一种具有双MCU热备份的电池管理系统的制作方法

一种具有双mcu热备份的电池管理系统
技术领域
1.本发明属于航空动力电池技术领域，具体涉及一种具有双mcu热备份的电池管理系统。


背景技术：

2.当前电动无人飞行平台用动力电池管理系统难以兼顾轻量化和热备份功能，当前大型电动无人飞行平台多采用通讯备份无法实现基于多核的控制功能热备份，导致无人飞行平台管理系统可靠性不足。
3.当某一个mcu出现宕机等故障时，将引起电池管理系统充电、加热功能缺失，电池处于失控状态，因此当前的电池管理中的控制功能的可靠性不足，难以实现大型电动无人飞行平台的长期可靠运行。


技术实现要素：

4.本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种具有双mcu热备份的电池管理系统，用于解决当前电池管理中的控制功能的可靠性不足的问题。
5.本发明的目的是提供一种具有双mcu热备份的电池管理系统，包括：
6.控制执行电路工作状态的第一控制电路和第二控制电路；
7.根据控制策略向第一控制电路发送控制信号，向第二控制电路发送控制备份信号的一号mcu；
8.根据控制策略向第二控制电路发送控制信号，向第一控制电路发送控制备份信号的二号mcu；
9.与一号mcu通讯的第一外部通讯电路；
10.与二号mcu通讯的第二外部通讯电路；
11.与一号mcu和二号mcu通讯的内部通讯电路；其中：
12.所述控制策略为：当一号mcu出现非正常运行故障时，二号mcu自动识别一号mcu故障状态，并接管电池管理系统的控制功能，或者，当二号mcu出现非正常运行故障时，一号mcu自动识别二号mcu故障状态，并接管电池管理系统的控制功能。
13.优选地，所述第一控制电路包括第一模拟开关、第二模拟开关、与第一模拟开关串联的一号二极管，与第二模拟开关串联的二号二极管；所述第二控制电路包括第三模拟开关、第四模拟开关、与第三模拟开关串联的三号二极管，与第四模拟开关串联的四号二极管；所述一号mcu依次通过第一模拟开关、一号二极管后形成执行电路的第一控制端子，所述二号mcu依次通过第三模拟开关、三号二极管后形成执行电路的第二控制端子，所述一号mcu依次通过第二模拟开关、二号二极管后与第二控制端子连接；所述二号mcu依次通过第四模拟开关、四号二极管后与第一控制端子连接。
14.优选地，所述执行电路包括加热执行电路和充电执行电路。
15.优选地，所述控制策略包括故障检测策略、内部数据发送策略、充电加热控制策
略、外部数据发送策略。
16.优选地，所述故障检测策略由定时器判断逻辑、心跳信号检测和控制备份信号控制组成，步骤如下：
17.s101、判断20ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；
18.s102、读取内部总线上的另一个mcu的心跳信号，判断心跳信号是否更迭代，若是，则返回主程序，否则第一、第二或者第三、第四控制备份信号清零，并返回主程序。
19.优选地，所述内部数据发送策略由定时器判断逻辑、内部数据读取构成，执行步骤如下：
20.201、判断100ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；
21.s202、读取内部总线单体电压、温度数据，读取内部加热过充状态，心跳信号更新，通过内部总线发送当前mcu状态数据，并返回主程序。
22.优选地，所述充电加热控制策略由定时器判断逻辑、adc数据读取转换，过充/加热条件判定构成，加热策略执行步骤如下：
23.s301、判断50ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；
24.s302、读取温度信息，判定是否满足加热条件，否，返回主程序；是，第一控制信号使能，读取加热状态反馈，更新加热状态标志位，并返回主程序。
25.优选地，充电策略执行步骤如下：
26.s401、判断10ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；
27.s402、启动adc转换，读取充放电电流值，判定是否过充，否，返回主程序；是，控制信号x-2使能，读取充电电流，更新充电状态标志位，并返回主程序。
28.优选地，所述外部数据发送策略由定时器判断逻辑、数据读取、数据发送构成，执行步骤如下：
29.s501、判断是否收到外部查询指令，若是，清除中断标志，并进入下一步；否则返回主程序；
30.s502、查询数据更新并将更新后的数据打包发送，返回主程序。
31.本发明具有的优点和积极效果是：
32.发明采用双mcu热备份智能调控策略，通过内部通讯总线共享电池单体采样信息、控制状态、mcu运作状态等信息，实现数据备份收发、状态执行、冗余备份的智能调控。当某一路mcu因故障宕机，引起充电功能、加热功能、通讯功能失效时，往往会造成电池过充、加热失控等问题；针对该问题，本发明中双单片机热备份的电池管理系统控制电路可利用通讯电路实现mcu故障识别，基于信号交互控制电路实现控制信号的接管，基于内部通讯电路实现采样数据的共享，基于外部通讯电路实现对外通讯的备份，基于多器件冗余的执行电路实现了控制板的轻量化设计。
附图说明
33.图1为本发明优选实施例的电路图；
34.图2为本发明优选实施例的热备份调控策略图。
具体实施方式
35.为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
