CN111030722B - 用于电池管理系统的通信电路及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种用于电池管理系统的通信电路及通信方法，用于电池管理系统的通信电路包括MCU和电池管理芯片；电池管理芯片设有多个；MCU的发送引脚分别与每个电池管理芯片的接收引脚连接；每个电池管理芯片的发送引脚分别通过不同的模拟开关与MCU的接收引脚连接；每个模拟开关与MCU的不同的控制引脚连接且MCU通过控制引脚控制连接的模拟开关；每个模拟开关对应连接一个不同的电阻，每个电阻一端接地，另一端连接对应的模拟开关，且连接MCU的一个反馈引脚。本发明用于电池管理系统的通信电路及通信方法，一个MCU与多个电池管理芯片连接，且能够合理的与选定的电池管理芯片通信，一个MCU可以实现管理超过20以上的电芯，MCU被合理利用，通信电路结构简化。

Description

用于电池管理系统的通信电路及通信方法

技术领域

本发明涉及到电池管理领域，特别是涉及到一种用于电池管理系统的通信电路及通信方法。

背景技术

集中式电池管理系统通常要求单个模块管理24～64节电芯，单个模块管理指用于电池管理系统的通信电路，其中通过电池管理芯片管理电芯，而目前常用的电池管理芯片只能管理20节以下的电芯，当需要管理的电芯节数较多时，用于电池管理系统的通信电路中需要使用多颗电池管理芯片，受到现有常用的8位-16位的MCU功能限制，每个电池管理芯片需要与一个MCU连接，MCU之间也需要相互关联，导致通信电路结构复杂，而且通信电路中MCU过多，导致通信电路成本过高，还抢占了过多的通信资源，通信电路结构累赘，导致通信电路性能偏低。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种用于电池管理系统的通信电路及通信方法，用于解决现有的中MCU过多的问题。

本发明提出一种用于电池管理系统的通信电路，包括MCU和电池管理芯片；

电池管理芯片设有多个，电池管理芯片用于管理其对应的电芯；

MCU的发送引脚分别与每个电池管理芯片的接收引脚连接；

每个电池管理芯片的发送引脚分别通过不同的模拟开关与MCU的接收引脚连接，MCU的发送引脚用于向电池管理芯片的接收引脚发送数据信号，电池管理芯片的发送引脚用于向MCU的接收引脚发送数据信号；

每个模拟开关与MCU的不同的控制引脚连接且MCU通过控制引脚控制连接的模拟开关；

每个模拟开关对应连接一个不同的电阻，每个电阻一端接地，另一端连接对应的模拟开关，且连接MCU的一个反馈引脚，MCU用于通过反馈引脚接收与之连接的电阻的电信号。

进一步地，MCU的发送引脚通过发送数据总线分别与每个电池管理芯片的接收引脚连接。

进一步地，模拟开关通过接收数据总线与MCU的接收引脚连接。

进一步地，模拟开关为MOS管。

进一步地，MCU通过控制脚分别连接电池管理芯片，MCU通过控制脚发送工作控制信号，电池管理芯片响应工作控制信号开始工作或停止工作。

本申请还提出了一种通信方法，应用于上述任意一项的用于电池管理系统的通信电路；

通信方法包括：

MCU根据初始命令选定一个电池管理芯片作为被选定的电池管理芯片，同时生成针对每个模拟开关的控制信号，控制信号用于控制对应的模拟开关断开或闭合；

通过控制引脚向所有模拟开关分别发送对应的控制信号，以使所有模拟开关分别根据控制信号相应的断开或闭合，控制信号包括使被选定的电池管理芯片对应的模拟开关闭合的开启信号和分别使其余每个模拟开关断开的禁止信号；

