一种电动汽车电池管理系统的自动编址方法和系统与流程

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车电池管理系统的自动编址方法和系统。

背景技术：

能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。

电池管理系统(Battery Management System，BMS)是电动汽车的核心部件。BMS是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充放电与预充控制；均衡管理和热管理等。对电池管理系统产品的测试是设计、生产阶段需要开展的重要工作。

BMS主要由三部分构成：一个主控模块、多个从控模块和一个高压模块。目前针对从控模块的编址工作主要是由人工完成。

然而，由于电池数量众多，物理分布较为复杂，对从控模块进行人工编址工作量大且容易出错。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动汽车电池管理系统的自动编址方法和系统，从而降低工作量和出错概率。

本发明实施方式的技术方案包括：

一种电动汽车电池管理系统的自动编址方法，所述电动汽车电池管理系统包括主控模块和n个从控模块，主控模块的脉冲宽度调制信号线与n个从控模块的脉冲宽度调制信号线共同构成封闭的串联回路；主控模块和n个从控模块还分别连接到控制器局域网总线，其中n为大于等于2的正整数；该方法包括：

主控模块向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，并通过控制器局域网总线发送包含唯一编码地址的控制器局域网报文；

当与主控模块串联的从控模块判定接收到的脉冲宽度调制信号的占空比为预定值时，从控制器局域网报文中获取唯一编码地址，基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号；

剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，依次分别基于主控模块提供的控制器局域网报文和串联回路中的上一个从控模块发送的脉冲宽度调制信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含其他的唯一编码地址的控制器局域网报文，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，直到全部n个从控模块都已设置自身的编码地址。

在一个实施方式中，该方法还包括：

每个从控模块分别将自身的编码地址通过控制器局域网总线上报到主控模块；

当主控模块发现从控模块上报的编码地址出现缺失时，重新向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，并重新通过控制器局域网总线发送包含唯一编码地址的控制器局域网报文；

当与主控模块串联的从控模块判定接收到的脉冲宽度调制信号的占空比为预定值时，重新从控制器局域网报文中获取唯一编码地址，重新基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号；

剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，依次分别重新基于主控模块提供的控制器局域网报文和串联回路中的上一个从控模块发送的脉冲宽度调制信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再重新发送包含其他的唯一编码地址的控制器局域网报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，直到全部n个从控模块都已重新设置自身的编码地址。

在一个实施方式中，该方法还包括：

每个从控模块分别将自身的编码地址通过控制器局域网总线上报到主控模块；

当主控模块发现从控模块上报的编码地址出现重复时，重新向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，并重新通过控制器局域网总线发送包含唯一编码地址的控制器局域网报文；

当与主控模块串联的从控模块判定接收到的脉冲宽度调制信号的占空比为预定值时，重新从控制器局域网报文中获取唯一编码地址，重新基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号；

剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，依次分别重新基于主控模块提供的控制器局域网报文和串联回路中的上一个从控模块发送的脉冲宽度调制信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再重新发送包含其他的唯一编码地址的控制器局域网报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，直到全部n个从控模块都已重新设置自身的编码地址。

在一个实施方式中，控制器局域网报文包含标识符和用于承载编码地址的数据域。

一种电动汽车电池管理系统的自动编址系统，包括主控模块和n个从控模块，主控模块的脉冲宽度调制信号线与n个从控模块的脉冲宽度调制信号线共同构成封闭的串联回路；主控模块和n个从控模块还分别连接到控制器局域网总线，其中n为大于等于2的正整数；

主控模块，用于向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，并通过控制器局域网总线发送包含唯一编码地址的控制器局域网报文；并用于在接收到地址设置完毕消息后通过控制器局域网总线发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文；

与主控模块串联的从控模块，用于当判定接收到的脉冲宽度调制信号的占空比为预定值时，从控制器局域网报文中获取唯一编码地址，基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，向主控模块发送地址设置完毕消息，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号；

剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，用于依次分别基于主控模块提供的控制器局域网报文和串联回路中的上一个从控模块发送的脉冲宽度调制信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后向主控模块发送地址设置完毕消息，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，直到全部n个从控模块都已设置自身的编码地址。

在一个实施方式中，每个从控模块，还分别用于将自身的编码地址通过控制器局域网总线上报到主控模块；

主控模块，还用于当发现从控模块上报的编码地址出现缺失时，重新向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，并重新通过控制器局域网总线发送包含唯一编码地址的控制器局域网报文；

