一种电池管理方法、接口装置、介质、控制器及电池组

技术领域

本发明属于智能车技术领域，尤其涉及一种电池管理方法、接口装置、介质、控制器及电池组。

背景技术

车辆的化学电池及相关的管理及辅助系统是不可或缺的功能单元；它是车辆电控、启停、辅助照明、热管理等过程的必要组成部分；对于电动车和混动车，它更是能量支持单元。随着化学储能技术的日益革新，铅酸电池越来越多地被锂电池等一些使用寿命更长、放电特性更稳定、环保特性更优的电池所取代。

但是，以锂电池为代表的新型电池系统，其储能单元化学特性活跃；为了提升安全性、避免热失控风险，对系统的安全监控提出了更为严苛的要求；基于此，相关系统的复杂度、集成难度不断增加。

为了获得更优的汽车安全完整性等级ASIL（Automobile Safety IntegrationLevel），在相关技术中出现了各类的控制单元MCU（Microcontroller Unit）和一些专用的管理装置或器件；例如，电池采样模拟前端AFE（Analog Front End）、电源管理芯片PMIC（Power Management Integrated Circuit）；虽得到了广泛的应用，但其选型过程面临困难，亟需降低系统复杂度，以利于整车系统的换代升级和技术经济指标的达成。

发明内容

本发明实施例公开了一种电池管理方法，包括第一集成与检测步骤、第二通信与调节步骤；其中，第一集成与检测步骤集成第一电池或电池组与第二电池或电池组于目标系统的结构单元，并借用第二电池或电池组现有的硬件为第一电池或电池组实施相关的电源管理；第一电池或电池组和/或第二电池或电池组与目标用电系统电连接；第一电池或电池组和/或第二电池或电池组的开关器件和/或用于换路的部件由第二电池或电池组支配的驱动单元进行控制。

另一方面，第二通信与调节步骤通过第二通信与调节单元在第一电池或电池组与第二电池或电池组之间交换数据；其中，第一电池或电池组调用或由第二电池或电池组的第二电池管理系统BMS执行管理程序或控制执行机构的动作；其管理程序和/或执行机构的动作在第一电池或电池组与第二电池或电池组之间共享或共用；第二电池管理系统BMS通过第二通信与调节单元的通信线路与第一电池或电池组的第一集成与检测单元通信连接。

其中，目标系统可以是那些采用第一电池或电池组和/或第二电池或电池组进行供电的系统；该目标系统通常是脱离电网独立运行的用电设备；此类目标系统包括车辆及其它类似的用电设备。

具体地，第一集成与检测步骤获取第一电池或电池包的第一组参数信息，第二通信与调节步骤在第一电池或电池包与第二电池或电池包之间交换信息并由第二电池或电池包的控制单元向第一电池或电池包发送控制或驱动指令。

其中，第二通信与调节步骤经由第二通信与调节单元存储或传输第一组参数信息；其第二电池管理系统BMS一方面管理与控制第二电池或电池包；另一方面，第一组参数信息在第二电池管理系统BMS中处理后再经由第二通信与调节单元发送至第一电池或电池包用于更新相关的控制或管理过程。

具体地，第二通信与调节单元可采用菊花链DaisyChain结构或CAN链路进行通信；该菊花链DaisyChain结构或CAN链路在预设的板卡和/或芯片之间通信连接；第二通信与调节单元在第一集成与检测单元与第二微处理器之间交换第二通信与调节信息；第二微处理器用于管理第二电池或电池组；同时，第二微处理器接收并处理来自第一电池或电池组的信息；第二通信与调节信息由第二电池或电池组的第二电池管理系统BMS处理；第二通信与调节信息反映或支配第一电池或电池组的电能管理或输入输出。

进一步地，该电池管理方法，还可包括第三保障与监测步骤；该第三保障与监测步骤采用上述第二电池管理系统BMS的微处理器、执行机构和/或驱动单元进行同类数据的处理或完成类似的功能，称作“复用”；进而该第三保障与监测步骤可采用第二电池管理系统BMS的控制程序和/或控制策略对第一电池或电池包进行管理。

