CN110148983B - 用于主动均衡电路的菊花链通讯系统及主动均衡电路 - Google Patents

用于主动均衡电路的菊花链通讯系统及主动均衡电路 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式提供一种用于主动均衡电路的菊花链通讯系统及主动均衡电路，属于电池管理技术领域。该菊花链通讯系统包括：第一可控开关的一端与第一电池单元的正极连接；第一互感器的第一端与第一可控开关的另一端连接，第一互感器的第二端与第一电池单元的负极连接，第一互感器的第三端与第二电池单元的负极连接，第一互感器的第四端与第二电池单元的正极连接；第二可控开关的一端与第二电池单元的正极连接；第二互感器的第一端与第一电池单元的负极连接，第二互感器的第二端与第一电池单元的正极连接，第二互感器的第三端通过第二可控开关与第二电池单元的正极连接，第二互感器的第四端与第二电池单元的负极连接。

Description

用于主动均衡电路的菊花链通讯系统及主动均衡电路
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，具体地涉及一种用于主动均衡电路的菊花链通讯系统及主动均衡电路。
背景技术
大容量锂电池组在新能源汽车、大容量储能系统中的应用越来越广泛。锂电池组在实际使用过程中必须有电池管理系统对其进行监控和保护。电池管理系统在检测电池组的单体电压、温度及电流的同时，还执行对电池组的状态估算、对外通信以及故障诊断与保护等的操作。由于锂电池在生产制造时以及使用环境的差异，随着使用时间的增长，锂电池单体之间的不一致性会增大，从而影响电池有效容量的发挥。因此，在电池组使用的过程中，需要采用均衡电路对锂电池进行均衡以改善锂电池的容量差异。
电池管理系统的主从机通讯系统中，主从机的通讯策略是通讯系统的核心技术，在当前的电池管理系统中，主要由以下两种通讯策略方式：隔离串口通讯方式，包括隔离SPI、I2C总线、隔离CAN总线等；菊花链通讯方式，其包括了基于SPI的菊花链方式、基于串口的菊花链方式等。
当前电池的均衡方案主要由被动均衡和主动均衡两种方式，其中，主动均衡可以解决组内电池不均衡和组间电池不均衡的问题，一般解决组间电池不均衡采用的双向隔离DC/DC设计。
上述通讯策略和主动均衡技术在现有电池管理系统中是独立的两部分电路和功能，不存在交叉，这就提高了电池管理系统的设计成本。但是，如果将两者简单地组合在一起，主动均衡的部分就会产生对通讯线路的干扰。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种用于主动均衡电路的菊花链通讯系统及主动均衡电路，该菊花链通讯系统及主动均衡电路可以同时实现电池单元之间的通讯和主动均衡的功能。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种用于主动均衡电路的菊花链通讯系统，所述主动均衡电路用于均衡第一电池单元和第二电池单元，所述菊花链通讯系统可以包括：
第一可控开关，所述第一可控开关的一端与所述第一电池单元的正极连接；
第一互感器，所述第一互感器的第一端与所述第一可控开关的另一端连接，所述第一互感器的第二端与所述第一电池单元的负极连接，所述第一互感器的第三端与所述第二电池单元的负极连接，所述第一互感器的第四端与所述第二电池单元的正极连接；
第二可控开关，所述第二可控开关的一端与所述第二电池单元的正极连接；
第二互感器，所述第二互感器的第一端与所述第一电池单元的负极连接，所述第二互感器的第二端与所述第一电池单元的正极连接，所述第二互感器的第三端通过所述第二可控开关与所述第二电池单元的正极连接，所述第二互感器的第四端与所述第二电池单元的负极连接；
控制器，与所述第一可控开关和所述第二可控开关的控制端连接，用于：
接收所述主动均衡电路的均衡状态以及所述第一电池单元与第二电池单元之间的通讯状态；
在所述主动均衡电路的主动均衡机制开启且所述第一电池单元与所述第二电池单元通讯的情况下，向所述第一可控开关和/或所述第二可控开关输入第一驱动信号以使得所述第一电池单元和/或所述第二电池单元发出二进制数字1，向所述第一可控开关和/或所述第二可控开关输入第二驱动信号以使得所述第一电池单元和/或所述第二电池单元发出二进制数字0，从而使得所述第一电池单元与所述第二电池单元建立通讯，向所述第一可控开关或所述第二可控开关输入所述第一驱动信号以使得所述第一电池单元向所述第二电池单元充电或所述第二电池单元向所述第一电池单元充电，其中，所述第一驱动信号的频率高于所述第二驱动信号。
