本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及大功率的動力電池模組通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電池模組電流開關(guān)通信電路及通信方法。

背景技術(shù)：

電池模組由多個電池單元串聯(lián)而成以提高電壓，大功率的動力電池模組由上百只電池單元串聯(lián)，電池模組電壓甚至達(dá)到500V以上。為對電池進(jìn)行管理，需要采集串聯(lián)電池單元的電壓、溫度、氣體壓力等數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有技術(shù)方案是在每個電池單元設(shè)計(jì)獨(dú)立的從控制器對本地電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后每個從控制器再將采集到的本地?cái)?shù)據(jù)傳送到主控制器進(jìn)行處理。主控制器和多個從控制器，可以采用現(xiàn)場總線通信方式。當(dāng)電池電壓比較高時通信總線需要電氣隔離，同時也為了抗干擾，主控制器和從控制器的連接不采用雙絞線或同軸電纜等導(dǎo)線直接連接?？梢圆捎霉饫w連接，即將現(xiàn)場總線的通信信號光調(diào)制，主控制器和電池單元的從控制器光纖連接。光纖連接能進(jìn)行有效的電氣隔離和電磁抗干擾，但光纖連接使用成本較高。

為實(shí)現(xiàn)電氣隔離，主控制器和多個從控制器，也可以采用無線通信方式，即采樣數(shù)據(jù)射頻調(diào)制然后進(jìn)行發(fā)射。但是無線信號容易受到變換器、開關(guān)、電機(jī)等的干擾，且無線信號容易被金屬屏蔽，電池包裝殼、電池固定架、散熱器等輔助裝置等不能過多使用金屬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決背景技術(shù)中提出的問題，提供了一種電池模組電流開關(guān)通信電路和通信方法，電池單元數(shù)據(jù)的傳送不需要使用導(dǎo)線連接或者光纖連接，簡化了電池模組的結(jié)構(gòu)，提高電池模組安全性。

本發(fā)明提出的一種電池模組電流開關(guān)通信電路，包括主控單元、多個從控單元、二極管、電容、負(fù)載，所述主控單元與多個從控單元串聯(lián)連接，串聯(lián)連接后分別與二極管、電容、負(fù)載并聯(lián)連接；

電池模組中每個電池單元設(shè)置從控單元，用于采集本地電池單元的電壓、溫度信息；

電池模組設(shè)置主控單元，通過電池模組上串聯(lián)的電流開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷控制每個從控單元；

每個從控單元利用本地電池單元上串聯(lián)的電流開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷將本地電池單元信息傳送到主控單元。

在上述技術(shù)方案中，所述主控單元包括主控制器、主電流傳感器、主控開關(guān)，主電流傳感器與主控開關(guān)串聯(lián)；所述主控制器的輸入端連接主電流傳感器，主控制器的輸出端連接主控開關(guān)；所述主控制器通過電流傳感器采樣電池模組的放電電流，所述主控制器控制主電流開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷從而控制電池模組的放電電流的通斷。

在上述技術(shù)方案中，所述從控單元包括從控制器、從電流傳感器、從控開關(guān)，電池單元，所述電池單元與從電流傳感器、從控開關(guān)串聯(lián)；所述從控制器的輸入端連接從電流傳感器，從控制器的輸出端連接從控開關(guān)；所述從控制器通過電流傳感器采樣電池單元的放電電流，從控制器控制從電流開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷從而控制電池單元的放電電流通斷。

在上述技術(shù)方案中，所述主電流傳感器和從電流傳感器使用霍爾器件。

在上述技術(shù)方案中，所述主控開關(guān)和從控開關(guān)使用SCR、GTR、GTO、MOSFET、IGBT中的一種電力電子器件。

在上述技術(shù)方案中，所述負(fù)載包括第一負(fù)載、第一負(fù)載開關(guān)、第二負(fù)載和第二負(fù)載開關(guān)，通信時斷開第一負(fù)載，接通第二負(fù)載，降低主控開關(guān)和從控開關(guān)所使用的開關(guān)器件的開關(guān)應(yīng)力。

本發(fā)明同時提供了一種上述的電池模組電流開關(guān)通信電路的通信方法，主控制器和每個從控制器進(jìn)行自檢，通過其自身的電流傳感器接收自己控制的通斷信息，將接收信息和發(fā)送信息比較，判斷發(fā)送信息是否正確或者線路是否正常；

