隔离通信电路、装置、电池管理系统及电池包的制作方法

1.本实用新型属于电子电路技术领域，尤其涉及一种隔离通信电路、装置、电池管理系统及电池包。


背景技术：

2.随着技术的进步以及新能源的发展，电池的容量、安全性、健康状态与续航能力日益成为关注重点，bms(battery management system，电池管理系统)是对电池进行监控与控制的系统，将采集的电池信息进行实时反馈，同时根据采集的信息调节参数，充分发挥电池的性能，实现能智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
3.在电池管理系统中，有些地方需要隔离iic通信，iic是inter
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integrated circuit的缩写，其为集成电路总线，是一种两线式串行通信总线，多用于主控制器和从器件间的主从通信，例如，在多串数电池包的电压采集应用中，不同的模块之间iic通信需要进行隔离，现有技术通常采用光耦、变压器以及芯片等方式进行隔离通信。
4.但是，现有的隔离通信方式各模块均需要通过连接线进行连接实现通信功能，占用空间大，导致在空间狭小的情况下安装受限无法实施。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种iic通信隔离通信电路，旨在解决电池包模块的安装空间狭小导致各模块无法安装实施的问题。
6.本实用新型是这样实现的，一种隔离通信电路，包括：
7.采集端模块，采集端模块与采集芯片连接，用于控制所述采集芯片对电池包的电量信息进行采集和/或接收采集芯片对电池包所采集到的电量信息；
8.采集端通信模块，包括成对设置的第一红外发射管和第一红外接收管，第一红外发射管与采集端模块的输出端连接；
9.控制端通信模块，包括成对设置的第二红外发射管和第二红外接收管，第二红外接收管与采集端模块的输入端连接；
10.控制端模块，输入端与第一红外接收管连接，输出端与第二红外发射管连接，用于通过控制端通信模块发送控制信号至采集端模块，并通过采集端接收模块接收采集端模块发送的信息。
11.第二方面，本实用新型还提供一种通信装置，包括采集芯片、控制芯片以及如上述的隔离通信电路，隔离通信电路包括采集端模块、采集端通信模块、控制端通信模块和控制端模块，采集端模块与采集芯片连接，采集端通信模块包括成对设置的第一红外发射管和第一红外接收管，第一红外发射管与采集端模块的输出端连接；控制端通信模块包括成对设置的第二红外发射管和第二红外接收管，第二红外接收管与采集端模块的输入端连接；控制端模块与控制芯片连接，控制端模块输入端与第一红外接收管连接，输出端与第二红
外发射管连接，用于通过控制端通信模块发送控制信号至采集端模块，并通过采集端接收模块接收采集端模块发送的信息。
12.第三方面，本技术还提供一种电池管理系统，电池管理系统包括如上述的通信装置。
13.第四方面，本技术还提供一种电池包，电池包包括多个电芯以及如上述的电池管理系统，电池管理系统包括芯片端收发装置及至少一个电池包采集收发装置，电池包采集收发装置包括与多个电芯对应的多个采集芯片以及与多个采集芯片连接的采集端模块，芯片端收发装置包括控制芯片以及与控制芯片连接的控制端模块，电池管理系统还包括采集端通信模块和控制端通信模块，采集端通信模块包括成对设置的第一红外发射管和第一红外接收管，第一红外发射管与采集端模块的输出端连接，第一红外接收管与控制端模块输入端连接，控制端通信模块包括成对设置的第二红外发射管和第二红外接收管，第二红外接收管与采集端模块的输入端连接，第二红外发射管与控制端模块的输出端连接，用于通过控制端通信模块发送控制信号至采集端模块，并通过采集端接收模块接收采集端模块发送的信息。
14.本实用新型实施例通过设置采集端模块和控制端模块，其中，采集端模块与采集芯片连接用于控制采集芯片对电池包的电量信息进行采集，以及接收采集芯片对电池包所采集到的电量信息，采集端模块的输出端和输入端分别与采集端通信模块的第一红外发射管和控制端通信模块的第二红外接收管连接，控制端模块的输入端和输出端分别与采集端通信模块的第一红外接收管和控制端通信模块的第二红外发射管连接，从而实现采集端模块与控制端模块之间的隔离通讯功能，通过红外方式实现隔离通信，各模块之间可以分别安装于不同的电路板上而不需要通过连接线进行连接，减少对安装空间的要求。
