CN106953787B - 一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法及装置 - Google Patents
一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106953787B CN106953787B CN201710193269.XA CN201710193269A CN106953787B CN 106953787 B CN106953787 B CN 106953787B CN 201710193269 A CN201710193269 A CN 201710193269A CN 106953787 B CN106953787 B CN 106953787B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery management
- level
- bus
- communication
- node
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000006854 communication Effects 0.000 title claims abstract description 130
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 128
- 230000005012 migration Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000013508 migration Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 7
- 102100039435 C-X-C motif chemokine 17 Human genes 0.000 claims description 4
- 101000889048 Homo sapiens C-X-C motif chemokine 17 Proteins 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
- H04L12/40—Bus networks
- H04L12/407—Bus networks with decentralised control
- H04L12/413—Bus networks with decentralised control with random access, e.g. carrier-sense multiple-access with collision detection (CSMA-CD)
- H04L12/4135—Bus networks with decentralised control with random access, e.g. carrier-sense multiple-access with collision detection (CSMA-CD) using bit-wise arbitration
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B3/00—Line transmission systems
- H04B3/02—Details
- H04B3/04—Control of transmission; Equalising
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
- H04L12/40—Bus networks
- H04L12/40143—Bus networks involving priority mechanisms
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
Abstract
本发明公开了一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法及装置，采用TWI多主机通信模式，主控制器和多个电池管理芯片的权限一样，都属于TWI总线上的主机，只要电池管理芯片发现异常情况，则可以立刻通过总线上传数据告诉主控制器；如果两个或更多主机同时上传数据，则通过优先级仲裁实现通信任务的排序；装置包括一片负责电池管理算法计算的主控制器、多片负责电池组数据采集的电池管理芯片以及多个电平迁移模块，电平迁移模块实现电平转换的作用。本发明通过双向传输信号使电池信息能及时地上传到主控制器，更利于故障电池的诊断、保护及维护。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子与汽车通信技术领域，特别涉及一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法及装置。
