對于被設計到HEV、PHEV和EV動(dòng)力傳動(dòng)系統中的電池組而言，實(shí)現高可靠性、高性能和長(cháng)壽命的關(guān)鍵因素之一是電池管理系統（BMS）中所使用的電子組件。目前為止，大部分電池組設計采用了集中式的實(shí)用BMS硬件，局限于在規模較大的裝配中。特別是，電池和相關(guān)設備的電氣噪聲工作環(huán)境對數據通信鏈路提出了非常嚴格的要求，而通信鏈路承載了車(chē)內關(guān)鍵信息的傳輸。應用廣泛的CANbus能夠處理這類(lèi)噪聲，但是原始BMS數據的數據吞吐量需求及其相關(guān)組件成本導致無(wú)法在結構化吸引的設計中采用模塊化和分布式電池模塊，特別是在提供好的分配重量上。

isoSPI接口是怎樣工作的

為解決復雜的干擾問(wèn)題，所采用的主要技術(shù)是“平衡”雙線(xiàn)(兩條線(xiàn)都不接地)差分信號。這樣允許噪聲出現在導線(xiàn)上，但因為兩條導線(xiàn)(共摸)上的噪聲幾乎相同，因此傳偷的差模信號相互之間相對地不受影響。為處理非常大的共模噪聲侵入，還需采用隔離方法，最簡(jiǎn)單的方法是由纖巧的變壓器實(shí)現磁耦合。變壓器繞組耦合穿越介電勢壘的重要差異信息，但由于采用了電隔離，因此不會(huì )強烈地耦合共模噪聲。這些與非常成功的以太網(wǎng)雙絞線(xiàn)標準中所使用的方法相同。最后一方面是對信號傳輸方案進(jìn)行相應的調整以提供一種全雙工SPI活動(dòng)變換，可支持高達1Mbps的信號速率，而傳輸則僅需采用單根雙絞線(xiàn)。圖1顯示了理想的isoSPI差分波形，描述了能通過(guò)變壓器藕合的無(wú)直流脈沖，不會(huì )損失信息。通過(guò)脈沖的寬度、極性和時(shí)序對傳統SPI信號的不同狀態(tài)變化進(jìn)行編碼。
通過(guò)采用所有這些技術(shù)，isoSPI從設計一開(kāi)始就支持無(wú)誤碼傳輸，進(jìn)行嚴格的大電流注入(BCI)干擾測試，在實(shí)際中，凌力爾特公司演示了面對超惡劣200mA  BCI下的全面性能，在幾家主要汽車(chē)公司進(jìn)行了同樣的演示，isoSPI鏈路完全適合汽車(chē)底盤(pán)總線(xiàn)應用。isoSPI不但能夠提供模塊間通信，而且要比其它板上隔離方法成本低得多，電池系統在高電壓環(huán)境下安全的運轉迫切需要采用隔離方法，因此這提供了額外的成本節省。

采用isoSPI降低復雜度

構建BMS通常涉及到連接模數轉換器(ADC)前端器件至處理器，這即是要與CANbus鏈路接口以實(shí)現車(chē)內的消息交換。圖2(a)顯示了類(lèi)似的結構，只需要兩個(gè)ADC器件就能夠支持傳統的SPI數據連接。采用SPI信號時(shí)，為滿(mǎn)足安全和數據完整性需求而實(shí)現徹底的電流隔離，每一個(gè)ADC單元都需要專(zhuān)用數據隔離單元。這可以利用磁性、容性或者光學(xué)方法從微處理器系統和CANbus網(wǎng)絡(luò )。
浮置電池組，但是由于它們不得不處理4個(gè)信號通路，因此是相當昂貴的組件圖2(b)顯示了相同的功能，但是采用了isoSPI來(lái)實(shí)現。一個(gè)小型的低成本變壓器替代了數據隔離器，實(shí)現主處理器單元和電池組之間的電隔離。在主微處理器側，一個(gè)小的適配器IC(LTC6820)提供了isoSPI主機接口。所示的ADC器件(LTC6804-2)具有集成型isoSPI從屬支持功能，因此唯一必需增設的電路是平衡傳輸線(xiàn)結構所要求的正確終端電阻。圖中雖然只顯示了兩個(gè)ADC單元，但是，一條擴展isoSPI總線(xiàn)可以服務(wù)16個(gè)單元。 
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isoSPI器件支持多分支總線(xiàn)或點(diǎn)對點(diǎn)菊花鏈