附图说明
15.图1是本实用新型提供的隔离通信电路的模块示意图；
16.图2是本实用新型提供的一个实施例中采集端隔离通信模块和控制芯片隔离通信模块的具体电路结构示意图；
17.图3是本实用新型提供的另一个实施例中采集端隔离通信模块和控制芯片隔离通信模块的具体电路结构示意图。
18.图中，1、采集端模块；2、采集端通信模块；3、控制端通信模块；4、控制端模块；q1、第一红外发射管；q2、第一红外接收管；q3、第二红外发射管；q4、第二红外接收管；q5、第一三极管；q6、第二三极管；q7、第三三极管；q8、第四三极管；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、限流电阻；r7、第七电阻；r8、限流电阻；r9、第九电阻；r10、第十电阻；r11、第十一电阻；r12、第十二电阻；v_u、第一电压端；a_sda2、采集芯片连接端；vdd、内部电压端；m_sda2、控制芯片连接端；c1、滤波电容。
具体实施方式
19.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
20.现有的电池包系统中各模块均需要通过连接线进行连接实现通信功能，占用空间大，导致在空间狭小的情况下安装受限无法实施。本技术通过采用红外通信方式实现采集端模块与控制端模块之间的隔离通讯功能，模块之间可以分别安装于不同的电路板上而不需要通过连接线进行连接，减少对安装空间的要求。
21.实施例一
22.在一些可选实施例中，请参阅图1，图1是本技术隔离通信电路一个实施例模块示意图。
23.如图1所示，本技术提供一种隔离通信电路，包括采集端模块1、采集端通信模块2、控制端通信模块3和控制端模块4。
24.采集端模块1与采集芯片连接，用于控制采集芯片u1对电池包的电量信息进行采集和/或接收采集芯片u1对电池包所采集到的电量信息；
25.采集端通信模块2包括成对设置的第一红外发射管q1和第一红外接收管q2，第一红外发射管q1与采集端模块1的输出端连接；
26.控制端通信模块3包括成对设置的第二红外发射管q3和第二红外接收管q4，第二红外接收管q4与采集端模块1的输入端连接；
27.控制端模块4输入端与第一红外接收管q2连接，输出端与第二红外发射管q3连接，用于通过控制端通信模块3发送控制信号至采集端模块1，并通过采集端接收模块2接收采集端模块1发送的信息。
28.在多串数电压采集应用中，不同的模块之间iic通信需要进行隔离，本技术隔离通信电路通过设置采集端模块1和控制端模块4，采集端模块1和控制端模块4之间通过采集端通信模块2和控制端通信模块3进行隔离通信，其中，采集端模块1和采集芯片连接，采集芯片用于采集电池包的电量信息，采集端通信模块2包括第一红外发射管q1和第一红外接收管q2，控制端通信模块3包括第二红外发射管q3和第二红外接收管q4，第一红外接收管q2用于接收第一红外发射管q1发出的光信号，第二红外发射管q3用于输出光信号至第二红外接收管q4。
29.控制端模块4与电池管理系统的控制芯片u2连接，从而根据控制芯片u2的控制信号控制第二红外发射管q3发光，第二红外接收管q4接收第二红外发射管q3输出的光信号后输出至采集端模块1，从而通过采集端模块1控制采集芯片u1采集电池包的相关电量信息，电量信息包括电池包的电压、电流、温度、剩余电量以及输出功率等，采集端模块1根据采集芯片u1采集到的电量信息控制第一红外发射管q1工作，第一红外接收管q2接收第一红外发射管q1发出的光信号后通过控制端模块4输出至控制芯片u2，电池管理系统即可获取电池包的相关电量信息。在实施时，采集端模块1、第一红外发射管q1和第二红外接收管q4可以安装于同一电路板上，而控制端模块1、第一红外接收管q2和第二红外发射管q3可以安装于另一电路板上，各模块之间无线隔离通信而不需要进行连线，各模块可以处于不同的水平面上，减少电路占用的空间。
30.本技术实施例设置采集端模块1和控制端模块4，其中，采集端模块1与采集芯片u1连接用于控制采集芯片u1对电池包的电量信息进行采集，以及接收采集芯片u1对电池包所采集到的电量信息，采集端模块1的输出端和输入端分别与采集端通信模块2的第一红外发射管q1和控制端通信模块3的第二红外接收管q4连接，控制端模块4的输入端和输出端分别
