CN213186158U - 通用电池协议接口电路及电池管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种通用电池协议接口电路及电池管理装置，在通用电池协议接口电路中，通过协议接口模拟选通子电路的调控，能有效对电池的接口的通信协议进行选择切换，使得电池的接口同时支持ONE‑WIRE协议和SMBUS协议的协议通信，扩大了电池接口的适用范围，便于外界设备对电池参数及状态信息的统一读取。

Description

通用电池协议接口电路及电池管理装置

技术领域

本实用新型涉及电源电池接口技术领域，特别是涉及一种通用电池协议接口电路及电池管理装置。

背景技术

目前，锂离子电池广泛应用于不同的工业领域，如动力电池、储能电池、携行通信电池等；通常锂离子电池会和电池管理集成使用，对外提供通信协议接口，但目前的协议接口既有单总线通信协议(ONE-WIRE协议)，也有系统管理总线通信协议(SMBUS协议)，不同的协议对应的协议接口设计不一样，而目前的电池协议接口无法兼容上述两种协议，这不便于电池参数及状态信息的统一读取。

因此，目前急需一种针对电池的通用协议接口电路，以兼容支持多种通信协议，用于解决智能统一读取问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种通用的电池协议接口电路，以便于外界设备对电池参数及状态信息的统一读取。

为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型提供一种通用电池协议接口电路，包括：

辅助电压产生子电路，其输入端接所述电池的接口，对所述电池的输出电压进行转换输出，其输出端输出辅助电压；

协议接口模拟选通子电路，接所述辅助电压，同时接所述电池的接口，对所述电池的接口的通信协议进行选择切换；

其中，所述通信协议包括ONE-WIRE协议和SMBUS协议。

可选地，所述电池的负极接地，所述辅助电压产生子电路包括变压器、MOS管、稳压控制模块、二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述电池的正极经串接的所述变压器的原边后接所述MOS管的漏极，所述MOS管的源极经串接的所述第一电阻后接地；

所述二极管的阳极经串接的所述变压器的副边后接地，所述二极管的阴极经依次串接的所述第二电阻和所述第三电阻之后接地；

所述稳压控制模块的电压输入端经串接的所述第四电阻后接所述电池的正极；所述稳压控制模块的电流反馈输入端接所述第二电阻和所述第三电阻的公共端；所述稳压控制模块的驱动信号输出端接所述MOS管的栅极；所述稳压控制模块的电流采样输入端接所述MOS管的源极。

可选地，所述辅助电压产生子电路还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一电容；所述电池的正极经依次串接的所述第五电阻和所述第六电阻后接地，所述稳压控制模块的欠压关断端接所述第五电阻和所述第六电阻的公共端；所述稳压控制模块的模拟地端和电源地端分别接地；所述稳压控制模块的快速关断端经串接的所述第七电阻后接地；所述稳压控制模块的供电输入端经串接的所述第一电容后接地。

可选地，所述辅助电压产生子电路还包括第二电容和第三电容；所述第二电容的一端接所述电池的正极，所述第二电容的另一端接地；所述第三电容的一端接所述二极管的阴极，所述第三电容的另一端接地；其中，所述二极管的阴极作为所述辅助电压产生子电路的输出端，输出所述辅助电压。

可选地，所述稳压控制模块包括：LM3481。

可选地，所述协议接口模拟选通子电路包括控制模块、串口转ONE-WIRE总线模块、第一多选一模拟开关模块、第二多选一模拟开关模块及第三多选一模拟开关模块，所述控制模块经串接的所述第一多选一模拟开关模块后接所述接口的第一输入端，所述控制模块经串接的所述第二多选一模拟开关模块后接所述接口的第二输入端，所述控制模块经依次串接的所述串口转ONE-WIRE总线模块及所述第三多选一开关模块后分别接所述接口的第一输入端和第二输入端，所述接口的地端接地；其中，所述控制模块、所述串口转ONE-WIRE总线模块、所述第一多选一模拟开关模块、所述第二多选一模拟开关模块及所述第三多选一模拟开关模块分别接所述辅助电压，作为工作电压。

