一种通过菊花链通信总线和协议进行数据传输的装置的制作方法

技术领域

本公开的各方面涉及通信网络中的通信设备的寻址。各种通信网络被用在不同应用和环境中。例如，工业、汽车和其他行业已使用通信网络来促成对各种设备的控制和/或各种设备之间的通信。这些通信已越来越多地被用于适应各种需要。具体而言，汽车行业已见证了网络通信针对各种用途的增长使用，诸如用于控制与车辆操作有关的通信电路。

背景技术：

电池管理系统非常适合用在电动车辆(全电力及混合式)和其中期望控制电池以改善性能的其他装置中。电动车辆由电动机推动，并且由一组电池供能。通常情况下，约100个锂离子电池单元(共同在一电池或电池组中)存储驱动车辆所需的能量。这些电池可由电网或内燃机(例如，作为混合引擎或增程器) 充电。

为了获得最优性能，可监视一个或多个电池性质，包括例如电荷状态、功能状态和健康状态。此信息可被用来向驾驶员告知车辆的估计剩余行驶里程 (燃油表功能)以及车辆能够到达期望目的地的可能性。另外，此信息可被电池管理器用来改善电池的性能，这对于任何电动车辆而言都是至关重要的，这是因为相对短的行驶里程和电池再充电能力的限制。为了完成此举，电池管理器应当能够与电池单元通信。

在汽车市场，存在各种通信总线系统。例如，汽车可包含用于低成本车身电子器件的LIN总线、用于主流动力传动系统通信的CAN总线、以及用于高端应用的FlexRay总线。每一此类总线与合适的车辆组件联用，并且每一组件将具有用于经由总线来实施通信的收发机。

技术实现要素：

本公开的各方面一般涉及用于经由双向数据路径向和从通信电路进行数据通信的方法、电路和设备。

在一些实施例中，提供了一种装置，其包括第一和第二连接节点，第一和第二连接节点各自被配置成沿双向数据路径中的两个方向之一传达单元状态数据。单元状态数据表征多个单元中的至少一个单元。该装置还包括通信电路，其连接至第一和第二连接节点中的每一者。该通信电路包括定向驱动电路系统，其配置成通过经由第一连接节点在双向数据路径的第一方向上向第一侧电路系统传达单元状态数据、以及响应于该双向数据路径有故障的指示而通过经由第二连接节点在该双向数据路径的第二方向上向第二侧电路系统进行通信来在该双向数据路径上传达单元状态数据。该通信电路还包括配置成控制该定向驱动电路系统的通信协议电路。

该装置可适配成在数个应用中进行数据通信。例如，多个通信电路可串行连接以形成菊花链总线，该菊花链总线可用于向和从连接至这些通信电路的各种电路传达数据。

在一些实施例中，提供了一种包括多个电池部分的装置。每个部分包括电池单元以及第一和第二通信节点。这多个电池部分串行连接以形成具有第一端和第二端的菊花链总线。每个电池部分包括通信电路，其连接至电池单元且配置成在菊花链总线上传达表征电池单元的单元状态数据。该通信电路被配置成经由第一连接节点传达单元状态数据，以及响应于菊花链总线有故障的指示而经由第二连接节点传达单元状态。该装置还包括：电池管理器电路，其配置成基于表征该多个部分的单元的单元状态数据来控制该多个电池部分；以及通信接口电路，其耦合至电池管理器电路以及菊花链总线的第一端和第二端。该通信接口电路被配置成经由菊花链总线在电池管理器电路与该多个部分的通信电路之间传达数据。

在一些实施例中，提供了一种包括管理器电路和多个部分的装置。每个部分包括相应单元和相应通信电路，该通信电路连接至该单元并且配置成在双向串行菊花链总线上在第一方向上向管理器电路传达表征该单元的单元状态数据。响应于该双向数据路径有故障的指示，该通信电路被配置成在该双向串行菊花链总线上在第二方向上向管理器电路传达单元状态数据。

以上概述并非旨在描述本公开的每一实施例或每一实现。以下附图、详细描述和权利要求书更具体地例示说明各种实施例。

附图说明

通过结合附图考虑以下对各种实施例的详细描述，可以更完整地理解本公开的各方面，附图中：

图1A示出配置成在双向通信路径上传达关于电池单元的数据的第一电池部分；

图1B示出配置成在双向通信路径上传达关于电池单元的数据的第二电池部分；

图1C示出用于在包括多个电池部分的电池中传达数据的第一耐故障系统的电路图；

图1D示出用于在包括多个电池部分的电池中传达数据的第二耐故障系统的电路图；

图2示出反映两个毗邻的电池单元通信节点之间的通信的示意图；

图3A和3B分别示出反映电池系统在移位模式和直通模式中的操作的示意图；

图4示出了展示根据一个实施例的数据流的时序图；

图5示出了用于基于菊花链总线中的通信电路的响应性经由菊花链总线的第一端和第二端进行数据通信的流程图；

图6示出了描绘发送命令消息的流程图；以及

图7示出了描绘发送确认消息的流程图。

具体实施方式

虽然本公开可顺应各种修改和替换形式，但其细节已作为示例在附图中示出并且将详细描述。然而应理解，并非意图要将本公开限定于所描述的特定实施例。相反，其意图覆盖落在包括权利要求中所定义的各方面的本公开范围之内的所有修改、等效方案和替换方案。虽然本公开不必限于本上下文，但本公开的各方面可通过对相关示例的讨论来领会。

本公开的各方面一般涉及用于经由双向数据路径向和从通信电路进行数据通信的方法、电路和设备。在一些实施例中，提供了一种装置，其可与其他类似装置串行连接以形成双向数据路径(例如，菊花链总线)。该装置包括第一和第二连接节点，第一和第二连接节点各自被配置成沿双向数据路径中的两个方向之一传达单元状态数据。单元状态数据表征单元的一个或多个方面。替换地或附加地，该装置可用于在双向数据路径上传达由逻辑电路生成的数据。该装置包括通信电路，其连接至第一和第二连接节点中的每一者。该通信电路包括定向驱动电路系统，其配置成经由第一连接节点在双向数据路径的第一方向上在双向数据路径上向第一侧电路系统传达单元状态数据，以及响应于该双向数据路径有故障的指示而经由第二连接节点在该双向数据路径的第二方向上向第二侧电路系统传达单元状态数据。该通信电路还包括配置成控制该定向驱动电路系统的通信协议电路。

