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专利名称：一种基于SPI双机通信的直流充电控制器

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202011165223.5

专利申请（专利权）人：许继电源有限公司,许继集团有限公司,许继电气股份有限公司
权利人地址：河南省许昌市中原电气谷许继新能源产业园

专利发明（设计）人：发明人:王延明,孟凡提,张逸群,李茁,刘苗苗,贾甜,吴效威,李沛,刘兵强,张跃杰,齐晓祥

专利摘要：一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，包括主控制芯片、副控制芯片、CAN通信模块、SPI通信模块和外围交互控制设备；主控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；副控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；主控制芯片与副控制芯片之间通过SPI通信模块通信。该直流充电控制器可满足日益复杂与完善的电动汽车充电机的通信需求，降低系统成本，完善系统的性能需求。

主权利要求：
1.一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，其特征在于，包括主控制芯片、副控制芯片、CAN通信模块、SPI通信模块和外围交互控制设备；
所述主控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信，所述外围交互控制设备包括电池管理系统BMS、计费控制单元TCU、直流充电模块和矩阵开关模块，所述主控制芯片负责充电主流程，通过自身的一路CAN通信模块与电池管理系统BMS进行整个充电过程中的电池充电信息交互，通过自身的另一路CAN通信模块与计费控制单元TCU进行充电机遥信遥测及后台控制命令的信息交互；
所述副控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信，所述副控制芯片通过SPI通信模块接收主控制芯片传输的充电控制命令及矩阵开关模块的闭合分断命令，并通过自身的两路CAN通信模块将相关命令下发给直流充电模块和矩阵开关模块；
所述主控制芯片与所述副控制芯片之间通过SPI通信模块通信，所述主控制芯片将控制直流充电模块启动充电的命令、控制矩阵开关模块的闭合分断命令，通过SPI通信模块传输给所述副控制芯片，所述副控制芯片将直流充电模块上送的模块运行信息和矩阵开关模块上送的接触器闭合断开状态信息通过SPI通信模块传输给主控制芯片。
2.根据权利要求1所述的一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，其特征在于，所述直流充电控制器的副控制芯片通过自身两路CAN通信模块与直流充电模块和矩阵控制模块进行充电信息交互。
3.根据权利要求1所述的一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，其特征在于，所述主控制芯片与副控制芯片之间通过一个片选管脚，一个时钟管脚，两个信息传输管脚进行硬件连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，其特征在于，所述直流充电控制器的SPI双机通信通过拉低片选管脚的信号NSS来获取一帧完整的报文。
5.根据权利要求4所述的一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，其特征在于，通过CRC校验的方式对SPI传输的一帧完整报文进行校验，确保能够屏蔽掉SPI传输的错误报文。
6.根据权利要求5所述的一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，其特征在于，所述直流充电控制器的主控制芯片与副控制芯片通过SPI进行信息交互时，当CRC校验成功后，进行读指针移位。 说明书 : 一种基于SPI双机通信的直流充电控制器技术领域[0001] 本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及一种基于SPI双机通信的直流充电控制器。背景技术[0002] 随着新能源的发展，电动汽车的应用越来越普及，我国电动汽车充电机的建设规模也越来越大，电动汽车充电机的种类及功能也越来越完善，而电动汽车充电机功能的实现，离不开控制器CAN通信的对外交互。[0003] CAN通信具有传输速率快，高实时性，高稳定性，结构简单等特点，电动汽车充电机的充电控制器也正是通过CAN通信与电动汽车的电池管理系统BMS以及功率控制单元TCU进行数据传输与控制。[0004] 目前，市场上的充电控制器所使用的嵌入式芯片，普遍只有两路CAN通信，而随着电动汽车充电机功能的日益复杂与完善，充电机充电控制器所需要通信与控制对象已不仅仅只是电池管理系统和计费控制单元，还需对直流充电模块及矩阵开关模块等进行通信与控制，两路CAN通信已不能满足充电控制器的通信与控制需求。[0005] 针对以上情况，设计了一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，可满足日益复杂与完善的电动汽车充电机的通信需求，降低系统成本，完善系统的性能需求。