具体地，上述目标用电系统由第一电池或电池组和/或第二电池或电池组提供电能；其目标用电系统包括第一用电系统和第二用电系统；第一电池或电池包和第二电池或电池包采用相同类型或材料的化学电池系统；这些化学电池系统可以是锂离子电池系统；其中，第一电池或电池包和第二电池或电池包采用不同的额定电压；第一电池或电池包为第一用电系统供电；第二电池或电池包为第二用电系统供电；第一电池或电池包的额定电压低于第二电池或电池包的额定电压。

进一步地，第一电池或电池包的额定电压可以为12V；第二电池或电池包所采用的电压等级的额定输出电压大于第一电池或电池包的额定电压。

具体地，第二电池管理系统BMS采用的信息处理硬件支持菊花链通讯；其信息处理硬件包括电源管理芯片PMIC、电池采样模拟前端AFE至少之一；其驱动单元包括下列驱动方式至少之一：继电器驱动、MOSFET管驱动；第二电池管理系统BMS可采用的控制策略和/或管理方法包括针对电池荷电状态SOC、健康状态SOH、剩余能量SOE、功率状态SOP至少之一进行的处理；这些策略和方法同样应用于所述第一电池或电池组的管理或控制。

进一步地，本发明实施例还公开了一种电池接口装置，包括第一集成与检测单元、第二通信与调节单元；其中，第一集成与检测单元集成第一电池或电池组与第二电池或电池组于目标系统的结构单元，第一电池或电池组和/或第二电池或电池组与目标用电系统电连接；第一电池或电池组和/或第二电池或电池组的开关器件和/或用于换路的部件由第二电池或电池组支配的驱动单元的进行控制；第二通信与调节单元通过第二通信与调节单元在第一电池或电池组与第二电池或电池组之间交换数据；其第一电池或电池组调用或由第二电池或电池组的第二电池管理系统BMS执行管理程序或控制执行机构的动作；其管理程序和/或执行机构的动作在第一电池或电池组与第二电池或电池组之间共享或共用；第二电池管理系统BMS通过第二通信与调节单元的通信线路与第一电池或电池组的第一集成与检测单元通信连接。

其中，目标系统为采用第一电池或电池组和/或第二电池或电池组进行供电的系统；目标系统包括脱离电网独立运行的用电设备；目标系统可以是车辆及其它类似的用电设备；第一集成与检测单元获取第一电池或电池包的第一组参数信息，第二通信与调节单元在第一电池或电池包与第二电池或电池包之间交换信息并由第二电池或电池包的控制单元向第一电池或电池包发送控制或驱动指令；第二通信与调节单元经由第二通信与调节单元存储或传输第一组参数信息；第二电池管理系统BMS管理与控制第二电池或电池包；第一组参数信息在第二电池管理系统BMS中处理后再经由第二通信与调节单元发送至第一电池或电池包。

具体地，第二通信与调节单元可采用菊花链DaisyChain结构或CAN链路进行通信；其菊花链DaisyChain结构或CAN链路在预设的板卡和/或芯片之间通信连接；第二通信与调节单元在第一集成与检测单元与第二微处理器之间交换第二通信与调节信息；第二微处理器用于管理第二电池或电池组；同时，第二微处理器接收并处理来自第一电池或电池组的信息；第二通信与调节信息由第二电池或电池组的第二电池管理系统BMS处理；第二通信与调节信息反映或支配第一电池或电池组的电能管理或输入输出。

进一步地，该装置还可包括第三保障与监测单元；其第三保障与监测单元采用第二电池管理系统BMS的微处理器、执行机构和/或驱动单元处理相应的数据；第三保障与监测单元采用第二电池管理系统BMS的控制程序和/或控制策略对第一电池或电池包进行管理。

具体地，目标用电系统由第一电池或电池组和/或第二电池或电池组提供电能；目标用电系统包括第一用电系统和第二用电系统；第一电池或电池包和第二电池或电池包采用相同类型或材料的化学电池系统；该化学电池系统包括锂离子电池系统；第一电池或电池包和第二电池或电池包采用不同的额定电压；第一电池或电池包为第一用电系统供电；第二电池或电池包为第二用电系统供电；第一电池或电池包的额定电压低于第二电池或电池包的额定电压。