通过反馈引脚获取每个电阻的电信号；

根据每个电阻的电信号判断是否只有被选定的电池管理芯片的发送引脚与MCU的接收引脚导通；

若是，则可以通过MCU的发送引脚向被选定的电池管理芯片发送数据信号，以及通过MCU的接收引脚接收被选定的电池管理芯片发送的数据信号。

进一步地，电信号为电阻发送的电压信号，当模拟开关闭合时，对应的电阻发送的电压信号为高电平，当模拟开关断开时，对应的电阻发送的电压信号为低电平。

进一步地，根据每个电阻的电信号判断是否只有被选定的电池管理芯片的发送引脚与MCU的接收引脚导通的步骤包括：

根据每个电阻的电信号判断是否被选定的电池管理芯片连接的控制引脚反馈的电信号为高电平，且其余控制引脚反馈的电信号为低电平；

若是，则判定只有被选定的电池管理芯片的发送引脚与MCU的接收引脚导通。

进一步地，当MCU通过控制脚分别连接电池管理芯片时：

若是，则可以通过MCU的发送引脚向被选定的电池管理芯片发送数据信号，以及通过MCU的接收引脚接收被选定的电池管理芯片发送的数据信号的步骤之后，包括：

MCU通过导通的通信通道发送探查信号至被选定的电池管理芯片；

若未收到通过导通的通信通道返回的反馈信号，则通过控制脚发送工作控制信号，以使被选定的电池管理芯片工作；

若收到通过导通的通信通道返回的反馈信号，则判定被选定的电池管理芯片处于工作状态。

进一步地，当MCU没有通过控制脚分别连接电池管理芯片时：

若是，则可以通过MCU的发送引脚向被选定的电池管理芯片发送数据信号，以及通过MCU的接收引脚接收被选定的电池管理芯片发送的数据信号的步骤之后，包括：

MCU通过导通的通信通道发送探查信号至被选定的电池管理芯片；

若未收到通过导通的通信通道返回的反馈信号，则通过导通的通信通道发送激活信号，以使被选定的电池管理芯片被激活，进入工作状态；

若收到通过导通的通信通道返回的反馈信号，则判定被选定的电池管理芯片处于工作状态。

本发明用于电池管理系统的通信电路及通信方法，用于电池管理系统的通信电路一个MCU与多个电池管理芯片连接，且能够合理的与选定的电池管理芯片通信，一个MCU可以实现管理超过20以上的电芯，MCU被合理利用，通信电路结构简化，成本低，在有限的通信资源可以控制更多的电芯。

附图说明

图1是本发明用于电池管理系统的通信电路一实施例结构示意图；

图2是本发明用于电池管理系统的通信电路另一实施例结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1-2，本发明一实施例用于电池管理系统的通信电路，包括MCU和电池管理芯片；电池管理芯片设有多个，电池管理芯片用于管理其对应的电芯；MCU的发送引脚分别与每个电池管理芯片的接收引脚连接；每个电池管理芯片的发送引脚分别通过不同的模拟开关与MCU的接收引脚连接，MCU的发送引脚用于向电池管理芯片的接收引脚发送数据信号，电池管理芯片的发送引脚用于向MCU的接收引脚发送数据信号；每个模拟开关与MCU的不同的控制引脚连接且MCU通过控制引脚控制连接的模拟开关；每个模拟开关对应连接一个不同的电阻，每个电阻一端接地，另一端连接对应的模拟开关，且连接MCU的一个反馈引脚，MCU用于通过反馈引脚接收与之连接的电阻的电信号。

MCU为微控制单元，MCU为Microcontroller Unit的缩写，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。

在工作时，MCU根据初始命令确定被选定的电池管理芯片，通过控制被选定的电池管理芯片对应的模拟开关闭合以及未被选的电池管理芯片对应的模拟开关的断开，使MCU与被选定的电池管理芯片之间的通信通道导通，同时通过电阻发送的电信号判断导通的通信通道是否正常正确，如果正确则开始通信，如果不正确可以通知使用者有异常，也可以按照预设规则排出故障，一个MCU可以一次与一个选定的电池管理芯片通信，一个MCU就可以管理多个电池管理芯片，进而可以管理多个电芯，相比过去一个MCU控制一个电池管理芯片，一个电池管理芯片管理20个以下的电芯，现在一个MCU可以实现管理超过20以上的电芯，MCU被合理利用，通信电路结构简化，成本低，在有限的通信资源可以控制更多的电芯；其中初始命令即可以是手动输入的信息，也可以是根据预设规则自动生成的，例如需要获取每个电池管理芯片的信息时，根据预设的顺序，依次导通MCU与每个电池管理芯片之间的通信通道，进而依次获得每个电池管理芯片的传送回来的信息，在一些实施例中，其中发送引脚与接收引脚连接间传递的信息为带有内容的数据信号，如字符串命令等；MCU发给模拟开关的信息为电压、电流等简单的控制信号，只实现控制模拟开关的闭合或断开。

在一些实施例中，MCU的发送引脚通过发送数据总线分别与每个电池管理芯片的接收引脚连接。MCU通过发送引脚发送的数据信号通过发送数据总线可以发送到对应的电池管理芯片，电池管理芯片识别数据信号后作出相应的执行动作，或反馈数据信号至MCU。

