本发明涉及新能源汽车动力电池技术领域，具体地说，是一种基于无线通讯的汽车分布式电池供电控制系统及方法。
背景技术：
新能源汽车特别是纯电动汽车已成为汽车行业开发的热点，现有的纯电动汽车均采用动力电池作为动力源。现有的纯电动汽车基于充电方式的不同主要分为插电式和快换式。其中，插电式纯电动汽车由于动力电池数量有限，导致纯电动汽车的续驶里程有限，当纯电动汽车需要行驶较长里程时，必须在沿途进行多次充电。然而，现有的插电式纯电动汽车一次充满电一般耗时在一个小时以上，充电效率低下的问题迟迟无法得到解决，给驾驶员带来了诸多不便，已成为制约纯电动汽车推广和使用的关键因素。
由此人们提出了一种动力电池快换式纯电动汽车，其快换电池包能够由驾驶员在几分钟内独立更换完成，大致等同于甚至优于传统燃油汽车的一次加油时间。为提高这种电动汽车的使用便利性，不仅需要在各个地方设置快换电池包更换站点，而且希望能够在车上放置备用的快换电池包，以随时应对不时之需。
因此，无论是为了便于快换电池包在纯电动车上的存放，还是为了满足车辆空间设计和布置的要求，急需设计出一款体积小巧、结构可靠、安全系数高的快换电池包。并且对于体积小巧的快换电池包，需要设计一套适用于该快换电池包的控制系统，对电池包的通讯、供电进行控制。并且针对企业管理，需要设计一套能够实时采集产品数据的平台以及基于该平台的控制系统，来满足企业管理的要求。
而在现有技术中，基于该新型的电池包，还没有一种管理平台实现数据采集，故提出上述管理平台是随着新能源汽车发展所必要的新技术。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种基于无线通讯的汽车分布式电池供电控制系统及方法，利用无线通讯技术，实现对快换电池包的通讯、供电进行控制。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于无线通讯的汽车分布式电池供电控制系统，其关键技术在于：包括车载ECU，所述车载ECU与企业监控服务器无线连接，所述企业监控服务器与国家监控服务器无线连接，所述企业监控服务器上还连接有数据库；所述车载ECU还与BMS主控制器连接，所述BMS主控制器根据数据库的频点数据用于与快换电池包建立无线连接关系，并获取该快换电池包的电池包数据，该电池包数据经所述车载ECU、企业监控服务器传送至所述国家监控服务器。
通过BMS主控制器与快换电池包建立连接关系，实现快换电池包将电池包数据经BMS主控制器、车载ECU、企业监控服务器上传至国家监控服务器，并且该电池包数据也同时保存在数据库中，实现企业和国家对新能源电池供电数据进行双重监管，电池供电符合标准的同时，对电池包数据实现监测。保证快换电池包供电的可靠性和安全性。其中BMS主控制器和车载ECU通过CAN总线连接。
进一步的，所述BMS主控制器设置有连接检测单元、频点产生和分配单元、数据传输单元以及丢失检测单元，在所述BMS主控制器上连接有高压分配模块，所述高压分配模块的N组高压线束与N个快换连接器一一对应连接，每个所述快换连接器用于连接一个所述快换电池包；所述连接检测单元用于检测所述快换连接器与任一快换电池包的连接状态；所述频点产生和分配单元内有m个候选频点；所述频点产生和分配单元根据所述快换连接器与所述快换电池包的电连接状态向该快换电池包随机分配一个所述候选频点；所述数据传输单元用于与所述快换电池包进行所述电池包数据交互；所述丢失检测单元用于检测所述 BMS主控制器与所述快换电池包的频点连接强度，所述丢失检测单元还用于记录所述BMS主控制器与所述快换电池包的频点丢失时间。
其中m≥N；且m和N均为正整数。
