可扩展的混合式电池管理系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种可扩展的混合式电池管理系统，包括主处理单元以及可扩展子单元；所述主处理单元与所述可扩展子单元之间，以及相邻可扩展子单元之间，通过菊花链通讯方式连接；所述可扩展子单元采集当前电芯模组的电压、温度、执行均衡功能以及故障诊断功能，并通过菊花链通讯方式将当前管理的电芯模组信息传输至所述主处理单元；所述主处理单元根据所有电芯模组的电压、电流、温度以及系统故障信息，运行预先设定好的系统策略并与外部设备进行通讯。本实用新型专利技术中提供的可扩展的混合式电池管理系统，通过对电芯模组电压、温度、电流以及系统故障信息进行监测与管理，保证电芯模组工作正常，具有可扩展性高、维护性高、可靠性高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电池管理系统
，特别涉及一种可扩展的混合式电池管理系统。
技术介绍
电池管理系统是电芯模组的重要组成部分之一，它用于管理电池模组的电压、温度、电流等信息，并管理电芯模组的充放电过程以及与控制器、充电机、仪表、UPS等外部设备进行通讯交换，以便更好更合适的监控管理电池状态。在动力电芯模组中，受限于方案成本与可扩展性的影响，BMS(电池管理系统)可分为集中式BMS与分布式BMS等两种架构。对于集中式BMS，其成本低廉、控制简单；但是其存在可扩展性差、维护性差、维护成本高、可靠性低等问题。比如如果客户需求变更，对于电芯的采样串数增加或减少，就需要对客户需求进行定制开发，造成整个BMS方案的可扩展性差；由于电芯的电压采样、回路电流、回路控制、策略执行与运算单元高度集成，造成如果系统中有部分模块功能异常时，就需要对BMS整个进行维护与更换，造成其维护性较差以及维护成本高等相关问题。而且由于系统中所有的线束都会汇聚到BMS单元，就会提高系统的布线复杂度，特别是高压线束与低压线束的处理以及线间串扰等问题，与此就会带来系统可靠性的降低的问题。与此同时，分布式BMS虽然能解决上述问题，但是分布式BMS存在成本高昂、控制管理复杂等问题，给生产管理与维护等带来新的问题。在分布式BMS中，系统架构根据系统功能的不同可以分为SCU(从控管理单元)、MCU(主控管理单元)、HVCU(高压管理单元)以及CSU(电流传感器单元)以及其他可扩展性单元等。根据系统功能的划分，系统存在多个模块，每个模块中均会存在子单元的功能重复，造成系统比较臃肿冗余，提高系统成本以及控制管理复杂度等；并且在生产中，由于存在多个SCU的问题，又会带来SCU编写地址复杂问题，提高生产管理投入等问题。随着BMS行业的日益发展，BMS技术的日渐成熟，对于BMS的开发投入成本以及物料成本越来越敏感，而对于BMS的可扩展性、稳定性要求会越来越高。特别是在储能BMS、48V启停BMS以及车用低压BMS等领域。从实现BMS功能的角度来看，并没有不可逾越的技术门槛；但从实际使用的角度来看，BMS产品的难点集中在低成本、高可靠性、高可扩展性、高可维护性等方面，而集中式管理系统和分布式管理系统都没能很好的解决这些问题。
技术实现思路
本技术的主要目的为提供一种可扩展的混合式电池管理系统，可通过对电芯模组的电压、温度、电流与故障信息进行监测与管理，保证电芯模组工作正常，具有可扩展性高、维护性高、可靠性高的优点。本技术提出一种可扩展的混合式电池管理系统，与电芯模组连接，用于管理电芯模组的使用过程，包括主处理单元以及可扩展子单元；所述主处理单元与所述可扩展子单元之间，以及相邻可扩展子单元之间，通过菊花链通讯方式连接；所述可扩展子单元采集当前电芯模组的电压、温度、执行均衡功能以及故障诊断功能，并通过菊花链通讯方式将当前管理的电芯模组信息传输至所述主处理单元；所述主处理单元根据所有电芯模组的电压、电流、温度以及系统故障信息，运行预先设定好的系统策略并与外部设备进行通讯。进一步地，所述主处理单元包括采样芯片、通讯转换芯片、主控管理单元以及系统基础芯片，所述采样芯片、通讯转换芯片、主控管理单元以及系统基础芯片依次连接，所述采样芯片通过采样端连接电芯模组采集电芯模组的电压、温度信息通过菊花链连接的通讯转换芯片传输至主控管理单元，所述主控管理单元通过系统基础芯片中的通讯模块将电池系统信息传输至外部设备中。进一步地，所述采样芯片上集成有电压采样单元、模/数转换单元、温度采样单元、均衡控制单元、电流采样单元以及通讯转换单元。进一步地，所述采样芯片上还集成有内部诊断单元以及电压、温度阈值报警单元。进一步地，所述采样芯片与所述主控管理单元之间通过通讯转换芯片连接，所述通讯转换芯片将菊花链通讯方式转换成SPI通讯方式，菊花链通讯端与采样芯片连接，而SPI通讯端则与主控管理单元连接。进一步地，所述主控管理单元中集成有多种接口，用于协调电池管理系统内部的各个功能单元，包括CAN通讯接口、SPI通讯接口、I2C通讯接口、Sig信号接口、I/O驱动接口以及诊断接口中的一种或多种；所述主控管理单元控制所述绝缘监测模块，获取当前系统绝缘状况；所述主控管理单元通过IO接口连接并控制风扇转速控制、转速检测以及风扇电源控制；所述主控管理单元通过I2C通讯连接RTC+EEROM，存储系统异常信息、SOC值以及提供实时时钟，记录信息参考时刻；所述主控管理单元还包括对高压端进行管理与控制，并控制与外接功能模块的通讯以及信号管理。