电池管理系统及电池包

技术领域

本申请涉及能量存储技术领域，具体涉及一种电池管理系统及电池包。

背景技术

动力电池包作为一种电能储备装置，可以为不同的直流电动工具提供供电电能。每个电池包均具有一套电池管理系统（BMS），BMS作为控制电池包使用安全的控制系统，能时刻监控电池的使用状态，通过一些必要的控制措施能保证电池包的使用安全。

然而，电池包的电芯组需要通过电缆连接BMS模块，进而输出电池包中电芯的状态参数，例如电流、电压、温度等。从而电池包中电芯组越多电缆也越多，造成整个电池包内的布线比较复杂，且线束和连接器之间也容易出现影响可靠性的故障，增加维护成本。另外，为了增加线束的可靠性，通常会使用较粗的电缆，在增加电池包体积的同时，也影响了电池包的续航能力。

发明内容

为解决现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种能进行无线通信传输电池包数据并管理电池包的电池包管理系统。

为了实现上述目标，本申请采用如下的技术方案：

一种适用于电动工具的电池管理系统，包括：至少一个电池包；所述电池包包括至少一组电芯组；电力端口，用以输出电能以给所述电动工具供电；数据采集模块，与一个或多个电芯组连接，用于采集所连接的电芯组的状态数据；数据传输模块，用以无线通信的方式输出所述电芯组的状态数据；所述电池管理系统还包括：电池管理模块，用于获取所述电芯组的状态数据，并根据所述状态数据管理所述电池包的使用状态；所述电池管理模块设置在所述电池包内部或者所述电动工具内或者外部终端设备内。

在一个实施例中，所述电池包不包括通信端口。

在一个实施例中，所述电池包包括多个数据采集模块，所述多个数据采集模块相互之间基于第一信道传输所采集的电芯组的状态数据。

在一个实施例中，一个电池包的电池管理模块能基于第二信道获取另一个电池包的数据传输模块传输的状态数据。

在一个实施例中，各个电池包内的数据传输模块处于同一区域网内。

在一个实施例中，所述数据传输模块包括射频单元、蓝牙单元、红外单元中的一个或多个。

在一个实施例中，所述数据采集模块与所述数据传输模块集成在一个处理芯片上；所述处理芯片通过所述电力端口的电缆线输出所述电芯组的状态数据。

在一个实施例中，所述状态数据携带所述电芯组的标识信息。

在一个实施例中，所述数据传输模块，用于输出校验信息至所述电池管理模块。

在一个实施例中，所述电池管理模块被配置为：以预设频率获取所述电芯组的状态数据；检测所述状态数据中是否包含所有的电芯组的标识信息；若预设时间内未检测到第一标识信息，输出控制信号以断开所述第一标识信息对应的第一电池模组与所述电力端口的电连接。

在一个实施例中，所述电池管理模块被配置为：若检测到异常的状态数据，确定异常状态数据对应的电池模组的第二标识信息；输出控制信号以断开所述第二标识信息对应的第二电池模组与所述连接端口的电连接。

在一个实施例中，所述的电池管理系统还包括：数据存储模块，用于存储所述电芯组的异常状态数据或者所述第二标识信息。

在一个实施例中，所述电池管理模块在预设时间内未检测到所述电芯组的状态数据时，进入低功耗模式。

在一个实施例中，所述电池管理模块以无线通信的方式获取所述数据采集模块所采集的所述状态数据。

在一个实施例中，所述数据传输模块每次输出所述状态数据的数据传输时长小于或等于500ms。

在一个实施例中，所述电池管理模块的静态电流小于或等于100uA，所述静态电流包括所述电池管理模块处于待机状态下的待机电流或者所述电池管理模块以低于5Hz的频率获取所述状态数据的平均工作电流。

在一个实施例中，所述电池管理模块能从任一个电芯模块获取电力或者从所述电池包获取电力或者从独立电源模块获取电力，所述独立电源模块包括纽扣电池。

一种适用于电动工具的电池包，包括：壳体；电芯组，容纳于所述壳体内，用于向电动工具供电；电力端口，用以输出所述电芯组的电力；数据采集模块，与一个或多个电芯组连接，用于采集所连接的电芯组的状态数据；数据传输模块，用以无线通信的方式输出所述电芯组的状态数据；电池管理模块，用于获取所述电芯组的状态数据，并根据所述状态数据管理所述电池包的使用状态；所述电池管理模块设置在所述壳体内；所述数据传输模块能以无线通信的方式输出所述状态数据至所述电动工具。

在一个实施例中，所述电池包的数据传输模块与另一电池包的数据传输模块进行无线通信。

在一个实施例中，所述电池包的数据传输模块与外部终端进行无线通信。

本申请的有益之处在于：无需借助电缆即可监测到的电池包内电芯组的状态数据输出，减少了电池包内布线的复杂度，便于后期维护，同时也由于电缆的减少而降低了电池包内部的功耗提升了电池包的续航能力。