在一些实施例中，模拟开关通过接收数据总线与MCU的接收引脚连接。电池管理芯片反馈的数据信号经过闭合的虚拟开关、接收数据总线和接收引脚送达MCU。

在一些实施例中，模拟开关为MOS管。MCU通过发送电压信号控制MOS管的闭合和断开。

在一些实施例中，MCU通过控制脚分别连接电池管理芯片，MCU通过控制脚发送工作控制信号，电池管理芯片响应工作控制信号开始工作或停止工作。MCU通过控制脚发送工作控制信号至连接的电池管理芯片，进而控制电池管理芯片开始工作或停止工作，在一些实施例中，一个控制脚分别连接多个电池管理芯片，发给每个电池管理芯片的工作控制信号是一致的，电池管理芯片间的工作状态一致；在另一实施例中，每个控制脚连接一个电池管理芯片，因此，MCU可以控制电池管理芯片进入不同的工作状态，实现对电芯的区域管理，能耗更低。在一些实施例中，MCU通过控制脚控制电池管理芯片的通断电来控制电池管理芯片的工作状态。

参照图1，在本实施例中，包括四个电池管理芯片AFE#1～AFE#4，四个电池管理芯片都包括发送引脚sTX1和接收引脚sRX1，MCU的发送引脚mTX分别与四个接收引脚sRX1连接，四个电池管理芯片依次分别对应模拟开关AS1～AS4，也依次分别对应电阻R1～R4；四个电池管理芯片的发送引脚sTX1分别通过与之对应的模拟开关AS1～AS4与MCU的接收引脚mRX连接；MCU通过控制引脚CS1～CS4分别与对应的模拟开关AS1～AS4连接；控制引脚CS1～CS4分别用于控制模拟开关AS1～AS4的断开和闭合，进而控制四个电池管理芯片的发送引脚sTX1与接收引脚mRX间通信通道的导通和关断；电阻R1～R4一端接地，另一端分别与对应的模拟开关AS1～AS4及MCU的反馈引脚FB1～FB4连接，在通信通道的导通和关断时，对应的电阻R1～R4的电压也相应的变化，当通信通道的导通时，对应的电阻的电压为高电平，当通信通道的关断时，对应的电阻的电压为低电平。

参照图2，MCU通过控制脚CS1’～CS4’分别连接电池管理芯片，MCU通过控制脚CS1’～CS4’发送工作控制信号到对应的电池管理芯片AFE#1～AFE#4，电池管理芯片AFE#1～AFE#4响应工作控制信号开始工作或停止工作，在一些实施例中，控制脚CS1’～CS4’分别控制对应的电池管理芯片AFE#1～AFE#4的通电或断电，进而控制电池管理芯片AFE#1～AFE#4开始工作或停止工作。

本申请还提出了一种通信方法，应用于上述任意一项的用于电池管理系统的通信电路；

通信方法包括：

S1、MCU根据初始命令选定一个电池管理芯片作为被选定的电池管理芯片，同时生成针对每个模拟开关的控制信号，控制信号用于控制对应的模拟开关断开或闭合；

S2、通过控制引脚向所有模拟开关分别发送对应的控制信号，以使所有模拟开关分别根据控制信号相应的断开或闭合，控制信号包括使被选定的电池管理芯片对应的模拟开关闭合的开启信号和分别使其余每个模拟开关断开的禁止信号；

S3、通过反馈引脚获取每个电阻的电信号

S4、根据每个电阻的电信号判断是否只有被选定的电池管理芯片的发送引脚与MCU的接收引脚导通；

S4、若是，则可以通过MCU的发送引脚向被选定的电池管理芯片发送数据信号，以及通过MCU的接收引脚接收被选定的电池管理芯片发送的数据信号。

在上述步骤S1中，MCU通过调整电压使模拟开关断开或闭合，模拟开关为MOS管，其中的初始命令既可以是用户直接输入获得的，也可以是为执行命令根据预设规则自动生成的命令等，例如需要获取每个电池管理芯片的信息时，根据预设的顺序，依次生成的命令。

在上述步骤S2中，控制信号是同时发出的，所有模拟开关在收到控制信号后相应的断开或闭合，被选定的电池管理芯片对应的模拟开关收到的控制信号为开启信号，其余模拟开关收到的控制信号为禁止信号。

在上述步骤S3中，电信号为模拟开关断开或闭合时，对应电阻上的电压信号，当模拟开关断开时，对应电阻上的电压为低电平，当模拟开关闭合时，对应电阻上的电压为高电平，不同的反馈引脚获取不同电阻的电信号。