背景技术
面对日益严峻的能源匮乏和环境污染等问题，发展新能源汽车是缓解节能减排压力的有效途径，新能源汽车技术受到高度重视。
由于单个电池电压和能量不足以让电动汽车运行，所以一般电动汽车的电源是由很多电池串联而来，这就需要专门的电池管理系统(Battery Management System，BMS)来监测电池。电池管理系统是电池系统的重要组成部分，它通过对锂电池的在线监测和估算，得到当前电池的状况，例如电池荷电状态(State Of Charge，SOC)、电池健康状态(StateOf Health，SOH)等，还可以利用当前状态和一些算法，得到电池寿命(State Of Life，SOL)估计，或进行电池均衡，实现电池热管理、深度充电/放电的保护等功能。
而一个普通的电池管理芯片，并不能监测全部的电池，所以需要多个电池管理芯片协同工作。多个电池管理芯片所采集的信息，都需要传给主控制器，这就需要可靠安全的通信方式。
传统电池管理系统中，当主控制器与电池管理芯片通信模式为主从模式时，主控制器作为主机，电池管理芯片作为从机，主控制器要轮询电池管理芯片搜集的电池信息，即主机要每隔一段时间与从机进行通信，先是与第一个从机进行读取或改写数据操作，然后换下一个从机，以此类推，直到把所有从机的数据读取或改写完毕。采用这种主从模式的不足是，当某一从机检测到电池异常情况时，也只能在被动的情况下(主机刚好与该从机通信)传达至主机，不然只能等到下一个主机轮询周期。对于电池管理系统来说，这种通信模式并不是最优的，影响了异常电池的及时维护。
由于电池串联导致电压越叠越高的特性，各电池管理芯片之间的参考地是不一样的，也就是相互间不能直接通信，否则会由于超过芯片最高耐压值而损坏芯片，甚至发生危险。为解决该问题，可对两个芯片之间的通信进行电气隔离，从而得到可靠安全的通信。现有技术中，电池管理系统解决不同电池管理芯片之间无法共地的问题，均是采用光耦、变压器或者数字隔离器的方案。而这些方案存在以下不足：一、光耦传输速度有限、功耗大、只能单向传输信号并且发光二极管易受时间及温度的影响而老化；二、变压器尺寸大，且有电磁辐射；三、数字隔离器价格昂贵，且每个接口需要一个数字隔离器，可扩展性弱。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法，通过双向传输信号使电池信息能及时地上传到主控制器，更利于故障电池的诊断、保护及维护。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述方法的装置，能够实现不同电平的电池管理芯片的通信，避免使用昂贵的通信隔离芯片，只用简单可行的电路就能实现可靠通信。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法，采用TWI多主机通信模式，主控制器和多个电池管理芯片的权限一样，都属于TWI总线上的主机，只要电池管理芯片发现异常情况，则可以立刻通过总线上传数据告诉主控制器；如果两个或更多主机同时上传数据，则通过优先级仲裁实现通信任务的排序，所述方法包括以下步骤：
S1、TWI总线空闲时，等待通信网络上主机发起通信任务；
S2、将主机看作总线上的多个节点，当某节点欲发起通信任务时，该节点要先变为通信网络的主机；若多个节点发起通信任务，则进行总线仲裁；
S3、先进行时钟同步，然后在SDA线上进行仲裁，赢得仲裁的节点成为通信网络的主机，进行数据传输；丢失仲裁的节点等待下一次总线空闲的时候；
S4、该主机完成通信任务后，将总线转至空闲状态，上次丢失仲裁的节点监测到总线空闲，立刻发起通信任务，进行下一次通信。
优选的，当TWI总线空闲时，SDA和SCL均处于高电平状态，即各不同电平的芯片通信线均保持相对各自芯片参考地的高电平状态。
具体的，步骤S3中进行时钟同步的方法是：如果单个节点输出SCL“0”，其他节点读取SCL为低电平，则其他节点退出总线竞争，该单个节点占领总线；如果两个或多个节点同时发送了SCL时钟信号，这时候就实现总线“线与”的功能，使时钟信号同步。
具体的，步骤S3中在SDA线上仲裁的方法是：节点在SDA线上发送起始条件START信号，节点在输出的同时也在读取线上的状态，当SCL为高，每个节点都读取SDAi以判断SDA的电平是否和它发送的电平吻合，如果发现与自己发送的电平不吻合，即在该SCL周期后自动退出总线的竞争，即先发送“0”的该节点成为主机。
优选的，步骤S3中数据传输的具体步骤为：
当成为主机的节点i的START信号成功发送后，应用程序检验该节点的TWSR是否与预期一致，不一致时执行设定的指定操作；一致时载入节点所要寻找的主控制器的地址和写操作即SLA+W至TWDR，然后节点写入特定值至TWCR，通过SDAi指示通信模块传送SLA+W至总线上，把节点搜集的电池信息发送给主控制器；当主控制器收到信息后，在下一个SCL时钟周期，回应应答位ACK表示数据发送完毕；如果主控制器无法应答，则由节点产生一个终止信号STOP以结束总线的数据传送；