该装置可适配成在数个应用中进行数据通信。例如，多个通信电路串行连接以形成菊花链总线，该菊花链总线可用于向和从连接至这些通信电路的各种电路传达数据。例如，在一些实施例中，该装置可适配成向和从电池组中的多个部分中的个体部分进行数据通信。每个电池部分包括如上所述的相应的单元、相应的第一连接节点、相应的第二连接节点、以及相应的通信电路。电池组的这多个部分经由这多个部分的第一和第二连接节点串行连接以形成菊花链总线，其在该菊花链总线的第一端具有这多个部分中的第一部分的第一连接节点并且在该菊花链总线的第二端具有这多个部分中的第二部分的第二连接节点。

在一些实施例中，该装置包括电池管理器电路，其配置成响应于单元状态数据来控制这多个部分。在一些实现中，该装置还包括通信接口电路，其耦合至电池管理器电路以及菊花链总线的第一端和第二端。该通信接口被配置成经由菊花链总线在电池管理器电路与该多个部分的通信电路之间传达数据。

在一些实现中，通信接口电路被配置成基于菊花链总线中的通信电路的响应性在第一模式和第二模式中工作。当在第一模式中工作时，该通信接口经由菊花链总线的第一端在电池管理器电路与每个通信电路之间传达数据。响应于菊花链总线中的一个或多个通信电路变为无响应，该通信接口转换至第二模式。当在第二模式中工作时，该通信接口经由菊花链总线的第一端在电池管理器电路与通信电路的第一子集之间传达数据。在此模式中，该通信接口还经由菊花链总线的第二端在电池管理器电路与通信电路的第二子集之间传达数据。通信电路的第一子集与第二子集之间的连接也被禁用。

在各种实施例中，菊花链总线中毗邻的各对通信电路可使用各种通信协议来通信。在一些实施例中，毗邻的各对通信电路被配置成使用主从通信协议来彼此通信。例如，菊花链总线中的每个通信电路可在这些连接节点之一处提供主接口并且在另一连接节点处提供从接口。这些通信电路按主接口至从接口串行地连接在一起，以形成菊花链总线。

在一些实施例中，菊花链总线中的每个通信电路在对应于所连接至的电池单元的相应电压域中操作。这可在菊花链总线的第一端与第二端之间造成大 DC电压差。为了避免由DC电压差引起的损坏，通信接口可包括隔离电路，其配置成在该通信电路与菊花链总线的第二端之间传递数据，同时还提供该通信电路与第二端之间的DC隔离。隔离可例如使用电容性、电感性、和/或光学耦合来提供。

在一些实现中，通信电路可被配置成将表征多单元电池组的电池单元的各种单元状态数据传达给电池管理器。例如，在一些实现中，通信电路可提供对相应单元的电流、电压、功率和/或温度的测量。

在一些实施例中，通信电路是可配置的以要么经由菊花链总线的第一端在第一方向上要么经由菊花链总线的第二端在第二方向上在菊花链总线上向电池管理器传达数据。方向可例如由电池管理器电路来选择。在一些实现中，通信电路各自被配置成响应于接收到来自电池管理器的数据命令而将单元状态数据传达给电池管理器。例如，通信电路可被配置成经由从其接收到数据命令的那个通信节点传送单元状态数据。

在各种实施例中，电池管理器可利用数个不同的数据命令来向/从菊花链总线中的通信电路传达数据。例如，在一个示例中，电池管理器传送第一类型的数据命令以提示所有通信电路提供单元状态数据。

作为另一示例，电池管理器可传送第二类型的数据命令以请求来自这些通信电路中特定的一个通信电路的单元状态数据，从而提供单元状态数据。例如，在一些实现中，这些通信电路被配置成在第二类型的数据命令包括该通信电路和/或部分的相应唯一性标识符的情况下提供单元状态数据。否则，通信电路传送对第二数据消息的确收。

在一些实施例中，电池管理器可发出第三数据命令，以提示通信电路在菊花链总线中的特定连接处拆分该菊花链总线。例如，电池管理器可响应于检测到特定连接中断或者具有减小的带宽而采取此类动作。在一些实施例中，电池管理器可提示通信电路拆分菊花链总线，以通过同时经由数据总线的两个相应端点中的每一者传达不同的数据集来倍增可用带宽。响应于第三数据命令，通信电路的第一子集被配置成经由第一端传达数据，而通信电路的第二子集被配置成经由第二端传达数据。第一子集与第二子集之间的连接被禁用——由此将菊花链总线拆分成两个隔离的菊花链总线。各种实施例可替换地/附加地利用其他命令来向/从通信电路传达数据。

各种实施例可适配成用于在双向数据路径(例如，菊花链总线)上与若干不同类型的电路进行通信。为便于解释，本文的示例主要参照向和从多单元电池组中的多个单元的数据通信来描述。

现在转到附图，图1A示出配置成在双向通信路径上传达关于电池单元的数据的第一电池部分。电池部分130包括单元132和通信电路131，通信电路 131被配置成在双向数据路径上传达表征该单元的单元状态数据。通信电路131 连接至相应的第一连接节点134和第二连接节点135，第一连接节点134和第二连接节点135各自被配置成沿双向数据路径中的两个方向之一传达单元状态数据。该通信电路被配置成经由第一连接在双向数据路径上在第一方向上传达单元状态数据。响应于该双向数据路径有故障的指示，该通信电路被配置成经由第二连接在该双向数据路径上在第二方向上传达单元状态数据。

