一种开关盒自动编址的硬件电路和系统的制作方法

1.本实用新型属于开关盒技术领域，更具体的说，尤其涉及一种开关盒自动编址的硬件电路和系统。


背景技术：

2.大型的储能电站由多个储能子系统组成，该储能子系统则是多个电池簇并联组成，随着锂电池在储能电站的广泛应用，储能电站包含的电池簇数量呈现几何式的增长，每个电池簇都需要一个开关盒对其进行管理，开关盒作为一个管理单元在储能电池系统中有唯一通信id，通过这个id可以获取相应的电池运行实时信息。
3.现有开关盒通信多采用can的方式，在can网络中每个开关盒被设置唯一的id，保证地址唯一性，但面临以下问题：
4.1)开关盒生产调试中，需要投入大量人力来手动设置这个id，不能实现批量化操作。
5.2)在现场维护更换过程中，维护人员需要根据被更换的位置，对开关盒重新设置地址。
6.3)当开关盒设置的地址和系统设计的定义地址不一致时，从监控系统没有方法识别，导致一些故障定位需要到现场识别。
7.4)需要有一个主机配合完成编址。
8.综上所述，开关盒地址设置需要耗费大量人力，同时不易维护，在储能电站发展规模越来越大的同时，生产效率和维护效率也需要提高。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种开关盒自动编址的硬件电路和系统，用于实现各个开关盒自动编址，无需人工设置，避免了开关盒地址设置需要耗费大量人力，同时不易维护，在储能电站发展规模越来越大的同时，生产效率和维护效率也需要提高等问题；同时可以确保自动编址的唯一性和准确性。
10.本技术第一方面公开了一种开关盒自动编址的硬件电路和系统，包括：电源、地址设置单元、多个开关盒和多个第一电阻；
11.各个所述开关盒依次串联连接后的第一端与电源相连，各个所述开关盒依次串联连接后的第二端接地；
12.各个所述开关盒分别设置有相应的第一电阻；
13.所述地址设置单元用于获取所述第一电阻的电压并设置所述开关盒的地址。
14.可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，
15.第1个所述开关盒的输入端口连接所述电源；
16.第i个所述开关盒的输入端口与第i-1个所述开关盒的输出端口相连；
17.第n个所述开关盒的输出端口接地；
18.其中，1《i≤n；n为所述开关盒的总数。
19.可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，各个所述开关盒依次串联连接后的第二端与第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端接地。
20.可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，各个所述开关盒内均设置有相应的所述第一电阻；
21.所述第一电阻的一端与所述开关盒的输入端口相连；
22.所述第一电阻的另一端与所述开关盒的输出端口相连。
23.可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，还包括：采集单元；
24.所述采集单元用于采集所述第一电阻的电压。
25.可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，所述第一电阻的一端和所述开关盒的输出端口之间的连接点与所述采集单元的输入端相连；
26.所述采集单元的输出端与所述地址设置单元的输入端相连。
27.可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，所述采集单元包括：模数转换器或电压传感器。
28.可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相等。
29.可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，各个所述开关盒完成编址后，各个所述开关盒的地址按串联顺序为1-n中的相应值。
30.本技术第二方面公开了一种开关盒自动编址的系统，包括：通信总线、总控单元和如本技术第一方面任一项所述的开关盒自动编址的硬件电路；
31.所述开关盒自动编址的硬件电路通过所述通信总线与所述总控单元相连；
32.各个所述开关盒完成编址后，各个所述开关盒的地址经所述通信总线传输至所述总控单元。
33.从上述技术方案可知，本实用新型提供的一种开关盒自动编址的硬件电路和系统，包括：电源、地址设置单元、多个开关盒和多个第一电阻；各个开关盒依次串联连接后的一端与电源相连，各个开关盒依次串联连接后的另一端接地；各个开关盒分别设置有相应的第一电阻；地址设置单元用于获取第一电阻的电压并设置开关盒的地址；也就是说，各个开关盒的位置不同，其对应的电阻电压不同，进而实现设置各个开关盒的地址，也即实现各个开关盒自动编址，无需人工设置，避免了开关盒地址设置需要耗费大量人力，同时不易维护，在储能电站发展规模越来越大的同时，生产效率和维护效率也需要提高等问题；同时可以确保自动编址的唯一性和准确性，应用场景广泛。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本实用新型实施例提供的一种开关盒自动编址的系统的示意图；
36.图2是本实用新型实施例提供的另一种开关盒自动编址的硬件电路和系统的示意
图；
