專利名稱：一種電池管理系統(tǒng)及電池管理方法
技術領域：
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：
電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，簡稱為BMS)是電池與用戶之間的紐帶，主要對象是二次電池。二次電池存在下面的一些缺點，如存儲能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復雜的，不同類型的電池特性亦相差很大。電池管理系統(tǒng)(BMS)主要功能包括準確估測動力電池組的荷電狀態(tài)(Stateof Charge，即SOC);在電池充放電過程中，實時采集電動汽車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)生過充電或過放電現(xiàn)象；為單體電池 均衡充電，使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài)。這些措施都旨在提高電池的利用率、延長電池壽命。電動汽車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)對于電動汽車的性能發(fā)揮起著重要的作用。圖I是一個典型的現(xiàn)有技術的電動汽車的BMS系統(tǒng)結構圖，如圖，系統(tǒng)主要由一個主控制板、η個從控制板(也稱監(jiān)測單元)和顯示模塊等。從控制板主要負責對其監(jiān)控的單個電池的電壓、電流、工作溫度等信息的測量，并將采集到的數(shù)據(jù)通過CAN總線(控制器局域網(wǎng)絡Controller Area Network的簡稱,是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一,在國際上較大范圍內，CAN總線協(xié)議已經成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線)傳輸給主控制板；主控制板負責處理從控制板采集到的電池狀態(tài)信息，并將處理的結果通過外部CAN總線傳輸給顯示模塊、充電機和整車控制器等設備。這種電池管理系統(tǒng)，由于涉及到主控制器與多個從控制器的通信，所以帶來了通信沖突的問題。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一類是對每個從控制器應用不同的軟件代碼，靜態(tài)配置不同的總線標識(總線ID);另一類是通過硬件或者軟件的方式為哥哥從控制器動態(tài)分配總線ID。第一類方法需要開發(fā)具有不同ID的軟件代碼，軟件的復雜度較高。第二類方法效率和成本更低。有關前文所述的第二類方法，中國專利200910249544. O “分布式電池管理系統(tǒng)及其標識分配方法”中公開，系統(tǒng)將主控制器與一個下位機電連接，再將該下位機與其他下位機依次串聯(lián)電連接，主控制器通過依次激活相串聯(lián)的下位機的方式依次給各個下位機分配標識。這個技術方案中，多個下位機(相當于從控制器)需要依次串聯(lián)，施工復雜度高、成本高；而且從控制器只有在上一個與之相鄰電連接的從控制器分配完地址之后才會被激活開始工作，并且被激活的從控制器的地址是通過向主控制器申請獲得的，同一時間只有一個從控制器是工作在地址配置過程，不僅整個系統(tǒng)的效率較低，而且一點串聯(lián)電路中有斷開的情況，將導致后續(xù)一個或多個從控制器無法正常工作。同時，這種電池管理系統(tǒng)在每次系統(tǒng)上電時都必須進行一次地址配置的過程，無疑延長了整個系統(tǒng)的初始化時間。另有中國專利200810021154. 3“分布式電池管理系統(tǒng)及其管理方法”，該發(fā)明通過在采集模塊(也相當于從控制器)外接跳線電路，利用跳線電路狀態(tài)為各個采集模塊的賦予相應的CAN總線地址。這項現(xiàn)有技術引入了多個跳線作為硬件區(qū)分標記，雖然有效地解決了系統(tǒng)通信沖突的問題，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)的硬件復雜度，讓硬件連線變得復雜，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。而且整個工作過程中需要依賴所有的硬件跳線狀態(tài)不同，跳線的設定只能依靠人力完成，出錯率高。跳線更有可能在工作過程中也可能因為振動等原因而變化導致整個系統(tǒng)出錯。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對背景技術所述的現(xiàn)有技術的不足，提供一種能夠解決主從控制器之間的通信沖突問題的、結構簡單、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，主控制器通過內部CAN總線控制連接多個從控制器，每個從控制器控制一個電池組，主控制器還通過外部CAN總線連接外部設備，其特征在于還包括一個跳線電路模塊和非易失存儲器，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，非易失存儲器和從控制器連接，存儲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:
整個方法包括了直接選取已分配好的地址進行工作的運行模式，所述運行模式安排在初始化預配置地址以后進行，其特征在于，在初始化預配置地址步驟之后，首先安排一個模式選擇程序，同時在模式選擇程序之后安排一個和運行模式平行的分配模式，運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；運行模式包括從非易失存儲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器中的步驟。具體的，運行模式的步驟是
1、從非易失存儲器(EEPROM)中讀取出廠時配置過的對應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，進行相關數(shù)據(jù)的計算處理，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相應的幀數(shù)據(jù)；
如響應主控制器請求電壓信息的遠程幀；
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“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)，如果沒有，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，如對該從控制器測量的電池組進行均衡控制等；
6、重復步驟I到步驟6。優(yōu)選的配置模式的步驟是
1、以之前預配置的總線地址向CAN總線上的其它從控制器發(fā)送一個聲明該地址的“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可用地址作為該從控制器的預配置總線地址，并將該地址寫入非易失存儲器中(如EEPROM)，之后轉到工作模式選擇程序；如果地址未被占用，將該地址寫入非易失存儲器中，并轉到轉到工作模式選擇程序。本發(fā)明方案和現(xiàn)有技術相比，具備明顯的優(yōu)勢首先，提出的是一種非實時的地址分配方案，將地址分配和正常工作分開，這樣就無需每次啟動都分配地址，啟動迅速、程序簡單、成本低。其次，不需要強調多個從控制器的依次串聯(lián)，每個從控制器相對獨立，各從控制器的工作順序沒有依賴性和絕對的順序性，更加自由，工作可靠度高。第三，只需一個跳線電路來區(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)分標識，跳線數(shù)量要求明顯減少，設定出錯的幾率也大幅度降低。
第四，只要一次跳線設定(如在出廠時候或長期工作以后的校正、維修等)完成地址分配，在正常運行中完全可以不再需要跳線帽這類物理區(qū)分裝置，避免了跳線帽因振動等原因丟失造成的邏輯錯誤，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。


