BMS与FPC的连接方法、系统及电池包

技术领域

本发明涉及新能源车辆电池包技术领域，具体涉及一种BMS与FPC的连接方法、系统及电池包。

背景技术

近些年新能源动力电池上柔性电路板(FlexiblePrintedCircuit：FPC)技术已经被广泛使用，在以往应用中，FPC端具备一个接插件，通过线束与电池管理系统(BatteryManagementSystem：BMS)相连接；在当前电池包的新技术上，为了实现更高集成化、减少线束实现轻量化，设计中已经取消FPC与BMS之间的线束，而是使FPC与BMS通过接插件直接相连接。出于成本考虑，FPC通常设计成单层板，因此电芯电压和模组温度在FPC上的信号线的位置比较固定，线与线之间不能出现交叉，由于电芯串联，每个相邻两节电芯的采样点引出信号线都不相邻，如果BMS的电芯电压测量通道比实际电芯数量多时，需要把未使用的通道短接到一起，而单层FPC无法实现短接，除非FPC采用多层设计，那么FPC成本会成倍增加，因此需要BMS内部短接，对于多个电池包使用一款BMS平台的情况，就会出现多个BMS硬件配置，如果不同电池包之间BMS出现插错的情况，就容易导致烧坏电芯。另外，由于电池串联电压的特性，BMS采样板级联方式与电池的电压由低到高的特性匹配，从而避免出现过压而烧毁BMS，因此FPC的设计需要满足此要求，FPC的设计灵活度相比线束困难，以上问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种BMS与FPC的连接方法、系统及电池包，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种BMS与FPC的连接方法，应用于电池包内电芯的信号采样与测量，包括：

BMS具有采样芯片，根据电池包内电芯的布局和电芯总的串联数量，确定设置FPC的数量和每条FPC对应的采样芯片数量，其中，FPC包括信号线，信号线包括采样信号线，采样芯片包括测量通道，测量通道包括采样测量通道，采样信号线与采样测量通道通过双排插针的接插件连接，采样信号线通过接插件将采集的电芯信号传导至采样测量通道；

根据采样信号线的排列顺序和采样芯片的级联，折叠FPC为两层，并连接到双排插针的接插件上，其中，电芯布局的位置和电芯信号采集的位置决定采样信号线的排列顺序；

当一块采样芯片的测量通道数量大于需连接的采样信号线数量时，未连接采样信号线的测量通道设为冗余通道，FPC增设信号线使信号线数量与测量通道数量相等，增加的信号线设为补充信号线，冗余通道通过接插件与补充信号线连接，通过补充信号线的短接使冗余通道短接；

根据信号线排列顺序，确定BMS与FPC连接的接插件pin定义。

进一步地，BMS具有采样芯片，根据电池包内电芯的布局和电芯总的串联数量，确定设置FPC的数量和每条FPC对应的采样芯片的数量，还包括：

基于电池包内电芯的布局和电芯总的串联数量确定电芯串联方式，其中，所述电芯串联方式包括电芯排列的列数，每列之间串联连接方式、串联连接点位置；所述每列电芯包括最低电压电芯位置、最高电压电芯位置、电芯之间串联连接点位置、电芯信号采集的位置。

进一步地，根据电芯排列的列数，确定FPC的条数，其中，每列电芯相应设置一条FPC；根据每列电芯的数量及电芯信号采集的位置，确定相应FPC的采样信号线的数量，以及采样信号线到接插件端的排序。

进一步地，根据每条FPC的采样信号线数量和采样芯片的测量通道数量，确定每条FPC相应设置采样芯片的数量，并将FPC的采样信号线分组，使每一个FPC的采样信号线分组通过接插件相应地连接一个采样芯片，其中，每一个FPC的采样信号线分组的采样信号线数量小于测量通道数量。

进一步地，基于FPC单层出线原则，每条FPC的采样信号线到接插件端相应的pin排布顺序，采样芯片级联要求，采样芯片与相应FPC的采样信号线分组对应关系，确定FPC的折叠位置以及方向。