37.图3是本实用新型实施例提供的另一种开关盒自动编址的硬件电路和系统的示意图；
38.图4是本实用新型实施例提供的另一种开关盒自动编址的硬件电路和系统的示意图；
39.图5是本实用新型实施例提供的另一种开关盒自动编址的硬件电路和系统的示意图；
40.图6是本实用新型实施例提供的一种开关盒自动编址的硬件电路和系统的编址流程图。
具体实施方式
41.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.本技术实施例提供了一种开关盒自动编址的硬件电路和系统，用于解决现有技术中开关盒生产调试中，需要投入大量人力来手动设置这个id，不能实现批量化操作；在现场维护更换过程中，维护人员需要根据被更换的位置，对开关盒重新设置地址；当开关盒设置的地址和系统设计的定义地址不一致时，从监控系统没有方法识别，导致一些故障定位需要到现场识别；以及，需要有一个主机配合完成编址；综上所述，开关盒地址设置需要耗费大量人力，同时不易维护，在储能电站发展规模越来越大同时，生产效率和维护效率也需要提高的问题。
44.参见图1，该开关盒自动编址的硬件电路，包括：电源、地址设置单元、多个开关盒(如图1所述的开关盒1、开关盒2和开关盒n)和多个第一电阻。
45.各个开关盒依次串联连接后的第一端与电源相连。
46.各个开关盒依次串联连接后的第二端接地。
47.也就是说，第1个开关盒与第2个开关盒相连，第2个开关盒与第3个开关盒相连；第3个开关盒与第4个开关盒相连，以此类推，第n-3个开关盒与第n-2个开关盒相连，第n-2个开关盒与第n-1个开关盒相连；第n-1个开关盒与第n个开关盒相连。第1开关盒还与电源相连。第n个开关盒还接地。
48.其中，开关盒的总数为n；n的具体取值，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
49.各个开关盒中可以设置有控制板cmu。此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，
均在本技术的保护范围内。
50.各个所述开关盒分别设置有相应的第一电阻。
51.需要说明的是，该第一电阻的设置位置此处不做具体限定，只要该各个开关盒的第一电阻电压不同即可，从而可以通过第一电阻电压来实现自动编址。
52.地址设置单元用于获取第一电阻的电压并设置开关盒的地址。
53.具体的，可以是通过不同第一电阻的电压，确定出不同开关盒的地址；可以是以第一电阻的电压的大小关系来直接确定开关盒的地址；也可以是将该第一电阻的电压进行相应的转化后，得到各个开关盒的地址。
54.例如，集装箱内通信框图如图1所示，多个开关盒通过can总线与smu 相连；在生产调试时，需要根据开关盒位置1到n，设置开关盒里cmu主板地址为1到n。
55.地址设置单元用于获取第一电阻的电压并设置开关盒的地址的具体过程，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
56.需要说明的是，地址计算可以采用下述方式：
57.1)采集输入的电源电压，如24v记为u0。
58.2)根据欧姆定律和串联的开关盒数量，u1～un为各个开关盒对应的第一电阻的理论电压，当各个第一电阻的阻值均相等时，根据电路原理。
[0059][0060]
……
[0061][0062]
3)根据计算得到的u1～un，和在各个第一电阻位置采集到的电压，通过查询的方式得到开关盒的地址1～n。
[0063]
当然，计算地址，不仅限于上述说明，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0064]
需要说明的是，本技术采用的是利用电阻电压来实现开关盒的编址，而不是二极管分压，二极管分压存在误差；而电阻分压电压更精准；从而提高开关盒编址的精准度。具体的，例如到第9个二极管是5.4v到6.3v，第10 个二极管是6v到7v，在二极管的数量增加后，其电压范围有重叠，会误判；而电阻分压的电压不会重叠，精确度较高。
[0065]
另外，采用二极管的方式，不同电源电压对开关盒数量有限制，例如， 12v电源，最多17个开关盒，应用场景受限制；而采用电阻的方式，无论电源电压是什么类型，均对开关盒数量不设限制，也即应用场景广泛。
[0066]
本实施例中，各个开关盒各个开关盒依次串联连接后的一端与电源相连，各个开关盒依次串联连接后的另一端接地；各个开关盒分别设置有相应的第一电阻；地址设置单元用于获取第一电阻的电压并设置开关盒的地址；也就是说，各个开关盒的位置不同，其对应的第一电阻电压不同，进而实现设置各个开关盒的地址，也即实现各个开关盒自动编址，无需人工设置，避免了开关盒地址设置需要耗费大量人力，同时不易维护，在储能电站发展规模越来越大的同时，生产效率和维护效率也需要提高等问题；同时可以确保自动编址的唯一性和准确性，应用场景广泛。
[0067]
在上述开关盒自动编址的硬件电路中，第1个所述开关盒的输入端口连接电源。
[0068]
在实际应用中，该电源可以是24v电源，当然也可以是其他电源，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0069]
也即，如图2所示，开关盒1的输入端口in连接24v电源。
[0070]
第i个所述开关盒的输入端口与第i-1个所述开关盒的输出端口相连。
[0071]
