，包括主控制器、從控制器，主控制器通過(guò)內(nèi)部CAN總線控制連接多個(gè)從控制器，每個(gè)從控制器控制一個(gè)電池組，主控制器還通過(guò)外部CAN總線連接外部設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)跳線電路模塊和非易失存儲(chǔ)器，跳線電路模塊控制連接從控制器，決定從控制器的工作模式，非易失存儲(chǔ)器和從控制器連接，存儲(chǔ)器分配到的從控制器地址。
2.一種電池管理系統(tǒng)的地址配置方法，整個(gè)方法包括了直接選取已分配好的地址進(jìn)行工作的運(yùn)行模式，所述運(yùn)行模式安排在初始化預(yù)配置地址以后進(jìn)行，其特征在于，在初始化預(yù)配置地址步驟之后，首先安排一個(gè)模式選擇程序，同時(shí)在模式選擇程序之后安排一個(gè)和運(yùn)行模式平行的分配模式，運(yùn)行模式和分配模式由模式選擇程序是根據(jù)跳線狀態(tài)擇一選擇啟動(dòng)；運(yùn)行模式包括從非易失存儲(chǔ)器中讀取已分配的地址的步驟，分配模式包括將地址存入非易失存儲(chǔ)器中的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池管理系統(tǒng)，其特征是所述的運(yùn)行模式的步驟是 1)、從非易失存儲(chǔ)器(EEPROM)中讀取出廠時(shí)配置過(guò)的對(duì)應(yīng)的從控制器的總線地址，將該地址作為該從控制器參與總線通信的地址； 2)、采集其控制連接的電池組信息，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，并判斷是否存在故障； 3)總線上收到的數(shù)據(jù)幀，根據(jù)不同的幀向總線上響應(yīng)相應(yīng)的幀數(shù)據(jù)； 4)、判斷總線上是否有收到與自身地址相同的“地址聲明幀”，如收到，則向總線上發(fā)送一個(gè)“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有，則繼續(xù)下一步驟的執(zhí)行； 5)、執(zhí)行從控制器的其他任務(wù)，如對(duì)該從控制器測(cè)量的電池組進(jìn)行均衡控制等； 6)、重復(fù)步驟I到步驟6。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池管理系統(tǒng)，其特征是所述的配置模式的步驟是 1)、以之前預(yù)配置的總線地址向CAN總線上的其它從控制器發(fā)送一個(gè)聲明該地址的“地址聲明幀”； 2)、接收CAN幀數(shù)據(jù)，并解析收到的幀數(shù)據(jù)； 3)、判斷是否收到該從控制器在步驟2中聲明的地址已被占用的“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)如果地址已被占用，則從地址池中順序選擇下一個(gè)可用地址作為該從控制器的預(yù)配置總線地址，并將該地址寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器中(如EEPR0M)，之后轉(zhuǎn)到工作模式選擇程序；如果地址未被占用，將該地址寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器中，并轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到工作模式選擇程序。
全文摘要
一種電池管理系統(tǒng)，涉及電池及其管理方法，包括主控制器、從控制器，主控制器通過(guò)內(nèi)部CAN總線控制連接多個(gè)從控制器，每個(gè)從控制器控制一個(gè)電池組，主控制器還通過(guò)外部CAN總線連接外部設(shè)備，其特征在于還包括一個(gè)跳線電路模塊和非易失存儲(chǔ)器，跳線電路模塊控制連接從控制器，決定從控制器的工作模式，非易失存儲(chǔ)器和從控制器連接，存儲(chǔ)器分配到的從控制器地址。本系統(tǒng)啟動(dòng)迅速、成本低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102842939SQ20121036802
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者蔣虎 申請(qǐng)人:無(wú)錫華潤(rùn)矽科微電子有限公司