一种分布式电池管理系统及信号同步方法

本发明涉及电池管理系统，具体涉及一种分布式电池管理系统及信号同步方法。

背景技术：

1、电池管理系统bms(battery management system)作为动力电池的核心，是对电池的状态进行监控和管理，通过收集电池电压、电流和温度等数据，对电池的充放电过程进行控制，从而实现对电池的保护，提升电池的综合性能。bms硬件的拓扑结构分为集中式和分布式两种类型，其中分布式包括主板和从板，通常一个电池模组配备一个从板，这样的设计优点是通道利用率较高，节省成本，系统配置的灵活性，适应不同容量、不同规格型式的模组和电池包。

2、分布式电池管理系统是采用can总线通信,can总线通信具有数据传输速率高、错误检测可靠和抗干扰性强的优点。can总线采用双绞线，can_h和can_l之间匹配120ω的电阻。这种通信方式简单明了，简化了各个模块的控制算法，提高了数据传输、数据共享的高效性。can通讯协议是按周期不断地发送信号，例如以周期为10ms进行采集，然后实时地往网络上发送信号，不过网络在受到干扰时，发送信号会受到阻碍。信号的发送是有优先级的，若其中一个信号未发出去，则其它的信号需要等待，即出现时间差，bms收到的信号的时间不一致，所以在进行数据分析时，比如分别收到10ms和20ms的信号，中间10ms的电流可能由于的工况的变化会发生剧烈改变，加上内阻不一致，导致采集到的电压不一致。若bms不能收集到同一时刻各个电池单体的信息，则会影响对电池工作状态的检测，进而影响电池管理系统的其他功能。尤其是分布式电池管理系统，其节点较多，若收集信号不同步可能会导致严重的安全问题。

3、现有的电池管理系统信号同步方案，如cn101814638a公开了一种具有同步数据采样的电池管理系统、方法及电路，包括耦合于多个电池单元的多个子监测器，用于采集电池单体的状态信息，以及耦合于子监测器的中央控制器，用于将采样命令同时广播至所述子监控器，采样命令通过总线传输至子监测器。该方案未考虑到采样命令在通讯总线的传输过程中可能会受到干扰的情况。

4、cn207449641u公开了一种同步采样电池管理系统，包括主控制单元和采样单元。其中主控制单元包括通信模块，采样单元包括采样模块、同步清零器与mcu，通信模块与采样单元通过信号通讯连接。该电池管理系统通过硬件触发实现电池包的单体电压、总电压、回路电流的同步采集。该方案同样未能考虑can通讯总线上的干扰情况，由于can通讯信号的发生是有优先级的，若受到其他因素的干扰，则主控制单元的同步命令无法准时发出。

5、cn105226759a公开了一种电池管理系统的同步采样方法和采样系统，至少同步采集一次电池管理系统中所有的单体电池的电压，同步采集电池管理系统中所有单体电池的电压的方法包括：将主控制器端的时钟电平设置为第一电平；将多个子控制器端的时钟状态设置为输入状态，并监测同步时钟线；将主控制器端的时钟电平设置为第二电平；多个子控制器同步采集相应的单体电池在所述第一电平向所述第二电平变化时刻的电压；以及多个子控制器将自身采集的单体电池的电压反馈给主控制器。该方案中同样存在上述两个方案的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种分布式电池管理系统及信号同步方法，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。

2、为了实现发明目的1，采用以下技术方案：

3、一种分布式电池管理系统，包括电池组控制单元bcu和若干个电池监测回路bmc，所述电池组控制单元bcu和若干个电池监测回路bmc分别通过can总线和硬件时钟线路连接；

4、所述电池组控制单元bcu，用于发送时间同步脉冲信号和带有时间戳的采样信号，

5、所述硬件时钟线路，用于将电池组控制单元bcu发送的时间同步脉冲信号发送至电池监测回路bmc，并将各个电池监测回路bmc的同步完成信号传输至电池组控制单元bcu；

6、所述can通讯总线，用于电池组控制单元bcu与各个电池监测回路bmc进行通信；

7、所述电池监测回路bmc，用于收集筛选带有时间戳的报文，并对电池单体的状态信息进行采集。

8、进一步地，所述状态信息包括电压和温度。

9、为了实现发明目的2，采用以下技术方案：

10、一种信号同步方法，采用如上所述的一种分布式电池管理系统，包括以下子步骤：

11、s1、电池组控制单元bcu每隔一个周期并且在周期初始阶段通过硬件时钟线路向电池监测回路bmc发送时间同步脉冲信号；

12、s2、各个电池监测回路bmc接收到时间同步脉冲信号后，通过脉冲信号上升沿触发各个电池监测回路的本地时钟时间同步到电池组控制单元bcu本地时钟；

13、s3、各个电池监测回路bmc完成本地时钟同步修正后，再通过硬件时钟线路向电池组控制单元bcu发送同步完成信号；

14、s4、电池组控制单元bcu在接收到各个电池监测回路bmc的同步完成信号以后，在电池组控制单元发送完时间同步脉冲信号的下一个周期，通过can总线向各个电池监测回路bmc发送带有时间戳的报文；

15、s5、连接在can总线上的各个电池监测回路bmc在接收到带有时间戳的报文后，收集筛选具有相同时间戳的报文，根据时间戳指定的时间对电池单体的状态信息进行采集；

16、s6、电池组控制单元bcu通过can总线收集节点上所有电池监测回路bmc采集的数据信息。

17、本发明具有的有益效果是：

18、本发明首先通过硬件时钟线路实现各个电池监测回路bmc的采样周期开始时间一致，然后根据加入时间戳的报文对电池单体的电压、温度等信息进行同步采集，极大地提高了分布式电池管理系统的准确性、可靠性与安全性。此外，本发明成本较低，容易实现，只在硬件上增加了时钟线路，无需改变电池包的配置。

技术特征：

1.一种分布式电池管理系统，其特征在于，包括电池组控制单元bcu和若干个电池监测回路bmc，所述电池组控制单元bcu和若干个电池监测回路bmc分别通过can总线和硬件时钟线路连接；

2.根据权利要求1所述的一种分布式电池管理系统，其特征在于，所述状态信息包括电压和温度。

3.一种信号同步方法，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的一种分布式电池管理系统，包括以下子步骤：

技术总结
本发明提出了一种分布式电池管理系统及信号同步方法，属于电池管理系统技术领域，该系统包括电池组控制单元BCU和若干个电池监测回路BMC，电池组控制单元BCU和若干个电池监测回路BMC分别通过CAN总线和硬件时钟线路连接；利用硬件时钟线路实现电池组控制单元BCU对各个电池监测回路BMC的时间同步，并通过电池组控制单元BCU发送带有时间戳的报文实现各个电池监测回路BMC对电池单体状态信息的同步采集。即使在CAN网络受到干扰时，也能实现电池管理同步采样的目的，从而提高电池管理系统工作的准确性与可靠性，避免给电动汽车的运行带来危险。

技术研发人员：朱庆林,曾祥凤,赵子亮,陈德辉
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15