圖1，典型的電池管理系統(tǒng)的結構 圖2，本發(fā)明的結構 圖3，本發(fā)明的電池管理方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式如圖2，本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)，包括主控制器I、多個從控制器2，主控制器I通過內部CAN總線與多個從控制器電連接，每個從控制器2對應的控制一個電池組3。主控制器I通過外部CAN總線連接外部設備，外部設備包括顯示模塊4、充電機5、整車控制器6，還特別包括跳線電路模塊7和非易失存儲器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行模式，如，插上跳線帽表明處于地址配置模式，跳線帽斷開表明正常工作模式，反之亦然。非易失存儲器8和從控制器2連接，存儲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為預配置總線地址。步驟2、讀取跳線信息，決定從控制器進入何種工作模式，如，跳線帽為插上狀態(tài)則跳到步驟3進入地址配置模式執(zhí)行，跳線帽為斷開狀態(tài)則轉到步驟4進入正常工作模式執(zhí)行。步驟3、地址配置工作模式，包括如下幾個步驟
A、以之前預配置的總線地址向CAN總線上的其它從控制器發(fā)送一個聲明該地址的“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可用地址作為該從控制器的預配置總線地址，并將該地址寫入非易失存儲器中(如EEPROM)，之后轉到步驟2。如果地址未被占用，將該地址寫入非易失存儲器中，并轉到步驟2繼續(xù)運行。步驟4、正常工作模式，包括如下步驟
A、從非易失存儲器(EEPROM)中讀取出廠時配置過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，進行相關數(shù)據(jù)的計算處理，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相應的的幀數(shù)據(jù)，如響應主控制器請求電壓信息的遠程幀。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“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)，如果沒有，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，如對該從控制器測量的電池模塊進行均衡控制等。F、重復步驟4 (B)到步驟4 (E)。在地址配置過程中，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CAN總線上去，每隔一段時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程并進入了正常運行工作模式，然后按照圖I的系統(tǒng)結構，將連有所有從控制器的內部CAN總線與主控制器相連，整個電池管理系統(tǒng)便能正常工作了。而系統(tǒng)斷電后，等下次重新開機時，由于之前從控制器配置的總線地址已經被寫到了非易失存儲器中，這些從控制器只需要從存儲器中取出他們各自的總線地址就可以無沖突地參與總線通信了。舉一個例子說明
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)。做完準備工作之后，將三塊板子上電并按照圖2所示的流程執(zhí)行程序，假設從控制器地址池中共有“ 10”，“11”，“ 12”三個地址可供分配，此時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，因為此時沒有使用該總線地址工作在正常運行模式下的從控制器，所以總線上不會有地址“10” “正被使用幀”的幀數(shù)據(jù)產生，這些從控制器便會每隔一段時間向總線上聲明一個“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”進入正常工作模式工作，并對其它兩塊從控制器發(fā)送的地址“ 10”的“地址聲明幀”響應一個“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選擇地址“11”重新在總線上聲明各自的地址，同樣由于此時沒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”進入正常運行模式運行，并將對第三塊從控制器發(fā)送的地址“11”的“地址聲明幀”響應一個“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程，由于這些總線地址已經被寫入不易失存儲器中，在下次開機時，便可以直接從存儲器中讀取各自的總線 地址了。
權利要求
1.一種電池管理系統(tǒng)，包括主控制器、從控制器，主控制器通過內部CAN總線控制連接多個從控制器，每個從控制器控制一個電池組，主控制器還通過外部CAN總線連接外部設備，其特征在于還包括一個跳線電路模塊和非易失存儲器，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，非易失存儲器和從控制器連接，存儲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，整個方法包括了直接選取已分配好的地址進行工作的運行模式，所述運行模式安排在初始化預配置地址以后進行，其特征在于，在初始化預配置地址步驟之后，首先安排一個模式選擇程序，同時在模式選擇程序之后安排一個和運行模式平行的分配模式，運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；運行模式包括從非易失存儲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器中的步驟。
3.根據(jù)權利要求2所述的電池管理系統(tǒng)，其特征是所述的運行模式的步驟是 1)、從非易失存儲器(EEPROM)中讀取出廠時配置過的對應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，進行相關數(shù)據(jù)的計算處理，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相應的幀數(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“該地址正被使用”的幀數(shù)據(jù)，如果沒有，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，如對該從控制器測量的電池組進行均衡控制等； 6)、重復步驟I到步驟6。
4.根據(jù)權利要求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)、以之前預配置的總線地址向CAN總線上的其它從控制器發(fā)送一個聲明該地址的“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可用地址作為該從控制器的預配置總線地址，并將該地址寫入非易失存儲器中(如EEPR0M)，之后轉到工作模式選擇程序；如果地址未被占用，將該地址寫入非易失存儲器中，并轉到轉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，主控制器通過內部CAN總線控制連接多個從控制器，每個從控制器控制一個電池組，主控制器還通過外部CAN總線連接外部設備，其特征在于還包括一個跳線電路模塊和非易失存儲器，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，非易失存儲器和從控制器連接，存儲器分配到的從控制器地址。本系統(tǒng)啟動迅速、成本低、電路結構簡單，工作可靠性高。
文檔編號H02J7/00GK102842939SQ20121036802
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者蔣虎 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司