CN110247994A - 一种基于rs-485通信协议的多锂电池组动态id分配协议系统 - Google Patents

一种基于rs-485通信协议的多锂电池组动态id分配协议系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂电池组通信领域，特别涉及一种基于RS‑485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，包括共同连接于同一网络中的主控单元与多个锂电池组；网络中主控单元自动分通信地址，即动态ID分配；主控单元采用发送广播信号，多个锂电池组接收广播信号抢占通信地址，并采用随机时间片方式应答主控单元广播信号，随机时间片中时间片轮询值小的锂电池组抢占通信地址，并向主控单元返回抢占成功信息；其他锂电池组则继续随广播信号抢占剩余通信地址。本申请的系统适用于小型储能系统中锂电池组并联通信。

Description

一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统
技术领域
本发明涉及锂电池组通信领域，特别涉及一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统。
背景技术
锂电池能量密度高、寿命长、环保等特点使得锂电池在电动工具、电动交通工具、电子产品、备用电源等多方面广泛应用。特别是传统化石燃料的短缺污染等问题日益严峻促使锂电池作为环境友好的新型能源而备受关注。电源管理系统(BMS)作为锂电池的关键技术起着重要的作用，电池的监测信息，能量均衡信息，荷电状态信息需向外传输。实际应用中BMS的通信协议比较多，常用的有串口通信、IIC通信和CAN通信等协议。
RS-485作为一种两线制、半双工模式的串行数据接口标准广泛运用，RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以为得到恢复。RS-485用于多点互联时构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。因此在小型锂电池系统中适用RS-485通信协议。
发明内容
本发明的目的在于针对小型储能系统中锂电池组并联通信的特点，提供一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统。
为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为，一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，包括共同连接于同一网络中的主控单元与多个锂电池组；网络中主控单元自动分通信地址，即动态ID分配；主控单元采用发送广播信号，多个锂电池组接收广播信号抢占通信地址，并采用随机时间片方式应答主控单元广播信号，随机时间片中时间片轮询值小的锂电池组抢占通信地址，并向主控单元返回抢占成功信息；其他锂电池组则继续随广播信号抢占剩余通信地址。
作为本申请改进的技术方案，网络中，锂电池组能够进行添加与移除。
作为本申请改进的技术方案，主控单元根据应答情况判断锂电池组是否被移除网络；其中，被移出的锂电池组的通信地址，主控单元回收其通信地址并重新加入未被抢占的通信地址中供新加入的锂电池组抢占。
作为本申请改进的技术方案，锂电池组仅能在抢占通信地址后与主控单元通信，并且只在接收充电命令后才开启充电MOS管；锂电池组的电压、温度与容量信息在抢占通信地址后发送给主控单元，主控单元控制充电MOS管为锂电池组充电。
作为本申请改进的技术方案，网络中主控单元自动分通信地址，即动态ID分配，随机抢占到通信地址的锂电池组通过与主控单元单点通信以告知剩余锂电池组该通信地址已被抢占，剩余锂电池组继续随机抢占剩余通信地址，多次抢占后网络中的每一个锂电池组均能抢占到唯一的通信地址与主控单点通信。
作为本申请改进的技术方案，锂电池组采用随机时间片方式应答广播信号中，锂电池组随机数的确定采用多次ADC转换值最后一位加权获得。
