本发明涉及电动汽车领域，提供一种电池管理系统及平台。
背景技术：
随着能源危机的加剧和人们对环境保护的重视程度不断提高，新能源汽车的产业化规模越来越大，并且已经开始逐步取代传统的燃油汽车。同时，新能源汽车所存在的一些安全隐患日渐显现。使用电池作为动力来源的电动汽车是一种最为常见的新能源汽车，但受限于电池的制造技术，电动汽车在行驶、充电和停放过程中，时常有和电池相关的安全事故出现。为确保对电池的管理和监控，目前电动汽车一般安装有电池管理系统。
电池管理系统的一项重要功能是实现电池均衡，所谓电池均衡是指利用电力电子技术，使电池组内的各个单体电池之间的电压差值保持在预期的范围内，从而延长电池的使用寿命。电池均衡是电池管理领域的研究热点，新的电池均衡方法层出不穷，然而，在现有的电池管理系统中所采用的电池均衡方法一般是固化在系统中的，难以将均衡效果更好的新的电池均衡方法及时应用到电池管理系统中。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供一种电池管理系统及平台，以解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种电池管理系统，安装在电动汽车上，包括
电压采集模块，与电动汽车的电池组内的单体电池连接，电压采集模块用于采集单体电池的电压信息；
控制模块，与电压采集模块连接，控制模块用于从电压采集模块获得电压信息，并基于电压信息确定单体电池中的待均衡电池；
开关模块，分别与控制模块以及单体电池连接；
储能模块，与开关模块连接，控制模块还用于基于当前均衡规则控制开关模块，以使待均衡电池与储能模块导通，在待均衡电池与储能模块导通时，储能模块向待均衡电池充电，或待均衡电池向储能模块放电，其中，当前均衡规则为第一均衡规则；
移动通信模块，与控制模块连接，移动通信模块用于接收服务器发送的第二均衡规则并将第二均衡规则发送至控制模块，控制模块还用于将第二均衡规则确定为当前均衡规则。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，控制模块还用于基于电压信息获得电池组内的单体电池的电压最大值以及电压最小值，并在确定电压最大值与电压最小值的电压差值大于预设电压差值时，基于所述电压信息确定所述待均衡电池。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，控制模块还与电动汽车的整车控制器连接，用于从整车控制器获得电动汽车的系统工况，并在确定系统工况为适于进行电池均衡的第一工况时，基于当前均衡规则控制开关模块，以使待均衡电池与储能模块导通。
结合第一方面、第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，电池管理系统还包括：电流采集模块，分别与单体电池以及控制模块连接，电流采集模块用于采集单体电池的电流信息，并将电流信息发送至控制模块；
控制模块还用于基于电流信息计算获得单体电池的剩余电量信息。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，电池管理系统还包括：显示模块，与控制模块连接，显示模块用于从控制模块获得剩余电量信息并显示。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，电池管理系统还包括：
传感器模块，分别与单体电池以及控制模块连接，传感器模块用于采集单体电池的状态参数并将状态参数发送至控制模块。
结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾探测器、火焰探测器、燃烧气体探测器以及压力传感器中的一种或多种。
结合第一方面的第五种或第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，电池管理系统还包括：报警模块，与控制模块连接，控制模块还用于在基于电压信息、电流信息或状态参数确定单体电池存在异常状况时，控制报警模块报警。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，移动通信模块包括2g模块、3g模块、4g模块以及nb－iot模块中的一种或多种。