图1B示出配置成在双向通信路径上传达关于电池单元的数据的第二电池部分。类似于图1A，电池部分130包括单元132和通信电路131，通信电路131被配置成经由相应的第一连接节点134和第二连接节点135在双向数据路径上传达表征该单元的单元状态数据。在该示例中，通信电路131包括定向驱动电路140，其配置成经由第一连接节点134在双向数据路径上在第一方向上传达单元状态数据，以及响应于该双向数据路径有故障的指示而经由第二连接节点135在该双向数据路径上在第二方向上传达单元状态数据。该通信电路还包括通信协议电路141，其配置成控制定向驱动电路140(例如，响应于经由双向数据路径接收到的数据命令)。

在一些实现中，该电池部分还包括单元管理器，其配置成监视和/或控制单元132。在图1B中所示的示例中，单元管理器包括监视电路143，其配置成测量单元132的各种特性，诸如该单元的电流、电压、和/或温度。监视电路 143被配置成将测量转换成数字值并且将结果作为单元状态信号提供给通信电路。在一些实现中，单元管理器142包括配置电路144，其配置成响应于在双向通信路径上接收到的控制信号来控制/调节该单元。例如，在该图解中，该配置电路被配置成断开和闭合旁路开关145以将单元132连接至/绕过一电路(例如，多单元电池)。在各种实现中，该单元管理器可适配成监视和/或控制单元和/或电路的其他各种方面。

图1C示出用于在具有多个电池部分的电池中传达数据的第一耐故障系统的电路图。该系统包括多个电池部分160、170和180。每个部分包括相应的通信电路161、171和181，以及相应的电池单元162、172和182，如例如参照图1A和1B所描述的。这多个电池部分160、170和180的通信电路161、171 和181串行连接以形成具有第一端152和第二端153的菊花链总线。

在每个电池部分160、170和180中，相应的通信电路161、171和181 连接至相应的电池单元162、172和182，并且配置成在菊花链总线上向电池管理器电路150传达表征该电池单元的单元状态数据。电池管理器电路150被配置成基于表征多个电池部分160、170和180的单元的单元状态数据来控制这多个部分。在此示例中，通信接口电路151耦合至电池管理器电路150且耦合至菊花链总线的第一端152和第二端153。该通信接口电路151被配置成经由菊花链总线在电池管理器电路与该多个部分的通信电路之间传达数据。在一些实施例中，该通信接口电路可被纳入电池管理器150的电路系统之中。

菊花链总线中的通信电路161、171和181各自具有第一和第二通信节点。通信电路161、171和181中的每一者被配置成经由另一通信节点转发从一个通信节点接收到的数据。以此方式，数据命令从电池管理器150通过菊花链总线传送至每一个通信电路，并且由任何通信电路传送的数据具有菊花链总线被提供给电池管理器150。

通信电路161、171和181是可配置的以要么经由菊花链总线的第一端152 在第一方向上要么经由菊花链总线的第二端153在第二方向上在菊花链总线上向电池管理器传达数据。方向可例如由电池管理器电路150来选择。在一些实现中，通信电路161、171和181各自被配置成响应于接收到来自电池管理器的数据命令而将单元状态数据传达给电池管理器。更具体而言，通信电路161、 171和181各自被配置成经由从其接收到数据命令的那个通信节点传送单元状态数据。这种安排允许电池管理器150和/或通信接口151经由菊花链总线的端点152和153中的任一者来请求和接收单元状态数据。

在一些实施例中，通信接口151被配置成当在第一模式中工作时经由菊花链总线的第一端152在通信电路161、171和181与电池管理器150之间传达数据。然而，一个或多个通信电路可变为不能经由菊花链总线的第一端152通信。例如，菊花链总线中的两个通信电路之间的连接可能断开或者变为太嘈杂而不能通信。响应于一个或多个通信电路变为无响应，通信接口151被配置成在第二模式中工作，其中经由菊花链总线的第一端152在通信电路161、171 和181的第一子集与电池管理器150之间传达数据，并且经由菊花链总线的第二端153在通信电路的第二子集与电池管理器之间传达数据。

作为说明性示例，如果菊花链总线中的通信电路161和171之间的连接中断，则通信电路161将变为对经由菊花链总线的第一端152从电池管理器传达来的数据命令无响应。响应于通信接口151和/或电池管理器150检测到通信电路161无响应，通信接口151被设为在第二模式中工作。当在第二模式中工作时，通信接口151经由菊花链总线的两端152和153从电池管理器传送数据命令。通信电路171和181经由第一端152接收数据命令，而通信电路161经由第二端153接收数据命令。数据响应从通信电路171和181经由第一端152传达给通信接口151。数据响应从通信电路161经由第二端153传达给通信接口151。以此方式，电池管理器能够继续与每个通信电路通信，而不管菊花链总线中的连接中断。

在各种实施例中，电池管理器150可利用数个不同的数据命令来请求电池部分160、170和180的数据和/或控制电池部分160、170和180的电路。例如，在一个示例中，电池管理器传送第一类型的数据命令以提示所有通信电路161、 171和181提供关于相应部分160、170和180的单元162、172和182的单元状态数据。电池管理器150传送第二类型的数据命令以请求这些通信电路中特定的一个通信电路提供单元状态数据。例如，在一些实现中，通信电路161、 171和181被配置成在第二数据命令包括该通信电路和/或通信部分的唯一性标识符的情况下提供单元状态数据。否则，通信电路161、171和181传送对第二数据消息的确收。

此外，在一些实施例中，电池管理器150可发出第三数据命令，从而导致通信电路161、171和181在菊花链总线中的特定连接处拆分该菊花链总线。例如，电池管理器150可响应于检测到特定连接中断或者具有减小的带宽而采取此类动作。在一些实施例中，电池管理器150可提示通信电路161、171和 181拆分菊花链总线，以通过同时在数据总线的两个相应端点上传达不同的相应数据集来倍增可用带宽。响应于第三数据命令，通信电路的第一子集被配置成经由第一端152传达数据，而第二子集(包括这些通信电路中的其他通信电路)被配置成经由第二端153传达数据。通信电路161、171和181还被配置成禁用菊花链总线中连接通信电路的第一子集与第二子集的通信路径——由此将菊花链总线拆分成两个隔离的菊花链总线。还可使用其他各种数据命令来向部分160、170和180请求数据和/或控制部分160、170和180的电路。

