榮湃數(shù)字隔離器在分布式BMS的應(yīng)用

大家好，小科來為大家解答以上問題。榮湃數(shù)字隔離器在分布式BMS的應(yīng)用這個很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、新能源汽車BMS系統(tǒng)

2、新能源汽車是指由非內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動，以電能、太陽能等無污染或低污染能源為動力的汽車。

3、目前新能源汽車的主要銷售力量是電動汽車和混合動力汽車。

4、對于汽車輕混系統(tǒng)，需要加48V到傳統(tǒng)燃油車的12V電池。對于強混合動力系統(tǒng)或純電動汽車，需要在12V電池上增加一個電壓為400V甚至更高的動力電池。

5、汽車中的這種多電壓系統(tǒng)需要使用隔離電路來保護(hù)低壓側(cè)部件和電路免受高壓電池側(cè)造成的損壞。

6、隔離電路的設(shè)計給傳統(tǒng)汽車設(shè)計人員帶來了新的挑戰(zhàn)，也是電池管理系統(tǒng)(BMS)最關(guān)鍵的部分之一。

7、電池管理系統(tǒng)是電動汽車和混合動力汽車的核心組成部分。其主要功能是保證鋰電池的安全，準(zhǔn)確估算剩余電量，延長電池使用壽命，降低運行成本。

8、隨著消費者對新能源汽車?yán)m(xù)航能力和電池安全性的日益重視，電池管理技術(shù)發(fā)展迅速。

9、BMS硬件拓?fù)浼軜?gòu)主要分為集中式和分布式兩種，如圖1所示。

10、集中式架構(gòu)將單電壓采樣、溫度采集單元、電流采樣和繼電器控制等所有電路集成到一個大型BMS板中。

11、該電路設(shè)計相對簡單，成本較低，主芯片與AFE電池前端采集芯片之間的通信相對簡單。

12、其缺點是單個樣品的線束比較長，整個封裝的線束布置也比較麻煩。

13、因此，集中式架構(gòu)更適合電池容量比小、模塊和電池組類型相對固定的場合。

14、a)集中

15、b)已分發(fā)

16、BMS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

17、分布式架構(gòu)是將電池管理單元(CSU)和電池管理控制器(BCU)分離成獨立的板。

18、BCU稱為主板，CSU是從板，一個CSU從板可能包含一個或多個AFE電池前端采集芯片。

19、這種架構(gòu)的優(yōu)點是簡化了模塊組裝流程，通道利用率高，系統(tǒng)配置靈活，適用于不同容量和規(guī)格的模塊和電池組。

20、缺點是成本高。每個控制單元需要一個獨立的CAN收發(fā)器，通過額外的微控制器與BCU通信。

21、雖然市場上BCU與CSU之間已經(jīng)采用了成本較低的菊花鏈通信，但AFE電池前端采集芯片各供應(yīng)商提供的菊花鏈通信并不兼容，穩(wěn)定性方面也存在一些問題，比如遠(yuǎn)距離通信不穩(wěn)定，BCI抗干擾能力弱。

22、榮派數(shù)字隔離器在樓宇管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

23、榮派半導(dǎo)體提供1~6路全系列數(shù)字隔離器；有1.5KV、3KV、5KV隔離耐壓產(chǎn)品可選；10 kbps (U系列)、10Mbps(M系列)、200Mbps(E系列)和600Mbps(A系列)數(shù)據(jù)傳輸速率有四個等級。

24、此外，很多產(chǎn)品都通過了AEC-Q100一級車規(guī)認(rèn)證，非常適合噪聲敏感度高、抗干擾要求高的BMS系統(tǒng)設(shè)計。

25、榮派數(shù)字隔離器采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能分壓器技術(shù)(iDivider技術(shù))，應(yīng)用電容分壓器原理，將電壓信號從電容的一側(cè)直接傳輸?shù)搅硪粋?cè)，無需射頻信號和調(diào)制解調(diào)，發(fā)揮了其他隔離技術(shù)(如光耦光耦技術(shù)、icoupler技術(shù)、OOK技術(shù)等)的優(yōu)勢。)，也最大程度優(yōu)化了其他隔離技術(shù)的缺點。它是一種更本質(zhì)、更簡潔的隔離信號傳輸技術(shù)。智能電壓視頻技術(shù)大大簡化了電路，降低了功耗，速度更快，抗干擾能力增強，噪聲更低。

26、圖2顯示了集中式電池管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。所有AFE電池前端采集芯片和電池管理相關(guān)功能電路都集成在同一個電池管理控制器中。

27、控制器分為低壓區(qū)和高壓區(qū)：低壓區(qū)有微處理器MCU和非高音量

28、隨著單片機(jī)功能安全MCU的普及，高壓區(qū)不再需要MCU，可以使用帶數(shù)字通信接口的ADC。

29、高壓區(qū)不管是使用MCU還是ADC，都需要使用支持SPI接口的數(shù)字隔離器進(jìn)行通訊，榮湃四通道數(shù)字隔離器π141E60Q是滿足此應(yīng)用的車規(guī)級產(chǎn)品。