采用上述方案，在对汽车进行充电时，当快换电池包连接在汽车的快换连接器上时，连接检测单元进行实时监测。同时频点产生和分配单元针对连接状态可实现自动分配频点，实现BMS主控制器与快换电池包连接、充电以及后续充电过程的电池数据交互。当BMS主控制器与快换电池包之间的频点连接强度过低，或者二者经常处于断开状态时，丢失检测单元可以实时检测。必要时，向BMS主控制器向快换电池包重新分配候选频点，重新建立连接关系。提高了二者连接可靠性。整个充电过程实现自动分配频点、建立连接关系、相互识别和电池数据交互。并且频点随机分配，独立性强，有效避免了外界的干扰。智能可靠，无需认为手动控制，安全系数高。
再进一步描述，所述快换电池包包括电池电芯箱和电池电控箱；所述电池电芯箱内设置有BMU检测单元，所述频点产生和分配单元将所述候选频点分配至所述BMU检测单元；所述电池电控箱上设置有充电连接器，该充电连接器用于与任一所述快换连接器连接，所述充电连接器经充电控制线路与所述电池电控箱的电芯单元连接，所述充电控制线路受所述BMU检测单元控制。
采用上述方案，频点产生和分配单元将候选频点分配至BMU检测单元，实现BMS主控制器与BMU检测单元之间的连接关系。同时快换电池包通过充电连接器与汽车连接，通过BMU检测单元的控制，实现电芯单元向汽车充电。
再进一步描述，所述电池电芯箱包括外部防护组件，该外部防护组件内设置有电芯模组及电芯模组的固定套，所述电芯模组由至少二套结构一致的电芯单元叠装组成，所述电芯模组插装在所述固定套中；所述固定套为上下左右四壁围绕、前后开口结构，所述BMU检测单元设置在所述固定套的上壁上端面；所述电芯单元为三层，其中间层为散热铝板，所述散热铝板两侧分别为结构一致的电芯，所有所述电芯经过串并联后与所述电控电路相连接。
采用上述方案，电池体积小巧且呈一体化结构，首先，外部防护组件能够对内部的电芯模组起到密封和防护的作用，提高了使用的安全性。电芯模组实现电源供电。BMU检测单元实现供电控制。电池内部与外部密闭性强，适用于频繁更换、拆装和移动，有效避免经常移动造成损伤。
再进一步描述，所述充电连接器设置在所述电池电控箱的一个侧壁上，在该侧壁内还设置有RFID读写模块；在所述快换连接器上设置有RFID标签，当所述充电连接器与所述快换连接器连接时，所述RFID标签正对所述RFID读写模块。
通过RFID读写模块和RFID标签，RFID读写模块读取RFID标签的标签身份信息，实现快换电池包对汽车身份进行验证，同时BMU检测单元将校对信息反馈至BMS主控制器，实现BMS主控制器对快换电池包的身份进行识别。同时，BMS主控制器将该身份识别结果发送至车载ECU，实现电池包数据上传。
通过充电连接器与快换连接器建立电连接关系，硬件上使用寿命长，连接更加可靠，即使汽车在行驶过程中发生震荡或者摇摆，也不会影响二者的连接关系，连接稳固可靠。
一种基于无线通讯的汽车分布式电池供电控制系统的控制方法，其具体步骤包括：
用于对车载ECU、BMS主控制器进行两级唤醒的步骤；
用于BMS主控制器与快换电池包建立无线连接关系的步骤；
用于BMS主控制器与快换电池包进行身份识别的步骤；
用于对车载ECU、BMS主控制器进行休眠控制的步骤。
通过对车载ECU、BMS主控制器进行依次唤醒，实现快换电池包对汽车进行供电。通过两级唤醒，实现供电前对车载ECU、BMS主控制器进行自检，提高供电可靠度。唤醒过程智能方便，整个唤醒时间短，实现快速供电，且BMS 主控制器能够识别快换电池包的身份信息，提高供电可靠度，避免供电错误。
通过特殊的无线连接，随机给BMS主控制器分配频点号，使每一辆汽车的频点号有所不同，并且采用随机分配，独立性强，避免了相同型号汽车之间的通讯干扰，也避免外界的通讯干扰。
通过身份识别，将RFID标签设置在汽车上，RFID读写模块设置在快换电池包上，实现快换电池包和汽车的身份核对。由于RFID传输信息距离近的特征，当充电连接器和电池快换连接器相连接时，通过RFID读写模块读取RFID标签的标签身份信息，汽车对电池快换连接器连接的快换电池包和RFID标签对应的快换电池包进行核对，若标签身份信息一致，则可控制快换电池包对汽车进行充电。通过RFID标签和RFID读写模块，汽车实现自动识别和控制充电。无需人为控制，省时省力，可靠性强。