与采集端通信模块2的第一红外接收管q2和控制端通信模块3的第二红外发射管q3连接，从而实现采集端模块1与控制端模块3之间的隔离通讯功能，通过红外方式实现隔离通信，各模块之间可以分别安装于不同的电路板上而不需要通过连接线进行连接，减少对安装空间的要求。
31.实施例二
32.在一些可选实施例中，请参阅图2，图2是本技术一个实施例采集端隔离通信模块和控制芯片隔离通信模块的具体电路结构示意图。
33.如图2所示，采集端模块1包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一三极管q5和第二三极管q6；
34.第一电阻r1的一端与第一电压端v_u连接，第一电阻r1的另一端连接至第二红外接收管q4的输入端，第二红外接收管q4的输出端连接至第一三极管q5的基极；
35.第一三极管q5的发射极接地，第一三极管q5的基极和发射极之间连接有第二电阻r2，第一三极管q5的集电极连接通过第三电阻r3连接至采集芯片连接端a_sda2，采集芯片连接端a_sda2用于与采集芯片u1的信号传输接口连接，第一三极管q5的集电极还通过第四电阻r4连接至第一电压端v_u，第一三极管q5的集电极还连接至第一红外发射管q1的输入端，第一红外发射管q1的输出端连接至第二三极管q6的发射极；
36.第二三极管q6的基极连接至采集芯片连接端a_sda2，第二三极管q6的基极和发射极之间连接有第五电阻r5，第二三极管q6的集电极接地。
37.控制端模块4包括一端与内部电压端vdd连接的第七电阻r7，第七电阻r7的另一端连接至第二红外发射管q3的输入端，第二红外发射管q3的输出端连接至第三三极管q7的发射极，第三三极管q7的集电极接地，第三三极管q7的基极连接至控制芯片连接端m_sda2，控制芯片连接端m_sda2用于与控制芯片u2的信号传输接口连接，第三三极管q7的发射极和基极之间连接有第九电阻r9，第三三极管q7的基极还通过第十电阻r10连接至第四三极管q8的集电极，第七电阻r7的另一端还连接至第四三极管q8的集电极，第四三极管q8的发射极接地，第四三极管q8的基极连接至第二红外接收管q4的输出端，第四三极管q8的基极和发射极之间连接有第十一电阻r11，所述第二红外接收管q4的输入端通过第十二电阻r12连接至内部电压端vdd。
38.在实施时，第一红外发射管q1和第一红外接收管q2之间以及第二红外发射管q3和第二红外接收管q4之间通过光信号传递信息，以信息为0和1组成的字符串为例，单位时间(例如0.02秒)内高电平等价于“1”而低电平等价于“0”，当控制芯片u2欲传输信号“0”时，控制芯片连接端m_sda2输出低电平，此时，第三三极管q7导通使得第二红外发射管q3工作发光，第二红外接收管q4导通使得第一三极管q5导通，进而采集芯片连接端a_sda2为低电平，采集芯片u1接收到采集芯片连接端a_sda2的低电平信号确定控制芯片u2发送的信号“0”，另外，采集芯片u1会反馈接收到信号的信息至控制芯片u2，由于采集芯片连接端a_sda2为低电平使得第二三极管q6导通，使得第一红外发射管q1输出光信号至第一红外接收管q2，第一红外接收管q2导通使得第四三极管q8导通，此时控制芯片连接端m_sda2为低电平，则控制芯片u2确定采集芯片u1接收到信号“0”而反馈的信号。
39.当控制芯片u2欲传输信号“1”时，控制芯片连接端m_sda2输出高电平，此时，第三三极管q7不导通使得第二红外发射管q3不工作，第二红外接收管q4不导通使得第一三极管
q5不导通，从而使得采集芯片连接端a_sda2为高电平，采集芯片u1接收到采集芯片连接端a_sda2的高电平信号确定控制芯片u2发送的信号“1”，另外，由于采集芯片连接端a_sda2为高电平使得第二三极管q6不导通，使得第一红外发射管q1不工作，第一红外接收管q2不导通，使得第四三极管q8不导通，此时控制芯片连接端m_sda2为高电平，则控制芯片u2确定采集芯片u1接收到信号“1”而反馈的信号。