采用簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)連接時(shí)，isoSPI鏈路工作當然非常好，如圖3所示，雙端口A(yíng)DC器件(LTC6804-1)能夠形成完全隔離的菊花鏈結構?？偩€(xiàn)或者菊花鏈方法有相似的總結構復雜性，因此，不同的設計根據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，它不需要地址設置功能，一般只用到較簡(jiǎn)單的變壓器耦合；而并行可尋址總線(xiàn)的容錯能力要好一些。

劃分BMS電子系統

圖2和圖3中顯示的實(shí)例電路采用了中心式體系結構，這是目前BMS設計比較典型的結構。然而，集中式結構并未充分利用主要的isoSPI功能之一，即采用很長(cháng)的外露布線(xiàn)運作。傳統的SPI連接并不適合這一任務(wù)，因此，目前的電池系統需針對電子系統中的通信限制而專(zhuān)門(mén)定制。采用isoSPI解決方案，避免了這些設計限制，可以實(shí)現更好更優(yōu)的機械結構。

圖4(a)顯示了一個(gè)分布式菊花鏈BMS結構，支持以分布式網(wǎng)絡(luò )的方式實(shí)現任意模塊化和功能。為滿(mǎn)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(xiàn)束級互聯(lián)。為ADC信息使用isoSPI網(wǎng)絡(luò )意味著(zhù)所有數據處理工作可以合并于一個(gè)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系統設計實(shí)現高性能，并改善了性?xún)r(jià)比。

圖4(b)示出了一種在一根多分支總線(xiàn)中采用isoSPI的分布式BMS結構。雖然從外部看與圖(a)相似(包括汽車(chē)布線(xiàn)方面)，但isoSPI傳輸線(xiàn)實(shí)際上是一個(gè)信號對，其并聯(lián)所有的ADC器件(多達16個(gè)LTC6804-2)并只終接總線(xiàn)的終端。某些總線(xiàn)實(shí)際上位于模塊的內部，但最終再次脫離以傳播至下一個(gè)模塊。
 
圖中需要注意的一點(diǎn)是，當isoSPI部分出現線(xiàn)束情況時(shí)(從而要進(jìn)行BCI干擾測試)，在IC相關(guān)的isoSPI端口連接中放置了一個(gè)小的共模扼流圈(CMC)。CMC是一個(gè)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(guò)耦合變壓器的線(xiàn)圈間電容而泄露。此外，完全隔離線(xiàn)束以提高完整的安全性。

面對新的挑戰

由于采用isoSPI結構后可減少電池模塊中的電子元器件數量，因此，更容易滿(mǎn)足如ISO 26262等新標準，而且性?xún)r(jià)比很高。例如，從冗余角度看，根據要求，只需要復制另一個(gè)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，提供冗余數據通路甚至是雙處理器都是很簡(jiǎn)單，而且對封裝沒(méi)有太大的影響，只是在各種模塊中根據需要增加額外的電路，以實(shí)現可靠性目標。

結論

通過(guò)整合行之有效的數據通信技術(shù)，isoSPI提供了一種穩健和簡(jiǎn)單的標準SPI設備遠程控制法，而這在以前是需要對CANbus進(jìn)行額外的協(xié)議自適應調整。isoSPI兩線(xiàn)式數據鏈路是一種具成本效益的方法，可通過(guò)ADC的靈活網(wǎng)絡(luò )化來(lái)改善電池管理系統的可靠性和結構優(yōu)化。將處理器功能合并到遠離電池的地方能實(shí)現電池組模塊的簡(jiǎn)化，從而最大限度地減少每個(gè)電池電子線(xiàn)路的元件數量。

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