其中，第一电池或电池包的额定电压可以为12V；第二电池或电池包所采用的额定电压的额定输出电压大于第一电池或电池包的额定电压；在本实施例中，第二电池或电池包可以是动力电池或电池包，用于为驱动电机提供能量。

进一步地，第二电池管理系统BMS可采用的信息处理硬件可支持菊花链通讯；其信息处理硬件可以是电源管理芯片PMIC、电池采样模拟前端AFE至少之一；其驱动单元可以采用下列驱动方式至少之一：继电器驱动、MOSFET管驱动；其第二电池管理系统BMS采用的控制策略和/或管理方法包括针对电池荷电状态SOC、健康状态SOH、剩余能量SOE、功率状态SOP至少之一进行的处理。

进一步地，本发明实施例还公开了一种计算机存储介质，包括用于存储计算机程序的存储介质本体；该计算机程序在被微处理器执行时，可实现如上的任一电池管理方法。

此外，还公开了一种控制器，包括如上的任一电池接口装置；和/或任一计算机存储介质；类似地，还公开了一种电池组，包括如上的任一电池接口装置；和/或任一的计算机存储介质；还可以包括如上的任一控制器。

与现有技术相比，硬件方面，本发明不需要增加额外的微处理器MCU和系统基础芯片SBC（System Basis Chip）等部件，可以简化系统、显著节省物料成本；软件方面，本发明可将目标电池管理系统与现有的电池管理系统集成，并借助同类型电池现有的电池管理程序或控制策略来管理目标电池系统，使得开发工具和应用系统实现了复用或共享，进一步降低了研发成本；此外，本发明的系统架构得到了简化处理，使得电池管理系统所占的物理空间显著减小，有利于提升产品的能量密度，促进电池系统，尤其是12V电池系统的轻量化，改善整车集成质量。

需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。

附图说明

为了更加清晰地说明本发明的技术方案，利于对本发明的技术效果、技术特征和目的进一步理解，下面结合附图对本发明进行详细的描述，附图构成说明书的必要组成部分，与本发明的实施例一并用于说明本发明的技术方案，但并不构成对本发明的限制。

附图中的同一标号代表相同的部件，具体地：

图1为相关技术中电池及其管理系统原理示意图。

图2、图8、图9、图10为本发明电池系统实施例原理示意图。

图3为本发明方法实施例流程示意图。

图4为本发明接口部件组成原理示意图。

图5为本发明产品实施例组成结构示意图一。

图6为本发明产品实施例组成结构示意图二。

图7为本发明产品实施例组成结构示意图三。

其中：

100-第一集成与检测步骤；

101-第一组参数信息；

200-第二通信与调节步骤；

201-第二通信与调节信息；

300-第三保障与监测步骤；

301-第三组参数信息；

710-相关技术中的微处理器；

720-相关技术中的系统基础芯片；

730-相关技术中的通信芯片；

800-第二复用管理单元；

801-第二一复用处理单元；

802-第二二复用处理单元；

808-第二电池或电池组；

810-驱动单元；

900-车辆；

901-控制器；

903-计算机存储介质；

906-电池接口部件；

909-第一电池或电池组；

916-第一集成与检测单元；

921-菊花链DaisyChain、CAN总线或其他实时通信链路；

926-第二通信与调节单元；

936-第三保障与监测单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，下列描述的具体实施例只是为了解释本发明的技术方案，而不是对本发明的限定。此外，实施例或附图中表述的部分，也仅仅是本发明相关部分的举例说明，而不是本发明的全部。

如图3所示的电池管理方法，包括第一集成与检测步骤100、第二通信与调节步骤200；其中，如图1、图2、图7所示，第一集成与检测步骤100集成第一电池或电池组909与第二电池或电池组808于目标系统，即汽车的结构单元之上；第一电池或电池组909和/或第二电池或电池组808与目标用电系统电连接；第一电池或电池组909和/或第二电池或电池组808的开关器件和/或用于换路的部件由第二电池或电池组808支配的驱动单元810进行控制；第二通信与调节步骤200通过第二通信与调节单元926在第一电池或电池组909与第二电池或电池组808之间交换数据；其中，第一电池或电池组909调用或由第二电池或电池组808的第二电池管理系统BMS执行管理程序或控制执行机构的动作；其管理程序和/或执行机构的动作在第一电池或电池组909与第二电池或电池组808之间共享或共用；第二电池管理系统BMS通过第二通信与调节单元926的通信线路与第一电池或电池组909的第一集成与检测单元916通信连接。