第二方面，本发明实施例提供一种电池管理平台，包括服务器以及本发明实施例第一方面或第一方面的上述任一种可能的实施方式提供的电池管理系统，电池管理系统与服务器通信连接。
本发明实施例的技术方案至少具有以下有益效果：
本发明实施例提供电池管理系统安装在电动汽车上，包括电压采集模块、控制模块、开关模块、储能模块以及移动通信模块。其中，电压采集模块、开关模块均与电动汽车的电池组内的单体电池连接，电压采集模块、开关模块移动通信模块均与控制模块连接，开关模块与储能模块连接。电池管理系统在工作时，电压采集模块采集单体电池的电压信息并将其发送至控制模块，控制模块首先基于电压信息确定出单体电池中需要进行均衡的待均衡电池，然后按照控制模块中保存的当前均衡规则对开关模块进行控制，使得待均衡电池与储能模块导通，在导通时，储能模块可以向电压较低的待均衡电池充电，电压较高的待均衡电池也可以向储能模块放电，最终使待均衡电池达到均衡状态，其具体均衡过程由当前均衡规则定义。移动通信模块可以和与之通信连接的服务器进行数据交互，如果当前均衡规则为第一均衡规则，则移动通信模块可以从服务器接收不同于第一均衡规则的第二均衡规则并将其发送至控制模块，控制模块可以将第二均衡规则设置为当前均衡规则，从而完成对当前均衡规则的更新。
可见，本发明实施例提供的电池管理系统通过设置移动通信模块，实现了对电池管理系统所使用的当前均衡规则的及时更新。同时，该电池管理系统能够实时采集单体电池的电压信息，及时判断出需要进行均衡的单体电池，并基于当前均衡规则对单体电池进行均衡，从而能够及时调节电池组内的各个单体电池的电压，使各个单体电池始终保持在相同或近似的工作电压下，以避免出现单体电池过充、过放的情况，进而能够延长电池的使用寿命，防止发生安全事故。此外，均衡过程是储能模块和单体电池进行双向的能量交互完成的，有利于单体电池内的电能与储能模块内的电能的充分利用以及合理分配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明第一实施例提供的电池管理系统的结构示意图；
图2示出了本发明第二实施例提供的电池管理系统的结构示意图；
图3示出了本发明第二实施例提供的传感器模块的结构示意图；
图4示出了本发明第三实施例提供的电池管理平台的结构示意图。
图中：1－电池管理平台；10－电池管理系统；100－电压采集模块；110－控制模块；120－开关模块；130－储能模块；140－移动通信模块；150－传感器模块；150a－温度传感器；150b－湿度传感器；150c－烟雾探测器；150d－火焰探测器；150e－燃烧气体探测器；150f－压力传感器；160－电流采集模块；170－显示模块；180－报警模块；20－服务器；30－单体电池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
第一实施例：
图1示出了本发明第一实施例提供的电池管理系统10的结构示意图。参照图1，电池管理系统10安装在电动汽车上，包括电压采集模块100、控制模块110、开关模块120、储能模块130以及移动通信模块140。其中，电动汽车的动力电池为包括一个或多个单体电池30的电池组，电压采集模块100、开关模块120均与电池组内的每个单体电池30连接，电压采集模块100、开关模块120移动通信模块140均与控制模块110连接，开关模块120与储能模块130连接。
其中，控制模块110用于实现电池管理系统10中的处理、控制以及运算功能。控制模块110可以采用，但不限采用于单片机(mcu)、中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等方式实现，控制模块110还可以具有数据存储功能，或者在某些实施方式中，还可以通过设置与控制模块110连接的专用存储模块(图未示出)进行数据存储。