可选地，所述控制模块包括DSPIC30F5011，所述串口转ONE-WIRE总线模块包括DS2480，所述第一多选一模拟开关模块、所述第二多选一模拟开关模块及所述第三多选一模拟开关模块分别包括CD4051。

可选地，所述控制模块的SMBUS时钟端接所述第一多选一模拟开关模块的公共端，所述第一多选一模拟开关模块的第一输入输出端接所述接口的第一输入端；所述控制模块的SMBUS信号端接所述第二多选一模拟开关模块的公共端，所述第二多选一模拟开关模块的第一输入输出端接所述接口的第二输入端。

可选地，所述控制模块的第一路串口接所述串口转ONE-WIRE总线模块的串口，所述串口转ONE-WIRE总线模块的ONE-WIRE端接所述第三多选一模拟开关模块的公共端，所述第三多选一模拟开关模块的第四输入输出端接所述接口的第一输入端，所述第三多选一模拟开关模块的第三输入输出端接所述接口的第二输入端。

此外，为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型还提供一种电池管理装置，包括上述任意一项所述的通用电池协议接口电路。

如上所述，本实用新型的通用电池协议接口电路，具有以下有益效果：

通过辅助电源产生子电路对电池的输出电压进行转换输出，得到辅助电压；再结合辅助电压供电的协议接口模拟选通子电路，对电池的接口通信协议进行选择切换，使得电池的接口能同时支持ONE-WIRE协议和SMBUS协议等多种协议通信，扩大了其适用范围，便于外界设备对电池参数及状态信息的统一读取。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例中辅助电源产生子电路的电路图。

图2显示为本实用新型实施例中协议接口模拟选通子电路的电路图。

附图标记说明

C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，D1-二极管，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，R7-第七电阻，Q1-MOS管，D-MOS管Q1的漏极，G-MOS管Q1的栅极，S-MOS管Q1的源极，T1-变压器，U1-稳压控制模块，U2-控制模块U2，U3-串口转ONE-WIRE总线模块，U4-第一多选一模拟开关模块，U5-第二多选一模拟开关模块，U6-第三多选一模拟开关模块，U7-接口，11-稳压控制模块U1的电压输入端，12-稳压控制模块U1的电流反馈输入端，13-稳压控制模块U1的驱动信号输出端，14-稳压控制模块U1的电流采样输入端，15-稳压控制模块U1的欠压关断端，16-稳压控制模块U1的模拟地端，17-稳压控制模块U1的电源地端，18-稳压控制模块U1的快速关断端，19-稳压控制模块U1的供电输入端，21-控制模块U2的SMBUS时钟端，22-控制模块U2的SMBUS信号端，23-控制模块U2的UIRX端，24-控制模块U2的UITX端，31-串口转ONE-WIRE总线模块U3的RXD端，32-串口转ONE-WIRE总线模块U3的TXD端，33-串口转ONE-WIRE总线模块U3的ONE-WIRE端，40-第一多选一模拟开关模块U4的公共端，41-第一多选一模拟开关模块U4的第一输入输出端，50-第二多选一模拟开关模块U5的公共端，51-第二多选一模拟开关模块U5的第一输入输出端，60-第三多选一模拟开关模块U6的公共端，63-第三多选一模拟开关模块U6的第三输入输出端，64-第三多选一模拟开关模块U6的第四输入输出端，71-接口U7的第一输入端，72-接口U7的第二输入端72，73-接口U7的地端，GND-地，Vin-辅助电压产生子电路的输入电压，Vout-辅助电压产生子电路的输出电压。

具体实施方式

发明人研究发现：锂离子电池在和电池管理集成使用时对外提供的通信协议接口一般仅支持一种通信协议，ONE-WIRE协议或者SMBUS协议，对应的电池协议接口无法兼容上述两种协议，电池与外界设备的数据交互受限，不利于电池参数及状态信息的读取。