进一步地，每一个FPC的采样信号线分组具有的采样信号线包括电压采样信号线和温度采样信号线；根据电芯串联的顺序，电压采样信号线由最小电压采样信号线至最大电压采样信号线；测量通道包括电压测量通道和温度测量通道；每一个FPC的采样信号线分组的电压采样信号线数量少于相应采样芯片的电压测量通道数量，温度采样信号线数量少于采样芯片的温度测量通道数量，因此电压测量通道具有电压冗余测量通道，温度测量通道具有温度冗余测量通道；电压测量通道包括电压采样测量通道，电压采样测量通道根据与电压采样信号线相应的连接关系由最小电压采样测量通道至最大电压采样测量通道；温度测量通道包括温度采样测量通道，温度采样测量通道与温度采样信号线通过接插件连接，温度冗余测量通道不需要短接，因此温度冗余测量通道不需要增设温度补充信号线，电压采样信号线通过接插件与电压采样测量通道连接，电压冗余测量通道需增加相应的电压补充信号线；采样芯片还包括芯片的参考GND、工作电源Power及第一电芯负极电压测量通道，需要相应FPC的采样信号线分组补充GND信号线、Power信号线、第一电芯负极信号线，其中，GND信号线和第一电芯负极信号线从FPC的采样信号线分组相应的串联电芯的第一节电芯负极引出，Power信号线和最大电压采样信号线从FPC的采样信号线分组相应的串联电芯的最后一节电芯的正极引出，电压补充信号线与最大电压采样信号线短接。

进一步地，接插件包括接插件BMS端与接插件FPC端，接插件BMS端与接插件FPC端对插，根据电芯排布规律和电压测量通道接收电压采样信号从小到大的顺序，最大电压测量通道和工作电源Power在接插件的同一排，位于所述接插件的上排或者下排，电压冗余通道根据电芯排布规律可一部分分布在接插件上排，一部分分布在接插件下排；根据最大电压测量通道和工作电源Power在所述接插件的上排或者下排，确定在接插件pin的上排和下排分别定义最大电压测量通道和工作电源Power，在BMS内部将BMS接插件端上下排的电压采样测量通道与其相应的pin连接一起，将BMS接插件端上下排的工作电源Power的pin连接一起。

进一步地，每一个FPC的采样信号线分组中，将电压补充信号线与最大电压采样信号线中分布在接插件FPC端上排相应的pin相互短接，将电压补充信号线与最大电压采样信号线中分布在接插件FPC端下排相应的pin相互短接；若Power信号线分布在接插件FPC端上排时与接插件BMS端上排定义的工作电源Power的pin连接，若Power信号线分布在接插件FPC端下排时与接插件BMS端下排定义的工作电源Power的pin连接。

另一方面，提供了一种BMS与FPC的连接系统，包括：

电芯；

温度采样模块，所述温度采样模块用于采集温度信号，所述温度采样模块布置在电芯上；

接插件，所述接插件包括接插件BMS端和接插件FPC端，所述接插件BMS端和接插件FPC端通过插接进行电连接；

FPC，采集电芯温度时，所述FPC分别与温度采样模块和所述接插件FPC端连接，采集电芯电压时，所述FPC分别与电芯的电压采样点和所述接插件FPC端连接；

BMS，所述BMS与所述接插件BMS端连接；

所述电芯、温度采样模块、接插件、FPC和BMS应用上述任一项所述的一种BMS与FPC的连接方法。

再一方面，提供了一种电池包，包括上述的一种BMS与FPC的连接系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、实现BMS空余通道在FPC上短接，达到多个不同串数的电池包共用同一款BMS，避免BMS多个配置，便于产品的管理和设计匹配，增强装配的安全性；

2、BMS采样板级联方式与电池的电压由低到高的特性匹配，避免出现过压而烧毁BMS；

3、BMS与FPC直接连接，取消中间转接线束，实现电池高集成化和轻量化设计；

4、实现一种BMS接插件pin定义以实现FPC短接通道的灵活设计，达到FPC单层低成本设计，避免多层设计成本增加。

附图说明

图1为本发明实施例中一种BMS与FPC的连接方法流程图；

图2为本发明实施例中电池包内电芯布局示意图；

图3为本发明实施例中BMS采样芯片与FPC对应关系示意图；

图4为本发明实施例中第一条和第三条FPC的信号线到接插件端的pin排布顺序示意图；

图5为本发明实施例中第二条和第四条FPC的信号线到接插件端的pin排布顺序示意图；

图6为本发明实施例中BMS与FPC连接的接插件pin定义示意图；

图7为本发明实施例中第一条和第三条FPC中相互短接的信号线示意图；

图8为本发明实施例中第二条和第四条FPC中相互短接的信号线示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体的连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅说明书附图1至8，本发明提供一种技术方案：如图1所示，一种BMS与FPC的连接方法，应用于电池包内电芯的信号采样与测量，包括以下步骤：

