一种基于PWM边沿微扰的储能电池内嵌节点下行通信方法及系统与流程

本发明属于电池通信，具体涉及一种基于pwm边沿微扰的储能电池内嵌节点下行通信方法及系统。

背景技术：

1、随着储能电池系统向大容量、高集成度和精细化状态管理方向发展，仅依赖电芯端电压、回路电流以及表面温度等外部参数，已经难以充分反映电芯内部的局部状态变化。为提高对电芯运行状态的感知能力，可以在电芯内部或者电芯附近设置温度、应变、压力等传感器，并通过相应接收节点获取多种状态信息。

2、随着电池系统中分布式传感节点数量增加，如何在各接收节点与电池管理系统之间建立可靠通信成为需要解决的问题。若针对各接收节点分别布设独立通信线路，不仅会增加电池系统内部的线束和连接件数量，而且会提高系统布置复杂度以及连接维护成本，在包含大量串并联电芯的储能系统中尤为明显。

3、为减少额外通信布线，已有方案可以利用电池系统现有的导电路径进行电力线通信。该类方案通常需要设置相应的载波生成、调制及解调电路，以在电力线路上传输通信信号。对于设置于电芯内部或电芯附近的微型接收节点而言，如果上下行通信均按照相近的电力线通信结构配置，则会增加节点侧以及管理侧所需的通信器件数量、功耗和实现复杂度。特别是在下行方向仍单独设置通信发射单元时，没有充分利用储能变换器与电池组之间本身已经存在的周期性开关过程及电气连接路径。

4、因此，如何在不影响储能变换器正常pwm功率控制过程的情况下，利用储能系统已有的开关过程和电池功率通道形成面向多个电芯接收节点的下行通信是现有技术中有待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种基于pwm边沿微扰的储能电池内嵌节点下行通信方法及系统。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种基于pwm边沿微扰的储能电池内嵌节点下行通信方法，包括：

4、获取储能变换器在电池充放电过程中由功率控制环路输出的标称占空比，并根据标称占空比和pwm周期确定开关边沿的标称时间位置；

5、根据待发送的下行比特信息的取值，将开关边沿相对于标称时间位置提前或延后预设微扰量，以通过开关边沿的偏移方向表示下行比特信息的取值，得到承载下行比特信息的pwm信号；

6、利用pwm信号驱动储能变换器的功率开关器件，使产生的开关纹波信号经电池功率通道传播至串联电池组中每个电芯的端子；

7、通过与端子电性连接的接收节点，从端子提取开关纹波信号，并将其转换为数字方波；

8、测量数字方波的脉宽，根据脉宽相对于标称脉宽参考值的偏差恢复下行比特信息，并根据恢复的下行比特信息解析下行指令，执行下行指令对应的操作。

9、作为一种优选的实施方式，将开关边沿相对于标称时间位置提前或延后预设微扰量，包括：

10、保持各pwm周期的上升沿时间位置不变，根据下行比特信息的取值，将下降沿相对于标称时间位置提前或延后相同的预设微扰量，其中，比特0对应提前预设微扰量，比特1对应延后预设微扰量。

11、作为一种优选的实施方式，预设微扰量根据如下方法确定：

12、根据接收端定时器与信道的综合时间抖动标准差，以及由目标误码率确定的系数，确定预设微扰量的下限；

13、根据允许的最大等效占空比偏移与pwm周期的乘积，确定预设微扰量的上限；

14、在下限与上限之间选取预设微扰量。

15、作为一种优选的实施方式，从端子提取开关纹波信号，并将其转换为数字方波，包括：

16、通过耦合电容提取开关纹波信号中的高频纹波分量；

17、对高频纹波分量进行偏置和高通滤波，使其处于比较器的共模输入范围内并抑制低频干扰；

18、通过比较器将处理后的高频纹波分量转换为数字方波。

19、作为一种优选的实施方式，方法还包括：

20、在连续多个pwm周期中对开关边沿施加同向且等量的时间偏移，以将同一下行比特信息在连续多个pwm周期中重复发送；

21、分别测量连续多个pwm周期对应的数字方波的脉宽，并对所得脉宽测量值取平均；

22、根据平均脉宽相对于标称脉宽参考值的偏差，确定该下行比特信息的取值。

23、作为一种优选的实施方式，方法还包括：

24、由储能变换器按照预定义同步码字，将连续多个pwm周期中的开关边沿分别相对于标称时间位置提前或延后，形成周期性发送的同步头，其中，同步头中各开关边沿的提前时间总量与延后时间总量相等；