可选地，所述控制器进一步用于：
在所述主动均衡机制不开启、所述第一电池单元与所述第二电池单元通讯的情况下，向所述第一可控开关和/或所述第二可控开关输入所述第一驱动信号以使得所述第一电池单元和/或所述第二电池单元发出二进制数字1，向所述第一可控开关和/或所述第二可控开关输入第二驱动信号以使得所述第一电池单元和/或所述第二电池单元发出二进制数字0，从而使得所述第一电池单元与所述第二电池单元建立通讯。
可选地，所述控制器进一步用于：
在所述主动均衡机制开启、所述第一电池单元与所述第二电池单元之间未通讯的情况下，向所述第一可控开关或所述第二可控开关输入所述第一驱动信号以使得所述第一电池单元向所述第二电池单元充电或所述第二电池单元向所述第一电池单元充电。
可选地，所述菊花链通讯系统进一步包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第一互感器的第四端连接，所述第一二极管的负极与所述第二电池单元的正极连接。
可选地，所述菊花链通讯系统进一步包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第二互感器的第二端连接，所述第二二极管的负极与所述第一电池单元的正极连接。
可选地，所述控制器进一步用于：
调节所述第一驱动信号的占空比以调节所述第一电池单元与所述第二电池单元之间的充电电流。
另一方面，本发明实施方式还提供一种主动均衡电路，所述主动均衡电路包括如上述任一所述的菊花链通讯系统。
通过上述技术方案，本发明实施方式提供的用于主动均衡电路的菊花链通讯系统及主动均衡电路通过以第一波形信号作为二进制数字1和充电电流、以第二波形信号作为二进制数字0的方式同时实现了第一电池单元和第二电池单元之间的通讯的功能，减少了电池管理系统线路的设计成本。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的主动均衡电路的电路图；
图2是根据本发明的一个实施方式的第一波形信号和第二波形信号的波形图；以及
图3是根据本发明的一个实施方式的第一驱动信号和第二驱动信号的波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种菊花链通讯策略，该菊花链通讯策略可以用于主动均衡电路。如图1所示，该主动均衡电路可以包括第一电池单元BT1和第二电池单元BT2。该菊花链通讯策略可以包括：
在主动均衡机制开启、第一电池单元BT1与第二电池单元BT2通讯的情况下，第一电池单元BT1以第一波形信号f1作为二进制数字1、第二波形信号f2作为二进制数字0与第二电池单元BT2建立通讯。
在该主动均衡机制中，在第一电池单元BT1的电压大于第二电池单元BT2的情况下，该菊花链通讯策略可以包括第一电池单元BT1以第一波形信号f1向第二电池单元BT2充电；在第二电池单元BT2的电压大于第一电池单元BT1的情况下，该菊花链通讯策略可以包括第二电池单元BT2以第一波形信号f1向第一电池单元BT1充电。
在本发明的一个实施方式中，对于主动均衡机制不开启、第一电池单元BT1与第二电池单元BT2通讯的情况，第一电池单元BT1则可以以第一波形信号f1作为二进制数字1、第二波形信号f2作为二进制数字0与第二电池单元BT2建立通讯。
在本发明的一个实施方式中，对于主动均衡机制开启、第一电池单元BT1与第二电池单元BT2之间未通讯的情况，第一电池单元BT1则可以以第一波形信号f1向第二电池单元BT2充电或第二电池单元BT2以第一波形信号f1向第一电池单元BT1充电。
在本发明的一个实施方式中，考虑到电池管理系统需要控制第一电池单元BT1和第二电池单元BT2之间的充电电流的大小。那么，在该菊花链通讯策略中，可以通过调节第一波形信号f1的占空比来调节第一电池单元BT1与第二电池单元BT2之间的充电电流。