主控制器和每個從控制器通過各自的電流傳感器檢測到電流通斷，通過各自的電流開關(guān)控制電流通斷；主控制器和從控制器的工作狀態(tài)包括以下幾種：

(一)、主發(fā)送從接收，主控制器控制對應(yīng)主控開關(guān)控制電流通斷，所有的從控制器均通過從電流傳感器接收通斷信息；

(二)、從發(fā)送主接收，從控制器控制從控開關(guān)控制電流通斷，主控制器通過主電流傳感器接收通斷信息；

(三)、主自檢和從自檢，主控制器通過控制主控開關(guān)，或者從控制器通過控制從控開關(guān)控制電流通斷，主控制器或從控制器通過其自身的電流傳感器接收自己控制的通斷信息，將接收信息和發(fā)送信息比較判斷發(fā)送信息是否正確或者線路是否正常。

上述的通信方法，主控制器和從控制器之間的通信幀包含同步頭、幀類別、電池單元編號、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼；

同步頭：發(fā)送方給接收方識別幀的特別信號，作為波特率同步信號，通過該信號計(jì)算波特率；

幀類別，設(shè)定為控制幀、數(shù)據(jù)幀、重傳幀中的一種；

電池編號，為電池單元地址；

數(shù)據(jù)，為采樣的電壓、溫度、壓力數(shù)據(jù)；

校驗(yàn)碼，為CRC校驗(yàn)碼。

連續(xù)的高電平或者連續(xù)的低電平若不經(jīng)過調(diào)制直接控制電流開關(guān)，會使得電流開關(guān)維持長時間導(dǎo)通或者長時間關(guān)斷。為避免上述問題，發(fā)送方采用曼徹斯特編碼，接收方接收信號后進(jìn)行曼徹斯特解碼。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的電路和通信方法是：每個電池單元設(shè)置從控制器，采集本地電池單元的電壓、溫度等相關(guān)信息；電池模組有主控制器；主控制器利用電池模組上串聯(lián)的電流開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷控制每個從控制器，每個從控制器利用本地電池單元上串聯(lián)的電流開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷將電池信息傳送到主控制器。

本發(fā)明的蓄電池模組電流開關(guān)通信電路和方法，電池單元數(shù)據(jù)的傳送不需要使用導(dǎo)線連接或者光纖連接，簡化了電池模組的結(jié)構(gòu)，提高電池模組安全性。

附圖說明

圖1是電池模組電流開關(guān)通信電路示意圖；

圖2是電池模組電流開關(guān)通信幀結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1所示的電池模組電流開關(guān)通信電路包括主控單元1、多個從控單元2、二極管3、電容4、負(fù)載5，主控單元1與多個從控單元2串聯(lián)，然后與二極管3、電容4和負(fù)載5并聯(lián)。主控單元1包括主控制器11、主電流傳感器12、主控開關(guān)13，主電流傳感器12與主控開關(guān)13串聯(lián)。主控制器11通過電流傳感器12能采樣電池模組的放電電流，主控制器11控制主電流開關(guān)13導(dǎo)通和關(guān)斷從而控制電池模組的放電電流的通斷。

從控單元2包括從控制器21、從電流傳感器22、從控開關(guān)23，電池單元24，電池單元24與從電流傳感器22、從控開關(guān)23串聯(lián)。從控制器21通過電流傳感器22采樣電池單元24的放電電流，從控制器21控制從電流開關(guān)23導(dǎo)通和關(guān)斷從而控制電池單元24的放電電流通斷。

主電流傳感器12和從電流傳感器22使用霍爾器件，以免增加放電回路電阻。

主控開關(guān)13和從控開關(guān)23使用SCR、GTR、GTO、MOSFET、IGBT等電力電子器件。

負(fù)載5是整體設(shè)備用電負(fù)載，負(fù)載接入使電池模組產(chǎn)生放電電流，該電流也是每個電池單元的放電電流；二極管3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道；電容4減小通信過程中電流斷續(xù)在負(fù)載上產(chǎn)生的電流紋波。

由于負(fù)載種類多，有的電流很大，有的傳輸線很長具有感性，有的甚至就是電機(jī)一類感性負(fù)載，有的負(fù)載電流很不穩(wěn)定。大電流感性負(fù)載的通斷，增加了主電流開關(guān)和從電流開關(guān)所使用的開關(guān)器件的開關(guān)應(yīng)力；不穩(wěn)定的負(fù)載會造成通信數(shù)據(jù)錯誤。為此，把用電負(fù)載分為兩類，長傳輸線、大電流、非穩(wěn)定或者具有感性的負(fù)載為第一負(fù)載，穩(wěn)定的小電流阻性負(fù)載為第二負(fù)載。

