具有隔离SPI接口的电池管理系统中的高速数据传输技术方案

本公开的各实施例涉及具有隔离SPI接口的电池管理系统中的高速数据传输。一种电池管理系统，包括：控制器；主电池管理集成电路(BMIC)设备，BMIC设备耦合到控制器并且被配置为通过标准串行外围接口(SPI)协议与控制器通信；以及第一从BMIC设备和第二从BMIC设备，第一从BMIC设备和第二从BMIC设备以菊花链配置连接并且通过隔离SPI接口通信，其中第一从BMIC设备通过隔离SPI接口耦合到主BMIC，其中隔离SPI接口使用包括正信号和互补负信号的差分信号，其中正信号的位帧包括位周期，该位周期后面跟随有空闲周期，空闲周期具有与位周期相同的持续时间，其中第一从BMIC设备和第二从BMIC设备被配置为分别耦合到第一电池组和第二电池组。被配置为分别耦合到第一电池组和第二电池组。被配置为分别耦合到第一电池组和第二电池组。

【技术实现步骤摘要】
具有隔离SPI接口的电池管理系统中的高速数据传输


[0001]本专利技术整体涉及电池管理系统(BMS)和电池管理集成电路(BMIC)设备。

技术介绍

[0002]电池组用于各种电气系统和应用，诸如全电动(FE)车辆、混合电动(HE)车辆、备用能量存储系统、不间断电源(UPS)单元、电动自行车、电动踏板车、便携式和半便携式装备。电气系统的不断发展的技术使电池管理系统(BMS)的改进性能成为期望调整以促进安全、可靠和具有成本效益的电池操作。
[0003]电池管理集成电路(BMIC)设备用于电池管理系统。例如，在FE车辆或混合动力车辆应用中，为了管理安装在车辆中的所有电池组，在电池管理系统中使用了大量的BMIC设备。每个电池组耦合到BMIC设备，该BMIC设备管理电池组中的电池电芯。BMIC的任务之一是执行非常精确的电芯电压测量并且尽快将测量值传送到电池管理系统的微控制器(MCU)，以便保持所有电芯电压尽可能接近从而增加电池性能。
[0004]随着电动车辆中使用的电池组的数量增加，将来自所有电池组的测量值及时传送到MCU可能成为挑战。本领域需要支持MCU和BMIC设备之间的高速数据通信的BMIC设备。