节点收到主控制器的应答位ACK后，继续载入数据至TWDR，写入特定值至TWCR，利用SDAi通过SDA传输数据至主控制器；当主控制器收到数据后，在下一个SCL时钟周期回应应答位ACK；
重复上述步骤直至节点数据传送完毕；
将节点搜集的电池信息读取完成后，主控制器回应最后一个应答位ACK，节点启动STOP信号；通过对主机的TWCR写入特定值，指示在SCL的高电平期间，SDA的低电平转变为高电平，并通过电平迁移模块逐级传递STOP信号通知需要传输信息的其余节点；此后，总线就处于空闲状态，其余节点可以立刻发送START信号占领总线，向主控制器发送电池信息。
一种基于上述方法的多主机通信装置，包括一片负责电池管理算法计算的主控制器，多片负责电池组数据采集的电池管理芯片以及多个电平迁移模块；主控制器与多片电池管理芯片分别各自通过SDA和SCL两根总线并联到TWI总线上，每相邻两个电池管理芯片在总线上通过两个电平迁移模块连接；电池管理芯片k的低电压电平信号通信端口SDAk在SDA线上通过第一电平迁移模块与电池管理芯片k+1的高电压电平信号通信端口SDAk+1相连，电池管理芯片k的低电压电平信号通信端口SCLk在SCL线上通过第二电平迁移模块与电池管理芯片k+1的高电压电平信号通信端口SCLk+1相连，电平迁移模块实现电平转换的作用。
优选的，每个电平迁移模块包含一个把低电压电平信号转换为高电压电平信号的第一迁移电路和一个把高电压电平信号转换为低电压电平信号的第二迁移电路；第一迁移电路和第二迁移电路并联组成一个电平迁移模块实现通信信号的双向传递。
具体的，把低电压电平信号转换为高电压电平信号的第一迁移电路中，包括第一MOS管(Q1)和第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，第一MOS管(Q1)为N型，其源极连接低电平电池管理芯片通信端口，栅极连接低电平电池管理芯片的高电平输出(VCC1)，漏极连接第一电阻(R1)，第一电阻(R1)的另一端连接高电平电池管理芯片通信端口，在第一电阻(R1)和高电平电池管理芯片通信端口中间，通过一个上拉第二电阻(R2)连接到高电平电池管理芯片的高电平输出(VCC2)。
具体的，把高电压电平信号转换为低电压电平信号的第二迁移电路中，包括第二MOS管(Q2)、第三MOS管(Q3)和第三电阻(R3)、第四电阻(R4)，第二MOS管为P型，第三MOS管为N型，其中第二MOS管(Q2)源极连接高电平电池管理芯片的高电平输出(VCC2)，栅极连接高电平电池管理芯片通信端口，漏极连接第三MOS管(Q3)的栅极并将在两者连线的中点通过第四电阻(R4)接低电平电池管理芯片的参考地(GND1)，而第三MOS管(Q3)源极连接低电平电池管理芯片的参考地(GND1)，漏极通过上拉第三电阻(R3)接低电平电池管理芯片的高电平输出(VCC1)，在第三电阻(R3)和漏极之间连接低电平电池管理芯片通信端口。
进一步的，通过设置电平迁移模块内电阻的阻值以适应不同电池间的电压差。
优选的，主控制器用的是F28M35H22C芯片，电池管理芯片用的是Mega32HVB芯片。
优选的，TWI通信网络中的节点地址采用7位编码，所述多主机通信装置最高容许128个芯片连接通信。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明的电平迁移电路为双向传导电路，可以逐级串联实现“线与”的功能，作用于电池管理系统的通信部分，可以解决不同电平之间的芯片通信问题；采用TWI通信多主机模式，通过优先级仲裁实现通信任务的排序使电池信息能及时地上传到主控制器，更利于故障电池的诊断、保护及维护。
2、本发明的电池管理系统芯片通信采用TWI方式，使其通信总线占用空间减小，减少电路板的空间和芯片管脚的数量，降低互联成本。
3、本发明的电平迁移方法是可伸缩的，TWI通信网络中的节点地址采用7位编码，所以本电平迁移方法可最高容许128个芯片连接通信，适用于电动汽车的高压电池组。
4、本发明的电平迁移电路简单，使用元件少而且常见，无需使用昂贵的隔离芯片，节省电池管理系统的成本。
5、本发明的通信方法应用广泛，并不止局限于电池管理系统，当不同参考地的芯片需要电气隔离时，均可以使用本发明专利的电平迁移模块。
附图说明
图1是实施例1的电池管理系统多主机通信装置结构图；
图2是实施例1中6组电池组的电池管理系统TWI多主机通信原理图；
图3是低电压电平信号转换为高电压电平信号的迁移电路LH的硬件电路原理图；
图4是高电压电平信号转换为低电压电平信号的迁移电路HL的硬件电路原理图；
图5是电平迁移模块电路原理图；
图6是实施例2中电池管理系统多主机通信方法流程图；
图7是实施例2中通信过程时序图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信装置，包括负责电池管理算法计算的主控制器、负责电池组数据采集的电池管理芯片以及电平迁移模块。