对于该第一波形信号f1和第二波形信号f2，可以是如图2所示的波形形式。在图2中，该第一波形信号f1的频率高于第二波形信号f2，因此，在接收端(第一电池单元BT1或电池单元BT2)对信号解码的过程中，可以针对两者的频率的不同来解码出二进制数字0或1。由于在该菊花链通讯策略中，第一电池单元BT1和第二电池单元BT2之间的充电和通讯均采用第一波形信号f1，这样使得第一电池单元BT1和第二电池单元BT2即使在通讯的情况下，也不影响两者之间的主动均衡，反之亦然。
本发明的另一方面还提供一种用于主动均衡电路的菊花链通讯系统。如图1所示，该菊花链通讯系统可以包括第一可控开关K1、第二可控开关K2、第一互感器T1、第二互感器T2以及控制器(图1中未示出)。
第一可控开关K1的一端与第一电池单元BT1的正极连接；第一互感器T1的第一端与第一可控开关K1的另一端连接，第一互感器T1的第二端与第一电池单元BT1的负极连接，第一互感器T1的第三端与第二电池单元BT2的负极连接，第一互感器T1的第四端与第二电池单元BT2的正极连接；第二可控开关K2的一端与第二电池单元BT2的正极连接；第二互感器T2的第一端与第一电池单元BT1的负极连接，第二互感器T2的第二端与第一电池单元BT1的正极连接，第二互感器T2的第三端通过第二可控开关K2与第二电池单元BT2的正极连接，第二互感器T2的第四端与第二电池单元BT2的负极连接。
控制器可以与第一可控开关K1和第二可控开关K2的控制端连接，用于接收主动均衡电路的均衡状态以及第一电池单元BT1与第二电池单元BT2之间的通讯状态；在主动均衡电路的主动均衡机制开启且第一电池单元BT1与第二电池单元BT2通讯的情况下，向第一可控开关K1和/或第二可控开关K2输入第一驱动信号f01以使得第一电池单元BT1和/或第二电池单元BT2发出二进制数字1，向第一可控开关K1和/或第二可控开关K2输入第二驱动信号f02以使得第一电池单元BT1和/或第二电池单元BT2发出二进制数字0，从而使得第一电池单元BT1与第二电池单元BT2建立通讯。另外，对于该控制器，可以是包括但不限于通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)、状态机、系统级芯片(SOC)等。
对于该主动均衡的过程，在第一电池单元BT1的电压大于第二电池单元BT2的情况下，控制器向第一可控开关K1输入第一驱动信号f01以使得第一电池单元BT1向第二电池单元BT2充电；在第二电池单元BT2的电压大于第一电池单元BT1的情况下，控制器可以向第二可控开关K1输入第一驱动信号f01以使得第二电池单元BT2向第一电池单元BT1充电。
对于该第一驱动信号f01，可以是用于控制第一可控开关K1或第二可控开关K2以产生第一波形信号f1；对于该第二驱动信号f02，可以是用于控制第一可控开关K1或第二可控开关K2以产生第二波形信号f2。如图2和图3所示，在第一波形信号f1的频率高于第二波形信号f2的情况下，第一驱动信号f01的频率也应当高于第二驱动信号f02。
在本发明的一个实施方式中，如图1所示，该菊花链通讯系统还可以包括第一二极管D1和第二二极管D2。第一二极管D1的正极可以与第一互感器T1的第四端连接，第一二极管D1的负极可以与第二电池单元BT2的正极连接；第二二极管D2的正极可以与第二互感器T1的第二端连接，第二二极管D2的负极与第一电池单元BT1的正极连接。
本发明的再一方面还提供一种主动均衡策略，该主动均衡策略可以包括：
1、以第一波形信号为二进制数字1、第二波形信号为二进制数字0建立第一电池单元BT1和第二电池单元BT2之间的通讯；
2、判断第一电池单元BT1与第二电池单元BT2之间是否需要开启主动均衡。在该实施方式中，判断是否需要开启主动均衡的方式可以是本领域人员所知的多种。在本发明的一个示例中，可以是例如判断第一电池单元BT1的电压与第二电池单元BT2的电压的差值是否大于预设的阈值，在判断大于该阈值的情况下，判断需要开启主动均衡。
3、在判断第一电池单元BT1与第二电池单元BT2之间需要开启主动均衡的情况下，控制第一电池单元BT1以第一波形信号f1向第二电池单元BT2充电或第二电池单元BT2以第一波形信号f1向第一电池单元BT1充电。
在本发明的一个实施方式中，该主动均衡策略还可以包括：调节第一波形信号的占空比以调节第一电池单元BT1与第二电池单元BT2之间的充电电流。