作为本申请改进的技术方案，锂电池组与主控单元单点通信后，当需要对锂电池组充电时，主控单元对比网络中所有锂电池组电压与容量，采用电压最低与容量最低的原则对多个锂电池组中的锂电池组进行优先充电。
作为本申请改进的技术方案，主控单元对电压最低与容量最低的锂电池组发出充电开通信号，锂电池组充电MOS管打开，锂电池组正常充电。
作为本申请改进的技术方案，对电压最低与容量最低的锂电池组充电后，该锂电池组电压容量增加，当与网络中其他的锂电池组处于同一电压容量水平时，主控单元在确认两个锂电池组电压容量可以并联充电后，打开处于同一电压容量水平的第二个锂电池组放电MOS管和充电MOS管，两个锂电池组同时充电；重复直至网络中所有的锂电池组充电MOS管都打开，并进行充电。
作为本申请改进的技术方案，网络中多个锂电池组均充满电后主控单元对所有锂电池组发送充电MOS管关闭信号，网络中所有锂电池组均结束充电状态转为放电状态。
有益效果
本申请的动态ID分配协议系统实现多锂电池组信息采集显示、充放电控制、热插拔等功能。
本申请的协议系统结构简单，只需两根RS-485通信线就可以实现主控单元与多组锂电池的并联通信；主控单元对连接入网络的锂电池组一一通信，采集锂电池组电压、容量喊我温度信息并显示，同时在锂电池组需要充电时控制锂电池组的充放电MOS管实现网络中所有锂电池组的充电。
本申请的协议系统允许网络中的锂电池组可以自由的增减不需再调试，新加入的锂电池组取得通讯地址后即可与主控单点通信，移除的锂电池组将失去通信地址，动态ID分配协议能确保系统每个电池都能正常通信。
本申请的协议系统可大可小，最小系统只需一个锂电池组与主控单元相连接，就是一个锂电池系统。
适用于小型储能系统中锂电池组并联通信，有效避免网络中电压高的锂电池组不向电压低的锂电池组充电。
附图说明
图1是本发明锂电池组系统连接框图；A，B为RS-485协议两根信号的定义；
图2是本发明基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议流程图；
图3是本发明主控单元系统框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
详细地，如图1所示，本发明基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统连接框图包括主控单元与多组锂电池组，主控单元通过电源线与RS-485通信线连接系统中的多个锂电池组。系统中的锂电池组正负极分别连接在一根电源线上，为了确保系统中电压高的锂电池组不向电压低的锂电池组充电，所有锂电池组的BMS都设置为默认充电MOS管关闭，主控单元没有发出充电命令前，所有的锂电池组都不能充电。即锂电池组仅能在抢占通信地址后开启充电MOS管，并与主控单元通信；锂电池组的电压、温度与容量等信息在抢占通信地址后发送给主控单元，主控单元控制充电MOS管为锂电池组充电。
同时所有的锂电池组通信模块通过两根RS-485通信线连接在一个网络中，系统运行前，所有的锂电池组通信地址都相同，故只能接受主控单元的广播信息，待抢占通信地址后可与主控单元单点通信。
网络中主控单元自动分通信地址，即动态ID分配；主控单元采用发送广播信号，多个锂电池组接收广播信号抢占通信地址，并采用随机时间片方式应答主控单元广播信号，随机时间片中时间片轮询值小的锂电池组抢占通信地址，并向主控单元返回抢占成功信息；其他锂电池组则继续随广播信号抢占剩余通信地址，多次抢占后网络中的每一个锂电池组均能抢占到唯一的通信地址与主控单点通信。
如图1所示系统未运行前主控单元不知道网络中单锂电池组的数量和相应通信地址，理论上接入网络中的锂电池组数量不受限制，但实际应用中受限于RS-485通信协议接入系统中锂电池组数量有一定的限制。同时为了主控单元能快速识别系统中所有的锂电池组，接入网络的锂电池组也不宜太多。同时，网络中，锂电池组能够进行添加与移除。在添加与移除时，主控单元根据应答情况判断锂电池组是否被移除网络；其中，被移出的锂电池组的通信地址，主控单元回收其通信地址并重新加入未被抢占的通信地址中供新加入的锂电池组抢占。