图1D示出用于在包括多个电池部分的电池中传达数据的第二耐故障系统的电路图。该系统包括多个电池部分(部分1至部分N)。每个部分包括相应的电池单元107，其由锂离子单元内监管器(LIICS)电路101来控制/监视。如部分N中所示，每个LIICS电路包括用于监视和控制相关联的电池单元107 的单元管理器121、以及通信(COM)电路123。如参照图1C所描述的，通信电路123被串行连接在一起以形成双向数据路径(例如，菊花链总线109) 用于通信。菊花链总线109被用于从电池管理器111向每个LIICS设备101发送控制数据以及在电池管理器111处接收从每个LIICS设备101发送的测量数据(例如，单元状态数据)。

在此示例中，通信接口125耦合至电池管理器111且耦合至菊花链总线的相应第一端127和第二端128。通信接口125被配置成经由菊花链总线109在电池管理器电路与多个LIICS设备的通信电路之间传达数据。

通信接口125的一种可能实现由电路126示出。在此示例中，电路126 包括通信电路126c，其配置成经由菊花链总线109的第一端和第二端传达数据。如以下更详细地描述的，LIICS设备可在相应的电压域中工作，从而在菊花链总线109的第一端与第二端之间创建大DC电压差。为了避免由DC电压差引起的损坏，通信接口的通信电路126c可包括隔离电路126a(例如，电流隔离电路)，其配置成在通信电路126c与第二端128之间传递数据，同时还提供通信电路126c与第一端127之间的DC隔离。隔离可例如使用电容性、电感性、和/或光学耦合来提供。此电路126还包括电池组控制器126b，其配置成经由CAN总线115接收来自电池管理器111的控制命令。电池组控制器 126b的各个特征在以下对图1D的描述中更详细地描述。

作为图1D中的菊花链总线109的一个相关特征，可要么经由菊花链总线的第一端127要么经由菊花链总线的第二端128来向/从LIICS设备的通信电路传达数据。如参照图1C描述的，此特征在菊花链总线109中的连接变为中断时允许通信继续。此特征还允许菊花链总线109被拆分成两个独立总线，以增大可用于通信的带宽。

菊花链总线的一些其他可被实现的特征为：1)主机对菊花链总线式LIICS 设备的定时同步的控制；2)从主机至LIICS设备的直通模式通信——减少等待时间；3)从LIICS设备至主机的移位模式通信——为近处和远端LIICS设备两者实现平衡的定时预算，且由此避免等待时间问题；4)电池单元和电池组两者的机械复杂性降低；以及5)与级联电池单元(叠加电压)的电约束的良好匹配。

图1D中所示的系统可被用于实现多单元电池组。作为示例而非限定， LIICS设备101是安装在引线框(未示出)上的集成电路(IC)(未示出)，优选地模制在电池单元107内部，并且连接在电池单元107的两极103、105 之间。如图1D中所示，每个电池单元(例如，107)具有相关联的LIICS设备 101。每个LIICS设备101可由相关联的本地电池单元的电压供电，这通过避免需要配置成驱动每个LIICS设备的专用功率系统而简化了系统。提供了双向菊花链总线109以实现每个LIICS设备101与电池管理器111之间的通信。

电池单元107串行级联，这导致两个外部电池端子117、119之间的高工作电压(例如，<1000V)，因为这限制了供应给车辆的电动机(未示出)的电流(例如，<100安培)。串行单元电压配置导致除了第一个LIICS设备101 以外的所有LIICS设备101相对于接地具有电压偏移。然而，两个毗邻电池单元107之间的电压偏移限于单个单元电压(Vbat＝通常3-4V)。可任选地， 2个或更多个(n个)单元可连接至单个LIICS设备。该LIICS设备与单个单元设备相同并且在该LIICS设备中的n组寄存器上共享其参数。

通过将通信接口配置为相继LIICS设备101之间的菊花链总线，每个总线接口109a、109b、109c....需要跨越仅单个电池电压(Vbat)。因此，两个毗邻 LIICS设备101之间的物理连接必须容适接口信号的电压中的电平移位。此安排避免了需要昂贵的高电压组件或电流隔离。

电池组控制器126b可以是标准组件，其在电池管理器111(其可使用CAN 总线115与其他车辆组件通信)与LIICS设备101(其使用菊花链总线109) 之间进行接口。可任选地，菊花链总线109中的第一单元监督LIICS设备101 在接地与电池电压(Vbat)之间工作，于是其工作在与电池组控制器126b相同的电压电平上。这意味着第一菊花链总线段不需要其他菊花链总线段的特定电压移位电接口，从而避免了需要额外的接口组件。因此，低电压CMOS开关电平可用来在第一菊花链总线接口上传递数字信息，从而降低客户端的复杂性。

如图1D中所示，电池组控制器126b可以是标准组件，其在电池管理器 111(其可使用CAN总线115与其他车辆组件通信)与LIICS设备101(其使用菊花链总线109)之间进行接口。可任选地，作为前一段中描述的安排的替换方案，菊花链总线109中的第一LIICS设备101a将不连接至电池单元107，而是取而代之将连接至感测电阻器122，并且在此安排中，它能够测量该系统中的电机电流。使用感测电阻器122是仅作为示例而非限定——也可提供使用不同电路元件(诸如电流源或电容器)来提供相同功能性的其他配置。如图1D 中所示，第一LIICS设备在接地与电池电压(Vbat)之间工作，于是其工作在与LIICS 101中的通信接口125相同的电压电平上。这意味着第一菊花链总线段不需要其他菊花链总线段的特定电压移位电接口，从而避免了需要额外的接口组件。因此，低电压CMOS开关电平可用来在第一菊花链总线接口上传递数字信息。

单线接口被用作在菊花链总线段上传递电数据信号的低成本解决方案。毗邻LIICS设备101之间的单线接口通常仅跨越短距离(例如，约10cm)并且由于该接口跨电池单元电压Vbat(而非全电池组电压，其约为nVbat，其中n 是电池组中的电池单元的数量，且Vbat是跨一个此类电池单元的电压)工作，因此单线接口可靠近电池单元的功率引线布线而没有安全问题。

