CN103399537B - 基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种了基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，包括设置在数据总线上的若干个浮动控制器，各浮动控制器采用的菊花链连接模式连接成一闭环，浮动控制器的浮动节点处设置有耦合器件，浮动控制器包括收发器和数据采集控制器，所述收发器设有作为浮动控制器的浮动节点的正、负接收端和正、负发送端。本发明的基于电平浮动控制器及菊花链架构的电池储能系统，使用浮动控制器的局域网技术，采用闭环的菊花链架构，利用磁耦或者电容的隔离通讯方式，和相应的编码实现不同电池电位节点的通讯，以便获得每个单元电压信息，并进行管理，具有低成本，高抗干扰，高可靠性的特点。

Description

基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统
技术领域
本发明涉及电池储能系统通讯技术领域，具体涉及一种基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统。
背景技术
在大容量电池储能系统或者太阳能电站的应用中，需要将单个或多个单体电芯串并联组成一定容量和电压标准的电池模块（battery module）或者电池组串, 然后在标准模块的基础上再进行串联，并联的组合，形成更高电压，更大容量的储能或者发电系统。这种分布式的单体电芯串并联结构需要对每个不同电位的节点（电池模块或者组串）进行数据通讯，以获得对每个单元的电压信息并进行管理，传统的方式采用一下两种方式：
（1）星形连接结构，本地节点信息采样结束以后，利用光耦或者磁耦器件的隔离通讯的方式将信息传递给和中央控制单元共地的控制器，然后控制器通过CAN总线或者485总线，将数据传递给中央控制单元，或者中央控制单元通过总线的通讯方式对共地的本地控制器发布命令，本地控制通过隔离器件和高压采样节点进行控制，该方式需要多路的隔离器件（数据和时钟），单独的协议控制器件（一般为MCU单片机）， 以及收发器和线路的驱动器；
（2）菊花链的结构，本地节点信息采样结束以后，利用光耦或者磁耦器件电容等隔离通讯的方式，或者电平移位等高压转低压的方式，把信息传递的下一个节点，这样一级一级的传输，最终把数据传递给低压的中央控制单元，同样中央控制单元也是通过一级一级数据传送的方式将控制命令传递给本地节点。
上述两种对每个单元的电压信息管理的方式，在所有的通讯协议，编码方式、信道和器件的选取都必须满足不同电位的节点通讯，都是基于满足高可靠性，高抗干扰的能力，但是构建过程很复杂，实现不方便，而且成本较高，因此构建一种和不同电位节点的通讯，高可靠性，高抗干扰、低成本的电池储能系统架构，是当前急需解决的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是克服现有的电池储能系统架构，构建过程很复杂，实现不方便，成本较高的问题。本发明的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，使用电平浮动控制器的局域网技术，采用闭环的菊花链架构，利用磁耦或者电容的隔离通讯方式，和相应的编码实现不同电池电位节点的通讯，以便获得每个单元电压信息，并进行管理，具有低成本，高抗干扰，高可靠性的特点。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，其特征在于：包括设置在数据总线上的若干个浮动控制器，各浮动控制器采用的菊花链连接模式连接成一闭环，所述浮动控制器的浮动节点处设置有耦合器件，所述浮动控制器包括收发器和数据采集控制器，所述收发器设有作为浮动控制器的浮动节点的正、负接收端和正、负发送端，所述数据采集控制器发布命令或数据经过数据总线到达下一级浮动控制器内的数据采集控制器，下一级数据采集控制器把命令或数据转换成个收发器识别的命令帧或者数据帧结构，并通过收发器处理命令帧或者数据帧，并将处理后的数据通过电缆传送给再下一级的数据采集控制器，依次循环，返回最上级的数据采集控制器。
前述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，其特征在于：所述收发器还包括
输入匹配电阻，用于减少收发器的回波损耗；
输入缓冲器，用于浮动节点处输入信号缓冲，并给输入处耦合器件提供偏置；
滤波器，用于滤除输入信号的高频噪声；
峰值检测和数据判别器：检出输入信号的峰值，按照一定的比例（分压）作为数据的判别门限，高于这个电平为“1”，低于门限为“0”；