40.另一方面，当采集芯片u1欲传输信号“0”时，采集芯片连接端a_sda2输出低电平，此时，第二三极管q6导通使得第一红外发射管q1工作发光，第一红外接收管q2导通使得第四三极管q8导通，从而使得控制芯片连接端m_sda2为低电平，控制芯片u2接收到控制芯片连接端m_sda2的低电平信号确定采集芯片u1发送的信号“0”，另外，另外，控制芯片u2会反馈接收到信号的信息至采集芯片u1，由于控制芯片连接端m_sda2为低电平使得第三三极管q7导通，导致第二红外发射管q3工作输出光信号至第二红外接收管q4，第二红外接收管q4导通使得第一三极管q5导通，此时采集芯片连接端a_sda2为低电平，则采集芯片u1确定控制芯片u2接收到信号“0”而反馈的信号。
41.当采集芯片u1欲传输信号“1”时，采集芯片连接端a_sda2输出高电平，此时，第二三极管q6不导通使得第一红外发射管q1不工作，第一红外接收管q2不导通使得第四三极管q8不导通，从而使得控制芯片连接端m_sda2为高电平，控制芯片u2接收到控制芯片连接端m_sda2的高电平信号确定采集芯片u1发送的信号“1”，另外，由于控制芯片连接端m_sda2为高电平使得第三三极管q7不导通，导致第二红外发射管q3不工作，第二红外接收管q4不导通使得第一三极管q5不导通，此时采集芯片连接端a_sda2为高电平，则采集芯片u1确定控制芯片u2接收到信号“1”而反馈的信号。
42.在实施时，每次传递信息都包括多个“0”和“1”组成的字符串，字符串的位数可以根据实际需求进行设置，例如每个字符串包括8位字符，每次传输信息时可以设置相同的头信息，例如8位字符串中前三位为“111”，表示要传输信息，后5位为具体的通信信息，当然，上述的字符串位数和组合方式为举例说明，在实施时，字符串的长度和组合方式还可以采用其他方式，能实现采集端模块1和控制端模块4之间的隔离通信功能即可。
43.实施例三
44.在一些可选实施例中，请参阅图3，图3是本技术另一个实施例的具体电路结构示意图。
45.如图3所示，采集端模块1还包括限流电阻r6，限流电阻r6的一端连接至采集芯片连接端a_sda2，限流电阻r6的另一端连接至第二三极管q6的基极。控制端模块4还包括滤波电容c1和限流电阻r8，第三三极管q7的基极通过限流电阻r8连接至控制芯片连接端m_sda2，第七电阻r7与内部电压端vdd连接的一端通过滤波电容c1接地。通过在第二三极管q6的基极和采集芯片连接端a_sda2之间设置限流电阻r6，第三三极管q7的基极和控制芯片连接端m_sda2之间设置有限流电阻r8，以限制太大的电流通过，能有效避免对电路或者对采集芯片u1和控制芯片u2造成损坏，而滤波电容c1能使内部电压端vdd输出电流更平滑，提高电路稳定性。
46.实施例四
47.在一些可选实施例中，本技术还提供一种通信装置，包括采集芯片u1、控制芯片u2和如上述的隔离通信电路，隔离通信电路包括采集端模块1、采集端通信模块2、控制端通信
模块3和控制端模块4，采集端模块1与采集芯片u1连接，采集端通信模块2包括成对设置的第一红外发射管q1和第一红外接收管q2，第一红外发射管q1与采集端模块1的输出端连接；控制端通信模块3包括成对设置的第二红外发射管q3和第二红外接收管q4，第二红外接收管q4与采集端模块1的输入端连接；控制端模块4与控制芯片u2连接，控制端模块4的输入端与第一红外接收管q2连接，控制端模块4的输出端与第二红外发射管q3连接，用于通过控制端通信模块2发送控制信号至采集端模块1，并通过采集端接收模块3接收采集端模块1发送的信息。
48.在实施时，采集芯片u1用于采集电池包的电量信息，采集端模块1的输入端与第二红外接收管q4连接，采集端模块1的输出端与第一红外发射管q1连接，控制端模块4的输入端与第一红外接收管q2连接，控制端模块4的输出端与第二红外发射管q3连接，第一红外接收管q2用于接收第一红外发射管q1发出的光信号，第二红外接收管q4用于接收第二红外发射管q3发出的光信号。
49.控制端模块4与电池管理系统的控制芯片u2连接，从而根据控制芯片u2的控制信号控制第二红外发射管q3工作输出光信号，第二红外接收管q4接收第二红外发射管q3输出的光信号后输出至采集端模块1，从而通过采集端模块1控制采集芯片u1采集电池包的相关电量信息，采集端模块1接收采集芯片u1返回的电量信息并控制第一红外发射管q1工作输出光信号，第一红外接收管q2接收第一红外发射管q1发出的光信号后通过控制端模块4输出至控制芯片u2，电池管理系统即可获取电池包的相关电量信息实现各模块之间无线隔离通信功能。