菊花链总线109上的通信需要是双向的，从而电池管理器111可以向电池单元的LIICS设备101发出命令，并且还从那些LIICS设备101接收信息。

更具体地，由于主机(此处为电池管理器111)必须照管所有LIICS设备 101的初始化和因应用而异的控制设置，因此主机必须能够在菊花链总线109 上向LIICS设备101的控制寄存器(图1D中未示出)中发送命令信息。

主机还必须能够在菊花链总线109上收集来自所有LIICS设备101的信息，诸如状态和测量值(此类信息首先存储在LIICS寄存器中并且随后被发送给电池管理器111)。

电池管理系统(包括本文所公开的电池管理系统)中的典型信息流是非常规律的。此类信息流由电池管理器111发起和管理。该信息可在固定大小的分组中传递。

主机(电池管理器111)将发送命令分组以触发特定动作或者设置一个或多个从设备(例如，LIICS设备101)中的特定参数值。主机还可以解读接收自从设备的确认分组。因此，在工作期间，将存在双向信息流。

从设备可解读由主机发送的命令分组，将此类命令分组中继给下一个从设备(对于特定从设备，“下一个”意味着更远离主机的毗邻从设备)，并且将在从主机接收到每个命令分组之后向主机发送其确认分组。来自从设备的确认分组将由在前从设备(对于特定从设备，“在前”意味着更靠近主机的毗邻从设备)向主机中继。不同于中继来自远离主机的另一从设备的确认分组，每个从设备不能直接与其他从设备通信，这意味着一个从设备不能控制另一个从设备。

对于主机发送的任何命令分组，主机将接收来自将命令分组转发给另一从设备的每个从设备的确认分组(在不存在此类确认分组的情况下，主机可重发命令分组或触发警报)。这种由相继从设备向主机逐步中继确认分组意味着，去往主机(电池管理器111)的信息流动与离开主机的信息流动相比将存在显著更高的带宽需求。

半双工通信链路可高效地满足所述的数据传递要求(也可使用其他通信方案，诸如全双工通信)。对于半双工通信，时分复用(TDM)可被用于切换菊花链总线109上的信息流的方向，同时在发送命令分组(数据流的约1％)和接收确认分组(数据流的约99％)的过程中循环。不需要总线仲裁。

在以下描述中参照图2至7来描述菊花链总线上的数据通信的各个方面和细节。为便于解释，这些附图中的LIICS设备的通信电路的操作主要参照经由图2、3A、3B和4中所示的菊花链总线的相应第一端(250、350和450)的数据通信来讨论。对于经由菊花链总线的第二端(260、360和460)的数据通信，在以下描述中传送数据和消息的方向被颠倒并且以下描述中的主/从端子标示被颠倒。

图2示出两个LIICS设备，其通信电路被串行连接以形成菊花链总线。关于经由菊花链总线的第一端250的通信，每个菊花链总线段209a位于两个相继LIICS设备201之间，其中每个总线段209a连接至一个LIICS设备201的主端子225a且连接至另一个LIICS设备201的从端子225b。相应的主端子225a 和从端子225b是LIICS设备的COM部223的部分。如图2中所示，主端子和从端子标示是由那些端子相对于主机的位置来定义的——对于每个菊花链总线段209a，主端子是位于更靠近菊花链总线的第一端250的端子225a，而从端子225b是位于更远离菊花链总线的第一端250的端子。注意，对于经由菊花链总线的第二端的通信，这些主从标示颠倒。

主机211是LIICS设备201用来影响数据传递的实时参考信号的源。主机的定时触发从主机穿过系统传播至从设备(以箭头227的方向)，连同从主机往外向LIICS设备201传递的任何数据。仅主机211能主动开始事务，从而传递命令数据和确认数据。如图2中所示，命令数据在箭头229的方向上从主机 211往外流动，而确认数据在箭头231的方向上向主机211流动。这两者皆由主机发出的定时触发来定时。

在一些实施例中，通信电路被配置成执行两种数据传递模式：移位模式和直通模式。图3A和3B分别示出反映电池系统在移位模式和直通模式中的操作的示意图。在这些附图中，数个LIICS设备301由段309a串行连接以形成具有第一端350和第二端360的菊花链总线。如参照图1D描述的，每个LIICS 电路301包括用于监视和控制相关联的电池单元(未示出)的单元管理器333、以及通信电路323。主机311经由菊花链总线的第一端350和第二端360向/ 从通信电路323传达数据。以下参考图3A来描述移位模式。如已经解释的，从LIICS设备301至主机311的通信是以移位模式来执行的。当所有LIICS设备301的所有寄存器335的所有比特被串行放置时，可在移位模式中向/从所有位置移位(传递)数据，如图3A所示。数据移位由主机发送的定时触发来控制。在此情形中，数据的寻址按LIICS设备301中的寄存器335的次序以及那些寄存器335中的比特次序来隐式地确定。这对于通信带宽的效率而言是有益的。由于LIICS设备301的菊花链总线中的所有元素可在同一时刻移位，因此所有LIICS设备301可并行地传递数据(数据比特步伐一致地移动)，从而在系统中提供较大总带宽。出于简化起见，通常所有LIICS设备301中的所有寄存器335中的所有数据都传递穿过该系统，包括无需被更新的寄存器数据。因此，移位模式非常适合用于从LIICS设备301向主机311发送确认消息。然而，在仅少量数据需要被传递的情形中，该工作模式可能不利地影响通信带宽。每个LIICS设备301可解释其从输入段(为主端子或从端子，取决于数据流动方向)接收的数据，然后将该数据传递给输出段。另外，当输入数据与该链中的后继传递无关时，每个LIICS设备301可用替换输出数据来代替接收到的输入数据。如果在发送命令时发生检出错误，则对受损命令的响应是无关的，并且可用关于传输错误的更详细信息来代替。