电池管理系统10在工作时，电压采集模块100实时或定时采集每个单体电池30的电压信息并将电压信息发送至控制模块110，其中，电压信息可以是每个单体电池30上的电压值。电压采集模块100可以采用带有电压采集功能的a/d芯片以及相应的滤波电路实现，但不限于此种实现方式。控制模块110首先基于电压信息确定出单体电池30中需要进行均衡的待均衡电池。确定待均衡电池可以采取多种策略，例如，可以将电压信息中的最大电压值对应的单体电池30，和/或，将电压信息中的最小电压值对应的单体电池30作为待均衡电池。又例如，将电压信息中大于某个预设电压值的电压值对应的单体电池30作为待均衡电池，和/或，将电压信息中小于另一个预设电压值的电压值对应的单体电池30作为待均衡电池。当然，还可以采取其他策略，在本发明第一实施例中不进行限定。
对于电池均衡，可以仅在确定各个单体电池30之间的电压差值超出预期的范围之外时才进行均衡，如果各个单体电池30之间虽然存在电压差值但出于与其范围之内，则可以暂时不进行处理。在一种实施方式中，控制模块110首先获得电压信息中的最大电压值以及最小电压值，然后计算最大电压值与最小电压值之间的电压差值，并判断电压差值是否大于预设电压差值。如果判断结果为是，表明单体电池30之间的电压差值较大，需要进行电池均衡，如果判断结果为否，表明单体电池30之间的电压差值还处于可接受的范围内，不需要进行电池均衡。
控制模块110确定好待均衡电池后，可以开始电池均衡。在一种实施方式中，控制模块110还与电动汽车的整车控制器(图未示出)连接，控制模块110能够从整车控制器获得电动汽车的当前的系统工况，并根据系统工况判断当前时刻是否适于进行电池均衡，如果系统工况为适于进行电池均衡的第一工况，则对待均衡电池进行均衡，如果系统工况为不适于进行电池均衡的第二工况，则不执行电池均衡步骤，或者暂时不执行电池均衡，仅仅是记录下待均衡电池，直至从整车控制器重新获得的系统工况变为第一工况时再进行电池均衡。例如，系统工况为汽车故障状态，此时应首先排查电动汽车故障，不适于进行电池均衡。又例如，电动汽车已经熄火，此时也不适于进行电池均衡。显然，上述系统工况仅为示例，并不代表实际的系统工况，也不表示处于上述系统工况时一定不能进行电池均衡。
开关模块120处于单体电池30和储能模块130之间，开关模块120可以采用现场可编程门阵列(fpga)，实现大规模逻辑开关阵列的功能，储能模块130可以采用蓄电池实现，其可以是单独的模块，也可以直接采用电动汽车的电瓶。控制模块110基于当前均衡规则控制开关模块120，使得待均衡电池与储能模块130之间处于导通状态，而其他单体电池30与储能模块130之间处于断开状态。在待均衡电池与储能模块130导通时，储能模块130向待均衡电池充电，或待均衡电池向储能模块130放电。具体是充电还是放电由待均衡电池的电压值决定，当待均衡电池的电压值大于各个单体电池30的电压值均值时，可以进行放电；当待均衡电池的电压值小于各个单体电池30的电压值均值时，可以进行充电。通过充放电操作使得待均衡电池的电压值趋近于各个单体电池30的电压值均值，这一过程即为电池均衡过程。在具体实施时，可以是所有的待均衡电池同时进行均衡，也可以是按照预设的顺序逐个进行均衡，例如先对电压值偏离电压值均值较大的待均衡电池进行均衡，避免其因长期处于过充或过放状态而发生故障。均衡规则实际上是一种预先定义的对开关模块120的控制方案，可以实现为预设的软件指令，控制模块110基于均衡规则控制开关模块120的导通或断开时机、时长、顺序等，实现对待均衡电池的充放电时机、充放电时长、充放电顺序等方面的控制，即实现对整个电池均衡过程的控制。显然的，定义良好的均衡规则对于有效进行电池均衡，延长电池的使用寿命十分有意义，将控制模块110当前正在使用的均衡规则称为当前均衡规则。在本发明第一实施例中，对当前均衡规则的内容不作限定，其可以是任意一种已有的均衡规则。在开关模块120中可以设置双向dc/dc变换器，实现待均衡电池与储能模块130之间的充放电。作为一种可选的实施方式，储能模块130可以和控制模块110连接，作为电源向控制模块110供电，当然在其他一些实施方式中，控制模块110也可以由其他电源设备供电。