也即，如图2所示，开关盒2的输入端口in与开关盒1的输出端口out 相连；以此类推，开关盒n的输入端口out与开关盒n-1的输出端口out 相连。
[0072]
第n个所述开关盒的输出端口接地。
[0073]
也即，如图2所示，开关盒n的输出端口out接地gnd。
[0074]
其中，1《i≤n；n为所述开关盒的总数。n的具体取值，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0075]
也就是说，在开关盒的控制板cmu上添加一路in输入和一路out输出，开关盒1的in默认接24v供电电源，开关盒1输出端口out接到开关盒2 的输入端口in，依次连接到最后一个开关盒，最后一个开关盒的输出端口out 接地gnd。
[0076]
可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，各个开关盒的串联支路与地之间设置有第二电阻r。
[0077]
具体的，各个开关盒依次串联连接后的第二端与第二电阻r的一端相连，所述第二电阻r的另一端接地。
[0078]
如图3所示，第1个所述开关盒的输入端口连接电源。
[0079]
也即，如图3所示，开关盒1的输入端口in连接24v电源。
[0080]
第i个所述开关盒的输入端口与第i-1个所述开关盒的输出端口相连。
[0081]
也即，如图3所示，开关盒2的输入端口in与开关盒1的输出端口out 相连；以此类推，开关盒n的输入端口out与开关盒n-1的输出端口out 相连。
[0082]
第n个所述开关盒的输出端口通过第二电阻r接地。
[0083]
也即，如图3所示，开关盒n的输出端口out通过第二电阻r接地gnd。
[0084]
其中，1《i≤n；n为所述开关盒的总数。n的具体取值，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0085]
也就是说，在开关盒的控制板cmu上添加一路in输入和一路out输出，开关盒1的in默认接24v供电电源，开关盒1输出端口out接到开关盒2 的输入端口in，依次连接到最后一个开关盒，最后一个开关盒的输出out 通过第二电阻r接地gnd。
[0086]
可选的，各个所述开关盒内均设置有相应的第一电阻。
[0087]
所述第一电阻的一端与所述开关盒的输入端口相连。所述第一电阻的另一端与所述开关盒的输出端口相连。
[0088]
具体的，如图4所示，开关盒1中，开关盒1的输入端口in与第一电阻 r1的一端相连，开关盒1的输出端口out与第一电阻r1的另一端相连。
[0089]
开关盒2中，开关盒2的输入端口in与第一电阻r2的一端相连，开关盒2的输出端口out与第一电阻r2的另一端相连。
[0090]
以此类推，开关盒n中，开关盒n的输入端口in与第一电阻rn的一端相连，开关盒n的输出端口out与第一电阻rn的另一端相连。
[0091]
可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，还包括：所述开关盒还包括：采集
单元adc。
[0092]
采集单元adc用于采集第一电阻的电压。
[0093]
具体的，如图4所示，开关盒1中，开关盒1的输入端口in与第一电阻 r1的一端相连，开关盒1的输出端口out与第一电阻r1的另一端相连。
[0094]
开关盒2中，开关盒2的输入端口in与第一电阻r2的一端相连，开关盒2的输出端口out与第一电阻r2的另一端相连。
[0095]
以此类推，开关盒n中，开关盒n的输入端口in与第一电阻rn的一端相连，开关盒n的输出端口out与第一电阻rn的另一端相连。
[0096]
具体的，如图5所示，采集单元adc1检采集第一电阻r1的电压；采集单元adc2采集采集第一电阻r2的电压；依次类推，采集单元adcn采集采集第一电阻rn的电压。
[0097]
可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，所述第一电阻的第二端和所述开关盒的输出端口之间的连接点与所述采集单元的输入端相连。
[0098]
具体的，如图5所示，开关盒1中，开关盒1的输入端口in与第一电阻 r1的一端相连，开关盒1的输出端口out分别与第一电阻r1的另一端和采集单元adc1的一端相连、以使采集单元adc1采集第一电阻r1的电压。
[0099]
开关盒2中，开关盒2的输入端口in与第一电阻r2的一端相连，开关盒2的输出端口out分别与第一电阻r2的另一端和采集单元adc2的一端相连、以使采集单元adc2采集第一电阻r2的电压。
[0100]
以此类推，开关盒n中，开关盒n的输入端口in与第一电阻rn的一端相连，开关盒n的输出端口out分别与第一电阻rn的另一端和采集单元 adcn的一端相连、以使采集单元adcn采集第一电阻rn的电压。
[0101]
所述采集单元的输出端与所述地址设置单元的输入端相连。
[0102]
具体的，采集单元adc1与开关盒1内的地址设置单元1的输入端相连，向地址设置单元1输出第一电阻r1的电压；采集单元adc2与开关盒2内的地址设置单元2的输入端相连，向地址设置单元2输出第一电阻r2的电压；以此类推，采集单元adcn的输出端与开关盒n内的地址设置单元n的输入端相连，向地址设置单元n输出第一电阻rn的电压。
[0103]
