专利名称：一种电池管理系统及电池管理方法
技术领域：
本发明涉及一种电池管理系统(BMS)，特别是一种节点地址可配置的电池管理系统及其具体管理方法。
背景技术：
电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，简称为BMS)是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池。二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。电池管理系统(BMS)主要功能包括准确估测动力电池组的荷电状态(Stateof Charge，即SOC);在电池充放电过程中，实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象；为单体电池 均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。这些措施都旨在提高电池的利用率、延长电池寿命。电动汽车的蓄电池通常是串联的，由于单体电池的出厂特性不一致，所以上述的电池管理系统对于电动汽车的性能发挥起着重要的作用。图I是一个典型的现有技术的电动汽车的BMS系统结构图，如图，系统主要由一个主控制板、η个从控制板(也称监测单元)和显示模块等。从控制板主要负责对其监控的单个电池的电压、电流、工作温度等信息的测量，并将采集到的数据通过CAN总线(控制器局域网络Controller Area Network的简称,是国际上应用最广泛的现场总线之一,在国际上较大范围内，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线)传输给主控制板；主控制板负责处理从控制板采集到的电池状态信息，并将处理的结果通过外部CAN总线传输给显示模块、充电机和整车控制器等设备。这种电池管理系统，由于涉及到主控制器与多个从控制器的通信，所以带来了通信冲突的问题。目前解决通信冲突的电池管理系统所采用的方式主要有两大类一类是对每个从控制器应用不同的软件代码，静态配置不同的总线标识(总线ID);另一类是通过硬件或者软件的方式为哥哥从控制器动态分配总线ID。第一类方法需要开发具有不同ID的软件代码，软件的复杂度较高。第二类方法效率和成本更低。有关前文所述的第二类方法，中国专利200910249544. O “分布式电池管理系统及其标识分配方法”中公开，系统将主控制器与一个下位机电连接，再将该下位机与其他下位机依次串联电连接，主控制器通过依次激活相串联的下位机的方式依次给各个下位机分配标识。这个技术方案中，多个下位机(相当于从控制器)需要依次串联，施工复杂度高、成本高；而且从控制器只有在上一个与之相邻电连接的从控制器分配完地址之后才会被激活开始工作，并且被激活的从控制器的地址是通过向主控制器申请获得的，同一时间只有一个从控制器是工作在地址配置过程，不仅整个系统的效率较低，而且一点串联电路中有断开的情况，将导致后续一个或多个从控制器无法正常工作。同时，这种电池管理系统在每次系统上电时都必须进行一次地址配置的过程，无疑延长了整个系统的初始化时间。另有中国专利200810021154. 3“分布式电池管理系统及其管理方法”，该发明通过在采集模块(也相当于从控制器)外接跳线电路，利用跳线电路状态为各个采集模块的赋予相应的CAN总线地址。这项现有技术引入了多个跳线作为硬件区分标记，虽然有效地解决了系统通信冲突的问题，但是不难发现，该发明的跳线电路的数量将随着采集模块数量的增加而增加，增加了系统的硬件复杂度，让硬件连线变得复杂，其所占用的微处理器(MCU)的通用输入输出口(GPIO)的数量也将增加。而且整个工作过程中需要依赖所有的硬件跳线状态不同，跳线的设定只能依靠人力完成，出错率高。跳线更有可能在工作过程中也可能因为振动等原因而变化导致整个系统出错。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术所述的现有技术的不足，提供一种能够解决主从控制器之间的通信冲突问题的、结构简单、成本低廉的电池管理系统及方法。
为此，本发明的技术方案是这样的
一种电池管理系统，包括主控制器、从控制器，主控制器通过内部CAN总线控制连接多个从控制器，每个从控制器控制一个电池组，主控制器还通过外部CAN总线连接外部设备，其特征在于还包括一个跳线电路模块和非易失存储器，跳线电路模块控制连接从控制器，决定从控制器的工作模式，非易失存储器和从控制器连接，存储器分配到的从控制器地址。根据上述电池管理系统的构造，本发明还提供一种电池管理系统的地址配置方法:
整个方法包括了直接选取已分配好的地址进行工作的运行模式，所述运行模式安排在初始化预配置地址以后进行，其特征在于，在初始化预配置地址步骤之后，首先安排一个模式选择程序，同时在模式选择程序之后安排一个和运行模式平行的分配模式，运行模式和分配模式由模式选择程序是根据跳线状态择一选择启动；运行模式包括从非易失存储器中读取已分配的地址的步骤，分配模式包括将地址存入非易失存储器中的步骤。具体的，运行模式的步骤是