基于此，本实用新型提出一种通用电池协议接口技术方案，其包括：辅助电压产生子电路，其输入端接电池的接口，对电池的输出电压进行转换输出，其输出端输出辅助电压；协议接口模拟选通子电路，接辅助电压，同时接电池的接口，对电池的接口的通信协议进行选择切换，使得电池的接口同时支持ONE-WIRE协议和SMBUS协议的协议通信。

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的电子元器件而非按照实际实施时的元器件型态、数目及布局而绘制，其实际实施时各电子元器件的型态、数量及布局可为一种随意的改变，且其布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的电子元器件的结构形态、数量及布局等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构电子元器件的修饰或简单增减，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

本实用新型提供一种通用电池协议接口电路，包括：

辅助电压产生子电路，其输入端接电池的接口，对电池的输出电压进行转换输出，其输出端输出辅助电压；

协议接口模拟选通子电路，接辅助电压，同时接电池的接口，对电池的接口的通信协议进行选择切换；

其中，通信协议包括ONE-WIRE协议和SMBUS协议。

可选地，如图1所示，电池的负极接地，辅助电压产生子电路包括变压器T1、MOS管Q1、稳压控制模块U1、二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；

电池的正极经串接的变压器T1的原边后接MOS管Q1的漏极D，MOS管Q1的源极S经串接的第一电阻R1后接地GND；

二极管D1的阳极经串接的变压器T1的副边后接地GND，二极管D1的阴极经依次串接的第二电阻R2和第三电阻R3之后接地GND；

稳压控制模块U1的电压输入端11经串接的第四电阻R4后接电池的正极；稳压控制模块U1的电流反馈输入端12接第二电阻R2和第三电阻R3的公共端；稳压控制模块U1的驱动信号输出端13接MOS管Q1的栅极G；稳压控制模块U1的电流采样输入端14接MOS管Q1的源极S。

可选地，如图1所示，辅助电压产生子电路还包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第一电容C1；电池的正极经依次串接的第五电阻R5和第六电阻R6后接地GND，稳压控制模块U1的欠压关断端15接第五电阻R5和第六电阻R6的公共端；稳压控制模块U1的模拟地端16和电源地端17分别接地GND；稳压控制模块U1的快速关断端18经串接的第七电阻R7后接地GND；稳压控制模块U1的供电输入端19经串接的第一电容C1后接地GND。

可选地，如图1所示，辅助电压产生子电路还包括第二电容C2和第三电容C3；第二电容C2的一端接电池的正极，第二电容C2的另一端接地GND；第三电容C3的一端接二极管D1的阴极，第三电容C3的另一端接地GND；其中，二极管D1的阴极作为辅助电压产生子电路的输出端，输出辅助电压。

可选地，稳压控制模块U1包括LM3481，LM3481是德州仪器(TI)提供的一款电源管理芯片，适用于需要低侧拓扑使用场效应管的电源管理模块中，如升压反激式或SEPIC等拓扑场景，其具有内置保护功能，如热关断、短路保护和过电压保护。

详细地，如图1所示，辅助电压产生子电路为反激式拓扑结构，进行DC-DC转换，将电池的输出电压(即辅助电压产生子电路的输入电压Vin)转换成辅助电压(即辅助电压产生子电路的输出电压Vout)，该辅助电压作为后续协议接口模拟选通子电路所需的工作电压，如将锂离子电池的3.2V电压转换成5V电压。

其中，第二电阻R2的阻值与第三电阻R3的阻值之比决定了该辅助电压的大小，可灵活调整第二电阻R2的阻值与第三电阻R3的阻值以调节输出的辅助电压。

可选地，如图2所示，协议接口模拟选通子电路包括控制模块U2、串口转ONE-WIRE总线模块U3、第一多选一模拟开关模块U4、第二多选一模拟开关模块U5及第三多选一模拟开关模块U6，控制模块U2经串接的第一多选一模拟开关模块U4后接入接口U7的第一输入端71，控制模块U2经串接的第二多选一模拟开关模块U5后接入接口U7的第二输入端72，控制模块U2经依次串接的串口转ONE-WIRE总线模块U3及第三多选一开关模块U6后分别接入接口U7的第一输入端71和第二输入端72，接口U7的地端73接地GND；其中，控制模块U2、串口转ONE-WIRE总线模块U3、第一多选一模拟开关模块U4、第二多选一模拟开关模块U5及第三多选一模拟开关模块U6分别接辅助电压(图2中未示出)，作为工作电压。