停车后，在进入休眠供电状态前，快换电池包会再次向备用电源充电，保证最长休眠时间。防止汽车不能启动。备电源信息至少包括备用电源电量、供电电流、供电电压。
再进一步的方法为：用于对车载ECU、BMS主控制器进行两级唤醒的步骤包括：
用于唤醒车载ECU的步骤；
用于唤醒BMS主控制器步骤；
其中，用于唤醒车载ECU的步骤的具体内容为：
S11a：车载ECU获取到汽车启动检测器检测到的供电启动信号；
S11b：车载ECU对供电启动信号进行验证；验证通过，进入步骤S11c；验证未通过，返回步骤S11a；
S11c：车载ECU开始ECU自检；
S11d：若ECU自检合格，车载ECU向BMS主控制器发送BMS唤醒信号；若ECU自检不合格，报错。
其中ECU自检内容至少包括ECU运行系统、运行电流、运行电压、整车控制器、通讯系统的运行情况。
其中，用于唤醒BMS主控制器步骤；
S12a：BMS主控制器获取车载ECU发送的BMS唤醒信号；
S12b：BMS主控制器开始BMS自检；BMS自检通过，进入步骤S12c，否则报错；
S12c：BMS主控制器的连接检测单元开始检测所述BMS主控制器与快换电池包之间的任一连接单元的电连接状态；
该连接单元由快换连接器和充电连接器组成。
其中，BMS自检至少包括无线通讯检测和BMS控制器运行检测。BMS唤醒信号可以为数据信号或者电信号。
通过对BMS主控制器进行唤醒，实现BMS主控制器与快换电池包建立通讯，并且控制快换电池包对汽车供电。智能方便，无需人为操作，实现自动检测，智能供电。
再进一步的方法为：所述用于BMS主控制器与快换电池包建立无线连接关系的步骤的具体内容为：
S21：BMS主控制器从所述数据库中的频点数据库调取m个频点号，该m 个频点号与m个频点一一对应，该m个频点作为所述m个候选频点；
该频点数据库内设置有M个频点、所有频点的发射功率限值和频点容限值；该M个频点的频率取值频段为：f1～f2，M个频点的分辨率为k，M个频点对应 M个频点号；
S22：BMS主控制器的连接检测单元检测到所述BMS主控制器与快换电池包之间的任一连接单元处于电连接状态；
S23：BMS主控制器根据伪随机码机制，随机从m个频点号中抽取一个频点号，根据该抽取的频点号得到对应的候选频点；
S24：BMS主控制器将得到的候选频点分配至对应的快换电池包，建立BMS 主控制器与快换电池包之间的无线连接关系。
其中M≥m，m、M均为正整数。对M个频点进行依次编号：x1,x2,x3,…,xM。其中频点号x1对应的频点为f1，频点号x2对应的频点为f1+k……。
频点数据库与车载ECU连接，车载ECU与BMS主控制器连接，BMS主控制器通过从频点数据库随机中的M个频点号中随机调取m个频点号，随机调取使每一辆汽车调取的频点号是不一致的，增强了每一辆汽车频点独立性。
再进一步的方法为：所述用于BMS主控制器与快换电池包进行身份识别，实现快换电池包对汽车进行供电的步骤具体内容为：
S31：BMS主控制器向快换电池包发送汽车供电验证信息；
S32：BMS主控制器获取快换电池包的校对信息；
该校对信息为快换电池包对汽车供电验证信息与标签身份信息进行校对的信息，所述标签身份信息为RFID读写模块从RFID标签上读取的信息，所述 RFID读写模块设置在所述快换电池包上，所述RFID标签设置在汽车车身上；
S33：BMS主控制器获取快换电池包的电池包自检信息；若电池包自检信息正常，则进入步骤S34；否则返回步骤S33；
S34：BMS主控制器向快换电池包发送供电信息，控制快换电池包对汽车进行供电。
实现BMS主控制器与快换电池包之间进行身份信息校对，不仅BMS主控制器可以获取快换电池包的身份信息，快换电池包还可以获取BMS主控制器的身份信息，实现双向验证，避免供电发生错误，可靠性强。