在本装置中，4节单体电池由一块电池管理芯片进行电池的参数监测，电池管理芯片将搜集得到的单体电池信息通过TWI(Two-wire Serial Interface)通信的方式传给主控制器，让其进行电池的状态估算，得到当前电池组的状况。如图1所示，电池串联后需要多个电池管理芯片进行管理，理论上，n可以为大于0的任意整数，但由于TWI通信方式7位地址的限制，所以基于本电平迁移方法的通信网络可最高容许128个芯片连接通信。
由于通信必须稳定和安全，本装置通信方式采用两线的TWI方式，它是一种用于集成电路芯片间串行通信的二线制通信协议。它通过SDA(串行数据线)及SCL(串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。而因为电池管理芯片和主控芯片内部均含有TWI接口电路，所以要将其实现通信功能，只需外部添加SDA和SCL两根总线并将需要通信的芯片并联到总线上。
但是，每片芯片的电平参考地均不相同，如果按照正常芯片高低电平的方式进行通信，高位的芯片即使输出低电平信号，对于低位的芯片来说也是高电平信号，不但无法识别信号，甚至会损坏芯片，所以使用本装置的电平迁移模块进行电平迁移，使低位的芯片和高位的芯片的相对高低电平能够一一对应，解决TWI中SDA和SCL两根通信线的并联问题。
图2是6组电池组的电池管理系统TWI多主机通信原理图，如图2所示，包括一片负责电池管理算法计算的主控制器F28M35H22C，六片负责电池组数据采集的电池管理芯片Mega32HVB，十个电平迁移模块，每个电平迁移模块包含一个把低电压电平信号转换为高电压电平信号的迁移电路LH和一个把高电压电平信号转换为低电压电平信号的迁移电路HL。主控制器与六片电池管理芯片分别各自通过SDA和SCL两根总线并联到TWI总线上，电池管理芯片在总线上通过电平迁移模块连接，例如电池管理芯片1的低电压电平信号SDA1在SDA线上通过电平迁移模块12D与电池管理芯片2的高电压电平信号SDA2相连，电池管理芯片1的低电压电平信号SCL1在SCL线上通过电平迁移模块12C与电池管理芯片2的高电压电平信号SCL2相连，电平迁移模块实现电平转换的作用。
图3是低电压电平信号转换为高电压电平信号的迁移电路LH的电路原理图。把低电压电平信号转换为高电压电平信号的迁移电路中，包含N型MOSFET管Q1和电阻R1、R2，其中Q1源极连接低电平芯片通信端口SDA1，栅极连接第一节电池的正极B1+，漏极连接电阻R1，R1的另一端连接高电平芯片通信端口SDA2，在电阻R1和SDA2中间，通过一个上拉电阻R2连接到第五节电池的正极B5+。低电平芯片向高电平芯片通信时，利用MOS管GS阻抗近乎无穷大的特性，把低电平芯片通信端口SDA1作为输入信号，高电平芯片通信端口SDA2作为输出信号，当SDA1输出
为高电平时，B1+和VS之间(Q1的栅极和源极)的电压差没达到Q1开启电压(设置为2.8V)，所以Q1断开，SDA2端口电压
为“1”，
维持高电平；当SDA1输出
为低电平时，B1+和VS之间的电压差达到2.8V以上，Q1导通，B5+通过电阻R1和R2分压使SDA2端口电压
为“0”，
变为低电平。
图4是高电压电平信号转换为低电压电平信号的迁移电路HL的硬件电路原理图。把高电压电平信号转换为低电压电平信号的迁移电路中，包含P型MOSFET管Q2、N型MOSFET管Q3和电阻R3、R4，其中Q2源极连接B5+，栅极连接高电平芯片通信端口SDA2，漏极连接Q3的栅极并将两者连线的中点设置为A点，A点通过电阻R4接低电平芯片的参考地GND1，而Q3源极连接低电平芯片的参考地GND1，漏极通过上拉电阻R3接B1+，在电阻R3和漏极之间连接低电平芯片通信端口SDA1。把高电平芯片通信端口SDA2作为输入信号，把低电平芯片通信端口SDA1作为输出信号，当SDA2输出电压
为高电平时，
和B5+之间(Q2的栅极和源极)的电压差没达到Q2开启电压(设置为2.8V)，Q2断开，A点电压VA为低电平芯片的参考地GND1的电平电压，Q3的栅极和源极电压相同，所以Q3断开，低电平芯片通信端口SDA1电压
为“1”，
维持高电平；当SDA2输出电压
为低电平时，
和B5+之间的电压差达到2.8V以上，Q2导通，A点电压升高至B5+，VA和GND1电平电压(Q3的栅极和源极电压)的电压差必定大于Q3开启电压值，Q3导通，
被拉低至GND1电平电压，变为低电平。
通过设置电平迁移模块内电阻的阻值以适应不同电池间的电压差。
图5为电平迁移模块。上述两个模块并联后并不影响两通信模块各自的功能。电平迁移模块则是代表上述两个模块并联后的总模块，其功能是实现高电平芯片和低电平芯片通信之间的相互性，使其能够双向通信。而且电平迁移模块并不影响TWI总线上的并联IC输出“线与”的问题，高电平芯片和低电平芯片无输出会使总线上维持“1”，则每个芯片均处于相对高电平的状态；当高电平芯片或低电平芯片之一输出“0”，总线上会显示“0”，则“0”会顺着总线从该“0”输出芯片的左边和右边逐级作用于各个芯片，使其均处于相对低电平的状态，发挥TWI总线上“线与”的功能。SDA与SCL线路上的电平迁移模块相同。