附图说明

图1是本申请的一种实施方式中电池管理系统的结构示意图；

图2是本申请的另一种实施方式中电池管理系统的结构示意图；

图3是一种实施方式中电池包的结构示意图；

图4是一种实施方式中电池包的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本申请作具体的介绍。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

此外，为了简洁起见，在此可以不详细描述单个组件的某些子组件以及系统的其他方面。应当注意，在实际系统中，例如电池管理系统中，可能存在许多替代或附加功能关系或物理耦合。可以通过被配置为执行指定功能的任何数量的合适组件来实现此类功能块。

本公开主要改进了电池包与电池管理系统或者说与电动工具或者与充电器等的通信方式。在本申请中，电池包可以只包含电力端口即正极输出端口和负极输出端口而不具有通信端口。在不具有通信端口的前提下，电池包内部的电芯组与通信端口之间的电缆也将不复存在，这在一定程度上减少了电池包内部的布线复杂度。然而，不具有通信端口的电池包仍需与BMS或者电动工具或者充电器等外部设备进行数据通信，因此本公开将提供多种通信方式来满足电池包的数据监控及管理等功能。需要说明的是，本申请中的电池包可用于电动工具、电动汽车、或者其他能够使用直流供电的设备。

在本申请的第一个实施例中，电池管理系统100a如图1所示，包括电池包100和电池管理模块200，其中电池包100包括多组电芯组101、电力端口102、数据采集模块103和数据传输模块104，其中，电力端口102包括正极输出端口1021和负极输出端口1022。其中，电池管理模块200可以是设置在电池包100内的BMS模块或者设置在其他电池包内的BMS模块或者设置在电动工具内的控制模块或者设置在充电器内的控制模块或者是集成了电池管理功能的用户的智能终端。本申请并不限定电池管理模块200的类型及位置。在图1所示的电池管理系统100a中，电池管理模块200被配置为以无线通信的方式获取电池包100的状态数据，并据此控制电池包100的使用状态。例如，获取电池包100中电芯组101的输出电压、电流以及温度等状态数据，并根据所监控到的数据控制电池包100的充放电或者电池包100中任意电芯组101的充放电。

示例性的，本申请中的电芯组101可以是由多个电芯1011组成，每个电芯1011为一个最小单位的单体电池。多个电芯1011以串联和/或并联的方式电气的连接形成电芯组101。

本申请中的数据采集模块103可以是电压传感器、电流传感器、温度传感器或者其他能够采集电芯组101相关数据的电气组件。数据传输模块104可以与数据采集模块103集成一体，也可以被设置为独立供电以支持无线通信。在一个实施例中，数据传输模块104可以与数据采集模块103为两个独立的模块。在一个实施例中，数据传输模块104可以与数据采集模块103是一个集成单元，该单元具备数据采集和数据的无线传输功能。

示例性的，数据传输模块104可以支持蓝牙通信、射频通信、LTE通信（Long TermEvolution）、ZigBee通信等多种无线通信方式中的一种或多种。可以理解的是，数据传输模块104和电池管理模块200分别具有无线通信的数据发射器和接收器。例如，数据传输模块104具有发射天线，则电池管理模块200具有接收天线，数据传输模块104具有接收天线，则电池管理模块200具有发射天线。在一个实施例中，电池管理系统100a还可以包括配网单元。配网单元能根据数据传输模块104检测到的所有可支持的无线通信方式选择最优的无线通信方式作为当前所采用的通信方式。例如，数据传输模块104同时支持蓝牙和wifi，在配网单元检测到蓝牙信号较强时，能触发数据传输模块104采用蓝牙通信的方式进行数据交互。

在一种实现方式中，电池包100中可以包括一个或多个数据采集模块103。一个数据采集模块103可以采集一组或多组电芯组101的状态数据。可以理解的是，任一组电芯组101均对应唯一的标识信息，该标识信息可以是电芯组101的编号ID或者位置信息等能够唯一确定电芯组101身份的信息。从而，数据采集模块103采集电芯组101的状态数据时，也对应的获取到该电芯组101的标识信息。可以理解的，电芯组101内的所有电芯1011也具有唯一的电芯标识。示例性的，电芯组101的标识信息可以包括组成该电芯组的所有电芯1011的电芯标识。

在一个实现方式中，电池包100内的任一个数据采集模块103可以与其他一个或多个数据采集模块103进行无线通信。可选的，数据采集模块103可以基于不同的信道传输不同的通信数据，或者基于不同的信道与不同的对象进行通信。示例性的，一个电池包100内的不同数据采集模块103可以基于第一信道通信。在一种实现方式中，不同电池包之间的数据传输模块104可以采用第二信道通信。第一信道和第二信道的通信频率不同。可以理解的，处于不同工具或者电池包内的数据传输模块可以组成一个无线局域网，在这个无线局域网内进行数据交互。具体的组网方式此处不做限定。