可选地，控制模块U2包括单片机DSPIC30F5011，Microchip公司的DSPIC30F5011作为高性能16位数字信号控制器，既具备了单片机的控制功能，也结合了DSP的数字信号的处理能力，该芯片内含完整的DSP引擎，能够明显提高芯片计算能力；串口转ONE-WIRE总线模块包括DS2480芯片，DS2480是一种串口转ONE-WIRE的接口芯片，支持标准和高速两种模式；第一多选一模拟开关模块U4、第二多选一模拟开关模块U5及第三多选一模拟开关模块U6分别包括CD4051，CD4051是8选1模拟开关芯片。

详细地，如图2所示，控制模块U2的SMBUS时钟端21接第一多选一模拟开关模块U4的公共端40，第一多选一模拟开关模块U4的第一输入输出端41接入接口U7的第一输入端71；控制模块U2的SMBUS信号端22接第二多选一模拟开关模块U5的公共端50，第二多选一模拟开关模块U5的第一输入输出端51接入接口U7的第二输入端72。

详细地，如图2所示，控制模块U2的第一路串口接串口转ONE-WIRE总线模块U3的串口，即控制模块U2的UIRX端23接串口转ONE-WIRE总线模块U3的RXD端31，控制模块U2的UITX端24接串口转ONE-WIRE总线模块U3的TXD端32；串口转ONE-WIRE总线模块U3的ONE-WIRE端33接第三多选一模拟开关模块U6的公共端60，第三多选一模拟开关模块U6的第四输入输出端64接入接口U7的第一输入端71，第三多选一模拟开关模块U6的第三输入输出端63接入接口U7的第二输入端72。

更详细地，下面分析整个电路的工作原理：

1)、如果接入接口U7的协议为SMBUS协议(两根线号线通信，分别接入接口U7的第一输入端71和第二输入端72)，则通过控制模块U2进行控制，使得第三多选一模拟开关模块U6关闭，且第一多选一模拟开关模块U4及第二多选一模拟开关模块U5同时接通，进行SMBUS协议通信；

2)、如果接入接口U7的协议为ONE-WIRE协议(单根线号线通信，接入接口U7的第一输入端71或第二输入端72)，则通过控制模块U2进行控制，使得第一多选一模拟开关模块U4及第二多选一模拟开关模块U5同时关闭，且第三多选一模拟开关模块U6的第四输入输出端64或第三输入输出端63接通，这样无论ONE-WIRE总线接入的是第一输入端71还是第二输入端72，都可以进行ONE-WIRE协议通信。

因此，在本实用新型的通用电池协议接口电路中，通过协议接口模拟选通子电路的调控，能有效对电池的接口的通信协议进行选择切换，使得电池的接口同时支持ONE-WIRE协议和SMBUS协议的协议通信。

此外，本实用新型还提供一种电池管理装置，其包括上述通用电池协议接口电路，通过上述通用电池协议接口电路对电池的接口的通信协议进行选择切换，使得电池的接口同时支持ONE-WIRE协议和SMBUS协议的协议通信，扩大了电池接口的适用范围，便于外界设备对电池参数及状态信息的统一读取。

综上所述，在本实用新型所提供的通用电池协议接口电路及电池管理装置中，通过协议接口模拟选通子电路的调控，能有效对电池的接口的通信协议进行选择切换，使得电池的接口同时支持ONE-WIRE协议和SMBUS协议的协议通信，扩大了电池接口的适用范围，便于外界设备对电池参数及状态信息的统一读取。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种通用电池协议接口电路，其特征在于，包括：

