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如何利用isoSPI数据链路实现高性能车载电池管理系统?

2013年06月14日 15:21 次阅读

  引言

  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。运用标准芯片级串行外设接口(SPI)的isoSPI物理层自适应技术,从而释放成了本效益型分布式电池组架构的全部潜能。

  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,但是,因为两条导线(共模)上的噪声几乎相同,因此,传输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,还需要采用隔离方法,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,描述了能够通过变压器耦合的无直流脉冲,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。

  图1:isoSPI差分信号对双绞线上的SPI状态变化进行编码

  图1:isoSPI差分信号对双绞线上的SPI状态变化进行编码

  通过采用所有这些技术,isoSPI从设计一开始就支持无误码传输,进行严格的大电流注入(BCI)干扰测试。在实际中,凌力尔特公司演示了面对超恶劣200mA BCI下的全面性能,在几家主要汽车公司进行了同样的演示,isoSPI链路完全适合汽车底盘总线应用。isoSPI不但能够提供模块间通信,而且要比其他板上隔离方法成本低得多,电池系统在高电压环境下安全的运转迫切需要采用隔离方法,因此,这提供了额外的成本节省。

  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ADC单元都需要专用数据隔离单元。这可利用磁性、容性或光学方法从微处理器系统和CANbus网络浮置电池组,但由于它们不得不处理4个信号通路,因此是相当昂贵的组件。

图2:传统的BMS隔离和isoSPI方法

  图2:传统的BMS隔离和isoSPI方法

  图2(b)显示了相同的功能,但是采用了isoSPI来实现。一个小型的低成本变压器替代了数据隔离器,实现主处理器单元和电池组之间的电隔离。在主微处理器侧,一个小的适配器IC(LTC6820)提供了isoSPI主机接口。所示的ADC器件(LTC6804-2)具有集成型isoSPI从属支持功能,因此唯一必需增设的电路是平衡传输线结构所要求的正确终端电阻。图中虽然只显示了两个ADC单元,但是,一条扩展isoSPI总线可以服务16个单元。

  图3:采用isoSPI菊花链的另一种BMS配置

  图3:采用isoSPI菊花链的另一种BMS配置

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can总线分层结构及报文传输

can总线结构和原理

控制器局域网总线(CAN,Controller Area Network)是一种用于实时应用的串行通...

发表于 2017-11-09 19:33 4272次阅读
can总线结构和原理

spi是什么spi检测是什么意思

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI,是一种...

发表于 2017-11-09 10:01 749次阅读
spi是什么spi检测是什么意思

spi与i2c区别

 我相信如果你是从事的是嵌入式开发,一定会用到这三种通信协议,串口的话因为和波特率有关,所以一般的C...

发表于 2017-11-09 09:58 426次阅读
spi与i2c区别

简述spi与sci区别

SCI串行通信接口(serial communication interface)也是由Motoro...

发表于 2017-11-08 14:46 249次阅读
简述spi与sci区别

终于看懂了iic与spi这两种通讯协议了

IIC vs SPI现今,在低端数字通信应用领域,我们随处可见IIC (Inter-Integrat...

发表于 2017-11-02 11:06 5198次阅读
终于看懂了iic与spi这两种通讯协议了

SPI总线有四种工作方式,哪几种最为广泛

SPI总线有四种工作方式(SP0, SP1, SP2, SP3),其中使用的最为广泛的是SPI0和S...

发表于 2017-10-25 06:44 4903次阅读
SPI总线有四种工作方式,哪几种最为广泛

stc12c5a60s2_spi程序

单片机是STC12C5A60S2,用的是单片机的硬件SPI驱动的nRF24L01+,这个是从机(接收...

发表于 2017-10-20 18:08 293次阅读
stc12c5a60s2_spi程序

3种方法教你如何有效地实现CAN长字节通讯

CAN总线从上个世纪80年代开始,逐渐在汽车电子、轨道交通、医疗电子、工程机械等广泛的工业场合应用。...

发表于 2017-10-11 07:00 5838次阅读
3种方法教你如何有效地实现CAN长字节通讯

根据案例告诉你电池系统着火的根本原因

过充一般而言确实是热能释放比较普遍的原因,电池包级热失控事件,可以往下细分为多电池(模组、单体过充)...

发表于 2017-09-26 18:32 958次阅读
根据案例告诉你电池系统着火的根本原因

RT-Thread上的CAN总线介绍以及驱动编写

昨晚很荣幸邀请到李工在RT-Thread微信群进行RT-Thread上的CAN驱动和应用讲座。小编整...

发表于 2017-09-25 10:16 5223次阅读
RT-Thread上的CAN总线介绍以及驱动编写

“为AVR生,为 AVR死”一文了解ATMEL ...

主要介绍了STK600开发套件上串口、CAN总线以及LIN总线的功能,这三者都是目前在 行业应用广泛...

发表于 2017-09-19 10:22 3936次阅读
“为AVR生,为 AVR死”一文了解ATMEL ...

CAN总线如何防雷?

CAN-bus起源于汽车总线,目前被广泛应用于环境复杂的工业现场,因此必要的总线防护是主板及设备安全...

发表于 2017-09-15 07:12 926次阅读
CAN总线如何防雷?

高防护CAN接口电路技巧:CAN总线如何防雷?

CAN-bus起源于汽车总线,目前被广泛应用于环境复杂的工业现场,因此必要的总线防护是主板及设备安全...

发表于 2017-09-11 15:25 6770次阅读
高防护CAN接口电路技巧:CAN总线如何防雷?

揭秘高速汽车总线系统FlexRay:CAN总线已...

FlexRay通讯协议是一种具备故障容错的高速汽车总线系统,已经成熟运用在BMW X5的电控减震和主...

发表于 2017-09-06 09:48 10492次阅读
揭秘高速汽车总线系统FlexRay:CAN总线已...