在一个实现方式中，数据传输模块104在传输状态数据的同时可以输出校验信息，电池包100内或者电池包100外的数据采集模块接收到上述状态数据时，可以获取到校验信息，并在验证通过后接收状态数据。保证了电池包的状态数据传输的准确性。可选的，数据传输模块104可以将上述校验信息发送至用户终端，如智能手机上，由用户确认并在电池管理模块200所在的电池包或者电动工具上输入校验码信息后，电池管理模块200可以接收到上述状态数据。可选的，上述校验信息可以是一种校验码。数据传输模块104也可以在发送状态数据之前发送校验信息。

在一种实施方式中，数据传输模块104一次传输电池包100的状态数据的时长小于或等于500ms，从而能够降低所传输的数据中增加噪音的概率。

在一种实施方式中，电池管理模块200具有静态电流，所谓的静态电流是指电池管理模块200处于待机状态的待机电流，或者是电池管理模块200以低于5Hz的频率获取数据时的平均工作电流。

在一种实施方式中，电池管理模块200可以具有多种工作模式。示例性的，电池管理模块200可包括低功耗模式、睡眠模式、深度睡眠模式以及关机模式。上述四种工作模式所对应的工作电流依次降低，例如，低功耗模式下电池管理模块200的工作电流基本为A1，睡眠模式下工作电流基本为A2，深度睡眠模式下电流基本为A3，关机模式下工作电流为零，其中，A1> A2 >A3>0。

在一种实施方式中，电池管理模块200可以控制一个或多个电芯组101上电或断电。示例性的，若BMS模块检测到某一电芯组101存储的状态数据异常（例如，温度高于预设温度），则断开该电芯组101与电力端口102的电连接，不再采用该电芯组101供电或者不再给该电芯组101充电。

在一种实现方式中，电池管理模块200可以以预设频率或预设周期获取电芯组的状态数据，例如每1s获取一次数据。可以理解的是，电池管理模块200在获取到电芯组101的状态数据时，也会同时知悉该电芯组101的标识信息。也就是说，若所有的电芯组101均正常工作，则电池管理模块200每隔预设频率均能获取到所有的电芯组101的状态数据和对应的所有电芯组101的标识信息。从而，电池管理模块200可对比每次是否检测到所有的电芯组101的标识信息，来确定是否所有的电芯组101均正常工作，或者确定所有电芯组101的无线通信链路均正常工作。可以理解的，若电池管理模块200在预设时间内未检测到第一标识信息，则可以认为第一标识信息对应的第一电芯组的无线通信链路中断或者该第一电芯组未正常工作，其状态数据不能有效输出。从而，电池管理模块200将输出控制信号以断开第一标识信息对应的第一电芯组与电力端口102的电连接。也就是说，任一电芯组工作异常或通信链路断开时，电池管理模块200均可以将该电芯组从电池包100的充电回路或放电回路中剔除。

可以理解的，即使电池管理模块200检测到所有的电芯组101的标识信息，也不能确保所有的电芯组101的状态数据均正常。在一种实现方式中，电池管理模块200可以将每次接收的电芯组101的状态数据与预设的数据阈值进行比较，以判断接收到的状态数据是否存在异常。例如，接收到电芯组101的温度数据后，与预设温度阈值比较，在温度数据高于预设温度阈值时，确定该温度数据为异常状态数据。进而，根据状态数据和标识信息的对应关系，确定异常状态数据对应的第二标识信息。进一步的，电池管理模块200可以输出控制信号断开第二标识信息对应的第二电池模组与电力端口102的电连接。也就是说，任一电芯组101的状态数据异常时，电池管理模块200均可以将该电芯组101从电池包100的充电回路或放电回路中剔除。

在一种实现方式中，电池管理模块200若在预设时间内未检测到任何电芯组101的状态数据，则可以确认电池包已停止充放电工作，从而电池管理模块200自动进入低功耗模式。后期，在电池包100再次启动工作时，可以根据用户针对工具侧的开关操作或者针对电池包100的开关操作，将电池管理模块200从低功耗模式中唤醒。

