[发明专利]用于在总线上提供脉冲电能和数据的方法和系统

说明书

一种用于通过第一总线(430)从主控制单元(420)向从属单元(415)提供脉冲电能和数据的方法和系统。该主控制单元包括用于在总线上提供多个第一脉冲(P1)以向从属单元(415)提供电能的AC信号发生器(414)。每个从属单元通过安排用于将所述第一脉冲(P1)转换成第二脉冲(P2)的第一串联电容器(419)来被AC‑耦合到总线。从主控制单元到从属单元的数据通信通过调制第一脉冲(P1)并通过解调第二脉冲(P2)来建立。所述调制是基于脉冲位置调制、脉冲宽度调制、脉冲计数调制、脉冲幅度调制。每个第一脉冲可以传递0、1或更多个位。可选地，所述从属单元可以通过第二总线(440)与主控制单元通信。

发明领域

本发明通常涉及用于通过总线从主控制单元(主机)向至少一个从属单元(从机)提供脉冲电能和数据的方法和系统的领域。具体而言，本发明涉及在其中主机和从机被电气解耦合的这类系统，例如涉及包括多个可充电电池的可充电能量存储系统。

发明背景

在现有技术中，几种用于在总线上传递电能和数据的技术是公知的。一个公知的示例是“电力线通信”(PLC)，在其中在同时被用于承载AC电能的导电体上承载数据。一个具体示例是“电力猫”，其是支持在现有家庭电力线路上的联网的各种电力线通信规范的族名。这样的系统的特性在于电能是低频AC信号(例如220V，50Hz)，并且数据信息在发射机侧被作为高频信号(例如高至30MHz)叠加，通过在接收机侧的合适的滤波-技术可以从电力信号中分离出数据信号。这种系统的缺点在于在每一个发射机和接收机侧上它都需要一个调制解调器，这使得该系统对于某些应用来说是极其昂贵的，并需要额外的板载空间(当与无需调制解调器的系统相比较而言)。另一个缺点在于该连接到总线的设备电气耦合到总线，除非使用变压器，这再次使得从属单元进而是该系统体积大且昂贵。

FR2612019A1揭示了一种系统，包括例如屏蔽双绞线的两条线的总线以及连接到该总线的几个单元。所述总线配备有通用电源变压器，并且所述系统的每个单元通过第一变压器耦合到所述总线。每个单元通过具有铁芯的隔离变压器耦合到总线，所述隔离变压器旨在在总线和单元之间传送数字信号。这种系统的一个缺点在于每个单元需要用于接收电能的第一变压器，以及用于数据通信的具有铁芯的隔离变压器。这使得所述单元进而是所述系统体积大、笨重且昂贵。

WO2011/036147描述了一种用于平衡多个串联耦合的可充电能量存储设备12(例如电池单元)上的电荷的系统，如在图1中所示。从属设备(在此：平衡单元15)依靠串联电容器19从电力总线30被电气分隔。在从机和主控制单元20之间的数据通信在分开的总线40(例如CAN总线)上发生。由于从机15处于不同的电势，它们不能被直接连接到CAN总线，但例如可以借助使用光-耦合的接口设备被连接到该总线，所述接口设备需要板载空间并增加了组件成本。

图1示出了一种用于对串联连接以形成串11的多个电池单元12进行充电的系统，每个单元12由平衡单元15控制。该系统的主控制单元20包括用于在总线30上提供电能脉冲的AC信号发生器14，其可以通过串联电容器19被提供给从属单元15。该电能的一部分被用于从属单元的本地电源22，参见图2，以为本地微控制器18供电。微控制器18被安排用于打开和/或闭合开关SW1、SW2，以对对应的电池单元12进行充电和/或放电。电能脉冲的另一部分被用于对对应的电池单元12进行充电或放电。微控制器18可以通过借助内部A/D转换器21测量在引脚S+和S-上的电压差来测量例如电池单元12的电压。通过与电力总线30分开的第二总线40，主控制单元20可以向每个从属单元15发送命令以例如指令特定的从属单元测量对应的电池单元12的电池电压，并且当该值被测量并借助A/D转换器21被数字化时，该特定从属单元可以通过数据总线40将所测量的电压值发送给主控制单元20。感兴趣的读者可以参考EP2302757A1以获得更多细节。

第二总线40可以是例如(公知的)CAN总线。然而，由于从属单元15被连接到存储元件12，其被串联连接，从机15处于不同的电势，并且因此，它们不能被直接连接到第二总线40，但需要通过电分隔手段(例如光耦合)来连接。