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极具成本效益的高可靠性车载电池系统设计

导读: 对于汽车动力传动系统而言,BMS中所使用的电子组件是实现高可靠性、高性能、长寿命的的关键因素之一。

  OFweek电子工程网 对于汽车动力传动系统而言,BMS中所使用的电子组件是实现高可靠性、高性能、长寿命的的关键因素之一。而采用集中式的实用BMS硬件局限在规模较大的装配中,为解决这类困难,本文将介绍利用isoSPI数据链路实现高可靠性车载电池系统设计。

  对于被设计到HEV、PHEV和EV动力传动系统中的电池组而言,实现高可靠性、高性能和长寿命的关键因素之一是电池管理系统(BMS)中所使用的电子组件。目前为止,大部分电池组设计采用了集中式的实用BMS硬件,局限于在规模较大的装配中。特别是,电池和相关设备的电气噪声工作环境对数据通信链路提出了非常严格的要求,而通信链路承载了车内关键信息的传输。应用广泛的CANbus能够处理这类噪声,但是原始BMS数据的数据吞吐量需求及其相关组件成本导致无法在结构化吸引的设计中采用模块化和分布式电池模块,特别是在提供好的分配重量上。

  isoSPI接口是怎样工作的

  为解决复杂的干扰问题,所采用的主要技术是“平衡”双线(两条线都不接地)差分信号。这样允许噪声出现在导线上,但因为两条导线(共摸)上的噪声几乎相同,因此传偷的差模信号相互之间相对地不受影响。为处理非常大的共模噪声侵入,还需采用隔离方法,最简单的方法是由纤巧的变压器实现磁耦合。变压器绕组耦合穿越介电势垒的重要差异信息,但由于采用了电隔离,因此不会强烈地耦合共模噪声。这些与非常成功的以太网双绞线标准中所使用的方法相同。最后一方面是对信号传输方案进行相应的调整以提供一种全双工SPI活动变换,可支持高达1Mbps的信号速率,而传输则仅需采用单根双绞线。图1显示了理想的isoSPI差分波形,描述了能通过变压器藕合的无直流脉冲,不会损失信息。通过脉冲的宽度、极性和时序对传统SPI信号的不同状态变化进行编码。

  采用isoSPI降低复杂度

  构建BMS通常涉及到连接模数转换器(ADC)前端器件至处理器,这即是要与CANbus链路接口以实现车内的消息交换。图2(a)显示了类似的结构,只需要两个ADC器件就能够支持传统的SPI数据连接。采用SPI信号时,为满足安全和数据完整性需求而实现彻底的电流隔离,每一个ADC单元都需要专用数据隔离单元。这可以利用磁性、容性或者光学方法从微处理器系统和CANbus网络。 isoSPI器件支持多分支总线或点对点菊花链

  采用简单的点对点连接时,isoSPI链路工作当然非常好,如图3所示,双端口ADC器件(LTC6804-1)能够形成完全隔离的菊花链结构。总线或者菊花链方法有相似的总结构复杂性,因此,不同的设计根据一些细微的差别而倾向于采用其中一种方法。菊花链方法成本要稍微低一些,它不需要地址设置功能,一般只用到较简单的变压器耦合;而并行可寻址总线的容错能力要好一些。

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