利用isoSPI數(shù)據(jù)鏈路實現(xiàn)高性能車載電池管理系統(tǒng)
采用簡單的點對點連接時,isoSPI鏈路工作當然非常好,如圖3所示,雙端口ADC器件(LTC6804-1)能夠形成完全隔離的菊花鏈結(jié)構(gòu)??偩€或者菊花鏈方法有相似的總結(jié)構(gòu)復(fù)雜性,因此,不同的設(shè)計根據(jù)一些細微的差別而傾向于采用其中一種方法。菊花鏈方法成本要稍微低一些,它不需要地址設(shè)置功能,一般只用到較簡單的變壓器耦合;而并行可尋址總線的容錯能力要好一些。
劃分BMS電子系統(tǒng)
圖2和圖3中顯示的實例電路采用了中心式體系結(jié)構(gòu),這是目前BMS設(shè)計比較典型的結(jié)構(gòu)。然而,集中式結(jié)構(gòu)并未充分利用主要的isoSPI功能之一,即采用很長的外露布線運作。傳統(tǒng)的SPI連接并不適合這一任務(wù),因此,目前的電池系統(tǒng)需針對電子系統(tǒng)中的通信限制而專門定制。采用isoSPI解決方案,避免了這些設(shè)計限制,可以實現(xiàn)更好更優(yōu)的機械結(jié)構(gòu)。
圖4(a)顯示了一個分布式菊花鏈BMS結(jié)構(gòu),支持以分布式網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)任意模塊化和功能。為滿足分布式電路的要求,網(wǎng)絡(luò)可能有很多ADC器件(LTC6804-1)以及線束級互聯(lián)。為ADC信息使用isoSPI網(wǎng)絡(luò)意味著所有數(shù)據(jù)處理工作可以合并于一個微處理器電路,甚至根本不需要與任何電池單元處于同一位置。這種總體網(wǎng)絡(luò)的靈活性基于isoSPI的BMS系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)高性能,并改善了性價比。
圖4(b)示出了一種在一根多分支總線中采用isoSPI的分布式BMS結(jié)構(gòu)。雖然從外部看與圖(a)相似(包括汽車布線方面),但isoSPI傳輸線實際上是一個信號對,其并聯(lián)所有的ADC器件(多達16個LTC6804-2)并只終接總線的終端。某些總線實際上位于模塊的內(nèi)部,但最終再次脫離以傳播至下一個模塊。
圖4:采用了isoSPI網(wǎng)絡(luò)的靈活分布式BMS結(jié)構(gòu)
圖中需要注意的一點是,當isoSPI部分出現(xiàn)線束情況時(從而要進行BCI干擾測試),在IC相關(guān)的isoSPI端口連接中放置了一個小的共模扼流圈(CMC)。CMC是一個很小的變壓器單元,隔離任何殘留的非常高頻(VHF)共模噪聲,這些噪聲可能通過耦合變壓器的線圈間電容而泄露。此外,完全隔離線束以提高完整的安全性。
面對新的挑戰(zhàn)
由于采用isoSPI結(jié)構(gòu)后可減少電池模塊中的電子元器件數(shù)量,因此,更容易滿足如ISO 26262等新標準,而且性價比很高。例如,從冗余角度看,根據(jù)要求,只需要復(fù)制另一個ADC,將其加到isoSPI網(wǎng)絡(luò)中。而且,采用網(wǎng)絡(luò)方法支持的合并處理器功能,提供冗余數(shù)據(jù)通路甚至是雙處理器都是很簡單,而且對封裝沒有太大的影響,只是在各種模塊中根據(jù)需要增加額外的電路,以實現(xiàn)可靠性目標。
結(jié)論
通過整合行之有效的數(shù)據(jù)通信技術(shù),isoSPI提供了一種穩(wěn)健和簡單的標準SPI設(shè)備遠程控制法,而這在以前是需要對CANbus進行額外的協(xié)議自適應(yīng)調(diào)整。isoSPI兩線式數(shù)據(jù)鏈路是一種具成本效益的方法,可通過ADC的靈活網(wǎng)絡(luò)化來改善電池管理系統(tǒng)的可靠性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。將處理器功能合并到遠離電池的地方能實現(xiàn)電池組模塊的簡化,從而最大限度地減少每個電池電子線路的元件數(shù)量。
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