CN112440817B - 电池管理***、方法及电动汽车 - Google Patents

电池管理***、方法及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种电池管理***、方法及电动汽车，属于电动汽车领域，能够准确地监测动力电池的实时状态。一种电池管理***，该电池管理***包括电压采样模块、电流采样模块和电池管理器，其中，所述电压采样模块和所述电流采样模块位于同一个通信链路中，其中：所述电压采样模块，用于对动力电池的电压进行采样；所述电流采样模块，用于对所述动力电池的电流进行采样；所述电池管理器，用于基于采样到的电压和电流监测所述动力电池的实时状态。

Description

电池管理***、方法及电动汽车
技术领域
本公开涉及电动汽车领域，具体地，涉及一种电池管理***、方法及电动汽车。
背景技术
目前，在实时监测电动汽车的动力电池状态时，通常是电流采样与电压采样分开进行，然后利用采样到的电压和电流计算动力电池的荷电状态(State of charge，SOC)以及功率状态(State of Power，SOP)。然而，现有技术不能准确地监测动力电池的实时状态。
发明内容
本公开的目的是提供一种电池管理***、方法及电动汽车，能够准确地监测动力电池的实时状态。
根据本公开的第一实施例，提供一种电池管理***，该电池管理***包括电压采样模块、电流采样模块和电池管理器，其中，所述电压采样模块、所述电流采样模块和所述电池管理器位于同一个通信链路中，其中：所述电压采样模块，用于对动力电池的电压进行采样；所述电流采样模块，用于对所述动力电池的电流进行采样；所述电池管理器，用于基于采样到的电压和电流监测所述动力电池的实时状态。
可选地，所述通信链路为菊花链通信链路。
可选地，所述菊花链通信链路为双向菊花链通信链路。
可选地，电流采样模块包括串联在动力电池的单体电池串联回路中的分流器，并与所述电压采样模块共用电压采样芯片。
可选地，所述电压采样模块包括n个电压采样子模块，所有所述电压采样子模块均位于所述通信链路中，每个所述电压采样子模块用于对所述动力电池中的至少一个单体电池的电压进行采样。
可选地，所述电池管理器包括延时单元，所述延时单元用于分别设置各个所述电压采样子模块和所述电流采样模块执行采样的预设延迟；各个所述电压采样子模块和所述电流采样模块，还用于在接收到所述电池管理器的采样命令之后，分别经过所述预设延迟后才同时开始执行采样。
可选地，各个所述电压采样子模块的预设延迟根据各自距离所述电池管理器的远近而不同。
根据本公开的第二实施例，提供一种电池管理方法，该方法包括：电压采样模块对动力电池的电压进行采样；电流采样模块对所述动力电池的电流进行采样；采样到的电压和电流通过同一个通信链路传输给电池管理器；所述电池管理器基于采样到的电压和电流监测所述动力电池的实时状态。
可选地，所述通信链路为菊花链通信链路。
可选地，所述菊花链通信链路为双向菊花链通信链路。
可选地，所述电压采样模块包括位于所述通信链路中的n个电压采样子模块，所述方法还包括：所述电池管理器分别设置各个所述电压采样子模块和所述电流采样模块执行采样的预设延迟；以及各个所述电压采样子模块和所述电流采样模块在接收到所述电池管理器的采样命令之后，分别经过所述预设延迟后才同时开始执行采样。
可选地，所述预设延迟根据各个所述电压采样子模块距离所述电池管理器的远近而不同。
根据本公开的第三实施例，提供一种电动汽车，该电动汽车包括根据本公开第一实施例所述的电池管理***。
通过采用上述技术方案，由于电压采样模块、电流采样模块和电池管理器位于同一个通信链路中，所以既能够实现电压采样和电流采样的同步，进而确保动力电池实时状态监测的准确性，而且还不需要额外的时钟同步芯片，简化了电路设计，减小了电路成本。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1示出根据本公开一种实施例的电池管理***的示意框图。