S102、BMS具有采样芯片，根据电池包内电芯的布局和电芯总的串联数量，确定设置FPC的数量和每条FPC对应的采样芯片数量，其中，FPC包括信号线，信号线包括采样信号线，采样芯片包括测量通道，测量通道包括采样测量通道，采样信号线与采样测量通道通过双排插针的接插件连接，采样信号线通过接插件将采集的电芯信号传导至采样测量通道；

具体地，电池包内的电芯全部串联在一起，如图2所示，将电池包箱体内电芯布局为四列，优选四列的电芯数量相同，每一列相应设置一条FPC，因此本实施例中FPC为四条，且每条FPC需采集的电芯信号是确定的，每个采样芯片的测量通道是确定的，采样信号线通过接插件将采集的电芯信号传导至采样测量通道，因此可确定每条PFC相应设置采样芯片的数量。

S104、根据采样信号线的排列顺序和采样芯片的级联，折叠FPC为两层，并连接到双排插针的接插件上，其中，电芯布局的位置和电芯信号采集的位置决定采样信号线的排列顺序；

具体地，由于电池串联电压的特性，BMS采样芯片的级联方式与电池的电压由低到高的特性匹配，从而避免出现过压而烧毁BMS，因此FPC的设计需要满足此要求。

S106、当一块采样芯片的测量通道数量大于需连接的采样信号线数量时，未连接采样信号线的测量通道设为冗余通道，FPC增设信号线使信号线数量与测量通道数量相等，增加的信号线设为补充信号线，冗余通道通过接插件与补充信号线连接，通过补充信号线的短接使冗余通道短接；

具体地，由于电芯串联，每个相邻两节电芯的采样点引出信号线都不相邻，如果BMS的电芯电压测量通道比实际电芯数量多时，需要把未使用的通道短接到一起，其中未使用的通道即本实施例中的冗余通道。

S108、根据信号线排列顺序，确定BMS与FPC连接的接插件pin定义。

上述实施例中，FPC通常设计成单层板，线与线之间不能出现交叉，使得单层FPC无法实现短接，因此需要BMS内部短接，对于多个电池包使用一款BMS平台的情况，就会出现多个BMS硬件配置，如果不同电池包之间BMS出现插错的情况，就容易导致烧坏电芯；本发明通过采样信号线的排列顺序和采样芯片的级联，折叠FPC为两层，避免了线与线之间出现交叉，解决了上述问题。

可选地，BMS具有采样芯片，根据电池包内电芯的布局和电芯总的串联数量，确定设置FPC的数量和每条FPC对应的采样芯片的数量，还包括：

基于电池包内电芯的布局和电芯总的串联数量确定电芯串联方式，其中，所述电芯串联方式包括电芯排列的列数，每列之间串联连接方式、串联连接点位置；所述每列电芯包括最低电压电芯位置、最高电压电芯位置、电芯之间串联连接点位置、电芯信号采集的位置。

上述实施例中，如图2所示的电池包，108串电芯，布局为四列，从右至左分别为第一列、第二列、第三列、第四列；108串电芯中第一列最下方的第一个电芯为最低电压电芯，第四列最上方的电芯为最高电压电芯；每列27个电芯串联，每两个相邻电芯正负连接装置即为FPC信号线引出点；第一列和第三列电芯排列相同，最低电压电芯位置为电池包最下方，最高电压电芯位置电池包最上方，温度采样模块为温度传感器，位于从下往上数的第一节电芯、第八节电芯、第十四节电芯、第二十二节电芯、第二十七节电芯；第二列和第四列电芯排列相同，最低电压电芯位置为电池包最上边，最高电压电芯位置为电池包最下边，温度传感器分别位于从上往下数的第一节电芯、第八节电芯、第十四节电芯、第二十二节电芯、第二十七节电芯。

可选地，根据电芯排列的列数，确定FPC的条数，其中，每列电芯相应设置一条FPC；

根据每列电芯的数量及电芯信号采集的位置，确定相应FPC的采样信号线的数量，以及采样信号线到接插件端的排序。

上述实施例中，根据图2布局可设计四条FPC，其中，每条FPC采集27个电芯电压、采集5个电芯温度；第一和第三条FPC相同，以下仅以第一条为例；第二和第四条FPC相同，以下仅以第二条为例。

