一种基于无线通讯和无线供电的电池管理系统的制作方法

1.本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种基于无线通讯和无线供电的电池管理系统。


背景技术：

2.在采用数百节或更多电池单体串并联组成的电动汽车用动力电池组中，为保证电池组的安全可靠运行，必须采用电池管理系统对每一电池单体的电压、电池组的温度、电流等参数进行实时监控。
3.在当前普遍应用的电池管理系统中，通常采用有线通信方案传输数据，并采用对电量较多或电压较高的电池单体单独接通放电电阻以实现串联电池组中的电量、电压均衡。在总电量达到数百千瓦时的大容量动力电池系统中，通常会采用系统中有多个模块化的电池箱，各电池箱之间、电池箱与电池管理系统主控制器之间都需要采用低压线束连接，以实现电池箱中电池管理系统子模块的通讯或低压供电。
4.除上述现行常用的有线通讯方案外，也有多项专利技术申请，提出以无线通讯方式实现电池管理系统的内部信息传输。例如；
5.申请号为201110263780.5的《一种电动汽车分布式电池管理系统》，提出在系统中主控制系统模块和电池监测模块上分别设置无线通信模块，用无线通信功能隔离高压系统与低压系统的物理连接，提高主控系统的可靠性。
6.申请号为201810124481.5的《一种串联电池组模块化管理系统及方法》，提出在电池主控管理模块与子管理模块之间进行双向无线通信，且子模块之间也能够进行双向无线通信。
7.申请号为201910715759.0的《一种基于无线通信控制的电池管理系统及电池管理方法》，提出管理系统由多个第一电池管理模块、多个无线传输模块、第二电池管理模块、控制模块等组成，由无线传输模块将对应的第一电池管理模块输出的运行参数进行无线传输，第二电池管理模块接收这些参数。
8.申请号为202011551275.6的《基于无线通信的动力电池系统的能量均衡控制方法》，提出主控制器以及各电池箱中的从控制器均安装无线通信模块，实时获取各电池箱的电量和热管理附件工作状态，并以工作状态合适且电量最大的电池箱作为无线通信系统中的路由节点，实现系统无线通信需求和电池均衡需求两者兼顾的目标。
9.对于通常具有数百千瓦时总电量的商用电动汽车动力电池系统而言，由于系统中有多个模块化的电池箱，各电池箱之间、电池箱与电池管理系统主控制器之间都需要采用低压线束连接以实现通讯，大量线束及接插件的应用降低了系统整体的可靠性，由于接插件连接不良导致系统工作异常的故障时有发生。此外，为安全考虑，法规要求电动汽车中的高压系统与低压系统之间必须持续保持良好绝缘状态。但采用有线通信方案的电池管理系统，会在与高压动力电池直接连通的采样电路与整车低压供电的控制电路之间带来绝缘薄弱环节。
10.前述各项采用无线通信方案的电池管理系统相关专利，采用在电池管理系统各模块间以无线通信传输信息的方式解决了有线通讯的前述问题。但是，电池挂历系统中的各电子电路之间仅有无线通讯，当整车的低压供电出现不稳定的异常状态时，以整车低压供电保持运行的电子电路将会被波及影响，导致动力电池系统的运行处于不可靠状态。