技术实现思路

[0005]在一些实施例中，集成电路(IC)设备包括：第一多个输入/输出(I/O)引脚；第一接口电路，该第一接口电路耦合到该第一多个I/O引脚，其中该第一接口电路包括第一解码电路和第一格式转换器；第二多个I/O引脚；第二接口电路，该第二接口电路耦合到该第二多个I/O引脚，其中该第二接口电路包括第二解码电路和第二格式转换器；第一数据总线，该第一数据总线耦合在该第一解码电路的输出和该第二格式转换器的输入之间；第二数据总线，该第二数据总线耦合在该第二解码电路的输出和该第一格式转换器的输入之间；和数字控制电路，该数字控制电路耦合到该第一数据总线和该第二数据总线，其中该第一解码电路和该第二解码电路中的每个解码电路被配置为将隔离串行外围接口(SPI)信号解码成三引脚信号，其中该隔离SPI信号为包括正信号和互补负信号的差分信号，其中该正信号的位帧包括具有相同持续时间的位周期和空闲周期，其中该三引脚信号包括第一数据信号、第二数据信号和同步信号，其中该第一格式转换器和该第二格式转换器中的每个格式转换器被配置为将该三引脚信号转换成该隔离SPI信号。
[0006]在一些实施例中，一种电池管理系统包括：控制器；主电池管理集成电路(BMIC)设备，该BMIC设备耦合到该控制器并且被配置为通过标准串行外围接口(SPI)协议与该控制器通信；第一从BMIC设备，其中该第一从BMIC设备的第一隔离SPI接口通过电流隔离耦合到该主BMIC的隔离SPI接口，其中该第一从BMIC设备被配置为耦合到第一电池组，其中该隔离SPI接口是使用包括正信号和互补负信号的差分信号的双引脚通信接口，其中该正信号的位帧包括位周期，该位周期后面跟随有空闲周期，该空闲周期具有与该位周期相同的持续时间；和第二从BMIC设备，其中该第二从BMIC设备的第一隔离SPI接口通过电流隔离耦合到
该第一从BMIC设备的第二隔离SPI接口，其中该第二从BMIC设备被配置为耦合到第二电池组。
[0007]在一些实施例中，电池系统包括：电池组，该电池组包括多个电池电芯；和电池管理集成电路(BMIC)设备，该BMIC设备耦合到该电池组，该BMIC设备包括：第一多个输入/输出(I/O)引脚；第一接口电路，该第一接口电路耦合到该第一多个I/O引脚，其中该第一接口电路包括第一解码电路和第一格式转换器；第二多个I/O引脚；第二接口电路，该第二接口电路耦合到该第二多个I/O引脚，其中该第二接口电路包括第二解码电路和第二格式转换器；第一数据总线，该第一数据总线耦合在该第一解码电路的输出和该第二格式转换器的输入之间；第二数据总线，该第二数据总线耦合在该第二解码电路的输出和该第一格式转换器的输入之间；数字控制电路，该数字控制电路耦合到该第一数据总线和该第二数据总线；和模数转换器(ADC)，该ADC耦合在该数字控制电路和该电池组之间，其中该第一解码电路和该第二解码电路中的每一者被配置为将隔离串行外围接口(SPI)信号解码成三引脚信号，其中该隔离SPI信号为包括正信号和互补负信号的差分信号，其中该正信号的位帧包括具有相同持续时间的位周期和空闲周期，其中该三引脚信号包括第一数据信号、第二数据信号和同步信号，其中该第一格式转换器和该第二格式转换器中的每个格式转换器被配置为将该三引脚信号转换成该隔离SPI信号。
附图说明
[0008]本专利技术的一个或多个实施例的细节在附图和下面的描述中阐述。本专利技术的其他特征、目的和优点将从描述和附图中以及从权利要求中显而易见。在附图中，相同附图标记在各个视图中通常表示相同的部件部分，为了简洁起见通常不会对其进行重新描述。为了更完整地理解本专利技术，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：
[0009]图1图示了在一个实施例中的包括电池管理集成电路(BMIC)和电池组的电池系统的框图；
[0010]图2图示了在一个实施例中的电池管理系统(BMS)；
[0011]图3图示了在一个实施例中的隔离串行外围接口(SPI)信号；
[0012]图4A
‑
4C一起图示了在一个实施例中的用于对图3的隔离SPI信号进行解码的解码电路的示意图；
[0013]图4D图示了在一个实施例中的图4A
‑
4C的解码电路的时序图；
[0014]图5A
‑
5C一起图示了在另一实施例中的用于对图3的隔离SPI信号进行解码的解码电路的示意图；
[0015]图5D图示了在一个实施例中的图5A
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5C的解码电路的时序图；
[0016]图5E图示了在另一个实施例中的图5A
‑
5C的解码电路的时序图；
[0017]图6图示了在一个实施例中的每个电池组的测量数据的帧结构；并且
[0018]图7图示了在一个实施例中的用于突发模式数据传输的帧结构。
具体实施方式
[0019]下面详细讨论了当前优选实施例的实现和使用。然而，应当理解，本专利技术提供了许多可应用的专利技术构思，这些专利技术构思可以在各种各样的特定环境中体现。所讨论的具体实
施例仅是说明实现和使用本专利技术的具体方式并且不限制本专利技术的范围。
[0020]将在特定上下文(即电池管理集成电路(BMIC)和电池管理系统(BMS))中相对于示例性实施例描述本专利技术。
[0021]图1图示了在一个实施例中的包括电池管理集成电路(BMIC)100(也可称为BMIC设备)和电池组110的电池系统150的框图。电池组110耦合到BMIC 100并且由BMIC 100管理。在一些实施例中，BMIC 100安装(例如，接合)在电池组110的印刷电路板(PCB)板上。