本发明的再一方面还提供一种主动均衡电路，该主动均衡电路可以包括如图1中所示出的菊花链通讯系统。
本发明的再一方面还提供一种存储介质，该存储介质存储有指令，该指令用于被机器读取以使得机器执行如上述任一的策略。
通过上述技术方案，本发明实施方式提供的菊花链通讯策略、菊花链通讯系统、主动均衡策略、主动均衡电路及存储介质通过以第一波形信号作为二进制数字1和充电电流、以第二波形信号作为二进制数字0的方式同时实现了第一电池单元BT1和第二电池单元BT2之间的通讯的功能，减少了电池管理系统线路的设计成本。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (7)

1.一种用于主动均衡电路的菊花链通讯系统，所述主动均衡电路用于均衡第一电池单元和第二电池单元，其特征在于，所述菊花链通讯系统包括：
第一可控开关，所述第一可控开关的一端与所述第一电池单元的正极连接；
第一互感器，所述第一互感器的第一端与所述第一可控开关的另一端连接，所述第一互感器的第二端与所述第一电池单元的负极连接，所述第一互感器的第三端与所述第二电池单元的负极连接，所述第一互感器的第四端与所述第二电池单元的正极连接；
第二可控开关，所述第二可控开关的一端与所述第二电池单元的正极连接；
第二互感器，所述第二互感器的第一端与所述第一电池单元的负极连接，所述第二互感器的第二端与所述第一电池单元的正极连接，所述第二互感器的第三端通过所述第二可控开关与所述第二电池单元的正极连接，所述第二互感器的第四端与所述第二电池单元的负极连接；
控制器，与所述第一可控开关和所述第二可控开关的控制端连接，用于：
接收所述主动均衡电路的均衡状态以及所述第一电池单元与第二电池单元之间的通讯状态；
在所述主动均衡电路的主动均衡机制开启且所述第一电池单元与所述第二电池单元通讯的情况下，向所述第一可控开关和/或所述第二可控开关输入第一驱动信号以使得所述第一电池单元和/或所述第二电池单元发出二进制数字1，向所述第一可控开关和/或所述第二可控开关输入第二驱动信号以使得所述第一电池单元和/或所述第二电池单元发出二进制数字0，从而使得所述第一电池单元与所述第二电池单元建立通讯，向所述第一可控开关或所述第二可控开关输入所述第一驱动信号以使得所述第一电池单元向所述第二电池单元充电或所述第二电池单元向所述第一电池单元充电，其中，所述第一驱动信号的频率高于所述第二驱动信号。
2.根据权利要求1所述的菊花链通讯系统，其特征在于，所述控制器进一步用于：
在所述主动均衡机制不开启、所述第一电池单元与所述第二电池单元通讯的情况下，向所述第一可控开关和/或所述第二可控开关输入所述第一驱动信号以使得所述第一电池单元和/或所述第二电池单元发出二进制数字1，向所述第一可控开关和/或所述第二可控开关输入第二驱动信号以使得所述第一电池单元和/或所述第二电池单元发出二进制数字0，从而使得所述第一电池单元与所述第二电池单元建立通讯。
3.根据权利要求1所述的菊花链通讯系统，其特征在于，所述控制器进一步用于：
在所述主动均衡机制开启、所述第一电池单元与所述第二电池单元之间未通讯的情况下，向所述第一可控开关或所述第二可控开关输入所述第一驱动信号以使得所述第一电池单元向所述第二电池单元充电或所述第二电池单元向所述第一电池单元充电。
4.根据权利要求1所述的菊花链通讯系统，其特征在于，所述菊花链通讯系统进一步包括第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第一互感器的第四端连接，所述第一二极管的负极与所述第二电池单元的正极连接。
5.根据权利要求1所述的菊花链通讯系统，其特征在于，所述菊花链通讯系统进一步包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第二互感器的第二端连接，所述第二二极管的负极与所述第一电池单元的正极连接。
6.根据权利要求1所述的菊花链通讯系统，其特征在于，所述控制器进一步用于：
调节所述第一驱动信号的占空比以调节所述第一电池单元与所述第二电池单元之间的充电电流。
7.一种主动均衡电路，其特征在于，所述主动均衡电路包括如权利要求1至6任一所述的菊花链通讯系统。
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