電池系統受益于堅固的 isoSPI 數據鏈路

引言

對于被設計到 HEV、PHEV 和 EV 動力傳動系統中的電池組而言，實現高可靠性、高性能和長壽命的關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用 BMS 硬件，局限于在規模較大的裝配中。特別是，電池和相關設備的電氣噪聲工作環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內關鍵信息的傳輸。應用廣泛的 CANbus 能夠處理這類噪聲，但是原始 BMS 數據的數據吞吐量需求及其相關組件成本導致無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。運用標準芯片級串行外設接口 (SPI) 的 isoSPI™ 物理層自適應技術，從而釋放成了本效益型分布式電池組架構的全部潛能。

isoSPI 接口是怎樣工作的

為解決復雜的干擾問題，所采用的主要技術是“平衡”雙線 (兩條線都不接地) 差分信號。這樣允許噪聲出現在導線上，但是，因為兩條導線 (共模) 上的噪聲幾乎相同，因此，傳輸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，還需要采用隔離方法，最簡單的方法是由纖巧的變壓器實現磁耦合。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，因此不會強烈地耦合共模噪聲。這些與非常成功的以太網雙絞線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行相應的調整以提供一種全雙工 SPI 活動變換，可支持高達 1Mbps 的信號速率，而傳輸則僅需采用單根雙絞線。圖 1 顯示了理想的 isoSPI 差分波形，描述了能夠通過變壓器耦合的無直流脈沖，不會損失信息。通過脈沖的寬度、極性和時序對傳統 SPI 信號的不同狀態變化進行編碼。

圖 1: isoSPI 差分信號對雙絞線上的 SPI 狀態變化進行編碼

通過采用所有這些技術，isoSPI 從設計一開始就支持無誤碼傳輸，進行嚴格的大電流注入 (BCI) 干擾測試。在實際中，凌力爾特公司演示了面對超惡劣 200mA BCI 下的全面性能，在幾家主要汽車公司進行了同樣的演示，isoSPI 鏈路完全適合汽車底盤總線應用。isoSPI 不但能夠提供模塊間通信，而且要比其他板上隔離方法成本低得多，電池系統在高電壓環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 鏈路接口以實現車內的消息交換。圖 2 (a) 顯示了類似的結構，只需要兩個 ADC 器件就能夠支持傳統的 SPI 數據連接。采用 SPI 信號時，為滿足安全和數據完整性需求而實現徹底的電流隔離，每一 ADC 單元都需要專用數據隔離單元。這可利用磁性、容性或光學方法從微處理器系統和 CANbus 網絡浮置電池組，但由于它們不得不處理 4 個信號通路，因此是相當昂貴的組件。

(a) (b)

圖 2: 傳統的 BMS 隔離和 isoSPI 方法