图2示出根据本公开一种实施例的电池管理***的又一示意框图。
图3示出电压采样子模块对部分单体电池的电压进行采样的示意图。
图4示出电压采样模块和电流采样模块共用一个采样芯片的示意图。
图5示出根据本公开一种实施例的电池管理方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开的发明人发现，动力电池的电压以及电流是时刻变化的，如果电压采样和电流采样不同步，则会影响动力电池实时状态的计算，例如影响SOC、SOP计算的准确性。
图1示出根据本公开一种实施例的电池管理***的示意框图，该电池管理***适用于具有动力电池的任何设备，例如电动汽车。如图1所示，该电池管理***包括电压采样模块1、电流采样模块2和电池管理器3，其中，电压采样模块1、电流采样模块2和电池管理器3位于同一个通信链路中，其中：电压采样模块1，用于对动力电池的电压进行采样；电流采样模块2，用于对动力电池的电流进行采样；电池管理器3，用于基于采样到的电压和电流监测动力电池的实时状态。
通过采用上述技术方案，由于电压采样模块1、电流采样模块2和电池管理器3位于同一个通信链路中，所以既能够实现电压采样和电流采样的同步，进而确保动力电池实时状态监测的准确性，而且还不需要额外的时钟同步芯片，简化了电路设计，减小了电路成本。
在一种实施方式中，通信链路可以是菊花链通信链路。另外，菊花链通信链路可以为双向菊花链通信链路。通过采用菊花链通信链路，能够实现电流采样和电压采样的同步，而通过采用双向菊花链通信链路，则能够构成一个闭合回路，而且该闭合回路的通信方向可以是顺时针方向，也可切换为逆时针方向，使得在双向菊花链链路中如果出现一处断线的情况下，根据本公开实施例的电池管理***仍能正常运行，提高了可靠性。
图2示出根据本公开一种实施例的电池管理***的又一示意框图。如图2所示，电压采样模块1包括n个电压采样子模块，每个电压采样子模块用于对动力电池的一部分单体电池的电压进行采样，n个电压采样子模块可以实现动力电池中的所有单体电池的电压采样。例如，假设动力电池包括100节单体电池，电压采样模块1包括10个电压采样子模块，则每个电压采样子模块可以分别对10节单体电池进行电压采样。但是本领域技术人员应当理解的是，每个电压采样子模块进行电压采样的单体电池的数量可以不同，例如第一个电压采样子模块可以对5节单体电池进行电压采样，第二个电压采样子模块可以对8节单体电池的电压进行采样，以此类推。通过图2所示的技术方案，能够实现各个单体电池的电压采样与电流采样的同步。
图3示出了电压采样子模块对部分单体电池的电压进行采样的示意图。图3所示的示例是，一个电压采样子模块对动力电池中的m节单体电池的电压进行采样。
在本公开中，电流采样模块2的实现方式多种多样。
例如，电流采样模块2可以使用具有霍尔效应的传感器来实现。
再例如，电流采样模块2也可以与电压采样模块1共用一个电压采样芯片，而且除此之外，电流采样模块2还包括串联在动力电池的单体电池串联回路中的分流器。分流器可以是金属排，例如铜排、铝排等，优选使用铜排。在进行电流采样时，电压采样芯片可以采集分流器上的电压，然后电池管理器3可以利用采集到的分流器上的电压来计算动力电池的电流。其中，金属排作为分流器采样的原理为：金属排有一定内阻，当有电流流过时，就会产生电压，通过采集金属排上的电压，然后利用金属排的已知电阻，通过公式U＝I*R，则可计算出流过金属排的电流。由于电压信号比电流信号更方便采集，通过采集电压信号来计算得到电流信号，可以更方便采样芯片的采集。
可以理解的是，分流器还可以是其他特性传感器，当有电流流过，电流周围会产生磁场，通过霍尔效应，实现将电流信号转换为电压信号，然后通过电压采样芯片对电压信号进行采集。
借助分流器，能够使电压采样模块1和电流采样模块2共用一个电压采样芯片，实现了物料共用，而且无需电流霍尔传感器及额外的微处理器等，无需同步时钟，简化了电路结构，减小了成本。
