从专利解读特斯拉电池管理系统

随着特斯拉电动车型的国产，相关的技术也逐渐在国家知识产权局进行专利申请。今天就随着小星研读一下特斯拉2019年底发布的多信道双向电池管理系统专利，聊聊特斯拉的电池管理技术吧。

↑特斯拉多信道双向电池管理专利图

特斯拉电池管理系统发明专利主要涉及通过多信道和双向菊花链技术提高电池管理系统的稳定性。它具体指包括提供多个主机和远端客户端之间进行通信信道的电池管理系统。这种通信可以工作于双向模式中，从而绕菊花链环路沿顺时针或逆时针发送来自主机的命令和来自客户端的响应。这种架构既在多个信道之间提供了高水平冗余，又提供了绕环路的传输方向。使用多个信道提供了与提供完全独立的物理线相似的信号路径分离，阻止了使用一个信道的装置因虚假操作故障干扰使用其他信道装置正常操作的情况发生。

电池管理系统采用多信道双向通信以改善系统的性能和冗余。使用主从架构，使得包含微控制器的主机在系统级上通过与直接管理电池单元的多个底层电池管理集成电路通信来管理电池。允许命令和响应跨越串行耦接底层电池管理集成电路的闭环传输路径沿顺时针或逆时针方向行进。

↑特斯拉电池管理系统组成专利图

对于电动车辆而言，电池管理系统可能会遇到机械振动和冲击、变化的环境温度、多个电力域和大量干扰源，这可能会劣化电池管理控制器主机和多个电池集成电路远端客户端之间的信号。由于纯电动汽车当中电池系统充当车辆的仅有电源，电池系统之内的故障将导致汽车无法操作。因此，需要一种提供对电池单元的更鲁棒且动态的管理的电池管理系统。

电池管理系统可以包括在系统级进行管理微控制器的主机和包括电池单元的电池管理集成电路的多个客户端。主机通过向客户端的发送命令和接收来自客户端的响应来管理系统。每个客户端都可以监测和控制对应的电池单元以测量单元的电气和物理状态，例如每个单元的电压、剩余电荷量和温度。客户端可以执行测量(例如，电压、电荷、温度等)以及执行某些功能(例如，从电池单元放电等)。主机和每个客户端可以经由菊花链传输路径环路传输命令和响应，其中菊花链环路可以是一对通过其传输电信号的双绞线。

↑特斯拉电池管理系统框图

由特斯拉电池管理系统框图可以看到80kWh的动力电池由4个长模组串接而成。电池组的正负端线束分别送至电池组尾部上方的高压电池组服务控制板Service Panel进行分配。高压直流电经过保护智能地分配至高压动力电机、高压空调及加热器等辅助用电器和功率转换系统PCS。由PCS将高压直流电转换成12V输出给传统用电器，或将充电接口能量转换后为高压电池组充电。4个长模组的电芯监控单元CMU由环形双绞隔离菊花链线束将电芯数据传送给电池管理系统BMS主控板进行管理。

↑特斯拉电池管理系统断线情况示例一

电池管理系统能够提供冗余通信路径，因为其能够沿菊花链环路双向通信，且因为菊花链环路上使用的两个信道均允许接入完全独立且冗余的电池管理系统。具体而言，主机能够绕串行连接的客户端沿顺时针方向通信，并沿环路沿逆时针方向通信。在菊花链环路之内存在单个故障的情况下，这种双向性允许主机与每个客户端继续通信。

↑特斯拉电池管理系统断线情况示例二

主机可以在第一方向上发送命令信号，其中命令信号可以请求全部客户端向主机发送响应。每个客户端都可以在第二方向上向相邻客户端发送响应信号并在第一方上向相邻客户端发送命令信号。如果菊花链环路不具有任何缺陷，主机就可以从全部客户端接收响应。不过，如果客户端之间的线断裂，仅客户端120a-120i可以向主机发送响应信号。主机可以沿相反方向发送另一命令信号，请求全部客户端向主机发送响应。同时通过比较两个方向上的数据序列，主机可以确定客户端线束连接缺陷的位置。

↑特斯拉电池管理系统多信道专利图

通过菊花链环路可以跨越电池管理系统内使用不同信道，每个客户端可以相应分离两个信号。从而使得电池管理系统可以沿传输环路频分复用信道。在本发明的实施方式中使用FSK通信协议对应于多个频率或频带在第二信道之内传输数据。在FSK调制技术中使用较大数量频率或频带。这会提供足够的频率间隔以最小化两个信道之间的干扰。

每个客户端将在信道之间对信号进行区分，并将信道路由到适当的处理电路主电路306和辅助电路308。分路器304可以接收包括多个信道的信号并从所接收的信号划分出每个信道。分路器304可以采用滤波器，该滤波器在对应于特定信道的特定频带上输出。此外，系统还可以采用电隔离各种部件的隔离元件，以避免干扰和电流泄露。这些隔离元件可以位于采用不同的电力域的客户端之间或客户端和主机之间。

↑特斯拉电池管理系统主从电路专利图

多信道传输数据过程流程包括：主机可以产生包括多个命令信号的命令，其中每个命令信号使用某一频率的通信信道；主机可以在第一方向上通过菊花链环路向客户端发送命令。在每个客户端处，可以由分路器将命令分成多个命令信号并且可以在第二方向上通过菊花链环路向主机发送对应于多个命令信号的多个响应信号。

双向传输数据过程流程包括：主机可以在第一方向上通过菊花链环路向客户端发送命令，请求全部客户端向主机发送响应。确定主机是否从所有客户端接收到响应信号。如果决策答案为肯定，则该过程停止。否则，主机可以在第二方向上通过菊花链环路向客户端发送命令。每个客户端都可以通过菊花链环路向主机发送响应信号。

↑特斯拉电池管理系统多信道（左）和双向（右）通信流程专利图

希望以上的内容能够帮助你了解新特斯拉电池管理系统专利。专利的电池管理系统通过采用多信道双向通信以改善系统的性能和冗余。使用主从架构，使得包含微控制器的主机在系统级上通过与直接管理电池单元的多个底层电池管理集成电路可靠通信来管理电池。