1、从非易失存储器(EEPROM)中读取出厂时配置过的对应的从控制器的总线地址，将该地址作为该从控制器参与总线通信的地址；
2、采集其控制连接的电池组信息，进行相关数据的计算处理，并判断是否存在故障；
3、解析CAN总线上收到的数据帧，根据不同的帧向总线上响应相应的帧数据；
如响应主控制器请求电压信息的远程帧；
4、判断总线上是否有收到与自身地址相同的“地址声明帧”，如收到，则向总线上发送一个“该地址正被使用”的帧数据，如果没有，则继续下一步骤的执行；
5、执行从控制器的其他任务，如对该从控制器测量的电池组进行均衡控制等；
6、重复步骤I到步骤6。优选的配置模式的步骤是
1、以之前预配置的总线地址向CAN总线上的其它从控制器发送一个声明该地址的“地址声明帧”；
2、接收CAN帧数据，并解析收到的帧数据；3、判断是否收到该从控制器在步骤2中声明的地址已被占用的“该地址正被使用”的帧数据。如果地址已被占用，则从地址池中顺序选择下一个可用地址作为该从控制器的预配置总线地址，并将该地址写入非易失存储器中(如EEPROM)，之后转到工作模式选择程序；如果地址未被占用，将该地址写入非易失存储器中，并转到转到工作模式选择程序。本发明方案和现有技术相比，具备明显的优势首先，提出的是一种非实时的地址分配方案，将地址分配和正常工作分开，这样就无需每次启动都分配地址，启动迅速、程序简单、成本低。其次，不需要强调多个从控制器的依次串联，每个从控制器相对独立，各从控制器的工作顺序没有依赖性和绝对的顺序性，更加自由，工作可靠度高。第三，只需一个跳线电路来区分工作模式，而不需要跳线电路的状态直接作为从控制器的地址区分标识，跳线数量要求明显减少，设定出错的几率也大幅度降低。
第四，只要一次跳线设定(如在出厂时候或长期工作以后的校正、维修等)完成地址分配，在正常运行中完全可以不再需要跳线帽这类物理区分装置，避免了跳线帽因振动等原因丢失造成的逻辑错误，提高了整个系统的稳定性和可靠性。
图1，典型的电池管理系统的结构 图2，本发明的结构 图3，本发明的电池管理方法的实施例的流程图。
具体实施例方式如图2，本发明的电池管理系统，包括主控制器I、多个从控制器2，主控制器I通过内部CAN总线与多个从控制器电连接，每个从控制器2对应的控制一个电池组3。主控制器I通过外部CAN总线连接外部设备，外部设备包括显示模块4、充电机5、整车控制器6，还特别包括跳线电路模块7和非易失存储器8，跳线电路模块控制连接从控制器，跳线电路模块7提供O和I两种逻辑，决定从控制器的工作模式是处于地址分配模式还是处于正常运行模式，如，插上跳线帽表明处于地址配置模式，跳线帽断开表明正常工作模式，反之亦然。非易失存储器8和从控制器2连接，存储分配到的从控制器的工作地址。本系统的地址分配和正常运行模式的具体工作流程如图3。步骤I、将从控制器可用地址池中的第一个地址作为该从控制器的初始总线地址初始化，该初始总线地址也称为预配置总线地址。步骤2、读取跳线信息，决定从控制器进入何种工作模式，如，跳线帽为插上状态则跳到步骤3进入地址配置模式执行，跳线帽为断开状态则转到步骤4进入正常工作模式执行。步骤3、地址配置工作模式，包括如下几个步骤
A、以之前预配置的总线地址向CAN总线上的其它从控制器发送一个声明该地址的“地址声明帧”。B、接收CAN帧数据，并解析收到的帧数据。C、判断是否收到该从控制器在步骤2 (A)中声明的地址已被占用的“该地址正被使用”的帧数据。如果地址已被占用，则从地址池中顺序选择下一个可用地址作为该从控制器的预配置总线地址，并将该地址写入非易失存储器中(如EEPROM)，之后转到步骤2。如果地址未被占用，将该地址写入非易失存储器中，并转到步骤2继续运行。步骤4、正常工作模式，包括如下步骤
A、从非易失存储器(EEPROM)中读取出厂时配置过的本从控制器总线地址，将该地址作为该从控制器参与总线通信的地址。B、采集电压、温度等信息，进行相关数据的计算处理，并判断是否存在故障。C、解析CAN总线上收到的数据帧，根据不同的帧向总线上响应相应的的帧数据，如响应主控制器请求电压信息的远程帧。D、判断总线上是否有收到与自身地址相同的“地址声明帧”，如收到，则向总线上 发送一个“该地址正被使用”的帧数据，如果没有，则继续下一步骤的执行。E、执行从控制器的其他任务，如对该从控制器测量的电池模块进行均衡控制等。F、重复步骤4 (B)到步骤4 (E)。在地址配置过程中，首先将从控制器的跳线电路处于插上跳线帽状态，并将所有需要配置地址的从控制板连到同一个CAN总线上去，每隔一段时间依次将跳线帽从从控制器上拔出，从控制器便依次完成了地址配置过程并进入了正常运行工作模式，然后按照图I的系统结构，将连有所有从控制器的内部CAN总线与主控制器相连，整个电池管理系统便能正常工作了。而系统断电后，等下次重新开机时，由于之前从控制器配置的总线地址已经被写到了非易失存储器中，这些从控制器只需要从存储器中取出他们各自的总线地址就可以无冲突地参与总线通信了。举一个例子说明