圖2 榮湃數(shù)字隔離器在集中式BMS的應(yīng)用

由于各個AFE電池前端采集芯片的參考地電壓均不相同，其與低壓區(qū)MCU之間的通訊也需要隔離，市面上AFE通常支持的通訊接口為UART或SPI。

33、榮湃兩通道數(shù)字隔離器π122E61Q是一款性價比極高的支持UART通訊的車規(guī)級產(chǎn)品，而SPI通訊仍舊可以使用π141E60Q。

圖3所示是分布式電池管理系統(tǒng)架構(gòu)，一個電池管理控制器（BCU）配備多個電芯管理單元（CSU）形成整個電池管理系統(tǒng)。

35、同樣地，在電池管理控制器（BCU）中，同時存在高壓區(qū)與低壓區(qū)，需要用到數(shù)字隔離器。

36、與集中式架構(gòu)不同的是，AFE電池前端采集芯片處在單獨的電芯管理單元中，其與主控MCU可能離得相當(dāng)遠(yuǎn)，顯然再用板內(nèi)SPI通訊不合適，需要使用魯棒性高的板間通訊方式，如CAN。

37、CAN收發(fā)器需要配合CAN控制器才能正常工作，通常使用一個集成CAN控制器功能的小MCU實現(xiàn)。

38、同樣地，因為CAN收發(fā)器需要參考低壓區(qū)地，所以AFE與CAN控制器之間的通訊需要隔離。

39、π141E60Q和π122E61Q仍然是非常符合分布式BMS隔離應(yīng)用的數(shù)字隔離器產(chǎn)品。

圖3 榮湃數(shù)字隔離器在分布式BMS的應(yīng)用

使用菊花鏈取代CAN總線是BMS降低成本的一個重要設(shè)計思路。

43、菊花鏈一般使用微控制器SPI或UART串行通訊接口，通過通訊轉(zhuǎn)換芯片將信號轉(zhuǎn)換為差分信號。

44、主板以差分信號的形式與第一個AFE板子進(jìn)行通訊，差分信號從第一個AFE板子出來后，依次進(jìn)入后序的AFE板子，這樣主板最終得以與所有AFE板子通訊。

45、差分信號隔離所支持的器件一般為變壓器和電容，如集中式架構(gòu)板內(nèi)通訊可以使用電容隔離，而分布式架構(gòu)板間通訊可以使用變壓器隔離。

雖然菊花鏈技術(shù)具有非?？捎^的成本優(yōu)勢，但其通訊速率低、BCI抗干擾能力弱、通訊協(xié)議不兼容等缺點是亟待解決的痛點。

47、在需要通訊數(shù)據(jù)量大、長距離穩(wěn)定傳輸?shù)雀咝枨髴?yīng)用場合，CAN（FD）總線配合數(shù)字隔離器仍是不二選擇。

榮湃數(shù)字隔離器性能優(yōu)勢

榮湃兩通道數(shù)字隔離器π122E61Q和四通道數(shù)字隔離器π141E60Q都具有5KVrms隔離耐壓，0.58mA/通道的超低靜態(tài)功耗，200Mbps的通訊速率，僅為9ns的低傳輸延遲。

50、EMC問題特別是RE輻射超標(biāo)是困擾BMS研發(fā)工程師的一大難題。

51、得益于先進(jìn)的iDivider技術(shù)，與其他廠商數(shù)字隔離器相比，這兩款芯片在電磁輻射和抗干擾能力上具有顯著的性能優(yōu)勢，十分適合用于BMS中的SPI和UART通訊隔離。

圖4是參考CISPR 32:2015 Class B標(biāo)準(zhǔn)的榮湃四通道數(shù)字隔離器輻射發(fā)射（RE）測試結(jié)果。

53、可以看到在30MHz~230MHz頻段和230MHz~1GHz頻段與超標(biāo)限值相比都有很大的裕量。

b） 30MHz~1GHz 垂直

圖4 榮湃數(shù)字隔離器輻射發(fā)射測試結(jié)果

同樣地，榮湃數(shù)字隔離器可以通過參照IEC 61000-4-8:2009工頻磁場抗擾度實驗，滿足性能判定A等級。

榮湃半導(dǎo)體自推出車規(guī)級數(shù)字隔離器以來，已經(jīng)成功打開新能源汽車BMS應(yīng)用市場并進(jìn)入國內(nèi)主流OEM、電池生產(chǎn)商和Tier1的BMS項目中，每月都有穩(wěn)步上升的大批量出貨。

58、這些項目的順利批產(chǎn)和運行說明了榮湃數(shù)字隔離器產(chǎn)品的性能完全符合BMS項目應(yīng)用，也驗證了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，滿足新能源汽車應(yīng)用。

原文標(biāo)題：技術(shù)課堂之十 | 榮湃數(shù)字隔離器在新能源汽車BMS中的應(yīng)用及性能優(yōu)勢

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