CN106030964A - 用于通过使用频率调制设置标识符的电池管理单元和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于通过开始信号的频率设置通信标识符的电池管理单元。根据本发明的电池管理单元分析接收的开始信号的频率。如果开始信号的频率是基本频率，电池管理单元将它自己设置为主控单元。如果开始信号的频率不是基本频率，电池管理单元将它自己设置为从属单元。另外，当向另一个相邻的电池管理单元输出开始信号时，根据本发明的电池管理单元通过将开始信号的频率调制为通过向电池管理单元接收的频率增加附加频率值生成的频率而输出开始信号。这样，电池管理单元能够设置电池管理单元的身份，也能够通过分析接收的频率值设置电池管理单元的通信标识符。

Description

用于通过使用频率调制设置标识符的电池管理单元和方法
技术领域
本公开涉及用于设置标识符的电池管理装置及其方法，特别涉及在具有主从结构的多电池管理装置中设置其身份的电池管理装置及其方法。
本公开要求2014年2月24日在韩国提出的韩国专利申请号10-2014-0021282和2015年2月24日在韩国提出的韩国专利申请号10-2015-0025843的优先权，其全部公开在此通过参考并入。
背景技术
由于易于应用到多种产品的特性和例如高能量密度的电气特性，二次电池不仅通常应用在便携式设备，且普遍应用在电动汽车(EV)或混合动力汽车(HV)以及使用电驱动电源驱动的储能系统。二次电池由于其显著减少化石能源的使用且在使用能量时不产生副产品的主要优点吸引了关注，使它成为新型的环境友好且节能的能源。
在电动汽车中使用的电池组具有这样的结构，其中多个电池胞组件串联连接，每个电池胞组件包括多个单元电池胞，以提供高输出。同样，单元电池胞可以通过元件之间的电化学反应被重复地充电和放电，这些元件包括正极集流体、负极集流体、隔膜、活性材料和电解质溶液。
除这种基础结构之外，电池组进一步包括电池管理单元(BMU)，以通过将一种用于控制电力供应的算法应用于驱动负载例如发动机、例如电流和电压的电气特性值的测量、充电/放电控制、电压均衡控制和电荷状态(SOC)的估计，监视和控制二次电池的状态。
最近，伴随储能电源的大容量结构和使用的需求增长，对具有多模块结构的电池组的需求增加，其中多模块电池组中装配有多个电池模块，电池模块包括多个串联和/或并联连接的电池。
由于具有多模块结构的电池组包括多个电池，利用单个BMU控制所有电池的充电/放电过程存在限制。因此，引入了一种最新技术，其中BMU被安装在电池组所包括的每个电池模块上，其中一个BMU被指定为主控BMU，其余的BMU被指定为从属BMU，这样每个电池模块的充电和放电以主-从模式控制。
日本专利公开号2010-141971公开了早期的关于主从模式的技术的示例。该现有技术公开了被初始指定为具有主控身份的BMU向被初始指定为具有从属身份的BMU发送唤醒信号。
然而，诸如前述的早期技术需要付出双倍努力以分别生产具有主控身份的BMU和具有从属身份的BMU且为每种身份开发适合的算法。进一步，当需要对已有的电池组进行诸如替代/添加的操作时，根据替代的/添加的BMU的身份设置标示符很复杂。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决本领域的问题，因此本公开涉及通过使用简单的算法提供用于设置标示符的电池管理单元及其方法。
技术方案
为了实现该目标，根据本公开的电池管理单元包括第一端子和第二端子、存储单元和控制单元，第一端子和第二端子可以连接到串行通信线路，存储单元存储唤醒信号的基本频率，控制单元在当经第一端子接收的唤醒信号的频率对应于存储单元存储的基本频率时设置控制单元的身份为主控单元。
根据本公开的控制单元可以在当经第一端子接收的唤醒信号的频率不对应于存储单元中存储的基本频率时，将控制单元的身份设置为从属单元。