与主控模块串联的从控模块，用于当判定接收到的脉冲宽度调制信号的占空比为预定值时，重新从控制器局域网报文中获取唯一编码地址，重新基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号；

剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，还用于依次分别重新基于主控模块提供的控制器局域网报文和串联回路中的上一个从控模块发送的脉冲宽度调制信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再重新发送包含其他的唯一编码地址的控制器局域网报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，直到全部n个从控模块都已重新设置自身的编码地址。

在一个实施方式中，每个从控模块，还用于分别将自身的编码地址通过控制器局域网总线上报到主控模块；

主控模块，还用于当发现从控模块上报的编码地址出现重复时，重新向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，并重新通过控制器局域网总线发送包含唯一编码地址的控制器局域网报文；

与主控模块串联的从控模块，还用于当判定接收到的脉冲宽度调制信号的占空比为预定值时，重新从控制器局域网报文中获取唯一编码地址，重新基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号；

剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，还用于依次分别重新基于主控模块提供的控制器局域网报文和串联回路中的上一个从控模块发送的脉冲宽度调制信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再重新发送包含其他的唯一编码地址的控制器局域网报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，直到全部n个从控模块都已重新设置自身的编码地址。

在一个实施方式中，控制器局域网报文包含标识符和用于承载编码地址的数据域。

从上述技术方案可以看出，主控模块向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，并通过控制器局域网总线发送包含唯一编码地址的控制器局域网报文；当与主控模块串联的从控模块判定接收到的脉冲宽度调制信号的占空比为预定值时，从控制器局域网报文中获取唯一编码地址，基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号；剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，依次分别基于主控模块提供的控制器局域网报文和串联回路中的上一个从控模块发送的脉冲宽度调制信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含其他的唯一编码地址的控制器局域网报文，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，直到全部n个从控模块都已设置自身的编码地址。因此，本发明实施方式采用固定占空比的脉冲宽度调制信号增量式编址，从控模块不需要调整脉冲宽度调制占空比，软硬件结构简单，降低工作量和出错概率、

而且，本发明实施方式使用控制器局域网通信进行地址校验，发现编址重复、缺失或新增从控模块时，可以快速重新进行自动编址。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明电动汽车电池管理系统的自动编址方法流程图。

图2为本发明电动汽车电池的从控模块自动编址系统的示范性结构图。

图3为本发明电动CAN报文的标准帧与扩展帧的示范性结构图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

电动汽车电池管理系统通常包括主控模块、从控模块与高压模块。高压模块一般为一个，通常用于采集整个电池包的总电压、预充电压、总电流和绝缘电阻值。从控模块一般为多个(至少两个)，分别用于采集相应电池模块的电池参数。电池参数包括：电池模块内单体串数；电池模块内单体并数；电池模块内温度采样点个数；电池类型；电池模块总电压；从控模块内部温度；所有单体电池电压信息；所有温度采集点温度信息；最高单体电池电压值；最高温度值；最高单体电池电压值对应的单体电池序号；最高温度值对应的温度采集点序号；最低单体电池电压值；最低温度值；最低单体电池电压值对应的单体电池序号；最低温度值对应的温度采集点序号；软件版本号；硬件版本号；单体电池电压合格范围；温度合格范围；单体电池电压检测结果显示灯状态；温度检测结果显示灯状态，等等。

主控模块一般为一个，用于从高压模块和从控模块收集数据，并执行生成电池控制命令等处理。

脉冲宽度调制(PWM)是汽车电子广泛应用的控制方式，电动汽车也不例外。本发明实施方式利用PWM方式为从控模块执行增量式自动编址，而且利用控制器局域网(CAN)通信方式进行地址校验，不需要人工操作，显著提高了电池管理系统生产和使用效率。

图1为本发明电动汽车电池管理系统的自动编址方法流程图。

在本发明实施方式中，电动汽车电池管理系统包括主控模块和n个从控模块，主控模块的PWM信号线与n个从控模块的PWM信号线共同构成封闭的串联回路；主控模块和n个从控模块还分别连接到CAN总线上，其中n为大于等于2的正整数。

如图1所示，该方法包括：

步骤101：主控模块向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的PWM信号，并通过CAN总线发送包含唯一编码地址的CAN报文。