[0022]如图1所示，电池组110(为简单起见也可称为电池110)包括多个电池电芯111(为简单起见也可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电路IC设备，包括：第一多个输入/输出I/O引脚；第一接口电路，耦合到所述第一多个I/O引脚，其中所述第一接口电路包括第一解码电路和第一格式转换器；第二多个I/O引脚；第二接口电路，耦合到所述第二多个I/O引脚，其中所述第二接口电路包括第二解码电路和第二格式转换器；第一数据总线，耦合在所述第一解码电路的输出和所述第二格式转换器的输入之间；第二数据总线，耦合在所述第二解码电路的输出和所述第一格式转换器的输入之间；和数字控制电路，耦合到所述第一数据总线和所述第二数据总线，其中所述第一解码电路和所述第二解码电路中的每个解码电路被配置为将隔离串行外围接口SPI信号解码成三引脚信号，其中所述隔离SPI信号为包括正信号和互补负信号的差分信号，其中所述正信号的位帧包括具有相同持续时间的位周期和空闲周期，其中所述三引脚信号包括第一数据信号、第二数据信号和同步信号，其中所述第一格式转换器和所述第二格式转换器中的每个格式转换器被配置为将所述三引脚信号转换成所述隔离SPI信号。2.根据权利要求1所述的IC设备，其中所述数字控制电路被配置为通过在所述同步信号的上升沿处对所述三引脚信号的所述第一数据信号进行采样，来将来自所述第一数据总线或所述第二数据总线的所述三引脚信号转换成数字位。3.根据权利要求1所述的IC设备，其中在位帧中，所述空闲周期跟随所述位周期，其中在所述位周期期间，所述正信号从正值变为负值，所述互补副信号从负值变为正值，其中在所述空闲周期中，所述正信号保持在零值。4.根据权利要求3所述的IC设备，其中对于所述隔离SPI信号的每个位帧，所述第一解码电路和所述第二解码电路中的每个解码电路被配置为通过以下方式对所述隔离SPI信号进行解码：如果所述位帧承载为一的数字位，则在所述第一数据信号中生成正脉冲，或者如果所述位帧承载为零的数字位，则在所述第二数据信号中生成正脉冲，其中所述正脉冲的上升沿在所述位帧的所述空闲周期开始前生成，并且所述正脉冲的下降沿在所述位帧的所述空闲周期结束前生成；以及生成所述同步信号中的正同步脉冲，其中所述正同步脉冲的上升沿介于所述第一数据信号中或所述第二数据信号中的所述正脉冲的上升沿与下降沿之间。5.根据权利要求4所述的IC设备，其中所述正脉冲的持续时间与所述位周期的持续时间相同。6.根据权利要求1所述的IC设备，还包括第三多个I/O引脚，其中所述数字控制电路耦合到所述第三多个I/O引脚和所述第一多个I/O引脚。7.根据权利要求6所述的IC设备，其中所述IC设备被配置为在主模式或从模式下运行，其中在所述主模式中，所述IC设备被配置为：通过所述第一多个I/O引脚和所述第三多个I/O引脚接收标准SPI信号；由所述数字控制电路将所述标准SPI信号转换成所述三引脚信号；
通过所述第一数据总线向所述第二格式转换器发送所述三引脚信号；由所述第二格式转换器将所述三引脚信号转换成第一隔离SPI信号；以及在所述第二多个I/O引脚处输出所述第一隔离SPI信号。8.根据权利要求7所述的IC设备，其中在所述主模式中，所述IC设备还被配置为：在所述第二多个I/O引脚处接收第二隔离SPI信号；由所述第二解码电路将所述第二隔离SPI信号解码成所述三引脚信号；由所述数字控制电路通过所述第二数据总线接收所述三引脚信号；由所述数字控制电路将所述三引脚信号转换成所述标准SPI信号；以及在所述第一多个I/O引脚和所述第三多个I/O引脚处输出所述标准SPI信号。9.根据权利要求8所述的IC设备，其中在所述从模式中，所述IC设备被配置为：在所述第一多个I/O引脚处接收第三隔离SPI信号；由所述第一解码电路将所述第三隔离SPI信号解码成所述三引脚信号；由所述数字控制电路将所述三引脚信号转换成数字位；由所述数字控制电路处理所述数字位；以及通过在所述第二多个I/O引脚处输出所述第三隔离SPI信号来中继所述第三隔离SPI信号。10.根据权利要求9所述的IC设备，其中所述数字位包括标识ID号，其中所述数字控制电路被配置为通过以下来处理所述数字位：将所述ID号与所述IC设备的设备ID进行比较；以及响应于确定所述ID号匹配所述IC设备的所述设备ID，通过以下向所述第一多个I/O引脚发送数据帧：将所述数据帧转换成所述三引脚信号；以及向所述第一格式转换器发送所述三引脚信号，其中所述第一格式转换器被配置为将所述三引脚信号转换成第四隔离SPI信号并且在所述第一多个I/O引脚处输出所述第四隔离SPI信号。11.根据权利要求9所述的IC设备，其中在所述从模式中，所述IC设备还被配置为：在所述第二多个I/O引脚处接收第五隔离SPI信号；以及通过在所述第一多个I/O引脚处输出所述第五隔离SPI信号来中继所述第五隔离SPI信号。12.一种电池管理系统，包括：控制器；主电池管理集成电路BMIC设备，耦合到所述控制器并且被配置为通过标准串行外围接口SPI协议与所述控制器通信；第一从BMIC设备，其中所述第一从BMIC设备的第一隔离SPI接口通过电流隔离耦合到所述主BMIC的隔离SPI接口，其中所述第一从BMIC设备被配置为被耦合到第一电池组，其中所述隔离SPI接口是使用包括正信号和互补负信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：