可以理解的是，电池管理模块200通过无线通信的方式可以更及时的监控到电池包100的状态数据，保证了电池包100工作状态控制响应的及时性。

在一种实施方式中，电池管理模块200可以从电池包100上获取电源电力，或者从电池包100内的任一组电芯组101上获取电力，或者基于独立的电源模块获得电力。其中，独立的电源模块可以是纽扣电池或者其他小型直流电源装置。可选的，电池管理模块200可以在与数据传输模块104进行数据交互的同时，基于无线充电的方式从数据传输模块104所在的电池包100获取电源电力。可选的，电池管理模块200还可以采用电磁充电的方式从电池包或者电动工具侧获取电源电力。可选的，电池管理系统100a还可以包括独立发电单元，设置在电池包或者电动工具或者充电器上，能以震动或者按压或者声音等方式发电。可以理解的，该独立发电单元可以设置在电池管理模块200内或者设置在电池管理模块周围，以便将发电的电力供给电池管理模块200。可选的，电池管理模块200还可以包括电能存储单元，该单元能将无线充电、电磁充电或者震动发电、按压发电等方式产生的电能存储起来，以为电池管理模块200供电。

在一种实现方式中，电池管理系统100a还包括数据存储模块（未示出）。数据存储模块可以存储所有的电芯组的状态数据，也可以仅存储异常状态数据和/或第二标识信息。后续维护时，只需从数据存储模块中查找异常状态数据或者第二标识信息即可定位发生异常的电芯组或者获取该电芯组异常的原因，便于后期维护。

在一种实现方式中，数据存储模块可以设置在电池包100内，也可以设置在电动工具或者充电器内。

图2表示本申请的另一实施例的电池管理系统300a，包括电池包300和电池管理模块400，其中电池包300包括多组电芯组301、电力端口302、载波通信单元303，其中，电力端口302包括正极输出端口3021和负极输出端口3022。本实施方式相比上一实施方式不同之处在于：不包含数据采集模块和数据传输模块，但包含载波通信单元303。载波通信单元303能采集每组电芯组的状态数据并传输至电池管理模块400。

其中，电池管理模块400也可以是设置在电池包300内的BMS模块或者设置在其他电池包内的BMS模块或者设置在电动工具内的控制模块或者设置在充电器内的控制模块或者是集成了电池管理功能的用户的智能终端。本实施例同样不限定电池管理模块400的类型及位置。在图2所示的电池管理系统中，电池管理模块400被配置为以载波通信的方式获取电池包300的状态数据，并据此控制电池包300的使用状态。例如，获取电池包300中电芯组301的输出电压、电流以及温度等状态数据，并根据所监控到的数据控制电池包300的充放电或者电池包300中任一电芯组301的充放电。

本实施例中，如图2所示载波通信单元303集成在每个电芯3011上，可以采集所有电芯3011的状态数据，而不是采集一组电芯组301的数据。具体的，载波通信单元303采集到电芯3011的状态数据后，将状态数据寄载在连续的高频载波上输出至电池管理模块400。同样，电池包300不需要设置通信端口，也不需要设置用于使电芯或者电芯组与通信端口间进行连接的通信电缆。同样达到了降低电池包300内布线复杂度的效果。

可以理解的是，由于载波通信单元303能采集每个电芯3011的状态数据，从而电池管理模块400可以根据所有电芯3011的状态数据计算电池包300的SOC、SOP、SOH等状态信息，且由于原始数据充足也能保证计算所得到电池包的状态信息的精确性。

在本实施例中，除了载波通信的方式与上述实施例中的无线通信方式不同外，其他的功能均与上述实施例中的描述一致，此处不再赘述。

可以理解的是，无论是无线通信还是载波通信，本质上都是不借助通信电缆实现的电池包内数据的输出。目的在于减少电池包内的布线。因此，其他能不借助通信电缆实现电池包数据输出的方式也在本申请的保护范围内。

在一个实施例中，如图3所示，电池包500包括壳体501、电芯组502、电芯503、电力端口504、数据采集模块505、数据传输模块506和电池管理模块507。壳体501可以是可拆卸的密封盒，密封盒上可以具有正极输出端口5041和负极输出端口5042的开口。多个电芯503以串联和/或并联的方式组成电芯组502。数据采集模块505可以是各种传感器件，如温度传感器、电压传感器、电流传感器。数据传输模块506可以集成在数据采集模块505上，用以无线通信的方式输出电芯或者电芯组的状态数据。电池管理模块507为BMS管理模块，可以位于电池包500内部，也可以位于由电池包500供电的电动工具内或者位于充电器内。可以理解的，BMS模块集成有控制器、处理器、存储器、收发器能各种组件。

本实施例所保护的电池包500可应用在上述实施例的电池管理系统中。

在一个实施例中，如图4所示，电池包600包括壳体601、电芯组602、电芯603、电力端口604、载波通信单元605和电池管理模块606，其中电力端口604包括正极输出端口6041和负极输出端口6042。区别于图2所示的电池包300，该电池包600中载波通信单元605是集成在每个电芯603上的载波芯片，可以将电芯的状态数据以载波通信的方式输出。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。