再进一步描述，所述用于对车载ECU、BMS主控制器进行休眠控制的步骤具体内容为：
S41：车载ECU获取到汽车启动检测器检测到的休眠信号；
S42：车载ECU检测备用电源的备电源信息；若备电源信息正常，进入步骤S33；否则返回报错；
S43：车载ECU开始休眠控制倒计时；
S44：车载ECU获取BMS主控制器接收到的当前电池包数据，并将该当前电池包数据上传至电池数据库；
S45：断电倒计时时间到，且电池包数据上传完成，车载ECU发出休眠控制信号，控制快换电池包切换到休眠供电状态。
进入休眠状态时，实现数据采集，为备用电源再次充电，延长了休眠时间，防止汽车休眠后不能启动的缺陷。整个过程智能、安全、可靠性好，独立性强。
本发明的有益效果：实现电池包数据实时上传到企业监控服务器和国家监控服务器，对电池包数据实现监测，通过企业和国家平台，对新能源汽车的电池通讯、储能和供电过程进行管理。快换电池包体积小巧，设计巧妙，集成度极高，结构紧凑，体积小巧，蓄电能力强，安全系数高，使用寿命长，便携性极佳，具有极高的市场应用价值。外部防护组件能够对内部的电芯模组起到密封和防护的作用，提高了使用的安全性。快换电池包供电连接可靠安全，硬件连接使用寿命强，防止汽车行驶颠簸导致断电。BMS主控制器与快换电池包无线通讯连接，采用随机分频的方式，提高BMS主控制器与快换电池包无线连接独立性，有效避免无线通讯受到其他无线信号的干扰。快换电池包供电前对身份信息进行校对，实现汽车供电的正确性。供电控制方法使供电过程有序进行，供电可靠性强。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明的快换电池包整体结构示意图；
图3是本发明的连接单元结构示意图；
图4是本发明的电池电控箱结构图；
图5是本发明的电池电芯箱结构示意图；
图6是本发明的电芯模组结构图；
图7是本发明的电芯单元结构示意图A；
图8是本发明的电芯单元结构示意图B；
图9是本发明的电芯单元结构侧视图；
图10是本发明的车载ECU唤醒步骤流程图；
图11是本发明的BMS主控制器唤醒流程图；
图12是本发明的BMS主控制器与快换电池包无线连接流程图；
图13是本发明的BMS主控制器与快换电池包进行身份识别过程流程图；
图14是本发明的车载ECU、BMS主控制器休眠控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
从图1可以看出，一种基于无线通讯的汽车分布式电池供电控制系统及方法，包括车载ECU1，所述车载ECU1与企业监控服务器2无线连接，所述企业监控服务器2与国家监控服务器3无线连接，所述企业监控服务器2上还连接有数据库4；所述车载ECU1还与BMS主控制器5连接，所述BMS主控制器 5根据数据库4的频点数据用于与快换电池包6建立无线连接关系，并获取该快换电池包6的电池包数据，该电池包数据经所述车载ECU1、企业监控服务器2 传送至所述国家监控服务器3。
参见图1，所述BMS主控制器5设置有连接检测单元5a、频点产生和分配单元5b、数据传输单元5c以及丢失检测单元5d，在所述BMS主控制器5上连接有高压分配模块7，所述高压分配模块7的N组高压线束与N个快换连接器 8a一一对应连接，每个所述快换连接器8a用于连接一个所述快换电池包6；所述连接检测单元5a用于检测所述快换连接器8a与任一快换电池包6的连接状态；所述频点产生和分配单元5b内有m个候选频点；所述频点产生和分配单元 5b根据所述快换连接器8a与所述快换电池包6的电连接状态向该快换电池包6 随机分配一个所述候选频点；所述数据传输单元5c用于与所述快换电池包6 进行所述电池包数据交互；所述丢失检测单元5d用于检测所述BMS主控制器5 与所述快换电池包6的频点连接强度，所述丢失检测单元5d还用于记录所述 BMS主控制器5与所述快换电池包6的频点丢失时间。