实施例2
采用TWI多主机通信模式(非主从模式)，主控制器和电池管理芯片的权限是一样的，都是属于TWI总线上的主机，并不存在主机轮询周期的概念，只要电池管理芯片发现异常情况，则可以立刻通过总线上传数据告诉主控制器。如果两个或更多主机同时初始化数据传输，通过优先级仲裁实现通信任务的排序。
本实施例中的通信方式为TWI通信，它是一种用于集成电路芯片间串行通信的二线制通信协议。它通过SDA及SCL两根线把需要通信的芯片连接起来组成通信网络，并根据地址识别每个器件。由于连接到通信线上的器件都是“线与”的关系，可以实现多主通信方式，所以这种电平迁移方法必须要是双向传导的而且能够实现“线与”功能。
在此基础上提出一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法，如图6所示，结合通信过程时序图(图7)，具体步骤如下：
(1)当TWI总线空闲时，SDA和SCL均处于高电平状态，即各不同电平的芯片通信线均保持相对各自芯片参考地的高电平状态。
(2)当某节点欲发起通信任务时，该节点要变为通信网络的主机。网络上的节点必须在SCL线上提供SCL时钟信号，然后在SDA线上发送起始条件START信号。若两个或多个节点在一个SCL周期内均各自产生一个起始条件，这时多个节点处于竞争关系，然而在网络上只会显示一个规定的起始条件，这时候要通过总线仲裁决定哪个节点占领主线，最终成为主机。
首先同步SCL时钟信号，由于总线上具有“线与”的功能，只要某节点SCLi输出“0”，通过电平迁移模块使网络其他SCLk都呈现“0”状态。如果单个节点输出“0”，其他节点读取SCL为低电平，则其他节点退出总线竞争，该单个节点占领总线。如果两个或多个节点同时发送了SCL时钟信号，这时候就实现总线“线与”的功能，使时钟信号同步。同步的SCL时钟的低电平周期由所有主机中最长的低电平周期决定，高电平周期由最短的高电平周期决定。
然后在SDA线上产生仲裁，进行逐位比较，因为节点在输出的同时也在读取线上的状态，所以当SCL为高，每个节点都读取SDAi以判断SDA的电平是否和它发送的电平吻合，如果发现与自己发送的电平不吻合，即在该SCL周期后自动退出总线的竞争。即先发送“0”的该节点成为主机。例如，电池管理芯片3和电池管理芯片1要给主控制器发送数据，图7为两个芯片的仲裁过程，两个芯片都产生了一个起始条件START信号，然后两个电池管理芯片均发送了同一个地址，所以两个节点均判断SDA电平与自己发送的电平吻合，主控制器发送第一个应答位ACK，在下一个数据阶段继续逐位判断，电池管理芯片3发现自己内部发送数据电平为“1”时，SDA线上电平为“0”，所以电池管理芯片3判断总线已经被别的主机优先占领，这时候电池管理芯片3丢失仲裁，并关闭数据输出，而由于总线上是“线与”的关系，所以并不会影响到赢得仲裁的主机电池管理芯片1初始化数据传输。
(3)当电池管理芯片1的START信号成功发送后，应用程序检验电池管理芯片1的TWSR(TWI Status Register，TWI状态寄存器)是否与预期一致，不一致时执行一些指定操作如调用错误处理程序；一致时载入电池管理芯片1所要寻找的主控制器F28M35H22C的7位地址和一位写操作即8位SLA+W至TWDR(TWI Data Register，TWI数据寄存器)，把本电池管理芯片搜集的电池信息发送给主控制器。然后电池管理芯片1通过写入特定值至TWCR(TWIControl Register，TWI控制寄存器)，通过SDA1指示通信模块传送8位SLA+W至总线上。当主控制器从SDA0收到信息后，在下一个SCL时钟周期，必须通过SDA0在SDAi回应一位应答位ACK表示上8位数据接收完毕，即通过SDA0使SDAi转变成低电平。如果主控制器无法应答，必须将数据线置于高电平，而由电池管理芯片1产生一个终止信号以结束总线的数据传送。
(4)电池管理芯片1收到主控制器的应答位ACK后，继续载入8位数据至TWDR，电池管理芯片1通过写入特定值至TWCR，利用SDA1通过SDAi传输至主控制器。当主控制器收到数据后，在下一个SCL时钟周期通过端口SDA0在SDAi拉低电平回应一位应答位ACK。
(5)重复步骤(3)至步骤(4)直至电池管理芯片1数据传送完毕。
(6)主控制器将电池管理芯片1搜集的电池信息接收完成后，在下一个SCL时钟周期通过端口SDA0在SDAi拉低电平回应最后一位应答位ACK，节点启动STOP信号(电池管理芯片1如果是读模式，主控制器必须在最后一位应答位拉高电平发出“非应答”信号，使电池管理芯片1产生一个终止信号以结束总线的数据传送)。通过对电池管理芯片1的TWCR写入特定值，指示SDAi在SCL的高电平期间，SDA的低电平转变为高电平，并通过电平迁移模块的逐级传递STOP信号通知电池管理芯片3。此后，总线就处于空闲状态，电池管理芯片3可以立刻发送START信号占领总线，向主控制器发送电池信息。