辅助电压产生子电路，其输入端接所述电池的接口，对所述电池的输出电压进行转换输出，其输出端输出辅助电压；

协议接口模拟选通子电路，接所述辅助电压，同时接所述电池的接口，对所述电池的接口的通信协议进行选择切换；

其中，所述通信协议包括ONE-WIRE协议和SMBUS协议。

2.根据权利要求1所述的通用电池协议接口电路，其特征在于，所述电池的负极接地，所述辅助电压产生子电路包括变压器、MOS管、稳压控制模块、二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述电池的正极经串接的所述变压器的原边后接所述MOS管的漏极，所述MOS管的源极经串接的所述第一电阻后接地；

所述二极管的阳极经串接的所述变压器的副边后接地，所述二极管的阴极经依次串接的所述第二电阻和所述第三电阻之后接地；

所述稳压控制模块的电压输入端经串接的所述第四电阻后接所述电池的正极；所述稳压控制模块的电流反馈输入端接所述第二电阻和所述第三电阻的公共端；所述稳压控制模块的驱动信号输出端接所述MOS管的栅极；所述稳压控制模块的电流采样输入端接所述MOS管的源极。

3.根据权利要求2所述的通用电池协议接口电路，其特征在于，所述辅助电压产生子电路还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一电容；所述电池的正极经依次串接的所述第五电阻和所述第六电阻后接地，所述稳压控制模块的欠压关断端接所述第五电阻和所述第六电阻的公共端；所述稳压控制模块的模拟地端和电源地端分别接地；所述稳压控制模块的快速关断端经串接的所述第七电阻后接地；所述稳压控制模块的供电输入端经串接的所述第一电容后接地。

4.根据权利要求3所述的通用电池协议接口电路，其特征在于，所述辅助电压产生子电路还包括第二电容和第三电容；所述第二电容的一端接所述电池的正极，所述第二电容的另一端接地；所述第三电容的一端接所述二极管的阴极，所述第三电容的另一端接地；其中，所述二极管的阴极作为所述辅助电压产生子电路的输出端，输出所述辅助电压。

5.根据权利要求4所述的通用电池协议接口电路，其特征在于，所述稳压控制模块包括：LM3481。

6.根据权利要求1或5所述的通用电池协议接口电路，其特征在于，所述协议接口模拟选通子电路包括控制模块、串口转ONE-WIRE总线模块、第一多选一模拟开关模块、第二多选一模拟开关模块及第三多选一模拟开关模块，所述控制模块经串接的所述第一多选一模拟开关模块后接所述接口的第一输入端，所述控制模块经串接的所述第二多选一模拟开关模块后接所述接口的第二输入端，所述控制模块经依次串接的所述串口转ONE-WIRE总线模块及所述第三多选一开关模块后分别接所述接口的第一输入端和第二输入端，所述接口的地端接地；其中，所述控制模块、所述串口转ONE-WIRE总线模块、所述第一多选一模拟开关模块、所述第二多选一模拟开关模块及所述第三多选一模拟开关模块分别接所述辅助电压，作为工作电压。

7.根据权利要求6所述的通用电池协议接口电路，其特征在于，所述控制模块包括DSPIC30F5011，所述串口转ONE-WIRE总线模块包括DS2480，所述第一多选一模拟开关模块、所述第二多选一模拟开关模块及所述第三多选一模拟开关模块分别包括CD4051。

8.根据权利要求7所述的通用电池协议接口电路，其特征在于，所述控制模块的SMBUS时钟端接所述第一多选一模拟开关模块的公共端，所述第一多选一模拟开关模块的第一输入输出端接所述接口的第一输入端；所述控制模块的SMBUS信号端接所述第二多选一模拟开关模块的公共端，所述第二多选一模拟开关模块的第一输入输出端接所述接口的第二输入端。

9.根据权利要求8所述的通用电池协议接口电路，其特征在于，所述控制模块的第一路串口接所述串口转ONE-WIRE总线模块的串口，所述串口转ONE-WIRE总线模块的ONE-WIRE端接所述第三多选一模拟开关模块的公共端，所述第三多选一模拟开关模块的第四输入输出端接所述接口的第一输入端，所述第三多选一模拟开关模块的第三输入输出端接所述接口的第二输入端。

10.一种电池管理装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的通用电池协议接口电路。

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