参见图2、图5、图6，所述快换电池包6包括电池电芯箱61和电池电控箱 62；
所述电池电芯箱61内设置有BMU检测单元61a，所述频点产生和分配单元5b将所述候选频点分配至所述BMU检测单元61a；所述电池电控箱62上设置有充电连接器8b，该充电连接器8b用于与任一所述快换连接器8a连接，所述充电连接器8b经充电控制线路与所述电池电控箱62的电芯单元a3连接，所述充电控制线路受所述BMU检测单元61a控制。
参见图2、图5、图6，所述电池电芯箱61包括外部防护组件a，该外部防护组件a内设置有电芯模组a1及电芯模组a1的固定套a2，所述电芯模组a1由至少二套结构一致的电芯单元a3叠装组成，所述电芯模组a1插装在所述固定套 a2中；所述固定套a2为上下左右四壁围绕、前后开口结构，所述BMU检测单元61a设置在所述固定套a2的上壁上端面；所述电芯单元a3为三层，其中间层为散热铝板a31，所述散热铝板a31两侧分别为结构一致的电芯a32，所有所述电芯a32经过串并联后与所述电控电路相连接。
参见图7-9，电芯单元a3的导热铝板a31、两块电芯a32和两个相对设置的电芯支架a33。其中，电芯支架a33为长条状结构，该电芯支架a33上均具有连接结构。导热铝板a31固定在两个电芯支架a33之间，即该导热铝板a31的其中两侧外缘分别固定在对应的电芯支架a33上，另外两侧外缘分别弯折形成搭接部a311。两块电芯a32分别位于导热铝板a31两侧，该电芯a32与对应电芯支架a33相邻的两侧外缘均具有极眼a321，分别位于两块电芯a32其中一端的两个极眼a321穿过其中一个电芯支架a33后相互结合，分别位于两块电芯a32另一端的两个极眼a321穿过另一个电芯支架a33后相互分离。同一电芯单元a3 的两块电芯单元a32其中一端的两个极眼a321穿过其中一个电芯支架a33后分别向内弯折并相互搭接，另一端的两个极眼a321穿过另一个电芯支架a33后分别向外弯折，并分别与两侧相邻电芯单元a3的对应极眼a321搭接，既使同一电芯单元a3内的两个电芯单元a32实现串联，又使相邻电芯单元a3的各个电芯单元a32实现串联。
其中依次排布的电芯a32可横向叠装或者纵向叠装。依次排布。通过并联或者串联，实现电芯电能存储，并且实现电芯向汽车进行供电。
在本实施例中，采用纵向叠装，通过将所有排布的电芯进行串联，实现电芯电能存储，并且实现电芯向汽车进行供电。
参见图2、5、6，外部防护组件a包括采用塑料材质的罩体f2以及采用金属材质的底座f1和金属材质的箱体外框f3；罩体f2盖合在底座f1上，并与底座f1合围形成长方体形的箱体防尘防水结构，箱体外框f3至少包覆罩体f2的部分外表面，箱体外框f3下底内翻并与底座f1下底相扣合，并经螺钉固定。
在本实施例中，箱体外框f3的强度大于罩体f2的强度。
参见图5，电芯模组a1还包括模组固定底座a11和模组固定顶板a12，固定套a2设置在模组固定底座a11和模组固定顶板a12之间。模组固定底座a11包括一个矩形的底板部a111、两个长侧板部a112和两个短侧板部a113，两个长侧板部a112和两个短侧板部a113各自两两相对设置，且分别自底板部a111的外缘向上延伸，具体地说，两个长侧板部a112和两个短侧板部a113分别由底板部 a111的不同侧边翻折而成。
在本实施例中，参见图3和图4，所述充电连接器8b设置在所述电池电控箱62的一个侧壁上，在该侧壁内还设置有RFID读写模块9a；
在所述快换连接器8a上设置有RFID标签9b，当所述充电连接器8b与所述快换连接器8a连接时，所述RFID标签9b正对所述RFID读写模块9a。
结合图1还可看出，RFID读写模块将读取的所述标签身份信息经检波电路、滤波放大电路传送至所述快换电池包的BMU检测单元。所述BMU检测单元发出的激活控制信号经功率放大电路控制所述RFID读写模块发出激活信号。