述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法，其特征在于，采用TWI多主机通信模式，主控制器和多个电池管理芯片的权限一样，都属于TWI总线上的主机，只要电池管理芯片发现异常情况，则可以立刻通过总线上传数据告诉主控制器；如果两个或更多主机同时上传数据，则通过优先级仲裁实现通信任务的排序，所述方法包括以下步骤：
S1、TWI总线空闲时，等待通信网络上主机发起通信任务；
S2、将主机看作总线上的多个节点，当某节点欲发起通信任务时，该节点要先变为通信网络的主机；若多个节点发起通信任务，则进行总线仲裁；
S3、先进行时钟同步，然后在SDA线上进行仲裁，赢得仲裁的节点成为通信网络的主机，进行数据传输；丢失仲裁的节点等待下一次总线空闲的时候；
S4、该主机完成通信任务后，将总线转至空闲状态，上次丢失仲裁的节点监测到总线空闲，立刻发起通信任务，进行下一次通信；
步骤S3中数据传输的具体步骤为：
当成为主机的节点i的START信号成功发送后，应用程序检验该节点的TWI状态寄存器是否与预期一致，一致时载入节点所要寻找的主控制器的地址和写操作即SLA+W至TWI数据寄存器，然后节点写入特定值至TWI控制寄存器，通过SDAi指示通信模块传送SLA+W至总线上，把节点搜集的电池信息发送给主控制器；当主控制器收到信息后，在下一个SCL时钟周期，回应应答位ACK表示数据发送完毕；如果主控制器无法应答，则由节点产生一个终止信号STOP以结束总线的数据传送；
节点收到主控制器的应答位ACK后，继续载入数据至TWI数据寄存器，写入特定值至TWI控制寄存器，利用SDAi通过SDA传输数据至主控制器；当主控制器收到数据后，在下一个SCL时钟周期回应应答位ACK；
重复上述步骤直至节点数据传送完毕；
将节点搜集的电池信息读取完成后，主控制器回应最后一个应答位ACK，节点启动STOP信号；通过对电池管理芯片的TWCR写入特定值，指示在SCL的高电平期间，SDA的低电平转变为高电平，并通过电平迁移模块逐级传递STOP信号通知需要传输信息的其余节点；此后，总线就处于空闲状态，其余节点可以立刻发送START信号占领总线，向主控制器发送电池信息；
其中，每个电平迁移模块包含一个把低电压电平信号转换为高电压电平信号的第一迁移电路和一个把高电压电平信号转换为低电压电平信号的第二迁移电路；第一迁移电路和第二迁移电路并联组成一个电平迁移模块实现通信信号的双向传递。
2.根据权利要求1所述的多主机通信方法，其特征在于，当TWI总线空闲时，SDA和SCL均处于高电平状态，即各不同电平的芯片通信线均保持相对各自芯片参考地的高电平状态。
3.根据权利要求1所述的多主机通信方法，其特征在于，步骤S3中进行时钟同步的方法是：如果单个节点输出SCL“0”，其他节点读取SCL为低电平，则其他节点退出总线竞争，该单个节点占领总线；如果两个或多个节点同时发送了SCL时钟信号，这时候就实现总线“线与”的功能，使时钟信号同步。
4.根据权利要求1所述的多主机通信方法，其特征在于，步骤S3中在SDA线上仲裁的方法是：节点在SDA线上发送起始条件START信号，节点在输出的同时也在读取线上的状态，当SCL为高，每个节点都读取SDAi以判断SDA的电平是否和它发送的电平吻合，如果发现与自己发送的电平不吻合，即在该SCL周期后自动退出总线的竞争，即先发送“0”的该节点成为主机。
5.一种基于权利要求1所述的多主机通信方法的多主机通信装置，其特征在于，包括一片负责电池管理算法计算的主控制器、多片负责电池组数据采集的电池管理芯片以及多个电平迁移模块；主控制器与多片电池管理芯片分别各自通过SDA和SCL两根总线并联到TWI总线上，每相邻两个电池管理芯片在总线上通过两个电平迁移模块连接；电池管理芯片k的低电压电平信号通信端口SDAk在SDA线上通过第一电平迁移模块与电池管理芯片k+1的高电压电平信号通信端口SDAk+1相连，电池管理芯片k的低电压电平信号通信端口SCLk在SCL线上通过第二电平迁移模块与电池管理芯片k+1的高电压电平信号通信端口SCL k+1相连，电平迁移模块实现电平转换的作用。
6.根据权利要求5所述的多主机通信装置，其特征在于，把低电压电平信号转换为高电压电平信号的第一迁移电路中，包括第一MOS管(Q1)和第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，第一MOS管(Q1)为N型，其源极连接低电平电池管理芯片通信端口，栅极连接低电平电池管理芯片的高电平输出(VCC1)，漏极连接第一电阻(R1)，第一电阻(R1)的另一端连接高电平电池管理芯片通信端口，在第一电阻(R1)和高电平电池管理芯片通信端口中间，通过一个上拉第二电阻(R2)连接到高电平电池管理芯片的高电平输出(VCC2)。
