本实用新型涉及电池管理技术领域，特别涉及一种分层式多级电池管理系统。
背景技术：
随着动力电池在新能源汽车和储能领域应用越来越广泛，不同领域的应用对动力电池技术要求也越来越高，对单体电池模块成组方式、串并联方式，以及远程监控对电池每个单体采样，温度采样的上报都有严格的要求，尤其遇到要管理的电池单体个数、子系统个数很多的情况下，同时在一些比较复杂的项目还可能需要BMU控制十几路继电器，以及需要中继站点、协议转换情况下，单个BMU可能难以胜任项目需求。如果强行设计可能会增加电池PACK系统排线的困难，甚至可能导致CAN总线负载率的升高以及电磁传导干扰。
如图1所示为现有技术的单个BMU控制板管理的子系统图。其中，子系统是电池组成的PACK系统，每个子系统根据设计情况配备不同数量的LECU采样板(用于单体电压和温度采样)；如果单体个数增多，则子系统数增多，会超出了单个BMU控制板所能管理的能力，从而导致CAN总线负载率增多，所以需要对系统设计进行改进。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种分层式多级电池管理系统，其将主控板BMU进行级联分层控制，分层式多级电池管理系统是将整个系统控制部分独立开，对于复杂系统且单个BMU控制板难以实现时，可以降低BMS管理的难度，通过建立分层式多级电池管理系统架构，可以降低负载率，减少电磁线束传导干扰，达到某些项目需求。
为了达到上述目的，本实用新型提供的一种分层式多级电池管理系统，其包含：
若干个子系统，其设置有一个或多个对电池端的单体和温度进行采样的LECU采样板；
若干个中间层BMU控制板，其与至少一个子系统连接；每个子系统中的LECU采样板将采集到的单体电压和温度数据传送至与该LECU采样板连接的中间层BMU控制板；
一个总BMU控制板，其与所述中间层BMU控制板连接，所述中间层BMU控制板将单体电压和温度数据传输至所述总BMU控制板。
优选地，由分布式管理方式进行计算的中间层BMU控制板的数量与所有子系统的数量相匹配。
优选地，各个子系统的LECU采样板与每个中间层BMU控制板连接的网络线为该中间层BMU控制板的子系统CAN2通道；
每个中间层BMU控制板通过子系统CAN2通道与多个子系统连接形成多个子系统网络；
每个中间层BMU控制板的各个子系统网络相互并联。
优选地，所述LECU采样板是由单片机控制且内存空间有限的采样板。
优选地，各个中间层BMU控制板与总BMU控制板的CAN2通道连接的网络线为该中间层BMU控制的子系统CAN1通道；
各个中间层BMU控制板的子系统CAN1通道与总BMU控制板的CAN2通道连接形成中间网络。
优选地，中间层BMU控制板接收子系统的LECU采样板向其发送的单体电压和温度的数据并对该数据进行初步筛选或协议转换，所述中间层BMU控制板通过所述中间网络将初步筛选或协议转换后的数据发送至总BMU控制板进行数据处理；
其中，中间层BMU控制板执行的所述协议转换包含：CAN协议转485通信协议、CAN协议转以太网协议、CAN协议转LIN协议、CAN协议转FlexRay协议。
优选地，所述总BMU控制板通过总BMU控制板的CAN1通道与整车连接，将经过总BMU控制板处理后的数据传输至所述整车；
总BMU控制板的CAN1通道为整车的外部网络，其与整车的ECU单元通信连接，所述整车的ECU单元包含整车控制单元、仪表单元、绝缘单元、热管理单元和记录器单元。
优选地，总BMU控制板通过其CAN3通道与充电桩连接，总BMU控制板的CAN3通道是充电桩的外部网络。
优选地，形成所述中间网络的线束的中间位置设置带有终端电阻的中间层BMU控制板的子系统网络；所述终端电阻的电阻值为120欧。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型能够解决单体电池个数多，子系统多，要控制的继电器多的要求。
(2)本实用新型能够进行数据转发，协议转换，做中继站点的要求。
(3)本实用新型能够降低负载率，减少电磁线束传导干扰，具有很好的应用前景和发展空间。
(4)本实用新型降低了系统复杂度，细化了复杂系统的各部分功能和职责，同时避免一旦因为某个子系统出问题就全部瘫痪的风险。
附图说明
图1本实用新型的单个BMU管理的子系统图；
图2本实用新型的分层式多级电池管理系统架构图；
图3本实用新型的树形CAN总线网络拓扑图；
图4本实用新型的中间层BMU做中继路由的站点功能图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种分层式多级电池管理系统，为了使本实用新型更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
本实用新型的分层式多级电池管理系统中，通过总BMU控制板进行级联分层控制；分层式多级电池管理系统是将整个系统控制部分独立分开，该系统包含有若干个子系统、若干个中间层BMU控制板和一个总BMU控制板。
其中，子系统设置有一个或多个LECU采样板，在电池端通过LECU采样板来进行单体和温度的采样。
中间层BMU控制板负责通信数据转发上报、协议转换、继电器控制或者中继路由作用。中间层BMU控制板与至少两个子系统连接，每个子系统的LECU采样板将其采集到的单体电压和温度数据传送至与LECU采样板连接的中间层BMU控制板。