一种基于无线通讯的汽车分布式电池供电控制系统的控制方法，其主要包括：
用于对车载ECU1、BMS主控制器5进行两级唤醒的步骤；
用于BMS主控制器5与快换电池包6建立无线连接关系的步骤；
用于BMS主控制器5与快换电池包6进行身份识别的步骤；
用于对车载ECU1、BMS主控制器5进行休眠控制的步骤。
其中，用于对车载ECU1、BMS主控制器5进行两级唤醒的步骤包括：
用于唤醒车载ECU1的步骤；
用于唤醒BMS主控制器5步骤；
其中，结合图10，用于唤醒车载ECU1的步骤的具体内容为：
S11a：车载ECU1获取到汽车启动检测器检测到的供电启动信号；
S11b：车载ECU1对供电启动信号进行验证；验证通过，进入步骤S11c；验证未通过，返回步骤S11a；
S11c：车载ECU1开始ECU自检；
S11d：若ECU自检合格，车载ECU1向BMS主控制器5发送BMS唤醒信号；若ECU自检不合格，报错；
其中，结合图11，用于唤醒BMS主控制器5步骤；
S12a：BMS主控制器5获取车载ECU1发送的BMS唤醒信号；
S12b：BMS主控制器5开始BMS自检；BMS自检通过，进入步骤S12c，否则报错；
S12c：BMS主控制器5的连接检测单元5a开始检测所述BMS主控制器5 与快换电池包6之间的任一连接单元8的电连接状态；
该连接单元8由快换连接器8a和充电连接器8b组成。
参见图12，所述用于BMS主控制器5与快换电池包6建立无线连接关系的步骤的具体内容为：
S21：BMS主控制器5从所述数据库4中的频点数据库4调取m个频点号，该m个频点号与m个频点一一对应，该m个频点作为所述m个候选频点；
该频点数据库4内设置有M个频点、所有频点的发射功率限值和频点容限值；该M个频点的频率取值频段为：f1～f2，M个频点的分辨率为k，M个频点对应M个频点号；
S22：BMS主控制器5的连接检测单元5a检测到所述BMS主控制器5与快换电池包6之间的任一连接单元8处于电连接状态；
S23：BMS主控制器5根据伪随机码机制，随机从m个频点号中抽取一个频点号，根据该抽取的频点号得到对应的候选频点；
S24：BMS主控制器5将得到的候选频点分配至对应的快换电池包6，建立 BMS主控制器5与快换电池包6之间的无线连接关系。
参见图13，所述用于BMS主控制器5与快换电池包6进行身份识别，实现快换电池包6对汽车进行供电的步骤具体内容为：
S31：BMS主控制器5向快换电池包6发送汽车供电验证信息；
S32：BMS主控制器5获取快换电池包6的校对信息；
该校对信息为快换电池包6对汽车供电验证信息与标签身份信息进行校对的信息，所述标签身份信息为RFID读写模块9a从RFID标签9b上读取的信息，所述RFID读写模块9a设置在所述快换电池包6上，所述RFID标签9b设置在汽车车身上；
S33：BMS主控制器5获取快换电池包6的电池包自检信息；若电池包自检信息正常，则进入步骤S34；否则返回步骤S33；
S34：BMS主控制器5向快换电池包6发送供电信息，控制快换电池包6 对汽车进行供电。
参见图14，所述用于对车载ECU1、BMS主控制器5进行休眠控制的步骤具体内容为：
S41：车载ECU1获取到汽车启动检测器检测到的休眠信号；
S42：车载ECU1检测备用电源的备电源信息；若备电源信息正常，进入步骤S33；否则返回报错；
S43：车载ECU1开始休眠控制倒计时；
S44：车载ECU1获取BMS主控制器5接收到的当前电池包数据，并将该当前电池包数据上传至电池数据库4；
S45：断电倒计时时间到，且电池包数据上传完成，车载ECU1发出休眠控制信号，控制快换电池包6切换到休眠供电状态。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。