其中，目标系统为采用第一电池或电池组909和/或第二电池或电池组808进行供电的车辆900；该目标系统脱离电网独立运行，目标还可以是车辆900以外的其它用电设备；第一集成与检测步骤100获取第一电池或电池包909的第一组参数信息101，第二通信与调节步骤200在第一电池或电池包909与第二电池或电池包808之间交换信息并由第二电池或电池包808的控制单元向第一电池或电池包909发送控制或驱动指令；第二通信与调节步骤200经由第二通信与调节单元926存储或传输第一组参数信息101；第二电池管理系统BMS管理与控制第二电池或电池包808；第一组参数信息101在第二电池管理系统BMS中处理后再经由第二通信与调节单元926发送至第一电池或电池包909。

进一步地，第二通信与调节单元926可采用如图1所示的菊花链DaisyChain结构或CAN链路921进行通信；该菊花链DaisyChain结构或CAN链路921在预设的板卡和/或芯片之间通信连接；第二通信与调节单元926在第一集成与检测单元916与第二微处理器931之间交换第二通信与调节信息201；第二微处理器931用于管理第二电池或电池组808；同时，第二微处理器931接收并处理来自第一电池或电池组909的信息；第二通信与调节信息201由第二电池或电池组808的第二电池管理系统BMS处理；第二通信与调节信息201反映或支配第一电池或电池组909的电能管理或输入输出。

进一步地，如图3所示，本实施例还包括第三保障与监测步骤300；其中：第三保障与监测步骤300采用第二电池管理系统BMS的微处理器、执行机构和/或驱动单元810；该第三保障与监测步骤300采用第二电池管理系统BMS的控制程序和/或控制策略对第一电池或电池包909进行管理并交换第三组参数信息301，该第三组参数信息301包括第一电池或电池包909与第二电池或电池包808共用的控制策略及电源管理信息。

具体地，目标用电系统由第一电池或电池组909和第二电池或电池组808提供电能；该目标用电系统包括第一用电系统和第二用电系统；第一电池或电池包909和第二电池或电池包808采用相同类型或材料的化学电池系统；该化学电池系统包括锂离子电池系统；该第一电池或电池包909和第二电池或电池包808采用不同的额定电压；第一电池或电池包909为第一用电系统供电；第二电池或电池包808为第二用电系统供电；第一电池或电池包909的额定电压低于第二电池或电池包808的额定电压。

其中，第一电池或电池包909的额定电压为12V；第二电池或电池包808所采用的电压等级的额定输出电压大于第一电池或电池包909的额定电压。

具体地，第二电池管理系统BMS采用的信息处理硬件支持菊花链通讯；该信息处理硬件可以是电源管理芯片PMIC、电池采样模拟前端AFE至少之一；该驱动单元810可以是是继电器驱动或MOSFET管驱动；其第二电池管理系统BMS采用的控制策略和/或管理方法包括针对电池荷电状态SOC、健康状态SOH、剩余能量SOE、功率状态SOP至少之一进行的处理。

此外，如图2、图4还公开了一种电池接口装置906，包括第一集成与检测单元916、第二通信与调节单元926；其中，第一集成与检测单元916集成第一电池或电池组909与第二电池或电池组808于目标系统的结构单元，第一电池或电池组909和/或第二电池或电池组808与目标用电系统电连接；第一电池或电池组909和/或第二电池或电池组808的开关器件和/或用于换路的部件由第二电池或电池组808支配的驱动单元810进行控制；通过第二通信与调节单元926在第一电池或电池组909与第二电池或电池组808之间交换数据；其中，第一电池或电池组909调用或由第二电池或电池组808的第二电池管理系统BMS执行管理程序或控制执行机构的动作；该管理程序和/或执行机构的动作在第一电池或电池组909与第二电池或电池组808之间共享或共用；第二电池管理系统BMS通过第二通信与调节单元926的通信线路与第一电池或电池组909的第一集成与检测单元916通信连接。