技术实现要素：

11.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种基于无线通讯和无线供电的电池管理系统，既能采用无线通讯实现系统内各模块间信息传输，又能以无线电能传输在必要时对各模块进行低压供电，保障系统可靠运行的电动汽车用动力电池管理系统。
12.本发明采用的技术方案是：一种基于无线通讯和无线供电的电池管理系统，包括
13.高压监控模块，用于采集监控动力电池总电压和电流信息，并发送至控制模块；
14.采样均衡模块，用于对动力电池中的各单体电池的温度、电压进行采样并发送至控制模块，根据接收的均衡指令对指定的单体电池进行均衡调节；
15.控制模块，用于接收单体电池的温度和电压信息、接收电池模组总电压和电流信息，向采样均衡模块发送均衡指令，根据接收的信息对动力电池的电量进行管理；
16.所述高压监控模块、采样均衡模块、控制模块中均设有无线通讯模块和无线供电模块，所述高压监控模块、采样均衡模块与控制模块之间均能够通过无线通讯模块实现信息的双向无线发送与接收，所述高压监控模块、采样均衡模块、控制模块之间均能够通过无线供电模块实现电能的双向传输。
17.进一步地，所述高压监控模块包括接触器控制电路、电压采样电路和电流传感器，所述接触器控制电路上设有接触器，通过控制接触器的通断来控制动力电池对外部高压电路的通断，所述电压采样电路用于采集动力电池总电压，所述电流传感器用于采集动力电池电流。
18.进一步地，所述采样均衡模块设有多个，所述动力电池中的若干节电池单体平均分为多组形成多个电池模组，多个采样均衡模块分别与多个电池模组对应。
19.进一步地，所述采样均衡模块判断其所在电池模组中有若干电池单体的电压或存储电量状态明显高于电池模组中其他电池单体时，将在无线电能发送、无线通讯时优先使用单体电压或存储电量状态明显较高的电池单体中的电能；当所述电池模组中电池单体的电压或存储电量状态降低到与其他电池单体相差程度满足一致性指标要求时，将切换为同时所述电池模组中所有的电池单体共同供电。
20.进一步地，所述采样均衡模块包括电压及温度采样电路和均衡电路，所述电压及温度采样电路用于根据指定的采样频率对多节电池单体实现电压采样、温度采样，并将采样所得信息数据通过无线通讯模块对外发送；所述均衡电路用于根据接收到的均衡指令对任意一节或多节电池单体电量进行放电或充电调节，所述电压及温度采样电路、均衡电路的电源供给均来自其采样所在的电池模组。
21.进一步地，所述控制模块包括微处理器及外围输入输出接口，所述微处理器用于通过电池当前的电压、电流、温度信息数据估算动力电池的存储电量、使用功率信息；所述外围输入输出接口用于与整车通信网络连接进行信息传输。
22.进一步地，所述无线通讯模块包括能够实现无线信息发送及接收的双向传输功能的通讯天线和编码调制电路。
23.进一步地，所述无线供电模块包括能够实现电能无线发送及接收的传输功能的感应线圈、振荡发射电路和整流滤波电路。
24.进一步地，所述高压监控模块和控制模块的低压供电还能够从整车的低压配电系统中获取。
25.更进一步地，当采样均衡模块监控的电池模组中有个别电池单体存在电压与电池模组中单体电压平均值存在明显差异时，将启动所述采样均衡模块中的无线供电模块，向休眠中的控制模块发出唤醒信号及维持控制模块运行的低压供电功率唤醒控制模块；控制模块根据预设的均衡指令控制各采样均衡模块，使各采样均衡模块之间的无线电能传输在各电池模组之间实现电池单体中存储电量的转移，实现全电池模组中的电池单体均衡调节。
26.本发明的有益效果为：
27.本发明将无线信息传输与无线电能传输同时运用在电池管理系统中，既能采用无线通讯实现系统内各模块间信息传输，又能以无线电能传输在必要时对各模块进行低压供电，使电池管理系统中各模块部件之间无需通过任何信号线束或供电线束连接，即可实现信息交互、指令收发与多路备用供电的系统工作状态，保障了系统的可靠运行。
28.本发明不仅能够避免电池管理系统中因低压线束连接不良导致的供电断停风险或信息传输失联风险，而且也减少了电池组外壳体上因低压接插件开孔导致的密封不良隐患。在动力电池系统成套运输至仓库而尚未装车连接线束时，每套动力电池系统中各电池模组连接的采样均衡模块与该动力电池系统的控制模块只需通过无线电能传输自启动均衡，即可实现该系统中各电池单体的电量均衡调节，无需在装车过程中或装车完成后再人工进行均衡调平工序，有益于提高采用大电量动力电池系统的纯电动汽车的生产效率。
附图说明
29.图1为本发明电池管理系统的原理示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
31.如图1所示，本发明提供一种基于无线通讯和无线供电的电池管理系统，包括至少1个控制模块2、1个高压监控模块3、多个采样均衡模块4；上述的各个模块中均设置有至少1套无线通讯模块1、1套无线供电模块(图中未显示)；控制模块2、高压监控模块3、采样均衡模块4三个模块中，任意两个不同模块之间均可通过模块中设置的无线通讯模块1实现信息的双向无线发送与接收，且能够通过模块中设置的无线供电模块实现电能的双向传输；前述的控制模块、高压监控模块可通过无线电能传输得到稳定的供电，并能在其中的处理器芯片处于休眠状态时被前述无线电能传输整流滤波所得的高电平信号唤醒。
32.所述的控制模块包括由至少1个微处理器及其外围输入输出接口组成的可编程电
子信息处理与控制电路，该控制模块能够通过电池当前的电压、电流、温度等信息数据，调用并执行微处理器程序中相关算法，估算电池的存储电量、许用功率等信息，与动力电池系统之外的其他电子模块实现信息通讯和指令接收与处理；该控制模块的外围输入输出接口中，至少包括1个与整车通信网络连接的通信端口。