在上述步骤S4中，MCU通过电信号即可判断每个电阻的电压是高电平还是低电平，进而就可以判断MCU与被选定的电池管理芯片之间的电路是否导通，当被选定的电池管理芯片对应的电阻的电压是高电平则表示已经导通，即被选定的电池管理芯片的发送引脚与MCU的接收引脚导通，如果只有被选定的电池管理芯片对应的电阻的电压是高电平，则只有所述被选定的电池管理芯片的发送引脚与所述MCU的接收引脚导通。

在上述步骤S5中，被选定的电池管理芯片与MCU之间的通信通道导通后，被选定的电池管理芯片与MCU之间就可以相互发送数据信号，通过相互发送数据信号可以实现MCU对被选定的电池管理芯片的控制，控制被选定的电池管理芯片实现相应的功能，例如检测每个电芯的温度、电压等。

在一些实施例中，在通过MCU对被选定的电池管理芯片的控制实现相应的功能之后，根据预设的排序可以生成下一个初始命令，选择下一个选定的电池管理芯片，电池管理芯片被选定的顺序可以是出厂设定好的，也可以是根据后期设定从新设定好的。

在一些实施例中，电信号为电阻发送的电压，当模拟开关闭合时，对应的电阻的电压为高电平，当模拟开关断开时，对应的电阻的电压为低电平。

进一步地，步骤S4包括：

S41、根据每个电阻的电信号判断是否被选定的电池管理芯片连接的控制引脚反馈的电信号为高电平，且其余控制引脚反馈的电信号为低电平；

S42、若被选定的电池管理芯片连接的控制引脚反馈的电信号为高电平，且其余控制引脚反馈的电信号为低电平，则判定只有被选定的电池管理芯片的发送引脚与MCU的接收引脚导通。

在上述步骤S41中，每一个控制引脚都收到其连接的电阻的电信号，电信号为电阻发送的电压信号，因此通过每个收到的电信号就可以轻易判断出每个电阻反馈的电信号是高电平还是低电平。

在上述步骤S42中，因为当模拟开关闭合时，对应的电阻的电压为高电平，当模拟开关断开时，对应的电阻的电压为低电平，所以通过判断每个电阻反馈的电信号是高电平还是低电平就可以判断出模拟开关使断开还是闭合。

进一步地，当MCU通过控制脚分别连接电池管理芯片时：

步骤S5之后，包括：

S51、MCU通过导通的通信通道发送探查信号至被选定的电池管理芯片；

S52、若未收到通过导通的通信通道返回的反馈信号，则通过控制脚发送工作控制信号，以使被选定的电池管理芯片工作；

S53、若收到通过导通的通信通道返回的反馈信号，则判定被选定的电池管理芯片处于工作状态。

在上述步骤S51～S53中，探查信号和反馈信号都为数据信号，工作控制信号为电流、电压等，工作控制信号既可以控制对应的电池管理芯片进入工作状态，也可以控制对应的电池管理芯片进入非工作状态，例如通过控制脚控制对应的电池管理芯片的电压，当电压达到阈值时，电池管理芯片可以正常工作，处于工作状态，当电压未达到阈值时，电池管理芯片不可以正常工作，处于非工作状态。MCU通过控制脚分别连接电池管理芯片并控制电池管理芯片的工作状态是管用技术手段，在此就不一一赘述了。

在一些实施例中，当MCU没有通过控制脚分别连接电池管理芯片时：

步骤S5之后，包括：

S54、MCU通过导通的通信通道发送探查信号至被选定的电池管理芯片；

S55、若未收到通过导通的通信通道返回的反馈信号，则通过导通的通信通道发送激活信号，以使被选定的电池管理芯片被激活，进入工作状态；

S56、若收到通过导通的通信通道返回的反馈信号，则判定被选定的电池管理芯片处于工作状态。

在上述步骤S54～S56中，探查信号、反馈信号和激活信号都为数据信号，MCU也可以通过通信通道发送关闭信号至对应的电池管理芯片，进而使电池管理芯片由工作状态转换为非工作状态。

本发明用于电池管理系统的通信电路及通信方法，用于电池管理系统的通信电路一个MCU与多个电池管理芯片连接，且能够合理的与选定的电池管理芯片通信，一个MCU可以实现管理超过20以上的电芯，MCU被合理利用，通信电路结构简化，成本低，在有限的通信资源可以控制更多的电芯。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于电池管理系统的通信电路，其特征在于，包括：