作为移位模式的替代，数据可在直通模式中以最小等待时间从一个菊花链总线段传递到下一菊花链总线段。以下参考图3B来描述直通模式。为了使用直通模式数据传递，每个个体电池通信单元323具有数据缓冲器337。给定电池单元管理器的寄存器335中所存储的所有数据经由该LIICS的数据缓冲器 337来传递。在此模式中，所传递的输入数据在其传送给下一菊花链总线段之前不能被解读、修改或更新。由于数据具有低传递等待时间，因此直通模式非常适合与命令消息联用，其中单个消息被发送给所有LIICS设备301。打算发往单个LIICS设备301的特定消息应当用地址来标记，因为这将允许由LIICS 设备301进行消息过滤。

返回图1D(并且还谨记其他附图)，电池管理系统中的数据流通常是非常规律的，其中个体电池单元管理器周期性地向电池管理器报告所跟踪的参数 (例如，温度和电压)，并且电池管理器在必要时(例如，如果电池管理器确定需要放电来维持电池组的性能)指令电池单元管理器。电池管理器111可约 10到100次/秒地周期性地向LIICS设备101发送命令消息，有时带有因设备而异的设置，但通常作为适用于所有LIICS设备101的通用命令，诸如例行状态查询，对此个体LIICS设备101用各种物理参数进行回复(这些通常是最佳地以直通模式发送的命令消息)。对于由电池管理器111发送的每个命令消息，所有LIICS设备101将用向电池管理器111发送的确认消息来回复，诸如其状态和测量数据。

为了达成系统的最优性能，直通模式数据传递被用于从电池管理器111 向LIICS设备101发送命令消息，而移位模式数据传递被用于在电池管理器111 处接收由LIICS设备101发送的带有状态和测量值的所有确认消息。

图4在时间上示出系统中的示例数据流。Int0-Int6表示在所描绘设备之间传递数据的定时区间。数据传输周期开始于在时间区间Int0处主机411发起写广播命令439，从而向最靠近主机411的LIICS设备401a发送数据，优选地使用直通模式通信。当LIICS设备401a正接收命令时，其立即将该命令转发给 LIICS设备401b，LIICS设备401b进而立即将该命令转发给下一设备。该广播命令439随着其传播将被一个或多个LIICS设备401解读。所有LIICS设备401 用其确认消息最有可能以移位模式来向主机411回复。虽然描绘了5个LIICS 设备401a-e，但这仅是说明性的，并且将领会，可以提供更多或更少LIICS设备。

更详细地，广播命令439被示为具有一系列斜指向上箭头的线。Int0时隙中的最低箭头对应于由主机411向第一LIICS设备401a发送的广播命令。箭头向量的垂直分量反映该广播命令从LIICS设备401a向更远离主机411的毗邻LIICS设备401b-e的传播。箭头向量的水平分量反映该广播命令在时间上传播时的等待时间(等待时间问题在下文更详细地讨论)。如图4所示，传播广播命令439在Int1到达最后一个LIICS设备401e。随后，继周期Int1-Int5之后(在下一段详细讨论)，以类似方式向LIICS设备401a-e发送新的命令消息 439’。

图4还示出从LIICS设备401a-e到主机411的回复确认消息441a-e(示为具有多个箭头的多条线，以反映当这些消息从一个LIICS设备向另一个 LIICS设备传递时的传播和等待时间)。此类传输优选地使用移位模式通信来实施。出于当前目的，足以注意到LIICS设备401a-e从主机411接收定时触发 (未示出)。紧接在广播命令消息439已被LIICS设备401接收之后，其开始向主机411发送其确认消息441。LIICS设备401a将甚至在相关命令已到达最后一个LIICS设备401e之前开始发送其确认数据。在短时间之后，下一个LIICS 设备401b在接收到来自LIICS设备401a的广播命令消息439之后将开始向 LIICS设备401a发送确认消息441b，LIICS设备401a当其仍在发送消息441a 时暂时缓冲该确认消息441b。在下一周期Int2期间，LIICS设备401a将确认消息441b中继给主机411。确认消息441经由LIICS设备401a-e的发送继续，直至在Int5结束时，所有确认消息441a-e已被传播至主机411。应理解，所描绘的LIICS设备401a-e的数量仅作为示例而非限定——可提供更少或更多 LIICS设备401。

应注意，来自最远LIICS设备401e的确认消息441e在Int5结束时到达主机411。主机411随后能够在Int6起始处开始向LIICS设备401a-e发送新命令消息439’，并且该通信过程针对该新命令消息重复。

参照经由菊花链总线的第一端450的通信来描述图4中所示的示例。对于经由菊花链总线的第二端460的数据通信，命令(例如，439)和确认消息441a-e 的方向是以上示例的颠倒。如果菊花链中的连接有故障(例如，在401c与401d 之间)，则命令消息439经由第一端450向上传播至LIICS设备，并且响应441c-a 从LIICS设备401a-c向下传播至菊花链总线的第一端，如图4中所示。为了向 LIICS 401d和401e提供命令439，该命令经由第二端460在相反方向上传达至这些LIICS设备。响应441d-e从LIICS设备401d-e(在相反方向上)向上朝第二端460传播。

图5示出了用于基于菊花链总线中的LIICS设备的通信电路的响应性经由菊花链总线的第一端和第二端进行数据通信的流程图。当每个LIICS设备的通信电路都有响应时，判决步骤S501指导电池管理器和各设备经由菊花链总线的第一端以第一模式通信。在步骤S502，电池管理器经由菊花链总线的第一端向LIICS设备发送命令消息。步骤S504反映了在命令消息的此类逐步中继中所涉及的详细操作，并且那些细节在图6中示出。在步骤S506，LIICS设备处理并服从该命令消息。在步骤S508，LIICS设备经由菊花链总线的第一端向电池管理器发送确认消息。步骤S510反映了在从LIICS设备向电池管理器发送确认消息中所涉及的详细操作，此类细节在图7中示出。