数据采样器，利用高频时钟对数据进行采样，并提取数据；
成帧器，用于命令或数据转换成个收发器识别的命令帧或者数据帧结构；
线路驱动器，驱动电缆负载，使输出信号满足要电缆传输的要求；
输出阻抗匹配电阻，用于减少收发器的回波损耗；
所述输入匹配电阻设置在收发器正、负接收端之间，并依次通过输入缓冲器、滤波器、数据采样器、成帧器，并与线路驱动器相连接，所述线路驱动器的输出端为收发器的正、负发送端，所述输出阻抗匹配电阻分别串联在正、负发送端。
前述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，其特征在于：所述数据采集控制器发布命令或数据的模式包括同步模式、异步模式和数据同步读取和复用。
前述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，其特征在于：所述耦合器件为磁耦器件或者电容器件。
前述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，其特征在于：收发器的供电方式为外接电源或本地电池电源。
前述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，其特征在于：所述线路驱动器采用差分驱动或者全桥驱动。
前述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，其特征在于：所述数据采集控制器发布命令或数据是采用基带传输的，编码为极性交替转换码、三阶高密度码或者数字双相码。
本发明的有益效果是：本发明的基于电平浮动控制器及菊花链架构的电池储能系统，使用浮动控制器的局域网技术，采用闭环的菊花链架构，利用磁耦或者电容的隔离通讯方式，和相应的编码实现不同电池电位节点的通讯，以便获得每个单元电压信息，并进行管理，具有低成本，高抗干扰，高可靠性的特点。
附图说明
图1是本发明的耦合器件为磁耦器件的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统的示意图。
图2是本发明的耦合器件为电容器件的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统的示意图。
图3是本发明的隔离后输出信号的波形图。
图4是本发明的线路驱动器输出“+1”的系统框图。
图5是本发明的线路驱动器输出“+1”的时序图。
图6是本发明的线路驱动器输出“-1”的系统框图。
图7是本发明的线路驱动器输出“-1”的时序图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，耦合器件为磁耦器件的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，包括设置在数据总线上的若干个浮动控制器，各浮动控制器采用的菊花链连接模式连接成一闭环，每个浮动控制器的浮动节点连接一个电池节点，浮动控制器的浮动节点处设置有耦合器件，浮动控制器包括收发器和数据采集控制器，收发器设有作为浮动控制器的浮动节点的正、负接收端和正、负发送端，数据采集控制器发布命令或数据经过数据总线到达下一级浮动控制器内的数据采集控制器，下一级数据采集控制器把命令或数据转换成个收发器识别的命令帧或者数据帧结构，并通过收发器处理命令帧或者数据帧，并将处理后的数据通过电缆传送给再下一级的数据采集控制器，依次循环，返回最上级的数据采集控制器，最上级的数据采集控制器来判断数据的有效性，以实现不同电池电位节点的通讯。
所述数据采集控制器发布命令或数据是采用基带传输的，基带传输码型最好具有内在的纠错能力，可以选择极性交替转换码（AMI）、三阶高密度码（HDB3）或者数字双相码（Manchester）。
所述数据采集控制器发布命令或数据的模式包括同步模式、异步模式和数据同步读取和复用，
同步模式：发布广播命令，各个浮动控制器节点接受到命令后执行同样的操作，利用命令帧来同步；
异步模式：各个浮动控制器节点自由工作在本地时钟上，每个浮动控制器节点可以异步的向发布告警等信息；
数据同步读取和复用：发出读取命令，浮动控制器节点的读取命令后自动产生数据帧并把数据帧复用到传输数据中，并把数据传送到下一个浮动控制器节点。
所述收发器还包括输入匹配电阻RR，用于减少收发器的回波损耗；
输入缓冲器，用于浮动节点处输入信号缓冲，并给输入处耦合器件(这里为变压器)提供偏置；
滤波器，用于滤除输入信号的高频噪声；
峰值检测和数据判别器：检出输入信号的峰值，按照一定的比例（分压）作为数据的判别门限，高于这个电平为“1”，低于门限为“0”；
数据采样器，利用高频时钟对数据进行采样，并提取数据；