根据本公开的存储单元进一步存储附加频率值。在这种情况下，在控制单元设置控制单元的身份之后，控制单元可以经第二端子输出具有经第一端子接收的唤醒信号的频率与存储单元中存储的附加频率值的总和的唤醒信号。
根据本公开的控制单元可以通过确定有多少个附加频率值被增加到经第一端子接收的唤醒信号的频率中的基本频率上来设置控制单元的通信标示符。
根据本公开的电池管理单元可以是电池管理系统的组件，电池管理系统包括多个电池管理单元和连接该多个电池管理单元的串行通信线路。
根据本公开的实施例，串行通信线路是菊链(daisy chain)。
根据本公开的电池管理系统可以是电池组的组件，电池组包括电池管理系统和电连接的多个二次电池，因此充电和放电被电池管理系统控制。
根据本公开的电池组可以是电池操作系统的组件，电池操作系统包括电池组和由电池组供电的负载。在这种情况下，负载可以进一步包括外部控制单元，外部控制单元连接到电池组内包括的串行通信线路的一端。另外，外部控制单元可以经串行通信线路输出具有基本频率的唤醒信号。另一方面，负载可以是电驱动的装置或移动设备。
为实现本目标，根据本公开的用于设置电池管理系统的通信标识符的方法是这样一种方法，通过该方法，包括连接到串行通信线路的第一端子和第二端子、存储唤醒信号的基本频率的存储单元和控制单元的电池管理单元设置该电池管理单元的通信标示符，且该方法包括(a)通过控制单元，确定经第一端子接收的唤醒信号的频率是否对应于存储单元中存储的基本频率，以及(b)当经第一端子接收的唤醒信号的频率对应于基本频率时，利用所述控制单元设置控制单元的身份为主控单元。
根据本公开的实施例，步骤(b)进一步包括，当经第一端子接收的唤醒信号的频率不对应于存储单元中存储的基本频率时，利用所述控制单元设置控制单元的身份为从属单元。
电池管理单元的存储单元可以进一步存储附加频率值。在这种情况下，根据本公开的用于设置通信标识符的方法可以进一步包括：(c)在控制单元设置控制单元的身份之后，利用所述控制单元经第二端子输出具有经第一端子接收的唤醒信号的频率与存储单元中存储的附加频率值的总和的唤醒信号。
根据本公开的用于设置通信标识符的方法可以进一步包括：(d)利用控制单元通过确定有多少个附加频率值被增加到经第一端子接收的唤醒信号的频率中的基本频率而设置控制单元的通信标识符。
有益效果
根据本公开的一个方面，可以通过唤醒信号的频率调制自动设置电池管理单元的身份。
根据本公开的另一个方面，不需要根据身份分别生成电池管理单元或安装分别的算法。因此，电池管理单元的生产容易，电池管理系统的配置也容易。
根据本公开的再另一个方面，可以通过简单的操作添加或替换新的电池管理单元。
附图说明
附图示例了本公开的优选实施例，且与前述发明内容一起用于对本公开的技术思想提供进一步的理解，且因此本公开不被解释成被附图所限制。其中
图1是根据本公开的实施例的示出电池管理单元的架构的概括的框图；
图2是根据本公开的实施例的示出电池管理系统的架构的概括的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解在说明书和权利要求书中使用的术语不限于常规和词典含义来解释，而应基于对应于本公开的技术方面的含义和理念理解，基于以下原则，即发明人被允许适当地定义术语以用于最好的解释。因此，此处提出的描述仅为了说明优选示例，而不限制本公开的范围，所以应理解在不背离本公开的思想和范围的情况下可以对此做出其他的相似物和修改。
图1是根据本公开的实施例示出电池管理单元10的架构的概括的框图。
参阅图1，根据本公开的电池管理系统10包括第一端子11、第二端子12、存储单元14和控制单元15。
第一端子11和第二端子12可以与串行通信线路13相连接。控制单元15经由第一端子11接收用于唤醒电池管理单元10的信号，且控制单元15经由第二端子12输出用于唤醒其他电池管理单元的信号。