7.根据权利要求5所述的多主机通信装置，其特征在于，把高电压电平信号转换为低电压电平信号的第二迁移电路中，包括第二MOS管(Q2)、第三MOS管(Q3)和第三电阻(R3)、第四电阻(R4)，第二MOS管为P型，第三MOS管为N型，其中第二MOS管(Q2)源极连接高电平电池管理芯片的高电平输出(VCC2)，栅极连接高电平电池管理芯片通信端口，漏极连接第三MOS管(Q3)的栅极并将在两者连线的中点通过第四电阻(R4)接低电平电池管理芯片的参考地(GND1)，而第三MOS管(Q3)源极连接低电平电池管理芯片的参考地(GND1)，漏极通过上拉第三电阻(R3)接低电平电池管理芯片的高电平输出(VCC1)，在第三电阻(R3)和漏极之间连接低电平电池管理芯片通信端口。
8.根据权利要求6或7所述的多主机通信装置，其特征在于，通过设置电平迁移模块内电阻的阻值以适应不同电池间的电压差。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710193269.XA CN106953787B (zh) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | 一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710193269.XA CN106953787B (zh) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | 一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106953787A CN106953787A (zh) | 2017-07-14 |
| CN106953787B true CN106953787B (zh) | 2022-09-20 |
Family
ID=59473951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710193269.XA Expired - Fee Related CN106953787B (zh) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | 一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106953787B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108521854A (zh) * | 2017-05-17 | 2018-09-11 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 通信控制方法、通信主设备和通信系统 |
| CN108170540A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-06-15 | 深圳市科陆电子科技股份有限公司 | 电池簇数据处理方法及电池簇数据处理系统 |
| CN109086239B (zh) * | 2018-07-27 | 2021-10-19 | 北京兴达智联科技有限公司 | 一种高电压环境中多组运行的串行通信方法和系统 |
| CN109066878B (zh) * | 2018-08-31 | 2020-09-25 | 维沃移动通信有限公司 | 一种电源系统 |
| CN109587021B (zh) * | 2018-12-28 | 2021-05-18 | 北京强联通讯技术有限公司 | 数据传输方法及数据传输系统 |
| CN110247452A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-17 | 惠州市亿兆能源科技有限公司 | 电池管理系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1815992A (zh) * | 2005-02-04 | 2006-08-09 | 美国凹凸微系有限公司 | 不共地串行总线物理层实现 |
| CN202918032U (zh) * | 2012-12-10 | 2013-05-01 | 惠州市亿能电子有限公司 | 一种具有组网功能的电池管理系统 |
| CN103299473A (zh) * | 2010-09-02 | 2013-09-11 | 普罗特拉公司 | 用于电池管理的系统和方法 |
| CN103617138A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-03-05 | 深圳市兴威帆电子技术有限公司 | 多主机仲裁方法及多主机通信系统 |
| CN104242375A (zh) * | 2013-06-05 | 2014-12-24 | 三星Sdi株式会社 | 电池管理系统及其管理方法、能量存储系统和车辆 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9467368B2 (en) * | 2013-03-04 | 2016-10-11 | Dell Products, Lp | System and method for routing data to devices within an information handling system |