在本发明第一实施例提供的电池管理系统10中，控制模块110内的当前均衡规则是可以被更新的，当前均衡规则的更新通过移动通信模块140实现。例如，当前均衡规则为第一均衡规则，移动通信模块140与远程的服务器20通信连接，在远程的服务器20上可以存储不同于第一均衡规则的第二均衡规则，例如采用第二均衡规则的均衡时间比采用第一均衡规则的均衡时间更短，则服务器20可以将第二均衡规则通过移动通信网络下发至移动通信模块140，移动通信模块140将其转发至控制模块110，控制模块110在适当的时机将当前均衡规则重新设置为第二均衡规则，从而完成对当前均衡规则的更新。其中，适当的时机可以是不需要进行电池均衡的时机。在该例子中，当前均衡规则更新为第二均衡规则后，电池均衡的效率得到提高。第二均衡规则可以由服务器20主动下发，例如，服务器20认为正在使用的第一均衡规则存在某些缺陷时可以采取主动下发的方式，而在另一些实施方式中，也可以是控制模块110主动向服务器20发送请求消息，服务器20响应该请求，然后才将第二均衡规则下发至移动通信模块140并最终转发至控制模块110。
在一种实施方式中，移动通信模块140可以进一步包括2g模块、3g模块、4g模块以及nb－iot模块中的一种或多种，以便支持不同的移动通信制式。移动通信模块140依赖移动通信网络进行数据传输，目前在中国国内，2g、3g以及4g移动通信网络的覆盖范围已经非常广泛，而nb－iot网络则正在普及推广之中，因此本发明第一实施例提供的电池管理系统10的适用范围是非常广泛的，在移动通信网络的覆盖范围内都能够实现当前均衡规则的更新。同时，为确保通信质量，如上面所述，移动通信模块140还可以是多种通信模块的组合，例如同时包括2g模块和4g模块，在有4g移动通信网络覆盖的情况下，使用4g模块和服务器20通信，在只有2g移动通信网络覆盖的情况下，使用2g模块和服务器20通信。而服务器20可以是单台服务器，也可以是多台服务器的组合，可以是物理意义上的服务器，也可以是虚拟服务器。
综上所述，本发明第一实施例提供的电池管理系统10能够实时采集单体电池30的电压信息，及时判断出需要进行均衡的单体电池30，并基于当前均衡规则对单体电池30进行均衡，从而能够及时调节电池组内的各个单体电池30的电压，使各个单体电池30始终保持在相同或近似的工作电压下，以避免出现单体电池30过充、过放的情况，进而能够延长电池的使用寿命，防止发生安全事故。其中，进行电池均衡时所使用的当前均衡规则是可以更新的，电池管理系统10的移动通信模块140能够从服务器20上获取新的均衡规则并发送至控制模块110，控制模块110将当前均衡规则更新为新的均衡规则，从而在有效果更好的均衡规则出现时，可以及时将其应用到电动汽车的电池管理系统10中，使其尽早发挥效果。同时，在本实施例中，均衡过程是储能模块130和单体电池30进行双向的能量交互完成的，有利于单体电池30内的电能与储能模块130内的电能的充分利用以及合理分配。此外，在本发明第一实施例的部分实施方式中，在进行电池均衡前，控制模块110还可以从整车控制器获取电动汽车的当前的系统工况，判断是否适于进行电池均衡，其对电池的管理更为合理精确。
第二实施例：
图2示出了本发明第二实施例提供的电池管理系统10的结构示意图。参照图2，在本发明第一实施例提供的电池管理系统10的基础上，本发明第二实施例提供的电池管理系统10还可以包括电流采集模块160。电流采集模块160和电压采集模块100类似，电流采集模块160与电池组内的每个单体电池30连接并同时与控制模块110连接。电流采集模块160实时或定时采集每个单体电池30的电流信息并将电流信息发送至控制模块110，其中，电流信息可以是每个单体电池30上的电流值。电流采集模块160可以采用带有电流采集功能的a/d芯片以及相应的滤波电路实现，但不限于此种实现方式。
根据电流信息，控制模块110对电流进行积分运算，就能够计算出每个单体电池30的剩余电量信息。当然，在某些实现方式中，也可以通过单体电池30的电压值粗略地估算出剩余电量信息。作为一种可选的实施方式，电池管理系统10还包括与控制模块110连接的显示模块170，控制模块110可以将剩余电量信息发送至显示模块170显示，以使用户直观地了解到各个单体电池30的剩余电量。进一步地，如果单体电池30正在进行电池均衡，用户还可以直观地观察到电池均衡的效果，从而可以人工判断电池管理系统10是否在正常工作。其中，显示模块170可以是独立的模块，也可以直接采用电动汽车的中控液晶屏或液晶仪表盘。