如果任何LIICS设备对命令消息是无响应的，则判决步骤S501指导电池管理器和各设备经由菊花链总线的两端以第二模式通信。在步骤S522，电池管理器经由菊花链总线的第一端向LIICS设备的第一子集发送命令消息并且经由菊花链总线的第二端向LIICS设备的第二子集发送该命令消息。步骤S524 反映了在命令消息的此类逐步中继中所涉及的详细操作，并且那些细节在图6 中示出。在步骤S526，LIICS设备处理并服从该命令消息。在步骤S528，LIICS 设备的第一子集经由菊花链总线的第一端向电池管理器发送确认消息，并且 LIICS设备的第二子集经由菊花链总线的第二端向电池管理器发送确认消息。步骤S530反映了在从LIICS设备向电池管理器发送确认消息中所涉及的详细操作，此类细节在图7中示出。第二模式中的此过程重复，直至在判决步骤 S532确定所有LIICS设备都有响应。如果任何LIICS设备变为无响应，则在步骤S534执行紧急停止。紧急停止可包括例如断开所有电池单元与多单元电池电路的连接。

图6描绘了从电池管理器侧总线向该总线另一端的LIICS设备中继命令消息的各方面。在步骤S612，电池管理器发起与最近LIICS设备(图1中的101a) 的事务，并且通过开始在最近LIICS设备的主端子(图2中示出主端子225a) 发送定时触发来启用各LIICS设备间的通信。在步骤S614，电池管理器创建命令消息并向最近LIICS设备的主端子发送命令消息。随后，在步骤S616，电池管理器在主端子处接收确认消息。离开分支点S618回到步骤S616的循环路径反映了当电池管理器迭代地从相继LIICS设备接收确认消息时发生的处理。在步骤S620，电池管理器在已接收到来自最远LIICS设备的最后确认消息的情况下终止该事务并且通过停止在主端子发送定时触发来禁用通信。

图7描绘了从LIICS设备向电池管理器中继确认消息的各方面。在步骤 S722，LIICS设备在其从端子(图2中示出从端子225b)处接收定时触发和命令消息。在步骤S724，LIICS设备将经由其主端口中继该定时触发和命令消息。在步骤S726，LIICS设备解读命令消息。在步骤S728，LIICS设备创建确认消息并通过经由从端口发送该确认消息来向电池管理器进行回复。在步骤S730，确认数据的发送被触发，LIICS设备在其主端口处(从更远离电池管理器的其他LIICS设备)接收确认消息。在步骤S732，LIICS设备随后经由从端口中继那些确认消息。回到步骤S730的循环路径S734反映了当LIICS设备迭代地接收来自更远LIICS设备的相继确认消息时发生的处理(在接收到最后一个此类确认消息之后，针对当前消息周期的处理停止(未示出))。

由于菊花链总线上的数据传递不是无限快的——部分地由于传递此类数据的所链接设备中的处理延迟，因此将产生传播延迟。因此，如所公开地在菊花链总线上传递信号将花费一定时间，这部分地是由于捕捉、缓冲信号以及由一个菊花链总线段向下一个菊花链总线段重传信号所需的时间。

为了改善菊花链总线中在两个方向上的通信可靠性，每个比特在其完整码元周期期间被过滤和验证并且仅在比特的解读之后才将该比特中继给下一个 LIICS设备。这意味着传播延迟将是一个比特周期，因为要花至少一个比特周期(Tbit)来将该比特从一个LIICS设备传播到下一个LIICS设备，意味着最小总线段等待时间是Tbit(例如，约4μs)。由此可知，命令消息从主机行进至总线上的最后一个从设备(例如，总共254个从设备中的最后一个)所需的最小时间是254*Tbit。对于32比特/帧通信，可知在最后一个从设备检测到广播命令的开始之前，该链中的第一从设备(以及可能还有靠近主机的其他从设备)将已完成用其确认消息向主机进行回复。换言之，可能存在一时段，其中菊花链总线的部分仍为空闲并且从设备正等待接收主机的命令消息。

在确认消息自从设备至主机的传输(最有可能是使用移位模式执行的)期间可发生对应的总线段传播延迟。此类传播延迟可导致问题，因为主机在其能捕捉每个LIICS设备的响应之前必须以规律的间隔等待。

确认数据的发送是(在LIICS设备处)通过收到(由主机发送的)广播命令来触发的。由此，对于第一菊花链总线段，此类确认数据以非常短的定时等待时间被返回给主机。但是，对于每一个更远的菊花链总线段，确认数据的返回花费附加的两段等待时间周期，因为需要跨越两个额外的总线段。作为一种解决方案，通信寄存器335(图3A和3B)被用来补偿该定时问题，它们在穿过寄存器链移位时引入延迟。只要单个总线段上的通信等待时间小于此移位寄存器的容量的一半，该移位寄存器就能够补偿更远LIICS设备的较晚响应。当移位寄存器仍在发送其自己的确认消息时，更远LIICS的确认消息被捕捉并被移位至该相同的移位寄存器中。

定义了读指针以定位要向主机发送的本地或经中继确认数据的位置。定义了写指针以定位传入确认数据的位置，以使得其与传出确认数据的定时良好地对准。这意味着所有确认消息将作为级联数据流抵达主机，并且此类确认消息将在主机完成了发送广播命令之后立即抵达。

在一些实施例中，电池管理系统包括单个主设备(主机)，其具有所有主动权，诸如发出命令和收集响应。本地单元管理器(LIICS设备)是从设备，并且它们仅对来自主机的指令作出响应。当主机向一个或多个LIICS设备发送指令时，LIICS设备各自提供关于该指令已被正确接收的确认。

总线系统被配置为线拓扑中的菊花链总线，并且包括主机以及最多达254 个LIICS设备和总线段。LIICS设备和总线段两者皆引入定时等待时间。该等待时间对应于每总线段一比特周期。

在单个LIICS设备将被寻址的应用中，上游和下游延迟两者均应被纳入考虑。支持通用消息确收服务将是非常复杂的，因为这些等待时间延迟可能相当长并且随着主机与特定LIICS设备“LIICS(n)”之间的距离而变化(其中n被表达为特定LIICS设备与主机之间的段数)。在每个个体LIICS设备(LIICS、 LIICS(1)、LIICS(2)...、LICS(n)...、LICS(254))在接收到指令之后立即发送确收消息的情况下，由LIICS设备所传送的最多达254个确收消息所导致的相关等待时间和等待时间变动将使系统非常复杂。