36.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。基于本发明中的技术方案，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。
37.本发明中，mcu指单板式微处理器，又称单片机；
38.本领域中,模拟数字转换器英文缩写adc。
39.请参阅图1至图2，一种具有双mcu热备份的电池管理系统，包括
40.控制执行电路工作状态的第一控制电路和第二控制电路；
41.根据控制策略向第一控制电路发送控制信号，向第二控制电路发送控制备份信号的一号mcu；
42.根据控制策略向第二控制电路发送控制信号，向第一控制电路发送控制备份信号的二号mcu；
43.与一号mcu通讯的第一外部通讯电路；
44.与二号mcu通讯的第二外部通讯电路；
45.与一号mcu和二号mcu通讯的内部通讯电路；其中：
46.所述控制策略为：当一号mcu出现非正常运行故障时，二号mcu自动识别一号mcu故障状态，并接管电池管理系统的控制功能，或者，当二号mcu出现非正常运行故障时，一号mcu自动识别二号mcu故障状态，并接管电池管理系统的控制功能。
47.如图1所示，所述第一控制电路包括第一模拟开关、第二模拟开关、与第一模拟开关串联的一号二极管，与第二模拟开关串联的二号二极管；所述第二控制电路包括第三模拟开关、第四模拟开关、与第三模拟开关串联的三号二极管，与第四模拟开关串联的四号二极管；所述一号mcu依次通过第一模拟开关、一号二极管后形成执行电路的第一控制端子，所述二号mcu依次通过第三模拟开关、三号二极管后形成执行电路的第二控制端子，所述一号mcu依次通过第二模拟开关、二号二极管后与第二控制端子连接；所述二号mcu依次通过第四模拟开关、四号二极管后与第一控制端子连接。
48.本发明包括双单片机热备份的电池管理系统和双单片机热备份调控策略，
49.双单片机热备份的电池管理系统具有电池单体电压、温度、总电压、电流等信息采集功能和双备份mcu控制的充电功能、加热功能、通讯功能等，当一号mcu出现宕机等非正常运行故障时，二号mcu自动识别a路mcu故障状态，并接管电池管理系统的控制功能，实现电动无人飞行器用电池的可靠运行。
50.双单片机热备份的电池管理系统控制电路包括双mcu、内部通讯电路、外部通讯电路、信号交互控制电路、执行电路。
51.双单片机热备份调控策略包括信号检测、故障识别、信号控制等判断逻辑。
52.所述双mcu是指该电池管理系统中用于充放电控制的核心微处理器芯片有两个，一号mcu和二号mcu通过内部通讯电路实现采样数据和各自加热、充电、运行状态交互，一号mcu和二号mcu分别配置了外部通讯电路，实现了外部通讯的双备份。
53.一号mcu输出四个控制信号：向第一模拟开关发送第一控制信号、向第二模拟开关发送第二控制信号、向第三模拟开关发送第一控制备份信号、向第四模拟开关发送第二控制备份信号；
54.二号mcu输出四个控制信号：向第三模拟开关发送第三控制信号、向第四模拟开关发送第四控制信号、向第一模拟开关发送第三控制备份信号、向第二模拟开关发送第四控制备份信号；
55.交互控制电路包括第一模拟开关、第二模拟开关、第三模拟开关、第四模拟开关、一号二极管、二号二极管、三号二极管、四号二极管，
56.该电路的输入信号为第一控制信号、第二控制信号、第一控制备份信号、第二控制备份信号，输出信号为第一输出信号和第二输出信号。执行电路包括加热执行电路和充电执行电路，该电路的输入信号为由交互控制电路输的第一输出信号和第二输出信号，该电路分别执行电池系统的加热和充电控制。
57.所述双单片机热备份调控策略由故障检测策略、内部数据发送策略、充电加热控制策略、外部数据发送策略等判断逻辑构成。
58.如图2所示，所述故障检测策略由定时器判断逻辑、心跳信号检测和控制备份信号控制组成，步骤如下：
59.①
判断20ms定时器1中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；
60.②
读取内部总线上的另一个mcu的心跳信号，判断心跳信号是否更迭代，若是，则返回主程序，否则控制备份信号清零，并返回主程序。
61.所述内部数据发送策略由定时器判断逻辑、内部数据读取等步骤构成，执行步骤如下：
62.①
判断100ms定时器1中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；
63.②
读取内部总线单体电压、温度数据，读取内部加热过充状态，心跳信号更新，通过内部总线发送当前mcu状态数据，并返回主程序。
64.所述充电加热控制策略由定时器判断逻辑、adc数据读取转换，过充/加热条件判定等步骤构成，加热策略执行步骤如下：
65.①
判断50ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；
66.②
读取温度信息，判定是否满足加热条件，否，返回主程序；是，第一控制信号和第三控制信号使能，读取加热状态反馈，更新加热状态标志位，并返回主程序。
67.充电策略执行步骤如下：
68.①
判断10ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；
69.②
启动adc转换，读取充放电电流值，判定是否过充，否，返回主程序；是，控制信号x-2使能，读取充电电流，更新充电状态标志位，并返回主程序。
70.所述外部数据发送策略由定时器判断逻辑、数据读取、数据发送等步骤构成，执行步骤如下：
71.①
判断是否收到外部查询指令，若是，清除中断标志，并进入下一步；否则返回主程序；