或者，至少两个开关盒共用一个地址设置单元，共用地址设置单元的各个开关盒中采集单元的输出端均连接该地址设置单元。可以所有开关盒均共用一个地址设置单元，也可以仅部分共用一个地址设置单元，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0104]
可选的，第一电阻(如图4所示的r1、r2
……
rn)和第二电阻r的阻值相等，其具体取值，此处不再一一赘述，均在本技术的保护范围内。
[0105]
可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，所述采集单元包括：模数转换器或电压传感器。
[0106]
当然，不排除该采集单元为其他结构，只要能够采集到第一电阻电压即可，此处不再一一赘述，均在本技术的保护范围内。
[0107]
可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，所述电源为24v电源。当然，也不排除电源为其他型号，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0108]
可选的，在上述开关盒自动编址的硬件电路中，各个开关盒完成编址后，各个开关
盒的地址按串联顺序为1-n中的相应值。
[0109]
当然也可以是其他形式的地址，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0110]
需要说明的是，现在对具体的开关盒编址过程进行说明：
[0111]
开关盒中的cmu自检完成，进入编址状态，根据配置的cmu个数，也即开关盒的个数，计算电压u1～un，采集各个第一电阻的电压值，根据电压值查询得到地址，完成编址，进入运行模式。
[0112]
如图6所示，采集过程说明为：
[0113]
1)cmu上电自检。
[0114]
2)判断自检是否完成，若是，则执行步骤3)，若否返回执行步骤1)。
[0115]
3)计算电压u
x
；也即，计算各个开关盒的第一电阻电压u1～un。
[0116]
4)cmu进入编址状态。
[0117]
5)采集第一电阻r1-rn的电压值。
[0118]
6)判断采集得到的电压值是否有效；若是，则执行步骤7)；若否，执行步骤8)。
[0119]
其中，若电压异常，则采集得到的电压值无效，若电压正常，则采集得到的电压值有效。
[0120]
7)查询电压值对应的地址。
[0121]
8)编址失败上报异常。
[0122]
9)完成开关盒地址设置。
[0123]
10)结束编址。
[0124]
在本实施例中，开关盒地址可以结合软件自动编址的方式设置，减少大量调试和维护人力成本；且该编址方法基于硬件电路实现，编址后的地址序号由硬件决定，保证了地址的唯一性；编址上电执行一次，更换开关盒，只需要重启软件即可，操作便捷；本方法硬件增加数字量采集和输出接口各一路，通信线缆增加一路信号，成本增加很少，不额外增加人力成本，有较高的经济效益；相对于现有自动编址，不需要主机参与，应用范围更广。
[0125]
本技术另一实施例提供了一种开关盒自动编址的系统。
[0126]
该开关盒自动编址系统，包括：通信总线、总控单元和开关盒自动编址的硬件电路。
[0127]
开关盒自动编址的硬件电路通过通信总线与总控单元相连。
[0128]
各个开关盒完成编址后，各个开关盒的地址经通信总线传输至总控单元。具体的，将各个开关盒的地址上传至总控单元是为了供后续其他处理或使用，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0129]
各个开关盒中设置有控制板cmu。
[0130]
需要说明的是，如图1所示，通信总线可以是can总线，当然该通信总线也可以是其他类型的通信总线如rs485总线等，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0131]
如图1所示，总控单元可以是smu(system management unit，电池系统管理单元)；该smu用于管理整个并联电池簇，采集和上传各电池簇的信息，控制电池簇的投切，并对并联系统进行故障诊断和保护。当然，该总控单元也可以是其他类型的控制单元，此处不再一
一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
[0132]
例如，集装箱内通信框图如图1所示，多个开关盒通过can总线与smu 相连；在生产调试时，需要根据开关盒位置1到n，设置开关盒里cmu主板地址为1到n。
[0133]
本实施例中，开关盒自动编址的硬件电路通过can总线与smu相连；各个开关盒完成编址后，各个开关盒的地址经can总线传输至smu；也就是说，各个开关盒的位置不同，其对应的第一电阻电压不同，进而实现设置各个开关盒的地址，也即实现各个开关盒自动编址，无需人工设置，避免了开关盒地址设置需要耗费大量人力，同时不易维护，在储能电站发展规模越来越大同时，生产效率和维护效率也需要提高等问题；同时可以确保自动编址的唯一性和准确性。
[0134]
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0135]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
[0136]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。