继续参照图2，在本发明第二实施例的一种实施方式中，电池管理系统10还可以包括传感器模块150。传感器模块150分别与单体电池30以及控制模块110连接，传感器模块150采集表征单体电池30的工作状态或工作环境的状态参数并将状态参数发送至控制模块110。图3示出了本发明第二实施例提供的传感器模块150的结构示意图。参照图3，传感器模块150可以包括温度传感器150a、湿度传感器150b、烟雾探测器150c、火焰探测器150d、燃烧气体探测器150e以及压力传感器150f中的一种或多种，其中每种传感器都可以为一个或多个。具体而言，单体电池30在不同的温湿度下有不同的工作性能，不同的温湿度甚至会影响电池的使用寿命，例如，锂离子电池的工作温度应保持在25℃－40℃较佳。通过设置温度传感器150a采集单体电池30的工作环境的温度数据作为状态参数的一种并将其发送至控制模块110，从而实现对单体电池30的温度状况的实时监控。通过设置湿度传感器150b采集单体电池30的工作环境的湿度数据作为状态参数的一种并将其发送至控制模块110，从而实现对单体电池30的湿度状况的实时监控。烟雾探测器150c、火焰探测器150d以及燃烧气体探测器150e分别用于检测烟雾、明火以及可燃气体。在单体电池30出现爆喷等严重异常状况时，上述探测器产生报警信息并将其发送至控制模块110，从而实现对单体电池30的严重异常状况的实时监控。单体电池30的电芯发生严重的位移或膨胀时，电池内部的压力将发生剧变，进而引发安全事故。压力传感器150f采集单体电池30内部的压力数据并将其发送至控制模块110，从而实现对单体电池30内部的压力状况的实时监控。显然的，上述传感器仅为示例，传感器模块150还可以根据实际需求包括更多种类的传感器，状态参数也可以在显示模块170上显示以使用户及时获知。
继续参照图2，在本发明第二实施例的一种实施方式中，电池管理系统10还可以包括报警模块180。报警模块180与控制模块110连接，当控制模块110对从电压采集模块100获得的电压信息，从电流采集模块160获得的电流信息或者从传感器模块150获得的状态参数进行进一步分析，并根据分析结果确定单体电池30存在异常状况时，控制报警模块180进行报警，以使用户及时获知该异常状况并采取相应的措施，例如停车进行维修。其中，报警模块180可以是独立的报警器，通过声光电等形式将报警信息传达给用户，在某些实施方式中，也可以不设置报警模块180，通过显示模块170进行报警信息的显示，或者通过电动汽车内部的扬声器播放报警信息。
综上所述，本发明第二实施例提供的电池管理系统10在采集电压信息的基础上，还实现了单体电池30的电流信息的采集功能以及单体电池30的状态参数的采集功能，同时可以通过显示模块170对采集的数据进行展示，以及通过报警模块180基于采集的数据进行报警。从而实现了对电池组内的单体电池30的全面监控。对于电池管理系统10的电池均衡功能，可以参考第一实施例中的阐述，此处不再重复阐述。
第三实施例：
图4示出了本发明第三实施例提供的电池管理平台1的结构示意图。参照图4，电池管理平台1包括服务器20以及至少一个本发明第一实施例或第二实施例提供的电池管理系统10。其中，每个电池管理系统10均通过移动通信模块140与服务器20通信连接。从而，服务器20可以对至少一个电池管理系统10中使用的均衡规则进行统一更新升级。显然的，服务器20和电池管理系统10之间的信息交互不限于均衡规则，例如电池管理系统10还可以将采集到的数据上传至服务器20，以便服务器20端进行大数据分析，从而对电池管理系统10或电池组进行改进。又例如，服务器20可以将控制信息下发至电池管理系统10，对电池管理系统10进行远程控制。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。