图4示出了电压采样模块1和电流采样模块2共用一个电压采样芯片的示意图。当电压采样芯片具有多个AD通道时，电流采样可以与单体电压采样共用一个芯片。在图4的示例中，电流采样模块与电压采样子模块1n共用一个电压采样芯片。但是本领域技术人员应当理解的是，图4仅是示例，电流采样模块2实际上可以与任何一个电压采样子模块共用一个电压采样芯片。
在一种实施方式中，电池管理器3可以包括延时单元，延时单元用于分别设置各个电压采样子模块和电流采样模块执行采样的预设延迟；各个电压采样子模块和电流采样模块2，还用于在接收到电池管理器3的采样命令之后，分别经过预设延迟后才同时开始执行采样。下面详细描述一下在考虑预设延迟的情况下根据本公开实施例的电池管理***的工作流程，其中通信链路以菊花链通信链路为例。
首先，电池管理器3发出采样命令至菊花链通信链路中并广播该采样命令，因为电压采样模块1和电流采样模块2都在同一个菊花链通信链路中，所以在不考虑信号线路传输延时的情况下，电压采样模块1和电流采样模块2可以几乎同时接收到该采样命令。
然后，电压采样模块1和电流采样模块2在菊花链通信链路中接收到采样命令之后，分别经过预设延迟后，才同时开始分别对电压和电流进行采样。这是因为，在菊花链传输过程中，不可避免地会存在一些信号线路传输延时，例如第一个电压采样子模块与最后一个电压采样子模块或者电流采样模块接收到的采样命令会存在一些延时(因为信号在线路中传输需要时间)，那么如果各个电压采样子模块和电流采样模块在接收到采样命令之后立即开始执行采样，就会导致先收到采样命令的模块先执行采样，后收到采样命令的模块后执行采样，也即会造成电流采样和电压采样的不同步。因此，在本公开中，各个电压采样子模块和电流采样模块在接收到采样命令之后，会经过预设延迟之后才开始执行采样，以确保所有模块执行采样动作的同步性。
例如，电池管理器3可以首先设置各个电压采样子模块和电流采样模块的预设延迟时间T，然后在电压采样模块和电流采样模块接收到电池管理器3的采样命令之后，会根据电池管理器3设置的预设延迟时间T来延迟预设延迟时间T之后才开始执行采样动作。
进一步地，由于各个电压采样子模块在菊花链通信链路中的位置不同，则信号线路的传输延时也会不同。因此，还可以根据各个电压采样子模块距离电池管理器3的远近而将各个电压采样子模块的预设延迟设置为不同值。例如，设电压采样模块中一共有N个电压采样子单元，若相邻两个电压采样子模块之间的传输延时为i秒，设距离电池管理器3最远的电压采样子模块的采样延时时间设置为t秒，则距离电池管理器3最近的电压采样子模块(即第一个电压采样子模块)的采样延时时间设置为t+(N-1)*i秒，第j个电压采样子模块的采样延时时间则为t+(N-j)*i秒。其中，i秒还可以是至少大于等于相邻两个电压采样子模块之间的传输延时，t一般为0秒，j的大小根据具***置而设定，其他电压采样子模块的采样延时时间设置以此类推。
然后，各个电压采样子模块和电流采样模块将各自采样到的电压和电流发送至菊花链中，随后电池管理器3读取并基于采样到的电压和电流来监测动力电池的实时状态。
通过上述技术方案，就能够确保所有的电压采样子模块和电流采样模块在接收到采样命令之后同时开始执行采样动作，确保了电压采样和电流采样的同步进行，也确保了各个单体电池电压采样的同步执行，进而确保能够准确地监测动力电池的实时状态，而且这种方案无需同步时钟，简化了电路结构，减小了成本。
图5示出根据本公开一种实施例的电池管理方法的流程图，如图5所示，该方法包括以下步骤：
在步骤S51中，电压采样模块对动力电池的电压进行采样；
在步骤S52中，电流采样模块对动力电池的电流进行采样；
在步骤S53中，采样到的电压和电流通过同一个通信链路传输给电池管理器；
在步骤S54中，电池管理器基于采样到的电压和电流监测动力电池的实时状态。
通过采用上述技术方案，由于采样到的电压和电流通过同一个通信链路传输给电池管理器，所以既能够实现电压采样和电流采样的同步，进而确保动力电池实时状态监测的准确性，而且还不需要额外的时钟同步芯片，简化了电路设计，减小了电路成本。