成帧器，用于命令或数据转换成个收发器识别的命令帧或者数据帧结构，即将传送的数据进行整形，是要传送数据的能量的频谱适合于指定信道的传输；
线路驱动器，驱动电缆负载，使输出信号满足要电缆传输的要求；
输出阻抗匹配电阻RT，用于减少收发器的回波损耗；
所述输入匹配电阻设置在收发器正、负接收端之间，并依次通过输入缓冲器、滤波器、数据采样器、成帧器，并与线路驱动器相连接，所述线路驱动器的输出端为收发器的正、负发送端，所述输出阻抗匹配电阻分别串联在正、负发送端。
所述输入匹配电阻RR可以集成到线路驱动器中，以减少电阻的能量损耗，当传输距离很短的时，匹配要求可以忽略，电阻RR仅作为负载，Vref 为输入偏置电压，Rb1，2 为隔离电阻，隔离偏置和输入，降低对偏置驱动的要求。
如图2所示，基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统的耦合器件为电容器件，结构与磁耦器件一致，这里就不做介绍。
本发明采用变压器或者电容起到隔离作用，输出信号是经过编码的数据，如图3所示，T为波特率；Tw为脉冲宽度；Tr为上升沿时间；Tf为下降沿时间；Vp信号幅度，满足直流分量尽量小的要求，波形的参数适合信道的传输。
本发明的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通讯系统，收发器的供电方式为外接电源或本地电池电源，本地电池电源具有电能量均衡的功能，某个浮动控制器节点通过向下一个浮动控制器节点发出连续数据可以消耗掉本地多余的能量。
所述线路驱动器采用差分驱动或者全桥驱动，如图4所示，当输出“+1”信号时，负载驱动（驱动开关）1和4 打开，产生+1 的脉冲信号，时序图为图5所示；如图6所示，当输出“-1”信号时，负载驱动（驱动开关）打开，产生-1的脉冲信号，时序图为图7所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统，其特征在于：包括设置在数据总线上的若干个浮动控制器，各浮动控制器采用的菊花链连接模式连接成一闭环，所述浮动控制器的浮动节点处设置有耦合器件，所述浮动控制器包括收发器和数据采集控制器，所述收发器设有作为浮动控制器的浮动节点的正、负接收端和正、负发送端，所述数据采集控制器发布命令或数据经过数据总线到达下一级浮动控制器内的数据采集控制器，下一级数据采集控制器把命令或数据转换成收发器识别的命令帧或者数据帧结构，并通过收发器处理命令帧或者数据帧，并将处理后的数据通过电缆传送给再下一级的数据采集控制器，依次循环，返回最上级的数据采集控制器；
所述收发器还包括
输入匹配电阻，用于减少收发器的回波损耗；
输入缓冲器，用于浮动节点处输入信号缓冲，并给输入处耦合器件提供偏置；
滤波器，用于滤除输入信号的高频噪声；
峰值检测和数据判别器：用于检出输入信号的峰值，并制定数据的判别门限；
数据采样器，利用高频时钟对数据进行采样，并提取数据；
成帧器，用于命令或数据转换成个收发器识别的命令帧或者数据帧结构；
线路驱动器，驱动电缆负载，使输出信号满足电缆传输的要求；
输出阻抗匹配电阻，用于减少收发器的回波损耗；
所述输入匹配电阻设置在收发器正、负接收端之间，并依次通过输入缓冲器、滤波器、数据采样器、成帧器，并与线路驱动器相连接，所述线路驱动器的输出端为收发器的正、负发送端，所述输出阻抗匹配电阻分别串联在正、负发送端。
2.根据权利要求1所述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统，其特征在于：所述数据采集控制器发布命令或数据的模式包括同步模式、异步模式和数据同步读取和复用。
3.根据权利要求1所述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统，其特征在于：所述耦合器件为磁耦器件或者电容器件。
4.根据权利要求1所述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统，其特征在于：收发器的供电方式为外接电源或本地电池电源。
5.根据权利要求1所述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统，其特征在于：所述线路驱动器采用差分驱动或者全桥驱动。
6.根据权利要求1所述的基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统，其特征在于：所述数据采集控制器发布命令或数据是采用基带传输的，编码为极性交替转换码、三阶高密度码或者数字双相码。
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