50.本技术实施例设置采集端模块1和控制端模块4，其中，采集端模块1与采集芯片u1连接，控制端模块4与控制芯片u2连接，采集端模块1的输出端和输入端分别与采集端通信模块2的第一红外发射管q1和控制端通信模块3的第二红外接收管q4连接，控制端模块4的输入端和输出端分别与采集端通信模块2的第一红外接收管q2和控制端通信模块3的第二红外发射管q3连接，从而实现采集端模块1与控制端模块3之间的隔离通讯功能，通过红外方式实现隔离通信，各模块之间可以分别安装于不同的电路板上而不需要通过连接线进行连接，减少对安装空间的要求。
51.实施例五
52.在一些可选实施例中，本技术还提供一种电池管理系统，电池管理系统包括如上述的通信装置。
53.电池管理系统包括控制芯片u2，控制芯片u2与通信装置中的控制端模块4连接，控制端模块4的输入端与第一红外接收管q2连接，控制端模块4的输出端与第二红外发射管q3连接，采集端模块1的输入端与第二红外接收管q4连接，采集端模块1的输出端与第一红外发射管q1连接，第一红外发射管q1和第一红外接收q2对接，第二红外发射管q3和第二红外接收q4对接。在实施时，控制端模块4根据控制芯片u2的控制信号控制第二红外发射管q3工作输出光信号，第二红外接收管q4接收第二红外发射管q3输出的光信号后输出至采集端模块1，从而通过采集端模块1控制采集芯片u1采集电池包的相关电量信息，采集端模块1根据采集芯片u1采集到的电量信息控制第一红外发射管q1工作输出光信号，第一红外接收管q2接收第一红外发射管q1发出的光信号后通过控制端模块4输出至控制芯片u2，电池管理系统即可获取电池包的相关电量信息实现各模块之间无线隔离通信功能。
54.实施例六
55.在一些可选实施例中，本技术还提供一种电池包，电池包包括多个电芯以及如上述的电池管理系统，电池管理系统包括芯片端收发装置及至少一个电池包采集收发装置。
56.在实施时，电池包采集收发装置包括与所述多个电芯对应的多个采集芯片u1以及与多个采集芯片u1连接的采集端模块1，芯片端收发装置包括控制芯片u2以及与控制芯片u2连接的控制端模块4，电池管理系统还包括采集端通信模块2和控制端通信模块3，采集端通信模块2包括成对设置的第一红外发射管q1和第一红外接收管q2，第一红外发射管q1与采集端模块1的输出端连接，第一红外接收管q2与控制端模块4的输入端连接，控制端通信模块3包括成对设置的第二红外发射管q3和第二红外接收管q4，第二红外接收管q4与采集端模块1的输入端连接，第二红外发射管q3与控制端模块4的输出端连接，控制端模块4用于通过控制端通信模块3发送控制信号至采集端模块1，并通过采集端接收模块2接收采集端模块1发送的信息。
57.电池包是一种由多块电池组成的大容量电池组，电池包包括多个电芯单体以及电池管理系统，在实施时，电池管理系统中的电池包采集收发装置设置有多个，具体地，电池包采集收发装置可以设置有一个采集芯片u1，一个采集芯片u1对应多个电芯，即采集芯片u1可以采集多个电芯的电量信息，以使电池包采集收发装置的采集芯片u1与多个电芯对应进行电量信息采集。第一红外接收管q2用于接收第一红外发射管q1输出的光信号，在实施时，第一红外发射管q1在采集芯片u1的控制下发出的光信号，第一红外接收q2接收第一红外发射管q1输出的光信号并传输至控制芯片u2，从而将采集到的电芯的电量信息传输至电池包管理系统，而第二红外发射管q3在控制芯片u2的控制下发出光信号，第二红外接收管q3接收第二红外发射管q3输出的光信号并传输至采集芯片u1，从而控制采集芯片u1采集电芯的电量信息，例如采集电压、电流、温度、剩余电量、输出输入功率等信息，实现芯片端收发装置和电池包采集收发装置之间的隔离通信功能。
58.由于第一红外接收管q2和第二红外接收管q4分别只接受第一红外发射管q1和第二红外发射管q3发出的光信号，采集端模块1和控制端模块4可以安装于不同的电路板上，即芯片端收发装置和电池包采集收发装置不需要安装于同一水平面上，减少芯片端收发装置和电池包采集收发装置占用的空间，减少对安装空间的要求。
59.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。