CN106848456B - 电池模组电流开关通信电路及通信方法 - Google Patents

电池模组电流开关通信电路及通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的电池模组电流开关通信电路，包括主控单元、多个从控单元、二极管、电容、负载，所述主控单元与多个从控单元串联连接，串联连接后分别与二极管、电容、负载并联连接；电池模组中每个电池单元设置从控单元，用于采集本地电池单元的电压、温度信息；电池模组设置主控单元，通过电池模组上串联的电流开关导通和关断控制每个从控单元；每个从控单元利用本地电池单元上串联的电流开关导通和关断将本地电池单元信息传送到主控单元。本发明的电池单元数据的传送不需要使用导线连接或者光纤连接，简化了电池模组的结构，提高电池模组安全性。

Description

电池模组电流开关通信电路及通信方法
技术领域
本发明涉及本发明涉及大功率的动力电池模组通信技术领域，具体涉及一种电池模组电流开关通信电路及通信方法。
背景技术
电池模组由多个电池单元串联而成以提高电压，大功率的动力电池模组由上百只电池单元串联，电池模组电压甚至达到500V以上。为对电池进行管理，需要采集串联电池单元的电压、温度、气体压力等数据。
现有技术方案是在每个电池单元设计独立的从控制器对本地电池数据进行采集，然后每个从控制器再将采集到的本地数据传送到主控制器进行处理。主控制器和多个从控制器，可以采用现场总线通信方式。当电池电压比较高时通信总线需要电气隔离，同时也为了抗干扰，主控制器和从控制器的连接不采用双绞线或同轴电缆等导线直接连接。可以采用光纤连接，即将现场总线的通信信号光调制，主控制器和电池单元的从控制器光纤连接。光纤连接能进行有效的电气隔离和电磁抗干扰，但光纤连接使用成本较高。
为实现电气隔离，主控制器和多个从控制器，也可以采用无线通信方式，即采样数据射频调制然后进行发射。但是无线信号容易受到变换器、开关、电机等的干扰，且无线信号容易被金属屏蔽，电池包装壳、电池固定架、散热器等辅助装置等不能过多使用金属。
发明内容
本发明为了解决背景技术中提出的问题，提供了一种电池模组电流开关通信电路和通信方法，电池单元数据的传送不需要使用导线连接或者光纤连接，简化了电池模组的结构，提高电池模组安全性。
本发明提出的一种电池模组电流开关通信电路，包括主控单元、多个从控单元、二极管、电容、负载，所述主控单元与多个从控单元串联连接，串联连接后分别与二极管、电容、负载并联连接；
电池模组中每个电池单元设置从控单元，用于采集本地电池单元的电压、温度信息；
电池模组设置主控单元，通过电池模组上串联的电流开关导通和关断控制每个从控单元；
每个从控单元利用本地电池单元上串联的电流开关导通和关断将本地电池单元信息传送到主控单元。
在上述技术方案中，所述主控单元包括主控制器、主电流传感器、主控开关，主电流传感器与主控开关串联；所述主控制器的输入端连接主电流传感器，主控制器的输出端连接主控开关；所述主控制器通过电流传感器采样电池模组的放电电流，所述主控制器控制主电流开关导通和关断从而控制电池模组的放电电流的通断。
在上述技术方案中，所述从控单元包括从控制器、从电流传感器、从控开关，电池单元，所述电池单元与从电流传感器、从控开关串联；所述从控制器的输入端连接从电流传感器，从控制器的输出端连接从控开关；所述从控制器通过电流传感器采样电池单元的放电电流，从控制器控制从电流开关导通和关断从而控制电池单元的放电电流通断。
在上述技术方案中，所述主电流传感器和从电流传感器使用霍尔器件。
在上述技术方案中，所述主控开关和从控开关使用SCR、GTR、GTO、MOSFET、IGBT中的一种电力电子器件。
在上述技术方案中，所述负载包括第一负载、第一负载开关、第二负载和第二负载开关，通信时断开第一负载，接通第二负载，降低主控开关和从控开关所使用的开关器件的开关应力。
本发明同时提供了一种上述的电池模组电流开关通信电路的通信方法，主控制器和每个从控制器进行自检，通过其自身的电流传感器接收自己控制的通断信息，将接收信息和发送信息比较，判断发送信息是否正确或者线路是否正常；
主控制器和每个从控制器通过各自的电流传感器检测到电流通断，通过各自的电流开关控制电流通断；主控制器和从控制器的工作状态包括以下几种：
(一)、主发送从接收，主控制器控制对应主控开关控制电流通断，所有的从控制器均通过从电流传感器接收通断信息；
(二)、从发送主接收，从控制器控制从控开关控制电流通断，主控制器通过主电流传感器接收通断信息；
(三)、主自检和从自检，主控制器通过控制主控开关，或者从控制器通过控制从控开关控制电流通断，主控制器或从控制器通过其自身的电流传感器接收自己控制的通断信息，将接收信息和发送信息比较判断发送信息是否正确或者线路是否正常。