作为参考，在通常情况下，电池管理单元10以睡眠状态待机，当接收到来自具有高等级身份的单元(例如主控单元或外部控制单元)的信号时，其开始唤醒。在这个实例中，使电池管理单元10开始唤醒的信号是“唤醒信号”。
串行通信线路13代表一种连接构架，其中接收信号的接收器变成发送器且将信号传递给另一个按中继方式与之连接的邻近的接收器。
第一端子11和第二端子12指的是与串行通信线路13连接的两个端子。如此处所描述，每个电池管理单元10经由第一端子11接收唤醒信号，经串行通信线路连接的另外电池管理单元经由第二端子12发送唤醒信号。然而，“第一”和“第二”是用于区分连接到串行通信线路13上的两个端子的术语，而不表示位置/功能/通信序列/优先级。
存储单元14存储唤醒信号的基本频率。
控制单元15确定经第一端子11接收的唤醒信号的频率是否对应于存储单元14中储存的基本频率。同时，当唤醒信号的频率对应于该基本频率时，控制单元15将其身份设置为主控单元。
相反地，当经第一端子11接收的唤醒信号的频率不对应于存储单元14中存储的基本频率时，控制单元15将其身份设置为从属单元。
另一方面，存储单元14可以进一步储存附加频率值。
在控制单元15设置其身份(主控或从属)之后，控制单元15经由第二端子12输出具有经第一端子11接收的唤醒信号的频率与存储单元14中存储的附加频率之和的唤醒信号。
进一步，控制单元15可以通过确定有多少个附加频率值被增加到经第一端子1接收的唤醒信号的频率中的基本频率而设置其通信标识符。
根据实施例，为了使控制单元15确定输入到第一端子11的唤醒信号的频率值是否对应于基本频率以及把附加频率加到基本频率多少次，电池管理单元10可以进一步包括频率分析器。频率分析器可以通过多种方法分析输入的唤醒信号的频率。作为示例，频率分析器可以通过分析唤醒信号的每个频率的功率值分布图，确定拥有最高功率值的频率作为该唤醒信号的频率。
进一步，根据实施例，为了使控制单元15经由第二端子12输出增加了附加频率值的唤醒信号，电池管理单元10可以进一步包括频率发生器。该频率发生器可以根据等于基本频率与预定数量的附加频率值的总和的频率值生成频率。这样，具有期望频率值的唤醒信号可以经由第二端子12被输出。
根据另一个实施例，电池管理单元10可以进一步包括频率调制器。频率调制器可以把经第一端子11接收的唤醒信号的频率值调制为对应于增加了预定数量附加频率值的频率值的频率。这样，具有期望频率值的唤醒信号可以经第二端子12被输出。
为了更好地理解根据本公开的电池管理单元10，将通过包括多个电池管理单元和连接该多个电池管理单元的串行通信线路的电池管理系统来描述。
图2是根据本公开的实施例示出电池管理系统的概括的框图。
参阅图2，N个根据本公开的电池管理单元10通过串行通信线路13彼此相连接。
串行通信线路可以是菊链(daisy chain)。菊链是指多个设备顺序连接的总线方案。与简单的总线连接不同，菊链支持一种信号传输方法，通过该方法链中的一个设备可以通过中继方案向其他设备发送信号。虽然连接到菊链上的所有设备可以发送同样的信号，接收到信号的设备可以将信号进行调制且发送给另外的设备。
为了方便理解，假设电池管理系统是电池组的组件，电池组包括电池管理系统和多个二次电池(未示出)，它们彼此电气连接，因此充电和放电都被电池管理系统控制。
电池组可以是电池操作系统的组件，电池操作系统包括电池组和由电池组供电的负载。
电池操作系统可以包括例如电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、电动自行车(E-Bike)、电动工具、储能系统、不间断电源(UPS)、便携式计算机、移动电话、便携式音频设备和便携式视频设备，以及负载可以包括例如通过由电池组提供的电力产生旋转力的电极，或是将由电池组提供的电力转换成用于多种电路组件的电源的功率转换电路。
为了方便理解，从列出的示例中选择了电动汽车，且将基于该选择提供描述。电动汽车有中央控制器以控制电动汽车很多组件。中央控制器可以控制电池组。因此，中央控制器连接到电池组所包括的串行通信线路13的一端。因为中央控制器控制电池组，在电池管理单元10的位置，中央控制器被识别为外部控制单元20。