步骤102：当与主控模块串联的从控模块判定接收到的PWM信号的占空比为预定值时，从CAN报文中获取唯一编码地址，基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的PWM信号。

步骤103：剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，依次分别基于主控模块提供的CAN报文和串联回路中的上一个从控模块发送的PWM信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含其他的唯一编码地址的CAN报文，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的PWM信号，直到全部n个从控模块都已设置自身的编码地址。

可见，所有接入电池管理系统网络的从控模块PWM信号线接线方式为串联，而且初始PWM信号由主控模块发出，最终回到主控模块构成串联回路。比如，主控模块发送初始占空比的PWM信号，主控模块通过CAN总线发送编址指令1，从控模块1接收初始占空比的PWM信号后按照编址指令1进行自身地址设定，然后将PWM信号输出给下一个从控模块(即从控模块2)，主控模块停止发送初始占空比的PWM信号，同时主控模块变更编址指令为编址指令2；从控模块2接收初始占空比的PWM信号波后按照编址指令2进行自身地址设定，然后将PWM信号输出给下一个从控模块(即从控模块3)，从控模块2停止发送初始占空比的PWM信号，同时主控模块变更编址指令为3，以此类推，当最后一个从控模块完成地址设定后，全部编址操作完成，该模块输出初始占空比的PWM信号给主控模块。主控模块接收到该信号后，判断编制指令是否为n+1，如果是，则n个从控模块编址成功；如果不是，则编址失败，需要重新编址。

而且，本发明实施方式使用CAN通信进行地址校验，发现编址重复、缺失或新增从控模块时，可以快速重新进行自动编址。

另外，本发明实施方式不增加硬件成本，操作简单方便。

在一个实施方式中，该方法还包括：

每个从控模块分别将自身的编码地址通过CAN总线上报到主控模块；

当主控模块发现从控模块上报的编码地址出现缺失时，重新向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的PWM信号，并重新通过CAN总线发送包含唯一编码地址的CAN报文；当与主控模块串联的从控模块判定接收到的PWM信号的占空比为预定值时，重新从CAN报文中获取唯一编码地址，重新基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的CAN报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的PWM信号；

剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，依次分别重新基于主控模块提供的CAN报文和串联回路中的上一个从控模块发送的PWM信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再重新发送包含其他的唯一编码地址的CAN报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的PWM信号，直到全部n个从控模块都已重新设置自身的编码地址。

在一个实施方式中，该方法还包括：

每个从控模块分别将自身的编码地址通过CAN总线上报到主控模块；

当主控模块发现从控模块上报的编码地址出现重复时，重新向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的PWM信号，并重新通过CAN总线发送包含唯一编码地址的CAN报文；

当与主控模块串联的从控模块判定接收到的PWM信号的占空比为预定值时，重新从CAN报文中获取唯一编码地址，重新基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的CAN报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的PWM信号；

剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，依次分别重新基于主控模块提供的CAN报文和串联回路中的上一个从控模块发送的PWM信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后重新向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再重新发送包含其他的唯一编码地址的CAN报文，并重新向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的PWM信号，直到全部n个从控模块都已重新设置自身的编码地址。

在一个实施方式中，CAN报文包含标识符和用于承载编码地址的数据域。

图2为本发明电动汽车电池的从控模块自动编址系统的示范性结构图。

如图2所示，该系统包括主控模块和n个从控模块，主控模块的PWM信号线与n个从控模块的PWM信号线共同构成封闭的串联回路；主控模块和n个从控模块还分别连接到CAN总线上，其中n为大于等于2的正整数。

具体地，主控模块的PWM信号输出端连接到从控模块1的PWM信号输入端，主控模块的PWM信号输入端连接到从控模块n的PWM信号输出端；从控模块1的PWM信号输出端连接到从控模块2的PWM信号输入端；从控模块2的PWM信号输出端连接到从控模块3的PWM信号输入端；从控模块3的PWM信号输出端连接到从控模块4的PWM信号输入端；以此类推，直到从控模块(n－1)的PWM信号输出端连接到从控模块n的PWM信号输入端，而且从控模块n的PWM信号输出端连接到主控模块的PWM信号输入端。因此，主控模块与n个从控模块共同构成PWM信号的串联回路。也就是，主控模块串联从控模块1；从控模块1串联从控模块2；从控模块2串联从控模块3…从控模块n串联主控模块。