电池管理系统中一共有三块从控制器需要配置地址。那么，首先将这三块从控制器的CAN总线连到一起，并把三块板子的跳线电路的跳线帽都插好(插好和拔下是两种不同的逻辑)。做完准备工作之后，将三块板子上电并按照图2所示的流程执行程序，假设从控制器地址池中共有“ 10”，“11”，“ 12”三个地址可供分配，此时三块板子都处于地址配置模式，并且都在向总线上声明地址“10”为自己的总线地址，因为此时没有使用该总线地址工作在正常运行模式下的从控制器，所以总线上不会有地址“10” “正被使用帧”的帧数据产生，这些从控制器便会每隔一段时间向总线上声明一个“地址声明帧”。将其中一块从控制器的跳线电路的跳线帽拔除，它将使用地址“10”进入正常工作模式工作，并对其它两块从控制器发送的地址“ 10”的“地址声明帧”响应一个“该地址正被使用”的帧数据，收到该帧数据的两块从控制器便会选择地址“11”重新在总线上声明各自的地址，同样由于此时没有使用该总线地址工作在正常工作模式下的从控制板，这两块从控制器将继续使用地址“ 11”在总线上声明地址，且工作在地址配置模式下。再将其中一块工作在地址配置模式下的从控制器的跳线帽拔掉，他将使用地址“11”进入正常运行模式运行，并将对第三块从控制器发送的地址“11”的“地址声明帧”响应一个“该地址正被使用”的帧数据，于是，在第三块从控制器在收到地址“11”正被使用的帧数据之后，它将选择地址“ 12”重新在总线上声明它的地址。当最后将第三块从控制器的跳线帽被拔出后，三块从控制器便都完成了地址配置的过程，由于这些总线地址已经被写入不易失存储器中，在下次开机时，便可以直接从存储器中读取各自的总线 地址了。
权利要求
1.一种电池管理系统，包括主控制器、从控制器，主控制器通过内部CAN总线控制连接多个从控制器，每个从控制器控制一个电池组，主控制器还通过外部CAN总线连接外部设备，其特征在于还包括一个跳线电路模块和非易失存储器，跳线电路模块控制连接从控制器，决定从控制器的工作模式，非易失存储器和从控制器连接，存储器分配到的从控制器地址。
2.一种电池管理系统的地址配置方法，整个方法包括了直接选取已分配好的地址进行工作的运行模式，所述运行模式安排在初始化预配置地址以后进行，其特征在于，在初始化预配置地址步骤之后，首先安排一个模式选择程序，同时在模式选择程序之后安排一个和运行模式平行的分配模式，运行模式和分配模式由模式选择程序是根据跳线状态择一选择启动；运行模式包括从非易失存储器中读取已分配的地址的步骤，分配模式包括将地址存入非易失存储器中的步骤。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征是所述的运行模式的步骤是 1)、从非易失存储器(EEPROM)中读取出厂时配置过的对应的从控制器的总线地址，将该地址作为该从控制器参与总线通信的地址； 2)、采集其控制连接的电池组信息，进行相关数据的计算处理，并判断是否存在故障； 3)总线上收到的数据帧，根据不同的帧向总线上响应相应的帧数据； 4)、判断总线上是否有收到与自身地址相同的“地址声明帧”，如收到，则向总线上发送一个“该地址正被使用”的帧数据，如果没有，则继续下一步骤的执行； 5)、执行从控制器的其他任务，如对该从控制器测量的电池组进行均衡控制等； 6)、重复步骤I到步骤6。
4.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征是所述的配置模式的步骤是 1)、以之前预配置的总线地址向CAN总线上的其它从控制器发送一个声明该地址的“地址声明帧”； 2)、接收CAN帧数据，并解析收到的帧数据； 3)、判断是否收到该从控制器在步骤2中声明的地址已被占用的“该地址正被使用”的帧数据如果地址已被占用，则从地址池中顺序选择下一个可用地址作为该从控制器的预配置总线地址，并将该地址写入非易失存储器中(如EEPR0M)，之后转到工作模式选择程序；如果地址未被占用，将该地址写入非易失存储器中，并转到转到工作模式选择程序。
全文摘要
一种电池管理系统，涉及电池及其管理方法，包括主控制器、从控制器，主控制器通过内部CAN总线控制连接多个从控制器，每个从控制器控制一个电池组，主控制器还通过外部CAN总线连接外部设备，其特征在于还包括一个跳线电路模块和非易失存储器，跳线电路模块控制连接从控制器，决定从控制器的工作模式，非易失存储器和从控制器连接，存储器分配到的从控制器地址。本系统启动迅速、成本低、电路结构简单，工作可靠性高。
文档编号H02J7/00GK102842939SQ20121036802
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者蒋虎 申请人:无锡华润矽科微电子有限公司