可选地，通信链路为菊花链通信链路。
可选地，菊花链通信链路为双向菊花链通信链路。
可选地，电压采样模块包括位于通信链路中的n个电压采样子模块，根据本公开实施例的电池管理方法还包括：电池管理器分别设置各个电压采样子模块和电流采样模块执行采样的预设延迟；以及各个电压采样子模块和电流采样模块在接收到电池管理器的采样命令之后，分别经过预设延迟后才同时开始执行采样。
可选地，预设延迟根据各个电压采样子模块距离电池管理器的远近而不同。
根据本公开实施例的电池管理方法中各个步骤的具体实现方式已经在根据本公开实施例的电池管理***中进行了详细描述，此处步骤赘述。
根据本公开的又一实施例，提供一种电动汽车，该电动汽车包括根据本公开实施例所述的电池管理***。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电池管理***，其特征在于，该电池管理***包括电压采样模块、电流采样模块和电池管理器，其中，所述电压采样模块、所述电流采样模块和所述电池管理器位于同一个通信链路中，其中：
所述电压采样模块，用于对动力电池的电压进行采样；
所述电流采样模块，用于对所述动力电池的电流进行采样；
所述电池管理器，用于基于采样到的电压和电流监测所述动力电池的实时状态；
其中，所述电压采样模块包括n个电压采样子模块，所有所述电压采样子模块均位于所述通信链路中，每个所述电压采样子模块用于对所述动力电池中的至少一个单体电池的电压进行采样；
所述电池管理器包括延时单元，所述延时单元用于分别设置各个所述电压采样子模块和所述电流采样模块执行采样的预设延迟；
各个所述电压采样子模块和所述电流采样模块，还用于在接收到所述电池管理器的采样命令之后，分别经过所述预设延迟后才同时开始执行采样。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述通信链路为菊花链通信链路。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述菊花链通信链路为双向菊花链通信链路。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的***，其特征在于，所述电流采样模块包括串联在动力电池的单体电池串联回路中的分流器，并与所述电压采样模块共用电压采样芯片。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，各个所述电压采样子模块的预设延迟根据各自距离所述电池管理器的远近而不同。
6.一种电池管理方法，其特征在于，该方法包括：
电压采样模块对动力电池的电压进行采样；
电流采样模块对所述动力电池的电流进行采样；
采样到的电压和电流通过同一个通信链路传输给电池管理器；
所述电池管理器基于采样到的电压和电流监测所述动力电池的实时状态；
其中，所述电压采样模块包括位于所述通信链路中的n个电压采样子模块，所述方法还包括：所述电池管理器分别设置各个所述电压采样子模块和所述电流采样模块执行采样的预设延迟；以及各个所述电压采样子模块和所述电流采样模块在接收到所述电池管理器的采样命令之后，分别经过所述预设延迟后才同时开始执行采样。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通信链路为菊花链通信链路。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述菊花链通信链路为双向菊花链通信链路。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设延迟根据各个所述电压采样子模块距离所述电池管理器的远近而不同。
10.一种电动汽车，其特征在于，该电动汽车包括根据权利要求1至5中任一权利要求所述的电池管理***。
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