其中，目标系统为采用第一电池或电池组909和/或第二电池或电池组808进行供电的系统；目标系统包括脱离电网独立运行的用电设备；可以是如图5、图6、图7的车辆900及用电设备；第一集成与检测单元916获取第一电池或电池包909的第一组参数信息101，第二通信与调节单元926在第一电池或电池包909与第二电池或电池包808之间交换信息并由第二电池或电池包808的控制单元向第一电池或电池包909发送控制或驱动指令；第二通信与调节单元926经由第二通信与调节单元926存储或传输第一组参数信息101；第二电池管理系统BMS管理与控制第二电池或电池包808；第一组参数信息101在第二电池管理系统BMS中处理后再经由第二通信与调节单元926发送至第一电池或电池包909；从而实现了对第一电池或电池包的管理或控制。

具体地，第二通信与调节单元926可采用菊花链DaisyChain结构或CAN链路921进行通信；菊花链DaisyChain结构或CAN链路921在预设的板卡和/或芯片之间通信连接；第二通信与调节单元926在第一集成与检测单元916与第二微处理器931之间交换第二通信与调节信息201；第二微处理器931用于管理第二电池或电池组808；同时，第二微处理器931接收并处理来自第一电池或电池组909的信息；第二通信与调节信息201由第二电池或电池组808的第二电池管理系统BMS处理；第二通信与调节信息201反映或支配第一电池或电池组909的电能管理或输入输出。

进一步地，该实施例还包括第三保障与监测单元936；其中，第三保障与监测单元936采用第二电池管理系统BMS的微处理器、执行机构和/或驱动单元810进行管理或控制；第三保障与监测单元936采用第二电池管理系统BMS的控制程序和/或控制策略对第一电池或电池包909进行管理并交换第三组参数信息301，第三组参数信息301包括第一电池或电池包909与第二电池或电池包808共用的控制策略及电源管理信息。

其中，目标用电系统由第一电池或电池组909和/或第二电池或电池组808提供电能；目标用电系统包括第一用电系统和第二用电系统；第一电池或电池包909和第二电池或电池包808采用相同类型或材料的化学电池系统；其化学电池系统包括锂离子电池系统；其第一电池或电池包909和第二电池或电池包808采用不同的额定电压；第一电池或电池包909为第一用电系统供电；第二电池或电池包808为第二用电系统供电；第一电池或电池包909的额定电压低于第二电池或电池包808的额定电压。

具体地，第一电池或电池包909的额定电压可以是12V；第二电池或电池包808所采用的电压等级的额定输出电压大于12V。

进一步地，第二电池管理系统BMS采用的信息处理硬件支持菊花链通讯；其信息处理硬件包括电源管理芯片PMIC、电池采样模拟前端AFE至少之一；其驱动单元810包括下列驱动方式至少之一：继电器驱动、MOSFET管驱动；其第二电池管理系统BMS采用的控制策略和/或管理方法包括针对电池荷电状态SOC、健康状态SOH、剩余能量SOE、功率状态SOP至少之一进行的处理。

此外，如图5至图7 还公开了一种计算机存储介质903，包括用于存储计算机程序的存储介质本体；该计算机程序在被微处理器执行时，可实现如上的任一电池管理方法；类似地，其控制器901，包括如上任一电池接口装置906；和/或任一计算机存储介质903；也采用了同样的发明构思。采用了同样发明构思的电池组909，也可包括如上的任一电池接口装置906；和/或任一计算机存储介质903；和/或任一控制器901；其物理过程和解决方案类似或者互相对应，具体不再赘述。

对于如图2所示的电池管理系统：一方面采用了支持菊花链的通讯结构，另一方面采用了12V的第一电池或电池组909；其化学电池为12V的锂电池；其控制系统共享了高压BMS的资源；其第一电池或电池组909的12V锂电池系统还采用了继电器控制线束作为驱动单元810；并采用上述菊花链通讯线束作为菊花链DaisyChain结构或CAN链路921的基本载体；并由高压BMS线束供电。