外部控制单元20通过串行通信线路13输出具有基本频率的唤醒信号。作为示例，基本频率为10Hz。
在多个电池管理单元中，通过串行通信线路13直接连接到外部控制单元20的电池管理单元10-1接收唤醒信号。在这个实例中，因为接收的唤醒信号的频率对应于存储单元14中存储的基本频率，电池管理单元10-1将它自己设置为主控单元。同时，电池管理单元10-1把增加了存储单元14中存储的附加频率的唤醒信号输出到串行通信线路13。作为示例，附加频率值是10Hz。这样，电池管理单元10-1将具有20Hz频率的唤醒信号输出到连接在右侧的电池管理单元10-2。
由于接收的唤醒信号的频率不对应于存储单元14中存储的基本频率，电池管理单元10-2将其身份设置为从属单元。同时，电池管理单元10-2输出增加了附加频率值的唤醒信号到串行通信线路13。这样，电池管理单元10-2将具有30Hz频率的唤醒信号输出到连接在右侧的电池管理系统10-3。
当然，由于接收的唤醒信号的频率不对应于存储单元14中存储的基本频率，电池管理单元10-3将其身份设置为从属单元。
通过如上述对唤醒信号的频率调制，可以自动地设置电池管理单元10的身份。
进一步，如前述，每个电池管理单元10可以通过确定有多少个附加频率值被增加到接收的唤醒信号的频率中的基本频率来设置其通信标识符。作为示例，每个电池管理单元10可以将增加的频率的数量识别它的通信标识符。更精确地，由于电池管理单元10-2接收的唤醒信号的频率是20Hz，增加到10Hz基本频率的频率值是10Hz。因为附加频率被增加了一次，电池管理单元10-2将其通信标识符设置为“从属-1”。因为增加的频率值是20Hz(增加了两次)，电池管理单元10-3将其通信标识符设置为“从属-2”。由于增加的频率值是30Hz(增加了三次)，电池管理单元10-3将其通信标识符设置为“从属-3”。以这种方式，电池管理单元10可以不重复地设置通信标识符。通信标识符“从属-1、从属-2和从属-3”是为了便于理解而任意设置的标识符，并不限制本公开。因此，本公开能够设置不同类型的标识符。
另一方面，为了执行前文描述的多种控制逻辑，控制单元15可以包括处理器、专用集成电路(ASIC)、其他芯片集、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器和数据处理器，在本公开技术领域内周所周知。同样，当上述控制逻辑作为软件实现时，控制单元15可以被实现为程序模块的集合。在这个实例中，程序模块可以被存储在存储单元14中且被处理器执行。
另一方面，存储单元14可以在控制单元15的内部或外部，且可以通过多种众所周知的方法连接到控制单元15。存储单元14对应于诸如已知的半导体器件或硬盘的、已知于能够记录和擦除数据的高容量存储介质，例如随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和电气可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，以及包含任何能够存储信息的设备，无论设备类型如何，且不指示特殊的存储设备。
另一方面，为了执行作为电池管理单元10的功能，控制单元15可以在普通等级控制多种功能，包括对包括电压或电流的二次电池的电气性能值的测量、充电/放电控制、电压均衡控制和电荷状态(SOC)估计。同样，控制单元15可以发送控制单元15所负责的二次电池的状态值到比控制单元15更高等级的单元(主控单元或外部控制单元)，或通过串行通信线路13从高等级单元接收与二次电池的充电和放电有关联的控制信号。
同时，在本公开的描述中，应理解图1和图2所示出的本公开的每个元件或组件是逻辑区分而不是物理区分。