发明内容[0006] 本发明针对现有电动汽车充电机充电控制器，创新的提出一种基于SPI双机通信的直流充电控制器。此基于SPI双机通信的直流充电控制器用以解决现有充电机控制器CAN通信资源不足，无法满足日益复杂与完善的电动汽车充电机功能需求的问题，降低了电动汽车充电机的制造成本，优化了充电机控制器芯片的资源利用，对电动汽车充电机制造厂家降本增效以及电动汽车行业的蓬勃发展都起到了积极的推动作用。[0007] 本发明采用如下的技术方案实现：[0008] 一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，包括主控制芯片、副控制芯片、CAN通信模块、SPI通信模块和外围交互控制设备；[0009] 所述主控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；[0010] 所述副控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；[0011] 所述主控制芯片与所述副控制芯片之间通过SPI通信模块通信。[0012] 进一步的，所述外围交互控制设备包括电池管理系统BMS、计费控制单元TCU、充电模块和开关模块。[0013] 进一步的，所述主控制芯片负责充电主流程，通过自身的一路CAN通信模块与电池管理系统BMS进行整个充电过程中的电池充电信息交互，通过自身的另一路CAN通信模块与计费控制单元TCU进行充电机遥信遥测及后台控制命令的信息交互。[0014] 进一步的，所述主控制芯片将控制充电模块启动充电的命令、控制开关模块的闭合分断命令，通过SPI通信模块传输给所述副控制芯片。[0015] 进一步的，所述直流充电控制器的副控制芯片通过SPI通信模块接收主控制芯片传输的充电控制命令及开关模块的闭合分断命令，并通过自身的两路CAN通信模块将相关命令下发给充电模块和开关模块。[0016] 进一步的，所述直流充电控制器的副控制芯片通过自身两路CAN通信模块与直流充电模块和矩阵控制模块进行充电信息交互，并将充电模块上送的模块运行信息和矩阵开关模块上送的接触器闭合断开状态信息通过SPI通信模块传输给主控制芯片。[0017] 进一步的，所述主控制芯片与副控制芯片之间通过一个片选管脚，一个时钟管脚，两个信息传输管脚进行硬件连接。[0018] 进一步的，所述直流充电控制器的SPI双机通信通过拉低片选管脚的信号NSS来获取一帧完整的报文。[0019] 进一步的，通过CRC校验的方式对SPI传输的一帧完整报文进行校验，确保能够屏蔽掉SPI传输的错误报文。[0020] 进一步的，所述直流充电控制器的主控制芯片与副控制芯片通过SPI进行信息交互时，当CRC校验成功后，进行读指针移位。[0021] 综上所述，本发明提供了一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，包括主控制芯片、副控制芯片、CAN通信模块、SPI通信模块和外围交互控制设备；主控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；副控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；主控制芯片与副控制芯片之间通过SPI通信模块通信。该直流充电控制器可满足日益复杂与完善的电动汽车充电机的通信需求，降低系统成本，完善系统的性能需求。附图说明[0022] 图1为本发明一种基于SPI双机通信的直流充电控制器的系统框图；[0023] 图2为本发明SPI双机通信的示意图。具体实施方式[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。[0025] 对于现有电动汽车充电机充电控制器CAN通信资源不足的问题，本发明提出了一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，其系统框图如图1所示，主要通过芯片间的SPI双机通信来扩展CAN通信。直流充电控制器包括主控制芯片、副控制芯片、CAN通信模块、SPI通信模块和外围交互控制设备；主控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；副控制芯片与外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；主控制芯片与所述副控制芯片之间通过SPI通信模块通信。[0026] 充电控制器主要包含两个拥有两路CAN通信模块、一路SPI通信模块的ARM芯片。所述的外围交互控制设备主要包括电池管理系统BMS、计费控制单元TCU、直流充电模块、矩阵开关模块。主控制芯片通过自身的两路CAN通信模块，与外部的电池管理系统、计费控制单元进行通信，并实现充电流程的控制，副控制芯片通过自身的两路CAN通信模块，与外部的直流充电模块、矩阵开关模块进行通信，主、副控制芯片之间通过SPI双机通信来实现控制命令及遥信遥测状态的传输。主控制芯片负责充电主流程并与外部直接通信，副控制芯片主要负责接受主控制芯片的控制命令，对外部模块进行通信控制，并将接收到的外部模块的遥信遥测信息传输给主控制芯片。