可选地，根据每条FPC的采样信号线数量和采样芯片的测量通道数量，确定每条FPC相应设置采样芯片的数量，并将FPC的采样信号线分组，使每一个FPC的采样信号线分组通过接插件相应地连接一个采样芯片，其中，每一个FPC的采样信号线分组的采样信号线数量小于测量通道数量。

上述实施例中，作为一种可选的实施例，采样芯片电压采集通道为16个，温度采集通道为4个，采样信号线通过接插件将采集的电芯信号传导至采样测量通道，因此，采样测量通道为实际使用通道，所选BMS采样芯片要求采样测量通道数少于测量通道时需将多出来的电压冗余通道与采样测量通道中采集电芯电压最高的一个通道进行逐一短接，所有BMS采样芯片要求按照采集电压从低到高的顺序进行级联，同时每个电芯采样芯片对应一个接插件，因此将每条FPC分成两组，如图3所示。每一组对应一个采样芯片，如图3所示BMS采样芯片与FPC对应关系，因此确定需要8片采样芯片。

可选地，基于FPC单层出线原则，每条FPC的采样信号线到接插件端相应的pin排布顺序，采样芯片级联要求，采样芯片与相应FPC的采样信号线分组对应关系，确定FPC的折叠位置以及方向。

上述实施例中，基于FPC单层出线，第一条FPC的所有信号线到接插件端的pin排布顺序如图4所示，第二条FPC的所有电压和温度引出线到接插件端的pin排布顺序如图5所示；如图2所示的分组和图3所示的BMS采样芯片与FPC对应关系，可确定第一条FPC在图4所示FPC折叠线处向右折叠；可确定第二条FPC在图5所示FPC折叠线处向左折叠。

可选地，每一个FPC的采样信号线分组具有的采样信号线包括电压采样信号线和温度采样信号线；根据电芯串联的顺序，电压采样信号线由最小电压采样信号线至最大电压采样信号线；测量通道包括电压测量通道和温度测量通道；

具体地，如图2所示，右侧第一列中第一分组最下方第1个电芯为最低电压电芯，与最小电压采样信号连接，第一组最上方第14个电芯为最高电压电芯，与最大电压采样信号线连接。

每一个FPC的采样信号线分组的电压采样信号线数量少于相应采样芯片的电压测量通道数量，温度采样信号线数量少于采样芯片的温度测量通道数量，因此电压测量通道具有电压冗余测量通道，温度测量通道具有温度冗余测量通道；

电压测量通道包括电压采样测量通道，电压采样测量通道根据与电压采样信号线相应的连接关系由最小电压采样测量通道至最大电压采样测量通道；温度测量通道包括温度采样测量通道，温度采样测量通道与温度采样信号线通过接插件连接，温度冗余测量通道不需要短接，因此温度冗余测量通道不需要增设温度补充信号线，电压采样信号线通过接插件与电压采样测量通道连接，电压冗余测量通道需增加相应的电压补充信号线。

采样芯片还包括芯片的参考GND、工作电源Power及第一电芯负极电压测量通道，需要相应FPC的采样信号线分组补充GND信号线、Power信号线、第一电芯负极信号线，其中，GND信号线和第一电芯负极信号线从FPC的采样信号线分组相应的串联电芯的第一节电芯负极引出，Power信号线和最大电压采样信号线从FPC的采样信号线分组相应的串联电芯的最后一节电芯的正极引出，电压补充信号线与最大电压采样信号线短接。

上述实施例中，根据采样芯片特征确定信号线的补充原则；每一个FPC的采样信号线分组的电压采样信号线数量设为n条，即从第1条电压采样信号线S1至第n条电压采样信号线Sn，其中S1相应采集最低电压电芯，Sn相应采集最高电压电芯；与其相应的采样芯片的电压测量通道数设为m，根据测量电芯电压由低调高的顺序，从第1条电压测量通道V1至第m条电压测量通道Vm，其中m≥n，m＝n时是特例，没有电压冗余通道，即没有需要短接的测量通道，采样芯片的n个电压测量通道V1至Vn分别与电压采样信号线S1至Sn通过接插件相应连接；采样芯片因工作需要还包括芯片的参考GND、工作电源Power及第一电芯负极电压测量通道V0，采样芯片工作要求将电压通道Vn+1至Vm全部连接到Vn通道上，即将电压冗余通道连接到Vn通道上。因此，根据上述要求，需要FPC上补充GND信号线、Power信号线、与V0对应的第一电芯负极信号线S0、与Vn+1至Vm对应的(m-n)条电压补充信号线Sn；