上述的通信方法，主控制器和从控制器之间的通信帧包含同步头、帧类别、电池单元编号、数据、校验码；
同步头：发送方给接收方识别帧的特别信号，作为波特率同步信号，通过该信号计算波特率；
帧类别，设定为控制帧、数据帧、重传帧中的一种；
电池编号，为电池单元地址；
数据，为采样的电压、温度、压力数据；
校验码，为CRC校验码。
连续的高电平或者连续的低电平若不经过调制直接控制电流开关，会使得电流开关维持长时间导通或者长时间关断。为避免上述问题，发送方采用曼彻斯特编码，接收方接收信号后进行曼彻斯特解码。
本发明设计的电路和通信方法是：每个电池单元设置从控制器，采集本地电池单元的电压、温度等相关信息；电池模组有主控制器；主控制器利用电池模组上串联的电流开关导通和关断控制每个从控制器，每个从控制器利用本地电池单元上串联的电流开关导通和关断将电池信息传送到主控制器。
本发明的蓄电池模组电流开关通信电路和方法，电池单元数据的传送不需要使用导线连接或者光纤连接，简化了电池模组的结构，提高电池模组安全性。
附图说明
图1是电池模组电流开关通信电路示意图；
图2是电池模组电流开关通信帧结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示的电池模组电流开关通信电路包括主控单元1、多个从控单元2、二极管3、电容4、负载5，主控单元1与多个从控单元2串联，然后与二极管3、电容4和负载5并联。主控单元1包括主控制器11、主电流传感器12、主控开关13，主电流传感器12与主控开关13串联。主控制器11通过电流传感器12能采样电池模组的放电电流，主控制器11控制主电流开关13导通和关断从而控制电池模组的放电电流的通断。
从控单元2包括从控制器21、从电流传感器22、从控开关23，电池单元24，电池单元24与从电流传感器22、从控开关23串联。从控制器21通过电流传感器22采样电池单元24的放电电流，从控制器21控制从电流开关23导通和关断从而控制电池单元24的放电电流通断。
主电流传感器12和从电流传感器22使用霍尔器件，以免增加放电回路电阻。
主控开关13和从控开关23使用SCR、GTR、GTO、MOSFET、IGBT等电力电子器件。
负载5是整体设备用电负载，负载接入使电池模组产生放电电流，该电流也是每个电池单元的放电电流；二极管3给负载电流提供续流通道；电容4减小通信过程中电流断续在负载上产生的电流纹波。
由于负载种类多，有的电流很大，有的传输线很长具有感性，有的甚至就是电机一类感性负载，有的负载电流很不稳定。大电流感性负载的通断，增加了主电流开关和从电流开关所使用的开关器件的开关应力；不稳定的负载会造成通信数据错误。为此，把用电负载分为两类，长传输线、大电流、非稳定或者具有感性的负载为第一负载，稳定的小电流阻性负载为第二负载。
该电池模组电流开关通信电路的负载5包括第一负载51、第一负载开关53、第二负载52和第二负载开关54。通信时断开第一负载51，接通第二负载52。
断开第一负载接通第二负载，该方法能降低主电流开关和从电流开关所使用的开关器件的开关应力，提高通信速率。
主控制器和每个从控制器能自检，即能通过其自身的电流传感器接收自己控制的通断信息，将接收信息和发送信息比较判断发送信息是否正确或者线路是否正常。
主控制器和从控制器能通过各自的电流传感器检测到电流通断，也能通过各自的电流开关控制电流通断。主控制器和从控制器有以下几种工作状态。
1、主发送从接收，主控制器控制对应电流开关控制电流通断，所有的从控制器均可以通过其电流传感器接收通断信息。
2、从发送主接收，从控制器控制对应电流开关控制电流通断，主控制器通过其电流传感器接收通断信息。
3、主自检和从自检，主控制器或者从控制器控制对应电流开关控制电流通断，同时也通过其自身的电流传感器接收自己控制的通断信息，将接收信息和发送信息比较判断发送信息是否正确或者线路是否正常。
主控制器和从控制器之间发送信息的通信帧如图2所示，包含同步头、帧类别、电池单元编号、数据、校验码。
同步头：发送方给接收方识别帧的特别信号，也可以作为波特率同步信号，通过该信号可以计算波特率。
加入帧类别，如控制帧、数据帧、重传帧等；
加入电池编号，也就是地址；
数据；采样的电压、温度、压力等数据；
校验码：常见的是加入CRC校验码；发送方采用曼彻斯特编码，接收方接收信号后进行曼彻斯特解码。
以电动汽车电池模组电流开关通信电路和通信方法的具体实施例详细说明本发明的技术方案的实施。
实施例一
电动汽车电压标称值为133.2V，由单一本发明的电池模组组成，电池模组内12个电池单元串联，每个电池单元为三个锂电池单体，单元标称电压为11.1V。
主电流传感器和从电流传感器选择100A霍尔传感器，主电流开关和从电流开关均选择300V150A的MOS管芯。