25、由接收节点根据逐周期脉宽偏差确定接收序列，将接收序列与预定义同步码字进行滑动相关，并在相关结果超过预设门限时确定同步头的位置；

26、捕获同步头中预定脉冲的边沿到达时刻，根据边沿到达时刻与本地时钟预期到达时刻之间的偏差，校正接收节点的本地时钟。

27、作为一种进一步优选的实施方式，校正接收节点的本地时钟，包括：

28、根据边沿到达时刻与本地时钟预期到达时刻之间的偏差确定相位偏差，并根据连续两次时间同步的相位偏差之差与同步头的发送周期，确定本地时钟的频率偏差；

29、补偿相位偏差和频率偏差。

30、作为一种进一步优选的实施方式，下行指令包括同步采样命令，同步采样命令包含采样延迟参数，采样延迟参数表示从承载同步采样命令的下行帧结束至执行采样所间隔的pwm周期数；

31、在多个接收节点处，分别根据校正后的本地时钟，自下行帧结束起计时，并在经过采样延迟参数指定的pwm周期数后触发传感器采样。

32、另一方面，本发明还提供一种基于pwm边沿微扰的储能电池内嵌节点下行通信系统，包括储能变换器、串联电池组以及与串联电池组中电芯的端子电性连接的接收节点；

33、储能变换器包括功率控制环路、通信调制器和功率开关器件；

34、功率控制环路用于在电池充放电过程中输出标称占空比；

35、通信调制器用于根据标称占空比和pwm周期确定开关边沿的标称时间位置，并根据待发送的下行比特信息的取值，将开关边沿相对于标称时间位置提前或延后预设微扰量，以通过开关边沿的偏移方向表示下行比特信息的取值，得到承载下行比特信息的pwm信号；

36、功率开关器件由pwm信号驱动，使产生的开关纹波信号经电池功率通道传播至串联电池组中每个电芯的端子；

37、接收节点用于从端子提取开关纹波信号，并将其转换为数字方波，测量数字方波的脉宽，根据脉宽相对于标称脉宽参考值的偏差恢复下行比特信息，并根据恢复的下行比特信息解析下行指令，执行下行指令对应的操作。

38、作为一种优选的实施方式，接收节点包括耦合电容、比较器以及微控制器；

39、耦合电容与端子连接，用于提取开关纹波信号中的高频纹波分量；

40、比较器用于将高频纹波分量转换为数字方波；

41、微控制器用于分别记录数字方波的上升沿计数值和下降沿计数值，根据二者之差确定脉宽计数值，以恢复下行比特信息。

42、与现有技术相比，本发明提供的基于pwm边沿微扰的储能电池内嵌节点下行通信方法及系统，具有以下有益效果：

43、本发明以储能变换器正常功率控制产生的pwm信号作为通信基础。通信信息以开关边沿相对于功率控制所确定标称位置的时间偏移进行表示，相应微扰经功率开关动作转换为能够沿既有电池功率通道传播的开关纹波。因此，可以复用储能变换器已有pwm生成、功率开关器件以及电池功率连接路径完成下行信息发送，减少专用下行通信发射硬件和额外通信线路的设置需求。

44、此外，本发明利用开关边沿的提前或延后形成时间维度的信息差异，在接收侧，只需从电芯端子提取相应开关纹波并进行比较整形，即可利用定时器测量数字方波的脉宽，并根据该脉宽相对于标称脉宽参考值的偏差恢复下行信息，有利于采用较简单的接收结构准确完成下行信息恢复。