可选地，接插件包括接插件BMS端与接插件FPC端，接插件BMS端与接插件FPC端对插，根据电芯排布规律和电压测量通道接收电压采样信号从小到大的顺序，最大电压测量通道和工作电源Power在接插件的同一排，位于所述接插件的上排或者下排，电压冗余通道根据电芯排布规律可一部分分布在接插件上排，一部分分布在接插件下排；

上述实施例中，最大电压测量通道为Vm与工作电源Power在接插件的同一排，电压冗余通道为第n+1条至第m条通道。

根据最大电压测量通道和工作电源Power在所述接插件的上排或者下排，确定在接插件pin的上排和下排分别定义最大电压测量通道和工作电源Power，在BMS内部将BMS接插件端上下排的电压采样测量通道与其相应的pin连接一起，将BMS接插件端上下排的工作电源Power的pin连接一起。

如图2和3所示，每条FPC采集27电压和5个温度，每个FPC对应的2个采样芯片，这两个采样芯片一个采集14个电压3个温度，另一个采集13个电压和2个温度，BMS采样芯片电压总通道数为16个，因此如图5所示，第一个采样芯片需要将V14、V15、V16短接一起，第二个采样芯片需要将V13、V14、V15、V16短接一起。同时根据图2电芯排列顺序和FPC信号线引出点规律，基于图4和图5FPC的所有电压和温度引出线到接插件端的pin排布顺序，可知GND、V0、V13、V14、V15、V16、Power在每条FPC上接插件端的pin排列位置。

本实施例所选的BMS与FPC连接的接插件为双排针，BMS端与FPC端对插，根据图2、图4、图5可知FPC对应的采集14电压通道的一组的最大电压V14和工作电源Power在接插件的上排，采集13电压通道的一组的最大电压V13和工作电源Power在接插件的下排，因此设计如图6所示的BMS与FPC连接的接插件pin定义。在BMS内部将接插件端上下排的V16的pin连接一起，将BMS接插件端上下排的Power的pin连接一起。

可选地，每一个FPC的采样信号线分组中，将电压补充信号线与最大电压采样信号线中分布在接插件FPC端上排相应的pin相互短接，将电压补充信号线与最大电压采样信号线中分布在接插件FPC端下排相应的pin相互短接；若Power信号线分布在接插件FPC端上排时与接插件BMS端上排定义的工作电源Power的pin连接，若Power信号线分布在接插件FPC端下排时与接插件BMS端下排定义的工作电源Power的pin连接。

上述实施例中，将分布在接插件上排的Sn相互短接一起，将分布在接插件下排的Sn相互短接一起；若FPC上的Power信号线分布在接插件上排时与接插件上排定义的Power的pin连接，若FPC上的Power信号线分布在接插件下排时与接插件下排定义的Power的pin连接。

上述实施例中，如7所示，第一条FPC出线对应的第一个接插件的孔位10和11连接一起，18、19、20连接一起，第一条FPC出线对应的第二个接插件的孔位9、10、11连接一起，18、19、20连接一起；如8所示，第二条FPC出线对应的第三个接插件的孔位10和11连接一起，18、19、20连接一起，第二条FPC出线对应的第四个接插件的孔位9、10、11连接一起，18、19、20连接一起。

另一方面，提供了一种BMS与FPC的连接系统，包括：电芯、温度采样模块、接插件、FPC和BMS；所述温度采样模块用于采集温度信号，所述温度采样模块布置在电芯上；所述接插件包括接插件BMS端和接插件FPC端，所述接插件BMS端和接插件FPC端通过插接进行电连接；采集电芯温度时，所述FPC分别与温度采样模块和所述接插件FPC端连接，采集电芯电压时，所述FPC分别与电芯的电压采样点和所述接插件FPC端连接；所述BMS与所述接插件BMS端连接；

所述电芯、温度采样模块、接插件、FPC和BMS应用上述任一项所述的一种BMS与FPC的连接方法。

上述实施例中，优选的温度采样模块为温度传感器。

再一方面，提供了一种电池包，包括上述所述的一种BMS与FPC的连接系统。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。