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BMS的菊花链技术和AFE
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菊花链在BMS中的位置
如下图,AFE在从板中,用来采集电池电压和温度,以及均衡管理。
菊花链拓扑
BMS通常以分布式架构为主,即分为主板和从板。原来主从板上都有微处控制器。从板采集单体电池电压和温度,通过CAN总线传给主板。
而现在的趋势是通过菊花链技术采取BMS集中式架构设计。这种架构只在BMS主板上保留微控制器,原从板简化为单纯围绕AFE芯片功能的小板,AFE采集的信息通过差分隔离信号的方式直接传送给主板。
菊花链通信
目前BMS行业的菊花链技术是各AFE芯片厂家来推动的。
BMS的菊花链通信技术目前还没有形成行业标准,主要是各AFE芯片厂家制定私有协议,各家的AFE只能与各自家的桥接芯片配套使用,各家对自己菊花链通信技术的命名也不同。主要差异如下:
不同厂家的AFE采集通道也不同:
AFE(Analog Front End)
AFE是指模拟前端电路,它的主要功能是将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号, 并进行预处理。预处理包括滤波、放大、数字处理等,最后通过多种方式进行输出,例如串口输出、并口输出、以太网输出等。
在BMS中专指电池采样芯片,用来采集电芯电压和温度,以及均衡管理。
AFE均衡电路
BMS均衡功能的实现主要靠AFE,它里面集成了均衡控制开关以及相关逻辑电路,给用户提供了丰富的诊断和控制接口。
如下图(图片来源于ADI的LTC6810),方框部分即为均衡电路。
AFE提供的均衡接口主要是被动均衡,即通过电阻放电;
它可以支持内部均衡与外部均衡两种(如下图,来自于ADI的LTC6813);
两种方式都要把均衡电阻放置在外,但内部均衡可以利用内部的MOS管作为均衡通流开关,而外部均衡需要外部再增加一个MOS管作为均衡通流开关;基本上每一家的AFE都支持两种方式(TI比较早的型号除外)。
菊花链应用示例
MC33665A
MC33665A是一款通用的电池管理通信网关和TPL收发器。该器件通过标准通信协议转发来自不同TPL(恩智浦专有的隔离式菊花链协议)端口的信息。标准通信协议确保与市场上的大多数微控制器兼容。
MC33665A有多种版本,为BMS的MCU提供不同的通信接口,如SPI、CAN和UAR,并从集成的TPL端口传输信息。
MC33665A提供四个隔离的TPL菊花链端口,以便与菊花链中的其他隔离BMS设备进行通信。每个菊花链端口都支持电容和电感隔离通信,确保与恩智浦电池管理设备(如MC33771C、MC33772C和MC33775A)的互操作性。MC33665A支持符合ASIL D标准的通信协议,并符合AEC-Q100 1级标准。
MC33665A SPI通信
SPI通信采用MSB优先,时钟空闲时是低电平,在SCK信号线的第二个跳变沿进行采样。即 CPOL=0,CPHA=1。
MC33775A
MC33775A是一款锂离子 电池单元控制器IC,专为混合动力电动车(HEV)和电动车(EV)而设计。
该设备主要用来测量差分的高精度电池电压以及温度。此外,该器件还提供了一套广泛的无源电池电压平衡功能,以平衡整个电池堆的单个电池电压。该器件提供串行外设接口(SPI)和一个隔离的菊花链接口,用于与主机MCU通信。
MC33775A 硬件资源
每个设备具有14个电压测量、8个模拟输入(模拟输入可用来采集温度)和14个内部平衡场效应晶体管(FET)
采集电压引脚接口:CT0-15(测量14个电压)
采集温度接口引脚:GPIO0-7(需AD转换)
电压均衡开关:CB0-14
文章参考
http://www.yingtexin.net/ic/56447.shtml