如图3所示系统的运行步骤如下，系统通电运行主控单元不知道网络中单锂电池组的数量和相应通信地址，主控单元通过发送广播信号并限定一段时间内接受网络中所有的锂电池组抢占通信地址，所有锂电池组接收广播信号抢占通信地址，锂电池组可采用随机时间片方式应答广播信号，时间片轮询值小的锂电池组抢占通信地址，锂电池组随机数的确定采用多次ADC转换值最后一位加权获得，随机抢占到通信地址的锂电池组返回抢占成功信息，主控单元和其他锂电池组收到信息则继续广播抢占剩余通信地址。抢占到通信地址的锂电池组就可以与主控单点通信并且告知其他锂电池组该通信地址已被抢占，其他锂电池组继续抢占剩余通信地址。
时间片轮询方式抢占通信地址方式虽然重复率很低，但不可避免的有可能两个锂电池组同时抢占一个通信地址的可能，这时RS-485网络中两个锂电池组都在发送应答信息，主控和其他锂电池组就不能接受正常的应答信息，主控单元则取消该地址的分配，再次广播该通信地址待锂电池组抢占。
多次抢占后系统中所有锂电池组都抢占到通信地址后即可知道网络中所有的通信单元。多次抢占后网络中的每一个锂电池组均能抢占到唯一的通信地址与主控单点通信，锂电池组的电压、温度、容量等信息通过RS-485信号线发送给主控单元，主控单元接受正确的信息后可以在显示模块中显示锂电池组的基本信息。
本系统中锂电池组的数量不做特别限定，可以随时的增加和减少锂电池组的数量，不必另外再设定，主控单元可以一一识别并与之建立通信，移出系统的锂电池组主控回收其通信地址并重新加入未被抢占地址中供新加入的锂电池组抢占。网络中的每个锂电池组都抢占到唯一的通信地址与主控单点通信，当系统中某一锂电池组移除后，主控(主控单元)发出的单点通信命令接受不到应答信息，主控单元多次确认后即认为该锂电池组已移出系统，主控单元回收该锂电池组的通信地址加入可用通信地址，后续可以广播给接入的锂电池组抢占。系统锂电池组都抢占到唯一的通信地址与主控单点通信后，主控单元还继续广播剩余可用的通信地址，没有可用的锂电池组接入抢占该通信地址时主控单元一直广播该通信地址，当有新接入的锂电池组接入时，广播通信地址被抢占，主控接收到应答信息与锂电池组单点通信，同时主控单元还继续广播剩余可用的通信地址。
锂电池组在接入通信网络前状态可以一致也可以不尽相同，通信地址可以全部相同或不尽相同。锂电池组未抢占通信地址前不可以与主控单元单点通信，锂电池组的电压、温度，容量信息也无法发送给主控单元，此时电池组的充电MOS管也处于关闭状态，无法给锂电池组充电。
系统中主控单元识别出锂电池组后与之建立通信，当系统接入充电器需要对锂电池组充电时，主控单元对比系统中所有锂电池组电压、容量，确定一个电压容量均最低的电池同时发送信号给系统(网络)中其他锂电池组关闭放电MOS管，此时只有电压容量最低的锂电池组有输出，主控单元对该电池发出充电开通信号，锂电池组充电MOS管打开，锂电池组正常充电。充电后该锂电池组电压容量增加，当与网络中其他的锂电池组处于同一电压容量水平时，主控单元在确认两个锂电池组电压容量可以并联充电后，打开处于同一电压容量水平的第二个锂电池组放电MOS管和充电MOS管，两个锂电池组同时充电；同理最后系统中所有的锂电池组充电MOS管都打开，所有的锂电池组都能充电。所有的锂电池组都充满电后主控单元对所有锂电池组发送充电MOS管关闭信号，移除充电器。需要注意的是系统在充电过程中不可以再插入新的锂电池组，此时插入新的锂电池组时，锂电池组间会相互充电，充电电流过大导致BMS保护，锂电池组输出充电都关闭。
锂电池组与主控单元单点通信后，当需要对锂电池组充电时，主控单元对比网络中所有锂电池组电压与容量，采用电压最低与容量最低的原则对多个锂电池组中的锂电池组进行优先充电。
亦可表述为：主控单元对电压最低与容量最低的锂电池组发出充电开通信号，锂电池组充电MOS管打开，锂电池组正常充电。对电压最低与容量最低的锂电池组充电后，该锂电池组电压容量增加，当与网络中其他的锂电池组处于同一电压水平时，主控单元对比任意两个锂电池组容量的差值，选择与该锂电池组当前的容量最为接近的第二个锂电池组的放电MOS管和充电MOS管，两个锂电池组同时充电；重复直至网络中所有的锂电池组充电MOS管都打开，并进行充电。网络中多个锂电池组均充满电后主控单元对所有锂电池组发送充电MOS管关闭信号，网络中所有锂电池组均结束关闭充电。
