利用isoSPI数据链路实现高性能车载电池管理系统
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。
划分BMS电子系统
图2和图3中显示的实例电路采用了中心式体系结构,这是目前BMS设计比较典型的结构。然而,集中式结构并未充分利用主要的isoSPI功能之一,即采用很长的外露布线运作。传统的SPI连接并不适合这一任务,因此,目前的电池系统需针对电子系统中的通信限制而专门定制。采用isoSPI解决方案,避免了这些设计限制,可以实现更好更优的机械结构。
图4(a)显示了一个分布式菊花链BMS结构,支持以分布式网络的方式实现任意模块化和功能。为满足分布式电路的要求,网络可能有很多ADC器件(LTC6804-1)以及线束级互联。为ADC信息使用isoSPI网络意味着所有数据处理工作可以合并于一个微处理器电路,甚至根本不需要与任何电池单元处于同一位置。这种总体网络的灵活性基于isoSPI的BMS系统设计实现高性能,并改善了性价比。
图4(b)示出了一种在一根多分支总线中采用isoSPI的分布式BMS结构。虽然从外部看与图(a)相似(包括汽车布线方面),但isoSPI传输线实际上是一个信号对,其并联所有的ADC器件(多达16个LTC6804-2)并只终接总线的终端。某些总线实际上位于模块的内部,但最终再次脱离以传播至下一个模块。
图4:采用了isoSPI网络的灵活分布式BMS结构
图中需要注意的一点是,当isoSPI部分出现线束情况时(从而要进行BCI干扰测试),在IC相关的isoSPI端口连接中放置了一个小的共模扼流圈(CMC)。CMC是一个很小的变压器单元,隔离任何残留的非常高频(VHF)共模噪声,这些噪声可能通过耦合变压器的线圈间电容而泄露。此外,完全隔离线束以提高完整的安全性。
面对新的挑战
由于采用isoSPI结构后可减少电池模块中的电子元器件数量,因此,更容易满足如ISO 26262等新标准,而且性价比很高。例如,从冗余角度看,根据要求,只需要复制另一个ADC,将其加到isoSPI网络中。而且,采用网络方法支持的合并处理器功能,提供冗余数据通路甚至是双处理器都是很简单,而且对封装没有太大的影响,只是在各种模块中根据需要增加额外的电路,以实现可靠性目标。
结论
通过整合行之有效的数据通信技术,isoSPI提供了一种稳健和简单的标准SPI设备远程控制法,而这在以前是需要对CANbus进行额外的协议自适应调整。isoSPI两线式数据链路是一种具成本效益的方法,可通过ADC的灵活网络化来改善电池管理系统的可靠性和结构优化。将处理器功能合并到远离电池的地方能实现电池组模块的简化,从而最大限度地减少每个电池电子线路的元件数量。
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