第一负载为电动车的电机，平均功率6.5KW，额定电流50A，冲击电流150A，第一负载开关为200A继电器。第二负载为车灯，电流为5A，第二负载开关为10A继电器。在停车间隙，或者下坡或滑行状态，切换至第二负载进行通信。
通信帧为：4位帧识别码，6位电池编号，12位电压参数，12位温度参数，12位压力参数，16位CRC校验，共62位。曼彻斯特编码后相当于帧长度加倍为124位，再加8位帧前同步位一共共132位。
该电动汽车的蓄电池模组采用本发明的电流开关通信电路和方法，其电池单元数据的传送不需要使用导线连接或者光纤连接，从而简化了电池模组的结构，提高电池模组安全性。采用断开第一负载接通第二负载，该方法能降低主电流开关和从电流开关所使用的开关器件的最大电流值和最高电压值，增加安全性；较小的工作电流和较稳定的工作负载也能提高通信速率。
实施例二
更大功率的电动车为了减小传输电流需要进一步提高电压。
电动汽车电压标称值为699.2V，由六个本发明的电池模组串联组成，每个电池模组组成、参数和工作方式都与实施例一相同。
电池模组之间光纤连接，采用光电隔离的现场总线通信方式。
本发明的蓄电池模组电流开关通信电路和方法，电池单元数据的传送不需要使用导线连接或者光纤连接，简化了电池模组的结构，提高电池模组安全性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种电池模组电流开关通信电路的通信方法，其特征在于：
电池模组电流开关通信电路包括主控单元（1）、多个从控单元（2）、二极管（3）、电容（4）、负载（5），所述主控单元（1）与多个从控单元（2）串联连接，串联连接后分别与二极管（3）、电容（4）、负载（5）并联连接；
电池模组中每个电池单元设置从控单元（2），用于采集本地电池单元的电压、温度信息；
电池模组设置主控单元（1），通过电池模组上串联的电流开关导通和关断控制每个从控单元（2）；
每个从控单元（2）利用本地电池单元上串联的电流开关导通和关断将本地电池单元信息传送到主控单元（1）；
所述主控单元（1）包括主控制器（11）、主电流传感器（12）、主控开关（13），主电流传感器（12）与主控开关（13）串联；所述主控制器（11）的输入端连接主电流传感器（12），主控制器（11）的输出端连接主控开关（13）；所述主控制器（11）通过电流传感器（12）采样电池模组的放电电流，所述主控制器（11）控制主电流开关（11）导通和关断从而控制电池模组的放电电流的通断；
所述从控单元（2）包括从控制器（21）、从电流传感器（22）、从控开关（23），电池单元（24），所述电池单元（24）与从电流传感器（22）、从控开关（23）串联；所述从控制器（21）的输入端连接从电流传感器（22），从控制器（21）的输出端连接从控开关（23）；所述从控制器（21）通过电流传感器（22）采样电池单元（24）的放电电流，从控制器（21）控制从电流开关（23）导通和关断从而控制电池单元（24）的放电电流通断；
主控制器（11）和每个从控制器（21）进行自检，通过其自身的电流传感器接收自己控制的通断信息，将接收信息和发送信息比较，判断发送信息是否正确或者线路是否正常；
主控制器（11）和每个从控制器（21）通过各自的电流传感器检测到电流通断，通过各自的电流开关控制电流通断；主控制器和从控制器的工作状态包括以下几种：
（一）、主发送从接收，主控制器（11）控制对应主控开关（13）控制电流通断，所有的从控制器（21）均通过从电流传感器（22）接收通断信息；
（二）、从发送主接收，从控制器（21）控制从控开关（23）控制电流通断，主控制器（11）通过主电流传感器（12）接收通断信息；
（三）、主自检和从自检，主控制器（11）通过控制主控开关（13），或者从控制器（21）通过控制从控开关（23）控制电流通断，主控制器（11）或从控制器（21）通过其自身的电流传感器接收自己控制的通断信息，将接收信息和发送信息比较判断发送信息是否正确或者线路是否正常。
2.根据根据权利要求1所述的电池模组电流开关通信电路的通信方法，其特征在于：主控制器（11）和从控制器（21）之间的通信帧包含同步头、帧类别、电池单元编号、数据、校验码；
同步头：发送方给接收方识别帧的特别信号，作为波特率同步信号，通过该信号计算波特率；
帧类别，设定为控制帧、数据帧、重传帧中的一种；
电池编号，为电池单元地址；
数据，为采样的电压、温度、压力数据；
校验码，为CRC校验码。
3.根据根据权利要求2所述的电池模组电流开关通信电路的通信方法，其特征在于：发送方采用曼彻斯特编码，接收方接收信号后进行曼彻斯特解码。
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