該電池模組電流開關(guān)通信電路的負(fù)載5包括第一負(fù)載51、第一負(fù)載開關(guān)53、第二負(fù)載52和第二負(fù)載開關(guān)54。通信時斷開第一負(fù)載51，接通第二負(fù)載52。

斷開第一負(fù)載接通第二負(fù)載，該方法能降低主電流開關(guān)和從電流開關(guān)所使用的開關(guān)器件的開關(guān)應(yīng)力，提高通信速率。

主控制器和每個從控制器能自檢，即能通過其自身的電流傳感器接收自己控制的通斷信息，將接收信息和發(fā)送信息比較判斷發(fā)送信息是否正確或者線路是否正常。

主控制器和從控制器能通過各自的電流傳感器檢測到電流通斷，也能通過各自的電流開關(guān)控制電流通斷。主控制器和從控制器有以下幾種工作狀態(tài)。

1、主發(fā)送從接收，主控制器控制對應(yīng)電流開關(guān)控制電流通斷，所有的從控制器均可以通過其電流傳感器接收通斷信息。

2、從發(fā)送主接收，從控制器控制對應(yīng)電流開關(guān)控制電流通斷，主控制器通過其電流傳感器接收通斷信息。

3、主自檢和從自檢，主控制器或者從控制器控制對應(yīng)電流開關(guān)控制電流通斷，同時也通過其自身的電流傳感器接收自己控制的通斷信息，將接收信息和發(fā)送信息比較判斷發(fā)送信息是否正確或者線路是否正常。

主控制器和從控制器之間發(fā)送信息的通信幀如圖2所示，包含同步頭、幀類別、電池單元編號、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼。

同步頭：發(fā)送方給接收方識別幀的特別信號，也可以作為波特率同步信號，通過該信號可以計(jì)算波特率。

加入幀類別，如控制幀、數(shù)據(jù)幀、重傳幀等；

加入電池編號，也就是地址；

數(shù)據(jù)；采樣的電壓、溫度、壓力等數(shù)據(jù)；

校驗(yàn)碼：常見的是加入CRC校驗(yàn)碼；發(fā)送方采用曼徹斯特編碼，接收方接收信號后進(jìn)行曼徹斯特解碼。

以電動汽車電池模組電流開關(guān)通信電路和通信方法的具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案的實(shí)施。

實(shí)施例一

電動汽車電壓標(biāo)稱值為133.2V，由單一本發(fā)明的電池模組組成，電池模組內(nèi)12個電池單元串聯(lián)，每個電池單元為三個鋰電池單體，單元標(biāo)稱電壓為11.1V。

主電流傳感器和從電流傳感器選擇100A霍爾傳感器，主電流開關(guān)和從電流開關(guān)均選擇300V150A的MOS管芯。

第一負(fù)載為電動車的電機(jī)，平均功率6.5KW，額定電流50A，沖擊電流150A，第一負(fù)載開關(guān)為200A繼電器。第二負(fù)載為車燈，電流為5A，第二負(fù)載開關(guān)為10A繼電器。在停車間隙，或者下坡或滑行狀態(tài)，切換至第二負(fù)載進(jìn)行通信。

通信幀為：4位幀識別碼，6位電池編號，12位電壓參數(shù)，12位溫度參數(shù)，12位壓力參數(shù)，16位CRC校驗(yàn)，共62位。曼徹斯特編碼后相當(dāng)于幀長度加倍為124位，再加8位幀前同步位一共共132位。

該電動汽車的蓄電池模組采用本發(fā)明的電流開關(guān)通信電路和方法，其電池單元數(shù)據(jù)的傳送不需要使用導(dǎo)線連接或者光纖連接，從而簡化了電池模組的結(jié)構(gòu)，提高電池模組安全性。采用斷開第一負(fù)載接通第二負(fù)載，該方法能降低主電流開關(guān)和從電流開關(guān)所使用的開關(guān)器件的最大電流值和最高電壓值，增加安全性；較小的工作電流和較穩(wěn)定的工作負(fù)載也能提高通信速率。

實(shí)施例二

更大功率的電動車為了減小傳輸電流需要進(jìn)一步提高電壓。

電動汽車電壓標(biāo)稱值為699.2V，由六個本發(fā)明的電池模組串聯(lián)組成，每個電池模組組成、參數(shù)和工作方式都與實(shí)施例一相同。

電池模組之間光纖連接，采用光電隔離的現(xiàn)場總線通信方式。

本發(fā)明的蓄電池模組電流開關(guān)通信電路和方法，電池單元數(shù)據(jù)的傳送不需要使用導(dǎo)線連接或者光纖連接，簡化了電池模組的結(jié)構(gòu)，提高電池模組安全性。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。