进一步地，所述系统基础芯片上集成有电源模块、SPI接口、CAN通讯模块以及看门狗模块。进一步地，所述主处理单元还包括预充回路以及接触器驱动电路，所述预充回路为电池模组预充电并与接触器驱动电路并联连接，所述接触器驱动电路连接并受控于所述主控管理单元。进一步地，所述可扩展子单元通过菊花链通讯方式连接与其相邻的单元并可根据具体设计需求进行可扩展子单元间多级级联。本技术中提供的可扩展的混合式电池管理系统，具有以下有益效果：本技术中提供的可扩展的混合式电池管理系统，可对所有电芯模组的电压、温度、电流、故障信息进行监控与管理，并可根据实际应用进行扩展；主处理单元与可扩展子单元之间，以及相邻可扩展子单元之间，通过菊花链通讯方式连接，可扩展子单元可根据需要进行多级级联，既能增强通讯的可靠性，又能减少系统线束的复杂度与线束成本，降低系统成本，提高系统鲁棒性，提高可扩展性，增强了系统通讯的可靠性；主处理单元与可扩展子单元均采用集成芯片方案，降低系统的复杂度，降低系统元器件的多样性，提高可靠性并降低硬件成本；电芯模组电压的采样与回路电流的采样基于采样芯片完成，可以确保电芯模组电压采样与回路电流采样同步；采样芯片与主控管理单元之间通过通讯转换芯片连接进行隔离通讯处理，可以降低复杂工况下的地环路对通讯相关信号的影响，提高系统通讯的可靠性；主处理单元中还集成有预充管理、回路接触器驱动管理、风扇驱动、实时故障存储管理、绝缘检测、系统策略运算与执行、系统故障诊断、高压管理以及与外部设备的通讯管理与信号管理功能中的一种或多种，这样可以增强系统的可扩展性与实用性。附图说明图1是本技术一实施例中可扩展的混合式电池管理系统结构示意图；图2是本技术一实施例中主处理单元结构示意图；图3是本技术一实施例中可扩展子单元结构示意图。本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。参照图1，为本技术一实施例中可扩展的混合式电池管理系统结构示意图。本技术一实施例中提出一种可扩展的混合式电池管理系统，与多个或者一个电芯模组40连接，用于监控电芯模组40的状态信息并管理电芯模组40的使用过程。其包含有一个主处理单元10与零个或者多个(多个包含一个)可扩展子单元20。可扩展子单元20的数量可以根据实际使用条件进行增减，并根据系统配置选取合适的数目。主处理单元10与可扩展子单元20之间，或者可扩展子单元20与可扩展子单元20之间采用菊花链通讯连接方式。上述可扩展子单元20通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可扩展的混合式电池管理系统，与电芯模组连接，用于管理电芯模组的使用过程，其特征在于，包括主处理单元以及可扩展子单元；所述主处理单元与所述可扩展子单元之间，以及相邻可扩展子单元之间，通过菊花链通讯方式连接；所述可扩展子单元采集当前电芯模组的电压、温度、执行均衡功能以及故障诊断功能，并通过菊花链通讯方式将当前管理的电芯模组信息传输至所述主处理单元；所述主处理单元根据所有电芯模组的电压、电流、温度以及系统故障信息，运行预先设定好的系统策略并与外部设备进行通讯。

【技术特征摘要】
1.一种可扩展的混合式电池管理系统，与电芯模组连接，用于管理电芯模组的使用过程，其特征在于，包括主处理单元以及可扩展子单元；所述主处理单元与所述可扩展子单元之间，以及相邻可扩展子单元之间，通过菊花链通讯方式连接；所述可扩展子单元采集当前电芯模组的电压、温度、执行均衡功能以及故障诊断功能，并通过菊花链通讯方式将当前管理的电芯模组信息传输至所述主处理单元；所述主处理单元根据所有电芯模组的电压、电流、温度以及系统故障信息，运行预先设定好的系统策略并与外部设备进行通讯。2.如权利要求1所述的可扩展的混合式电池管理系统，其特征在于，所述主处理单元包括采样芯片、通讯转换芯片、主控管理单元以及系统基础芯片，所述采样芯片、通讯转换芯片、主控管理单元以及系统基础芯片依次连接，所述采样芯片通过采样端连接电芯模组采集电芯模组的电压、温度信息并通过菊花链连接的通讯转换芯片传输至主控管理单元，所述主控管理单元通过系统基础芯片中的通讯模块将电池系统信息传输至外部设备中。3.如权利要求2所述的可扩展的混合式电池管理系统，其特征在于，所述采样芯片上集成有电压采样单元、模/数转换单元、温度采样单元、均衡控制单元、电流采样单元以及通讯转换单元。4.如权利要求3所述的可扩展的混合式电池管理系统，其特征在于，所述采样芯片上还集成有内部诊断单元以及电压、温度阈值报警单元。5.如权利要求2所述的可扩展的混合式电池管理系统，其特征在于，所述采样芯片与所述主控管理单元之间通过通讯转换芯片连接，所述通讯转换芯片将菊花链通讯方式转换成SPI通讯方式，菊花链通讯端与采样芯片连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晶晶，唐智，徐童辉，穆明，
申请(专利权)人：欣旺达电动汽车电池有限公司，欣旺达电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44