如图2所示系统主控单元包括MCU、通信、输入、显示、逆变器、直流输出和电源等模块，系统运行电源模块提供相应电源，通信模块通过RS-485信号线与系统中的锂电池组取得通信，相关信息传输至MCU，经过处理后发送到显示模块显示。当有外部指令经过输入模块传输至MCU，经过分析处理后开通逆变器或者直流输出模块，实现系统交流输出和直流输出。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，包括共同连接于同一网络中的主控单元与多个锂电池组；其特征在于，网络中主控单元自动分通信地址，即动态ID分配；主控单元采用发送广播信号，多个锂电池组接收广播信号抢占通信地址，并采用随机时间片方式应答主控单元广播信号，随机时间片中时间片轮询值小的锂电池组抢占通信地址，并向主控单元返回抢占成功信息；其他锂电池组则继续随广播信号抢占剩余通信地址。
2.根据权利要求1所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，网络中，锂电池组能够进行添加与移除。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，主控单元根据应答情况判断锂电池组是否被移除网络；其中，被移出的锂电池组的通信地址，主控单元回收其通信地址并重新加入未被抢占的通信地址中供新加入的锂电池组抢占。
4.根据权利要求1所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，锂电池组仅能在抢占通信地址后与主控单元通信，并且只在接收充电命令后才开启充电MOS管；锂电池组的电压、温度与容量信息在抢占通信地址后发送给主控单元，主控单元控制充电MOS管为锂电池组充电。
5.根据权利要求1所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，网络中主控单元自动分通信地址，即动态ID分配，随机抢占到通信地址的锂电池组通过与主控单元单点通信以告知剩余锂电池组该通信地址已被抢占，剩余锂电池组继续随机抢占剩余通信地址，多次抢占后网络中的每一个锂电池组均能抢占到唯一的通信地址与主控单点通信。
6.根据权利要求1所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，锂电池组采用随机时间片方式应答广播信号中，锂电池组随机数的确定采用多次ADC转换值最后一位加权获得。
7.根据权利要求1所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，锂电池组与主控单元单点通信后，当需要对锂电池组充电时，主控单元对比网络中所有锂电池组电压与容量，采用电压最低与容量最低的原则对多个锂电池组中的锂电池组进行优先充电。
8.根据权利要求7所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，主控单元对电压最低与容量最低的锂电池组发出充电开通信号，锂电池组充电MOS管打开，锂电池组正常充电。
9.根据权利要求7或8所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，对电压最低与容量最低的锂电池组充电后，该锂电池组电压容量增加，当与网络中其他的锂电池组处于同一电压容量水平时，主控单元在确认两个锂电池组电压容量可以并联充电后，打开处于同一电压容量水平的第二个锂电池组放电MOS管和充电MOS管，两个锂电池组同时充电；重复直至网络中所有的锂电池组充电MOS管都打开，并进行充电。
10.根据权利要求9所述的一种基于RS-485通信协议的多锂电池组动态ID分配协议系统，其特征在于，网络中多个锂电池组均充满电后主控单元对所有锂电池组发送充电MOS管关闭信号，网络中所有锂电池组均结束充电状态转为放电状态。
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