更高级的实现是使每个LIICS设备结合规律的确认数据来向主机发送其确收。由主机向一个或多个LIICS设备发送的每个消息将使每个LIICS设备向主机返回包括确收和状态信息两者的消息。由于主机将发送的消息量是相当有限的并且常常要求返回大量数据，因此该确收方法的开销和复杂性两者相比于以上提及的通用消息确收服务被极大地降低。

另外，在发送将不要求向主机返回数据的命令(例如，来自主机的可能仅在LIICS设备处设置控制数据或触发事件的命令)的实例中，每个LIICS设备仍将发送确认消息。在这种情形中，所传送有效载荷数据的至少部分副本被返回给主机，其可被主机用来确定所发送的数据是否正确地抵达期望LIICS设备，由此提高系统的可靠性。

在一些实施例中，LIICS单元监管器是从设备并且仅对来自主设备的指令作出响应。这种类型的系统可能需要两种类型的中断：(1)主设备(主机或电池控制器)强制对(被锁定)系统的控制；以及(2)从设备(例如，LIICS 设备)由于警报状况而请求服务。

在发送命令的同时，如果主设备希望向一个或多个从设备发送中断，则其等待直至它已完全发送了该命令，而且还等待直至所有从设备已确认该消息。然而，如果需要一接到通知就供给中断(例如在紧急停止的情形中)，则该等待周期可能是过长的。在这种情形中，主设备可通过停止发送相关码元(包含定时触发)来中止当前事务。接下来，主设备可向一个或多个LIICS设备发出包含中断信息的新命令。

作为非限定性示例，LIICS设备可能由于特定状况(例如，电池单元中的过/欠电压、过/欠电池单元温度、或通信错误)而需要请求主机的注意。在电池管理系统中，这些请求通常允许在操作期间(在开车或充电时)有几秒的响应等待时间，并且在系统空闲时(在停车且未充电时)高达几小时的响应等待时间。

主机能够通过中断机制或连续轮询来检测请求服务的LIICS设备。中断机制要求(独立)介质来传递该请求。取决于电池管理器接口的物理实现，此类中断机制的一种可能实现可以是在将由主设备检测的传输介质上的全双工信道中调制该请求，例如通过在单条导线上发送特定频率。然而，根据电池组的各种设计考量，为此目的提供附加布线可能是不可行的。

出于以上原因，连续轮询办法在一些应用中可能是优选的。由于电池管理器通常请求来自LIICS设备的连续测量数据流，因此对中断请求的轮询可被包括在这些数据分组的规律传递中，这些数据分组已包括设备标识信息。为此目的，一些额外的信息可被存储在数据分组中。

在LIICS设备向主机请求服务的情形中，服务请求标志被置位，从而请求来自主机的注意。当请求由于紧急状况从而急切时，LIICS设备发送给主机的确认分组的内容可用关于紧急状况的附加状态信息来代替。以此方式，主设备无需在单独的命令中请求此附加数据，从而减少交互等待时间。在由LIICS设备发送给主机的分组中，确收标志被设置为假以向主机标识存在异常，并且状态标志被置位以向主机发信号通知存在待决服务请求。这些标志不是有效载荷数据的部分。

主机设备通常以每秒约10个采样的速率捕捉来自所有LIICS设备的测量数据，这是应当足以满足中断请求的定时要求的采样速率。

以上所描述的实施例非常适合用在其中每个电池单元都包括能准确高效地监视该电池单元的所有相关参数的集成电路的电池管理系统中。在此类系统中，每个电池单元由LIICS电路控制，该LIICS电路可通过本地测量和对从该电池单元导出的数据的预处理来启用新特征。

本文描述的因应用而异的通信总线准许控制数据从电池管理器(主机)向 LIICS设备(从设备)的传递、以及测量数据从LIICS设备反过来向电池管理器的传递。仅LIICS设备采用具有包含专用电平移位器的PHY的菊花链总线接口。由于此菊花链总线节点不需要电平移位，因此主机PHY可使用标准数字接口组件来实现。如图1C中所示，电池管理器111可包括CAN收发机，从而促成电池管理器与其他车辆组件(诸如各种控制模块和数据记录仪(未示出))之间的通信。

本文所描述的实施例不限于电动车辆，并且也可用在其他应用领域，例如不间断电源(UPS)和光伏储能系统。

可实现各个块、模块或其他电路以实施本文所描述的和/或附图中所示的一个或多个操作和活动。在这些上下文中，“块”(有时也称为“逻辑电路系统”或“模块”)是实施这些或相关操作/活动中的一个或多个操作/活动的电路。例如，在以上讨论的某些实施例中，一个或多个模块是被配置和安排成实现附图中所示的各个元件和以上讨论的过程的分立逻辑电路或可编程逻辑电路。在某些实施例中，此类可编程电路是被编程以执行(诸)指令(和/或配置数据)集的一个或多个计算机电路。这些指令(和/或配置数据)可以是存储在存储器(电路)中并可从其访问的固件或软件的形式。

关于用于各设备(电池部分和LIICS)之间在双向通信总线(例如，菊花链)上的通信的过程和电路的更多信息可参照2013年7月10日提交的美国申请No.13/938416，其具有与本申请相同的发明人和相同的受让人，且通过援引整体全部纳入于此。还可参照同时提交的具有代理人案卷号81537364US02且题为DAISY-CHAIN COMMUNICATION BUS AND PROTOCOL(菊花链通信总线和协议)的美国申请，其也具有与本申请相同的发明人和相同的受让人，且通过援引整体全部纳入于此。例如，参照美国申请No.13/938416的图1、2、 3A、3B和4，其描述了菊花链中连接的电池管理器(主机)与多个通信之间的通信。作为另一示例，参照同时提交的美国申请(代理人案卷号 81537364US02)的图2A和2B，其描述了用于同步菊花链通信总线上的通信的过程和电路。

基于以上讨论和说明，本领域技术人员将容易地认识到，可对各个实施例做出各种修改和改变而无需严格遵循本文中所说明和描述的示例性实施例和应用。例如，本文所讨论的各方面可在各个实施例中被组合以形成不同实施例。此类修改并不脱离本公开的各方面(包括权利要求书中阐述的各方面)的精神和范围。