基于HBS通讯带锂电池的线控器的研究与设计

张 争 刘泉洲 李玉发

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

前言

HBS通讯因其便捷性以及可靠性，在多联机空调系统中有着广泛的应用。线控器作为控制终端，通过HBS接入整个空调系统；然而HBS通讯供电能力有限，使得线控器功能单一，与当今人们愈长的多媒体化需求相悖。本文将锂电池技术引入到HBS线控器中，实现HBS线控器的多媒体化。

1 锂电池技术概述

锂电池为锂离子电池简称，广泛应用于移动终端、电动交通工具、航空航天等各种领域，有高电压、高能量密度、低污染、小体积等优点[1]。

锂离子电池是指正极材料使用嵌锂离子的的电池总称，内部由正极材料、负极材料、隔膜以及电解液四个部分组成，如图1为锂电池的工作原理图[2]。

图1 锂电池工作原理图

锂离子电池采用锂的活性氧化物作为正极材料，负极则采用碳基材料或者硅基材料。原理上，锂离子电池是基于锂离子浓度差的电池，锂离子在正负极间的嵌入及脱出形成了电池的充放电过程[3]。以硫酸锂铁电池为例，其充放电化学过程如下：

正极反应：

负极反应：

总反应：

本文设计采用锂电池并配合bq27750电量计芯片，其中电量计芯片放置于锂电池端，对电量检测更精准。

2 基于HBS通讯的空调系统概述

HBS全称HOMEBUS（日本家庭总线），是一种低压无极性电源载波通讯技术方案。其基本原理为：使用差模电感与耦合电容实现“供电直流”和“通讯载波”[4]；如图2为HBS原理框图。

图2 HBS原理框图

通过HBS技术，系统可以在供电的同时进行通讯。这种技术在空调系统中得到了广泛应用，主要应用在空调内机和线控器之间，空调内机通过HBS给线控器供电的同时与线控器进行通讯，实现数据互传。

然而这种方式也存在弊端，因为HBS的供电能力是有限的，故通过HBS取电的线控器只能功率较小。而今对线控器的功能需求越来越多导致HBS供电能力不足的问题愈发凸显。

本文便在基于HBS通讯的空调系统中引入锂电池技术，实现HBS线控器的多媒体化。

3 线控器硬件平台设计

基于HBS通讯的集成锂电池的线控器系统如图3所示。线控器通过HBS两芯通讯线与内机相连，内机通过HBS给线控器供电以及与线控器进行通讯。线控器内部由HBS通讯芯片、电池管理芯片、锂电池以及MCU等各种功能模块组成；HBS通讯芯片将HBS通讯线的电能以及信号分隔开，电能给电池管理芯片，信号与MCU进行通讯，电池管理芯片将电能供给功能模块以及锂电池，同时控制供电路径，且电池管理芯片能与MCU通讯，并能被MCU控制；锂电池通过电池管理芯片进行充放电；MCU等各种功能模块实现对系统的控制以及各种功能的实现。

图3 基于HBS通讯的集成锂电池的线控器系统

线控器主芯片选用格力GM66××系列，GM66××系列单片机是格力电器公司推出的低功耗、高性能产品，它支持UART、SPI、I2C 通信[5]。电池管理芯片选用TI的bq25××系列，bq25××系列是高度集成的3 A 开关模式电池充电管理和系统电源路径管理器件，适用于单节锂离子和锂聚合物电池。HBS通讯芯片采用MM1192实现线控器与内机的两线无极性通讯。

4 线控器软件平台设计与逻辑实现

线控器控制程序采用C 语言编程实现。通过GM66×× 内部有IIC对电池进行管理，从而实现整个过程。其工作逻辑及控制方法如下：

电池接入开关硬件、软件均可以控制，硬件与软件同时开，电池才会接入，硬件与软件任意一个关，电池断开，硬件随时检测HBS通讯线电压，如无通讯则控制电池断开，如有通讯则接入。

当硬件打开电池开关时，线控器判断电池电量是否充足，如不足则线控器进入低功耗模式，此模式下仅由HBS给线控器供电，并通过多余电量给电池充电，同时线控器仅维持基本功能，语音、及其它高功耗功能关闭，以免超过HBS最大带载能力[6]。

电池电量充足时，判断是否有人进行交互，如有人则进入交互模式，当线控器处于交互模式下时，此时通过线控器所有功能正常，当使用语音交互、视频播放等大功耗功能时，由HBS以及电池共同给线控器供电，使得线控器能运行大功率功能。同时线控器会判断电池电量是否充足，电池电量充足时维持交互状态，不足时进入低功耗模式。其流程图如图4所示。

图4 线控器控制流程图

通过以上方法，使得基于HBS通讯的线控器可以实现语音，彩屏等高功率功能模块的运行。如表1为实测4组样机，16组数据，运行结果展示了很好的可靠性。

表1 实测数据表

5 结语

本文是对锂电池在基于HBS通讯的空调系统中的研究，通过应用锂电池技术，提出了一种带有锂电池控制系统的HBS线控器；通过对电池的管理将HBS内机提供的有限电能合理运用，让线控器实现彩屏、语音、WiFi等高功率多媒体功能。实验结果证明，设计的方案具有一定的有效性和可靠性，能够实现预期目标。

在多媒体化背景下，用户对空调的需求更加的多元化，设计者应结合多维度技术方案，多方面设计产品，提升用户体验度[7]。