[0027] 直流充电控制器的主控制芯片主要负责充电主流程，通过自身的一路CAN通信模块与电池管理系统BMS进行整个充电过程中的电池充电信息交互，将控制直流充电模块启动充电的命令，控制矩阵开关模块的闭合分断命令，通过SPI传输给副控制芯片；通过自身的另一路CAN通信模块与计费控制单元进行充电机遥信遥测及后台控制命令的信息交互。[0028] 副控制芯片主要负责接收主控制芯片传输来充电控制命令及矩阵开关模块闭合分断命令，并通过自身的两路CAN通信模块将相关命令下发给直流充电模块和矩阵开关模块。副控制芯片通过自身两路CAN通信模块与直流充电模块和矩阵控制模块进行充电信息交互，并将直流充电模块上送的模块运行信息和矩阵开关模块上送的接触器闭合断开状态信息通过SPI传输给主控制芯片。[0029] 主控制芯片与副控制芯片之间通过一个片选管脚，一个时钟管脚，两个信息传输管脚进行SPI传输硬件连接。直流充电控制器的SPI双机通信通过拉低片选信号NSS来获取一帧完整的报文。直流充电控制器通过CRC校验的方式对SPI传输的一帧完整报文进行校验，确保能够屏蔽掉SPI传输的错误报文。主控制芯片与副控制芯片SPI进行信息交互时，只有在CRC校验成功后，才进行读指针移位的方式来确保能够准确的接收到一帧正确的报文。该直流充电控制器合理的利用了主副控制芯片的片选资源，结构简单，能够以极低的成本来实现多路CAN通信扩展的功能。[0030] 充电控制器的主控制芯片通过自身的一路CAN通信与电动汽车电池管理系统BMS进行信息交互，对充电过程中的物理连接完成、低压辅助上电、充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段及充电结束阶段六个阶段进行控制和管理。[0031] 充电控制器的主控制芯片通过自身的另一路CAN通信与计费控制单元TCU进行信息交互，将充电过程中的电池管理系统信息，电流电压信息以及直流充电模块和矩阵控制模块的遥测信息上送给计费控制单元，同时接收计费控制单元的控制命令报文。[0032] 充电控制器的主控制芯片将接收到充电控制命令，电池管理系统上送的需求电压、需求电流、电池电压及矩阵开关模块的闭合断开命令，通过SPI通信模块传输给副控制芯片。[0033] 充电控制器的副控制芯片将主控制芯片通过SPI传输过来的控制命令以及电压电流需求转换为CAN通信报文格式。[0034] 充电控制器的副控制芯片将CAN通信报文格式的控制命令通过自身的两路CAN通信，下发给直流充电模块及矩阵开关模块。同时，副控制芯片通过这两路CAN通信接收直流充电模块上送的运行状态、故障告警、实时电压电流等信息以及矩阵开关模块上送的接触器断开闭合状态和故障信息。副控制芯片将收到的直流充电模块和矩阵控制模块的遥信遥测信息，由CAN通信报文格式转换为SPI报文格式，并通过SPI通信模块上送给主控制芯片。[0035] 本发明所述的一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，依赖于主副控制芯片间的SPI双机通信，如图2所示，下面将对这种通信转换及传输过程进行详细介绍。[0036] 首先，主控制芯片接收电池管理系统和计费控制单元发送CAN报文，该CAN报文格式为使用29位标识符的扩展。桓32位的扩展帧ID、8个字节的数据域，共计12个字节。主控制芯片将收到的此格式CAN报文转换存储到一个数组，并计算其CRC校验值。[0037] 其次，主控制芯片将包含数据指针、CAN报文数据、CRC校验值的数组，放置在SPI发送缓冲区，在发送数据时拉低NSS片选信号，将一帧完整的报文发送给副控制芯片。[0038] 然后，副控制芯片在接收到一帧完整的SPI报文后，先对收到的数据进行CRC校验，当副控制芯片计算出的SPI数据校验和与SPI主控制芯片发送过来的CRC校验码一致时，则认为本帧数据是一条完整且有效的数据，同时移动数据指针，开始准备接收下一帧数据。若副控制芯片计算出的SPI数据校验和与SPI主控制芯片发送过来的CRC校验码不一致时，则舍弃本次接收到的数据，同时不移动数据指针，利用SPI的持续传输机制，继续接收本帧数据，直至接收到完整且有效的本帧数据或者主控制芯片发送的下帧数据为止。[0039] 最后，副控制芯片对接收到的完整且有效的数据，根据相关CAN传输协议进行解析，并将数据按照与直流充电模块和矩阵开关模块的CAN传输协议进行转换，使其符合CAN扩展帧发送格式，并放置到CAN模块发送缓冲区，等待CAN模块数据传输。[0040] 这样就完成了一个完整的CAN报文转换SPI数据传输，在转换为CAN报文的过程，使其原本只有两路的CAN通信，扩展为了四路。同时，副控制芯片接收直流充电模块、矩阵开关模块的CAN报文转换传输流程与主控制芯片基本一致。[0041] 综上所述，本发明提供了一种基于SPI双机通信的直流充电控制器，包括主控制芯片、副控制芯片、CAN通信模块、SPI通信模块和外围交互控制设备；主控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；副控制芯片与所述外围交互控制设备之间通过CAN通信模块通信；主控制芯片与副控制芯片之间通过SPI通信模块通信。该直流充电控制器可满足日益复杂与完善的电动汽车充电机的通信需求，降低系统成本，完善系统的性能需求。[0042] 以上给出了本发明涉及具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

专利地区：河南

专利申请日期：2020-10-27

专利公开日期：2024-10-11

专利公告号：CN114475473B