MCU；

电池管理芯片，设有多个，所述电池管理芯片用于管理其对应的电芯；

所述MCU的发送引脚分别与每个所述电池管理芯片的接收引脚连接；

每个所述电池管理芯片的发送引脚分别通过不同的模拟开关与所述MCU的接收引脚连接，所述MCU的发送引脚用于向所述电池管理芯片的接收引脚发送数据信号，所述电池管理芯片的发送引脚用于向所述MCU的接收引脚发送数据信号；

每个所述模拟开关与所述MCU的不同的控制引脚连接且所述MCU通过所述控制引脚控制与其连接的所述模拟开关；

每个所述模拟开关对应连接一个不同的电阻，每个所述电阻一端接地，另一端连接对应的所述模拟开关，且连接所述MCU的一个反馈引脚，所述MCU用于通过所述反馈引脚接收与之连接的所述电阻的电信号。

2.根据权利要求1所述的用于电池管理系统的通信电路，其特征在于，所述MCU的发送引脚通过发送数据总线分别与每个所述电池管理芯片的接收引脚连接。

3.根据权利要求1所述的用于电池管理系统的通信电路，其特征在于，所述模拟开关通过接收数据总线与所述MCU的接收引脚连接。

4.根据权利要求1所述的用于电池管理系统的通信电路，其特征在于，所述模拟开关为MOS管。

5.根据权利要求1所述的用于电池管理系统的通信电路，其特征在于，所述MCU通过控制脚分别连接所述电池管理芯片，所述MCU通过控制脚发送工作控制信号，所述电池管理芯片响应所述工作控制信号开始工作或停止工作。

6.一种通信方法，其特征在于，应用于包括权利要求1-5任意一项所述的用于电池管理系统的通信电路；

所述通信方法包括：

所述MCU根据初始命令选定一个电池管理芯片作为被选定的电池管理芯片，同时生成针对每个所述模拟开关的控制信号，所述控制信号用于控制对应的所述模拟开关断开或闭合；

通过所述控制引脚向所有所述模拟开关分别发送对应的所述控制信号，以使所有所述模拟开关分别根据所述控制信号相应的断开或闭合，所述控制信号包括使被选定的电池管理芯片对应的所述模拟开关闭合的开启信号和分别使其余每个所述模拟开关断开的禁止信号；

通过所述反馈引脚获取每个所述电阻的电信号；

根据每个所述电阻的所述电信号判断是否只有所述被选定的电池管理芯片的发送引脚与所述MCU的接收引脚导通；

若是，则可以通过所述MCU的发送引脚向所述被选定的电池管理芯片发送数据信号，以及通过所述MCU的接收引脚接收所述被选定的电池管理芯片发送的数据信号。

7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，所述电信号为所述电阻发送的电压信号，当所述模拟开关闭合时，对应的所述电阻发送的电压信号为高电平，当所述模拟开关断开时，对应的所述电阻发送的电压信号为低电平。

8.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，所述根据每个所述电阻的所述电信号判断是否只有所述被选定的电池管理芯片的发送引脚与所述MCU的接收引脚导通的步骤包括：

根据每个所述电阻的所述电信号判断是否所述被选定的电池管理芯片连接的控制引脚反馈的电信号为高电平，且其余控制引脚反馈的电信号为低电平；

若是，则判定只有所述被选定的电池管理芯片的发送引脚与所述MCU的接收引脚导通。

9.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，当所述MCU通过控制脚分别连接所述电池管理芯片时：

所述若是，则可以通过所述MCU的发送引脚向所述被选定的电池管理芯片发送数据信号，以及通过所述MCU的接收引脚接收所述被选定的电池管理芯片发送的数据信号的步骤之后，包括：

所述MCU通过导通的通信通道发送探查信号至所述被选定的电池管理芯片；

若未收到通过导通的所述通信通道返回的反馈信号，则通过所述控制脚发送所述工作控制信号，以使所述被选定的电池管理芯片工作；

若收到通过导通的所述通信通道返回的反馈信号，则判定所述被选定的电池管理芯片处于工作状态。

10.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，当所述MCU没有通过控制脚分别连接所述电池管理芯片时：

所述若是，则可以通过所述MCU的发送引脚向所述被选定的电池管理芯片发送数据信号，以及通过所述MCU的接收引脚接收所述被选定的电池管理芯片发送的数据信号的步骤之后，包括：

所述MCU通过导通的通信通道发送探查信号至所述被选定的电池管理芯片；

若未收到通过导通的所述通信通道返回的反馈信号，则通过所述导通的所述通信通道发送激活信号，以使所述被选定的电池管理芯片被激活，进入工作状态；

若收到通过导通的所述通信通道返回的反馈信号，则判定所述被选定的电池管理芯片处于工作状态。

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