总BMU控制板与所有的中间层BMU控制板进行连接，中间层BMU控制板将单体电压和温度数据传输至总BMU控制板进行汇总，再进行数据分析、算法优化、故障报警和诊断、在线刷写、上下电等操作。
示例地，如图2所示，两个子系统可由一个中间层BMU控制板进行管理，则该两个子系统与其对应的中间层BMU控制板连接。即子系统1和子系统2分别与第一中间层BMU1控制板连接，子系统3和子系统4分别与第二中间层BMU2控制板连接，依次类推到子系统2n-1和子系统2n分别与第n中间层BMU2控制板连接。同时，各个子系统之间为并联关系。
所以，子系统1和子系统2通过LECU采样板进行采集单体电压和温度的数据，并将该数据上传给第一中间层BMU1控制板，子系统3和子系统4将采集到的单体电压和温度数据上传给第二中间层BMU2控制板；依次类推到子系统2n-1和子系统2n将采集到的单体电压和温度数据上传给第n中间层BMUn控制板。所有的中间层BMU控制板将各自的数据均传递到总BMU控制板进行汇总和处理。
其中，子系统是电池组成的PACK系统，每个子系统会根据设计情况配备不同数量的LECU采样板。当系统的单体数量较大时，则需要进行分布式管理，经过计算，将算出管理子系统的中间层BMU控制板个数的最优解。
例如，当设计450Ah、624v的PACK系统，若用单支路系统进行设计，磷酸铁锂一个单体电压标称为3.2v、50Ah，该系统共需要1755个单体，该数量的单体若只要一个BMU控制板进行管理且要把数据传出来是非常复杂的。
所以可先把单体组成三并的模块，即一个中间层BMU控制板连接有三个子系统。再采用同样的三个中间层BMU控制板和一个总BMU控制板，形成三支路系统。则每个子系统中有195个单体，与子系统连接的一个中间层BMU控制板只需要管理195个单体即可。
如上所述，中间层BMU控制板个数以及树形CAN总线拓扑图的级联数可以根据具体系统计算而得。每个中间层BMU控制板至少具有两路以上不同子系统网络，从而可以实现不同网络之间数据流的接收、处理、转发、上报等功能，同时降低总线负载率。
如图3所示为本实用新型的树形CAN总线网络拓扑图。示例地，各个子系统的LECU采样板与每个中间层BMU控制板连接的网络线为子系统CAN2通道，则每个中间层BMU控制板通过子系统CAN2通道与多个子系统的所有LECU采样板进行连接，从而形成各个子系统网络。例如图3中第一中间层BMU1控制板的子系统CAN2通道为L1直线和第二中间层BMU2控制板的子系统CAN2通道为L2直线。
其中，各个中间层BMU控制板通过各自的子系统CAN1通道均与总BMU控制板的CAN2通道连接形成中间网络，起到数据转发、协议转换、继电器控制或中继路由等功能；即各个中间层BMU控制板对应的各自的子系统的CAN1通道都是并联连接在同一根网络线(即总BMU控制板的CAN2通道)上。例如，第一中间层BMU1控制板的子系统CAN1通道和第二中间BMU2控制板的子系统通道均连接在总BMU控制板的CAN2通道。
总BMU控制板的CAN1通道是整车架构的外部网络，其是和整车其它ECU单元(Electronic Control Unit，电子控制单元，)交互通信，例如，总BMU控制板的CAN1通道分别与VCU(整车控制单元)、仪表单元、绝缘单元、热管理单元和记录器单元连接。
总BMU控制板的CAN3通道是充电桩的外部网络，其和充电桩单元交互通信。
其中，各个中间层BMU控制板通过各自的子系统CAN1通道均与总BMU控制板的CAN2通道连接成中间网络，起到数据转发、协议转换、中继路由等功能，具体如下：
数据转发就是对从LECU采样板采集到的数据进行有效筛选。中间层BMU控制板接收并初步筛选子系统的LECU采样板上报的单体电压和温度数据，然后将筛选后的数据再上传给总BMU控制板，最后通过总BMU控制板的CAN1通道传给整车。
其中，中间层BMU控制板一方面受总BMU控制板的控制和调遣，同时其能够对LECU采样板上报的数据进行计算和分析。
当在无法改变LECU采样板的情况下，根据事先制定的通信协议，对数据做协议转换，从而转换成总BMU控制板能够处理的数据流。即协议转换是指通过中间层BMU控制板执行CAN协议转485通信协议、CAN协议转以太网协议、CAN协议转LIN协议、CAN协议转FlexRay协议等操作。
继电器控制是指当复杂系统要求控制的继电器数目比较多，单个BMU控制板难以胜任时，在中间层加专门的用于控制继电器的BMU控制板。
如图4所示，当在设计线束过长时，数据流信号在中间网络的通道CAN高速传输中，在传输线终端形成反射波，干扰原信号，所以需要在线束的中间节点位置处加个带有终端电阻的BMU控制板，中间层BMU控制板的终端电阻可设置为120欧。其中，线束传输一端的中间层BMU控制板的终端电阻为120欧，另一端连接的LECUn采样板的终端电阻为120欧。
所以，中继路由功能是将中间层BMU控制板作为一个节点，把中间层BMU控制板的所有的LECU采样板采集到的信息上传给主BMU控制板，待主BMU控制板接收到的信息进行汇总分析后再下发指令。根据该指令和当前实时情况，将指令传达给LECU采样板。
当终端电阻与通讯电缆的阻抗相同，其作用是匹配总线阻抗，提高数据通信的抗干扰性以及可靠性。另一方面，实现物理层信息传输、信号复制、调整和放大功能。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。