也就是说，每个元件或组件对应于逻辑元件或组件以实现本公开的技术方面，且因此应解释为即使每个元件或组件是集成的或分离的，只要通过本公开的该逻辑元件或组件所执行的功能可以被实现，则其落在本公开的范围当中，且其落在本公开的范围当中，无论名字是否相同、或是否是执行相同或相似功能的元件或组件。
尽管本公开与有限数量的实施例和附图相关联，被上文所描述，本公开不受限于此，且应理解本领域技术人员可以在本发明的技术方面和权利要求的等价范围内做出多种修改或改变。

Claims (14)

1.一种电池管理单元，包括
第一端子和第二端子，所述第一端子和所述第二端子能够连接到串行通信线路；
存储单元，所述存储单元存储唤醒信号的基本频率；以及
控制单元，当经所述第一端子接收的唤醒信号的频率对应于所述存储器中存储的所述基本频率时，所述控制单元设置所述控制单元的身份为主控单元。
2.根据权利要求1所述的电池管理单元，其中，当经所述第一端子接收的所述唤醒信号的频率不对应于所述存储单元中存储的所述基本频率时，所述控制单元设置所述控制单元的身份为从属单元。
3.根据权利要求2所述的电池管理单元，其中，所述存储单元还存储附加频率值，以及
在所述控制单元设置所述控制单元的身份之后，所述控制单元经所述第二端子输出具有和值的唤醒信号，所述和值是经所述第一端子接收的所述唤醒信号的频率与所述存储单元中存储的所述附加频率值的和。
4.根据权利要求3所述的电池管理单元，其中，所述控制单元通过确定有多少个附加频率值被增加到经所述第一端子接收的所述唤醒信号的频率中的所述基本频率而设置所述控制单元的通信标识符。
5.一种电池管理系统，包括：
多个电池管理单元，所述电池管理单元是根据权利要求4所述的电池管理单元；以及
串行通信线路，所述串行通信线路连接所述多个电池管理单元。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其中，所述串行通信线路是菊链。
7.一种电池组，包括：
根据权利要求5所述的电池管理系统；以及
电连接的多个二次电池，使得充电和放电由所述电池管理系统控制。
8.一种电池操作系统，包括：
根据权利要求7所述的电池组；以及
由所述电池组供电的负载。
9.根据权利要求8所述的电池操作系统，其中所述负载进一步包括外部控制单元，所述外部控制单元连接到所述电池组中包含的所述串行通信线路的一端，以及
所述外部控制单元经所述串行通信线路输出具有所述基本频率的唤醒信号。
10.根据权利要求9所述的电池操作系统，其中所述负载是电驱动装置或移动设备。
11.一种用于设置电池管理单元的通信标识符的方法，所述电池管理单元包括能够连接到串行通信线路的第一端子和第二端子、存储唤醒信号的基本频率的存储单元以及控制单元，所述方法包括：
(a)利用所述控制单元确定经所述第一端子接收的唤醒信号的频率是否对应于所述存储单元中存储的所述基本频率；以及
(b)当经所述第一端子接收的所述唤醒信号的频率对应于所述基本频率时，由所述控制单元设置所述控制单元的身份为主控单元。
12.根据权利要求11所述的设置电池管理单元的通信标识符的方法，其中，所述步骤(b)进一步包括，当经所述第一端子接收的所述唤醒信号的频率不对应于所述存储单元中存储的所述基本频率时，由所述控制单元设置所述控制单元的身份为从属单元。
13.根据权利要求12所述的设置电池管理单元的通信标识符的方法，其中，所述存储单元进一步存储附加频率值，以及
所述方法进一步包括：(c)在所述控制单元设置所述控制单元的身份之后，由所述控制单元经所述第二端子输出具有和值的唤醒信号，所述和值是经所述第一端子接收的所述唤醒信号的频率与所述存储单元中存储的所述附加频率值的和。
14.根据权利要求13所述的设置电池管理单元的通信标识符的方法，进一步包括：
(d)通过所述控制单元，通过确定有多少个附加频率值被增加到经所述第一端子接收的所述唤醒信号的频率中的所述基本频率而设置所述控制单元的通信标识符。
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