33.所述的高压监控模块中，包括至少1路接触器控制电路、高压电压采样电路、电流传感器；该高压监控模块能够通过控制至少1个接触器5的闭合或断开来控制动力电池对外部高压电路的连通或断开，并通过所述高压电压采样电路、电流传感器监控电池系统总电压及电流的状态。
34.所述的采样均衡模块中，包括对多节电池单体实现电压采样、温度采样的电压及温度采样电路，能够以指定的采样频率对所有电池单体及其中的温度传感器进行电压采样和温度采样，并将采样所得信息数据通过前述无线通讯模块对外发送；采样均衡模块中也包括对任意一节或几节电池单体电量进行放电或充电调节的均衡电路，能够根据接收到的指令对指定的电池单体执行均衡调节；上述电压及温度采样电路、均衡电路的电源供给均来自其采样所在的电池模组。采样均衡模块设有多个，所述动力电池中的若干节电池单体平均分为多组形成多个电池模组6，多个采样均衡模块4分别与多个电池模组6对应。
35.所述无线通讯模块包括能够实现无线信息发送及接收的双向传输功能的通讯天线和编码调制电路。
36.所述无线供电模块包括能够实现电能无线发送及接收的传输功能的感应线圈、振荡发射电路和整流滤波电路。
37.在优选的方案中，所述控制模块和高压监控模块的低压供电来源，除其自身配备的无线供电模块之外，还能够从整车的低压配电系统中取得独立且互不影响的供电。
38.在优选的方案中，当前述的采样均衡模块判断出其所在模组中有若干电池单体的电压或存储电量状态明显高于系统中其他电池单体时，明显高于是指电路差值大于设定值，将在无线电能发送、无线通讯时优先使用单体电压或存储电量状态明显较高的电池单体中的电能；当该模组中电池单体的电压或存储电量状态降低到与其他电池单体相差程度满足一致性指标要求时，前述的采样均衡模块将切换为同时采用其所在电池模组中所有电池单体共同供电。
39.实施例
40.如图1所示的电池管理系统，管理由180枚电池单体组成的动力电池组，其中每20枚电池单体组成1个电池模组，与1个采样均衡模块相对应，即全电池系统中有9个电池模组和采样均衡模块。此外，有控制模块、高压监控模块各1个。
41.根据动力电池系统的对外供电、充电等运行状态，或者动力电池系统处于未从外界充放电的非运行状态，电池管理系统可以处于唤醒模式或休眠模式。
42.当电池管理系统处于唤醒模式时，其中的各模块均处于唤醒状态，各模块之间通过无线通讯保持信息交互和联系，包括且不限于：各采样均衡模块将电池单体电压及温度逐次依序发送至控制模块，控制模块对某一或某几个采样均衡模块发出对特定电池单体启动或停止均衡的指令；控制模块对高压监控模块发出接触器断开或闭合的指令，并从高压监控模块获取电池系统对外输出总电压、电池系统总电流等信息。
43.控制模块通过can(控制器局域网)等与整车通讯网络连接的端口接收整车工况需
求指令，根据整车工况需求、采样均衡模块上传的信息，确认动力电池系统高压对外连通允许状态及当前储存电量、许用功率等状态。
44.当电池管理系统处于休眠模式时，仅有各采样均衡模块通过动力电池模组的供电处于持续唤醒状态。休眠模式中的电池管理系统能够通过下列两种方式实现唤醒。
45.唤醒方式之一是动力电池系统自启动均衡。当任一采样均衡模块采集到其监控的电池模组中有个别电池单体存在电压与模组中单体电压平均值存在明显差异时，将启动该采样均衡模块中的无线供电模块，向休眠中的控制模块发出唤醒信号及足以维持控制模块运行的低压供电功率，唤醒控制模块并使其保持运行；控制模块根据预设的均衡程序策略控制各采样均衡模块，利用各采样均衡模块之间的无线电能传输，在各电池模组之间实现电池单体中存储电量的转移，实现全电池组中的电池单体均衡调节。当电池单体的均衡状态达到满足一致性指标要求后，控制模块向各采样均衡模块发出停止均衡指令，接收到各采样均衡模块的均衡停止确认后，控制模块经适当延时，返回休眠状态。
46.唤醒方式之二是动力电池系统启动对外供电或充电。当整车需启动上电行驶时，休眠中的控制模块接收到从该模块的唤醒电平端口输入的唤醒电平信号后，启动运行，确认从整车通信网络收到的启动指令，即启动该控制模块中的无线供电模块，向休眠中的高压监控模块发出唤醒信号及足以维持高压监控模块运行的低压供电功率，唤醒高压监控模块运行，吸合动力电池系统中的接触器，使动力电池系统与外界用电或充电装置之间实现高压电路连通，对外输出或输入电能。当整车需下电停车时，控制模块的唤醒电平端口停止得到唤醒电平信号输入，并且确认从整车通信网络收到的停机指令后，控制模块即向高压监控模块发出停止运行指令，接收到高压监控模块的接触器正常断开确认后，控制模块经适当延时，返回休眠状态。
47.在动力电池系统被动启动对外供电或充电后的唤醒模式下，控制模块和高压监控模块的低压电源供给，默认从整车低压配电系统中获取；但在整车低压配电电源出现电压波动、电压短时下降、供电意外停止时，控制模块和高压监控模块能够迅速发出指令通知到各采样均衡模块，使各采样均衡模块的无线供电模块处于对外供电状态，从而使控制模块和高压监控模块的低压电源在整车低压供电不可靠时能够从各采样均衡模块得到备份供电，保证电池管理系统的正常可靠运行。
48.以上所述仅为本电池管理系统的优选实施例，并不用于限制本电池管理系统的设计方案。对于本领域的技术人员来说，本装置中的元件型号、参数、连接方式和顺序等，可以有各种更改和变化，而不影响本装置的功能实现。
49.以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。