另外，主控模块和n个从控模块还分别连接到CAN总线上。

假定主控模块与n个从控模块中都预存初始占空比的预定值为50％，并约定编址指令获取地址为0x200。

主控模块向其串联的从控模块1发送初始占空比为50％的PWM信号波，并通过CAN总线发送编址指令1(地址为0x200)，该编址指令1的数据域的第一个字节为1。

从控模块1接收PWM信号波后进行占空比校验。当从控模块1确认占空比为50％后，分析收到的编址指令1(0x200)，发现该指令数据域的第一个字节为1，则将自身地址设定为1，通过CAN总线向主控模块发送地址设置完毕消息，生成占空比为50％的PWM信号并输出给从控模块2。

此时，从控模块1编址成功，主控模块收到地址设置完毕消息后，停止向从控模块1发送PWM信号，并通过CAN总线发送编址指令2(地址为0x200)，该编址指令2的数据域的第一个字节为2。

从控模块2接收到从控模块1发送的PWM信号后进行占空比校验。当从控模块2确认占空比为50％后，分析收到的编址指令2(0x200)，发现该指令数据域的第一个字节为2，则将自身地址设定为2，通过CAN总线向主控模块发送地址设置完毕消息，生成占空比为50％的PWM信号并输出给从控模块3。

此时，从控模块2编址成功，主控模块收到地址设置完毕消息后，通过CAN总线发送编址指令3(地址为0x200)，该编址指令3的数据域的第一个字节为3。

从控模块3接收到从控模块2发送的PWM信号后进行占空比校验。当从控模块3确认占空比为50％后，分析收到的编址指令3(0x200)，发现该指令数据域的第一个字节为3，则将自身地址设定为3，通过CAN总线向主控模块发送地址设置完毕消息，生成占空比为50％的PWM信号并输出给从控模块4。

以此类推，最后一个(即，第n个)从控模块完成地址设定后，全部编址操作完成，该模块输出50％占空比PWM信号到主控模块。如果主控模块收到该信号，判断当前编址指令第一个字节数值是否为(n+1)，如果是，则n个从控模块编址成功；如果不是，则编址失败，需要重新编址。

而且，本发明实施方式可以使用CAN通信进行地址校验。当发现编址重复或者缺失时，可以重新编址。

例如，n为12。在从控模块1-12中，出现两个模块地址为2，或者缺少地址为2的从控模块，则主控模块重新发送50％占空比的初始PWM信号以及编址指令1进行编址并重复上述流程，从而全部12个从控模块实现重新编码。

另外，本发明还可以为故障后更换的从控模块实现自动编址。举例说明：比如地址为5的从控模块故障，更换为新的从控模块后，电池管理系统主控模块发现地址5缺失，则重新发送50％占空比的初始PWM信号以及编址指令1进行编址并重复上述流程，从而全部12个从控模块实现重新编码。

图3为本发明电动CAN报文的标准帧与扩展帧的示范性结构图。如图3所示，可以在CAN报文的标准帧与扩展帧的数据域中携带编码地址，而且标识符中可以设定用于区分指令的标识符号。

综上所述，主控模块向与其串联的从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，并通过控制器局域网总线发送包含唯一编码地址的控制器局域网报文；当与主控模块串联的从控模块判定接收到的脉冲宽度调制信号的占空比为预定值时，从控制器局域网报文中获取唯一编码地址，基于获取的唯一编码地址设置自身的编码地址，向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含另外的唯一编码地址的控制器局域网报文，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号；剩余的(n-1)个从控模块中的每一个从控模块，依次分别基于主控模块提供的控制器局域网报文和串联回路中的上一个从控模块发送的脉冲宽度调制信号设置自身的编码地址，在设置完毕自身的编码地址后向主控模块发送地址设置完毕消息以由主控模块再发送包含其他的唯一编码地址的控制器局域网报文，并向串联回路中的下一个从控模块发送占空比为预定值的脉冲宽度调制信号，直到全部n个从控模块都已设置自身的编码地址。因此，本发明实施方式采用固定占空比的脉冲宽度调制信号增量式编址，从控模块不需要调整脉冲宽度调制占空比，软硬件结构简单，降低工作量和出错概率、

而且，本发明实施方式使用控制器局域网通信进行地址校验，发现编址重复、缺失或新增从控模块时，可以快速重新进行自动编址。

在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。