-
2017
- 2017-03-28 CN CN201710193269.XA patent/CN106953787B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1815992A (zh) * | 2005-02-04 | 2006-08-09 | 美国凹凸微系有限公司 | 不共地串行总线物理层实现 |
| CN103299473A (zh) * | 2010-09-02 | 2013-09-11 | 普罗特拉公司 | 用于电池管理的系统和方法 |
| CN202918032U (zh) * | 2012-12-10 | 2013-05-01 | 惠州市亿能电子有限公司 | 一种具有组网功能的电池管理系统 |
| CN104242375A (zh) * | 2013-06-05 | 2014-12-24 | 三星Sdi株式会社 | 电池管理系统及其管理方法、能量存储系统和车辆 |
| CN103617138A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-03-05 | 深圳市兴威帆电子技术有限公司 | 多主机仲裁方法及多主机通信系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106953787A (zh) | 2017-07-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106953787B (zh) | 一种基于电平迁移的电池管理系统多主机通信方法及装置 | |
| CN101329663B (zh) | 一种实现片上系统管脚分时复用的装置及方法 | |
| KR101749185B1 (ko) | 통신 방법, 통신 시스템, 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 | |
| CN106301342B (zh) | 接口电路及终端设备 | |
| US20130088237A1 (en) | Battery-monitoring device | |
| US10468896B2 (en) | Intelligent switch system and control method | |
| WO2008145011A1 (fr) | Procédé de transmission de signal parallèle d'une alimentation ininterrompue | |
| CN111427831A (zh) | 一种基于电源管理总线协议的接口实现方法 | |
| CN104331031A (zh) | 功率供应系统和方法 | |
| CN212112457U (zh) | 一种总线控制器 | |
| CN203588122U (zh) | 基于OpenVPX标准的主控器 | |
| US20200356511A1 (en) | Control circuit, communication device, and communication system | |
| CN204256738U (zh) | S7-200PLC与I/A Series的数据线 | |
| CN206698247U (zh) | 一种电平迁移模块及电池管理系统多主机通信装置 | |
| CN102882261B (zh) | 充电系统、数字接口电路及其控制方法 | |
| CN214623371U (zh) | 一种车载以太网接口转换装置 | |
| CN208092483U (zh) | 用于机器人的大脑通信系统控制器及机器人 | |
| RU123272U1 (ru) | Универсальный конвертер интерфейсов | |
| CN105335322A (zh) | 一种spi接口转换i2c总线接口的方法及转换器 | |
| CN211378028U (zh) | 一种带保护装置的光模块及光模块通讯系统 | |
| TWM321548U (en) | Control device for level shift of IIC | |
| CN104375966A (zh) | 处理器接口的隔离控制装置及方法 | |
| CN217825004U (zh) | 一种充电机数据经rs485、can输出电路 | |
| CN218957057U (zh) | 卫星轨道管道控制策略注入装置及系统 | |
| CN216565446U (zh) | 交换机电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220920 |