其中，12V锂电池系统包括电芯、用于检测锂电池系统电流的传感器shunt、用于检测shunt传感器温度的负温度系数单元NTC（Negative Temperature Coefficient）、用于检测12V锂电池系统温度的NTC、用于保护锂电池系统的熔断器Fuse、用于通断12V锂电池系统输出的继电器、用于监控12V锂电池系统相关参数的采集板。

具体地，其采集板主要由前端采集芯片AFE（Active Front End）和相应的采样均衡电路、菊花链通讯电路组成；此采集板可以采集各单体电芯的电压、通过shunt采集12V锂电池系统的电流、通过AFE的电池采样模拟前端AFE（General-purpose input/output）采集电池模组电压、Fuse后端电压、继电器后端电压、shunt的温度、模组的温度，并将以上相关信息汇总为第一组参数信息101，并通过第二通信与调节单元926，借助其中的菊花链DaisyChain结构或CAN链路921，实时上传给高压BMS。

其中，高压BMS为目前的通用技术，其最小系统一般包括电源管理芯片PMIC、微处理器MCU、菊花链通讯桥接芯片CB（Communication Bbridge）、驱动单元HSD（High SideDrivers）及LSD（Low Side Drivers）组成；其高压BMS的供电可取自12V的锂电池系统Fuse后端，形成常供电。

具体地，高压BMS在通过菊花链DaisyChain结构或CAN链路921收到12V锂电池系统的相关信息后，若检测到12V锂电池系统无故障，即可通过驱动单元将12V锂电池系统的继电器闭合，实现12V锂电池系统的对外供电；当高压BMS检测到12V锂电池系统参数异常后（过压、欠压、过温、过流），则可主动断开继电器，保护12V锂电池系统安全。

其中，仅须在12V锂电池系统也即第一电池或电池组909内布置一块AFE芯片，可为NXP的MC33772或类似的可检测电流的前端采样芯片；此时，即可采用本发明的方法实现采集板的上述功能；其中，相关的控制策略由高压BMS实现。

由于12V锂电池系统所使用的锂电池与高压电池系统中所使用的锂电池相同；因此，可复用高压BMS的PMIC/MCU等硬件资源，软件上可复用高压电池管理系统的相关控制策略，如电池参数监控、电池关键算法；其中，关键算法包括对电池荷电状态SOC（State ofCharge）、健康状态SOH（State of Health）、剩余能量SOE（State of Energy）、功率状态SOP（State of Power）等进行处理的若干功能单元。

基于上述改进，使得系统物料BOM（Bill Of Material）成本和开发成本都能够显著降低；另外，在进行物料选型时，例如上述AFE芯片，可在目前主流产品中选取，一般都能够支持采集功能，并实现ASIL的D级要求；进而使得本发明实施例可在较经济的硬件上支持较高的安全等级ASIL-D，从提升了系统集成的可行性，利于促进以12V锂电池为代表的技术升级过程，并推动铅酸蓄电池的更新换代；其中，由图1、图2对比可以看出：12V的BMS与高压BMS的核心控制模块处理了类似的信息或可采用相同的数据结构，都具有电源管理单元、数据管理单元及驱动单元；且高压电池同样有热失控的风险，所以高压BMS的安全等级要求也需满足ASIL C~ASIL D；若12V的BMS选择了较高端的芯片，同时12V电池系统的数据量相对较少，则很可能会造成资源上的浪费；如图2、图8、图9、图10所示，本发明实施例将12V的BMS数据处理单元上移到高压BMS中，控制策略也集成在高压BMS中，12V电池系统中仅保留AFE前端采集单元，可最大程度复用高压BMS的软硬件资源，集成化程度高，BOM成本及开发成本显著降低。

另一方面，12V的铅酸蓄电池易在放电深度加大时，导致电池寿命锐减；电池寿命普遍接近1~2年，维护成本增加；进一步地，采用基于锂电的本发明方法和产品后，也可避免铅酸电池老化后，有效容量突降、循环寿命较短等技术问题。

需要说明的是，上述实施例仅是为了更清楚地说明本发明的技术方案，本领域技术人员可以理解，本发明的实施方式不限于以上内容，基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代，均不超出本发明技术方案涵盖的范围；在不脱离本发明构思的情况下，其它实施方式也将落入本发明的范围。