72.②
查询数据更新并将更新后的数据打包发送，返回主程序
73.以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，包括：控制执行电路工作状态的第一控制电路和第二控制电路；根据控制策略向第一控制电路发送控制信号，向第二控制电路发送控制备份信号的一号mcu；根据控制策略向第二控制电路发送控制信号，向第一控制电路发送控制备份信号的二号mcu；与一号mcu通讯的第一外部通讯电路；与二号mcu通讯的第二外部通讯电路；与一号mcu和二号mcu通讯的内部通讯电路；其中：所述控制策略为：当一号mcu出现非正常运行故障时，二号mcu自动识别一号mcu故障状态，并接管电池管理系统的控制功能，或者，当二号mcu出现非正常运行故障时，一号mcu自动识别二号mcu故障状态，并接管电池管理系统的控制功能。2.根据权利要求1所述具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，所述第一控制电路包括第一模拟开关、第二模拟开关、与第一模拟开关串联的一号二极管，与第二模拟开关串联的二号二极管；所述第二控制电路包括第三模拟开关、第四模拟开关、与第三模拟开关串联的三号二极管，与第四模拟开关串联的四号二极管；所述一号mcu依次通过第一模拟开关、一号二极管后形成执行电路的第一控制端子，所述二号mcu依次通过第三模拟开关、三号二极管后形成执行电路的第二控制端子，所述一号mcu依次通过第二模拟开关、二号二极管后与第二控制端子连接；所述二号mcu依次通过第四模拟开关、四号二极管后与第一控制端子连接。3.根据权利要求1所述具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，所述执行电路包括加热执行电路和充电执行电路。4.根据权利要求1所述具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，所述控制策略包括故障检测策略、内部数据发送策略、充电加热控制策略、外部数据发送策略。5.根据权利要求4所述具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，所述故障检测策略由定时器判断逻辑、心跳信号检测和控制备份信号控制组成，步骤如下：s101、判断20ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；s102、读取内部总线上的另一个mcu的心跳信号，判断心跳信号是否更迭代，若是，则返回主程序，否则第一、第二或者第三、第四控制备份信号清零，并返回主程序。6.根据权利要求4所述具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，所述内部数据发送策略由定时器判断逻辑、内部数据读取构成，执行步骤如下：201、判断100ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；s202、读取内部总线单体电压、温度数据，读取内部加热过充状态，心跳信号更新，通过内部总线发送当前mcu状态数据，并返回主程序。7.根据权利要求4所述具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，所述充电加热控制策略由定时器判断逻辑、adc数据读取转换，过充/加热条件判定构成，加热策略执行步骤如下：
s301、判断50ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；s302、读取温度信息，判定是否满足加热条件，否，返回主程序；是，第一控制信号使能，读取加热状态反馈，更新加热状态标志位，并返回主程序。8.根据权利要求4所述具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，充电策略执行步骤如下：s401、判断10ms定时器中断是否使能；若是，清除中断标志，并进入下一步，否返回主程序；s402、启动adc转换，读取充放电电流值，判定是否过充，否，返回主程序；是，控制信号x-2使能，读取充电电流，更新充电状态标志位，并返回主程序。9.根据权利要求4所述具有双mcu热备份的电池管理系统，其特征在于，所述外部数据发送策略由定时器判断逻辑、数据读取、数据发送构成，执行步骤如下：s501、判断是否收到外部查询指令，若是，清除中断标志，并进入下一步；否则返回主程序；s502、查询数据更新并将更新后的数据打包发送，返回主程序。

技术总结
本发明公开了一种具有双MCU热备份的电池管理系统，属于航空动力电池技术领域，包括：控制执行电路工作状态的第一控制电路和第二控制电路；根据控制策略向第一控制电路发送控制信号，向第二控制电路发送控制备份信号的一号MCU；根据控制策略向第二控制电路发送控制信号，向第一控制电路发送控制备份信号的二号MCU；与一号MCU通讯的第一外部通讯电路；与二号MCU通讯的第二外部通讯电路；与一号MCU和二号MCU通讯的内部通讯电路。通过采用上述技术方案，本发明能够解决当前电池管理中的控制功能的可靠性不足的问题。能的可靠性不足的问题。能的可靠性不足的问题。


技术研发人员：王榘 邢金富 檀帅林 刘文平 刘兴江 呼文韬 张丹红 李钏
受保护的技术使用者：中电科蓝天科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/5/30