CN107770025A - 一种环形差分通讯的组网装置 - Google Patents
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Abstract
一种环形差分通讯的组网装置，包括MCU模块、两个SPI转差分通讯高速转换芯片、八个BMS菊花链差分通讯模块，八个BMS差分通讯模块串联连接，任意一个所述的差分通讯模块均分别各自连接有电池控制器，MCU模块的第一输入输出端通过第一SPI转差分通讯高速转换芯片与八个BMS菊花链差分通讯模块相连，所述的BMS菊花链差分通讯模块通过第二SPI转差分通讯模块与MCU模块的第二输入输出端相连形成一个环形拓扑。本发明采用菊花链差分通讯，从硬件和软件的开发上具有易实现低成本的特点，环形的通讯方式可靠性较CAN更高。同时，电路设计简单，参数调节方便，稳定性强，便于应用。
Description
技术领域
本发明涉及电学领域，尤其涉及汽车电子中BMS的差分通讯技术，特别是一种环形差分通讯的组网装置。
背景技术
现有技术中，BMS主从板之间通讯设计方案主要分为两种，一种是CAN通讯，CAN通讯是由博世公司开发出来的一种通讯协议，大量地使用在汽车电子领域。CAN总线数据传输可靠性高，且在BMS系统中，由于电动车本身有大量的来自电机的噪声骚扰，CAN的抗干扰能力的优势能得到极大的放大，但是此方案需要从板上设有MCU和transceiver芯片，电路成本较高。
另一种是菊花链差分通讯。差分菊花链通讯相对传统的CAN总线通讯具有成本低、易实现的特点。基于ASIC单体采样电路，采用级联的连接手段，可以在这条通讯线上同时或者选择某几个芯片进行通讯，且对ASIC可以进行自动编号及自动识别，不需要对分板进行硬件编号，分板的数量可增减和互换，此外，电路成本也低。
菊花链通信是简化的级联模式，采用串联通信方式，该通信模式可以传输来自主控制器的控制命令，也可以与相邻芯片进行数据传输，而且菊花链通信对于多级的电池管理芯片，具有自动识别技术，不需要对分板进行硬件编制，分板的数量可任意增减和互换，主要的优点是提供集中管理的扩展端口，电路简单，不需要额外的外围电路，成本低。但菊花链通信方式抗干扰能力差，因高低压通信未使用同一参考地，容易受到参考地电压波动的影响，并且通讯距离有限，很容易因通讯距离过长导致失帧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环形差分通讯的组网装置，所述的这种环形差分通讯的组网装置要解决现有技术中的新能源汽车电池管理系统成本过高、新能源汽车电机噪声大、对系统稳定度要求苛刻的的技术问题。
本发明的这种环形差分通讯的组网装置，包括MCU模块、第一SPI转差分通讯高速转换芯片、第二SPI转差分通讯高速转换芯片、八个BMS菊花链差分通讯模块，其中，所述的八个BMS菊花链差分通讯模块串联连接，任意一个所述的差分通讯模块均分别连接有电池控制器，所述的MCU模块的第一输入输出端通过第一SPI转差分通讯高速转换芯片与BMS菊花链差分通讯模块中的第一差分通讯模块相连，所述的BMS菊花链差分通讯模块中的第八差分通讯模块通过第二SPI转差分通讯模块与MCU模块的第二输入输出端相连形成一个环形拓扑。
进一步的，所述的第一SPI转差分通讯高速转换芯片和第二转差分通讯高速转换芯片均为MC33664芯片。
进一步的，所述的电池控制器由MC33771电池控制芯片构成。
本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明的这种环形差分通讯的组网装置采用分布式管理系统，包含8个BMS菊花链差分通讯，主控板MCU模块与从控板差分通讯模块之间的通讯由SPI转差分通讯高速转换芯片MC33664完成，最长支持5米线束，可以支持大巴的线束长度。SPI信号由MCU33664转为差分信号后，每个单点之间有变压器隔离。变压器拥有最高3750Vrms的隔离能力，并可以满足2.0Mbps的通讯速率。变压器的磁耦合使得第二级差分信号信号更为干净且可以在提供绝缘隔离的情况下有效减少对外辐射噪声。
MC33664收到MCU的SPI信号后生成bit-by-bit的正弦波信号，由差分的编码形式发出，由差分总线在每个时钟下降沿发出到下一个节点。MC33664外从控板通讯开始时，MCU模块置低低有效的使能位，MC33664发出一条初始消息，并包含后续从控板的地址信息，为从控板初始化，在总线上产生一系列差分信号。每个时钟周期里MC33664的TX+和TX-线上产生相反的正弦波组成一组差分信号，整个总线上每个从控板通过对MC33664发出的地址识别，读取由主控板MCU模块发给自己的信息，由从控板的ASIC33771芯片回复主控板信息。每次通讯结束后，MCU模块置高使能位。
当8个从控板中的RX_TX+或RX_TX-某一条或两条收到噪声干扰或者硬线发生断裂时，原则上后面的所有从控板将会因为通讯失败而失控。但本发明优化了传统的菊花链通讯拓扑，当MCU模块在通讯总线上察觉到没有足够数量的从板数量时，会尝试从通讯LOOP的另一端与从控板按照前述步骤重新通讯一次，因为差分通讯线断裂而有可能失控的从控板将从通讯拓扑的另一端与主控板取得联系，这样的保险措施也为整个系统达到ASIL C的安全等级起到了至关重要的作用。
本发明利用了差分通讯易实现的特点，在此基础上修改了通讯拓扑，利用NXP最新的模拟前端MC33771芯片，采用了环形拓扑的结果，在增加元器件十分有限的情况下，大大增加了系统的可靠性。当差分通讯的某一路的通讯因为电机噪声干扰或者出现断开导致通讯不稳定时，系统可以从环形通讯的尾部采集通讯数据，相当于为系统增加了双保险，保持系统的安全稳定性。
附图说明：
图1是本发明的环形差分通讯的组网装置的连接示意图。
具体实施方式
实施例1:
如图1所示，本发明的这种环形差分通讯的组网装置，包括MCU模块1、第一SPI转差分通讯高速转换芯片2、第二SPI转差分通讯高速转换芯片3、八个BMS菊花链差分通讯模块5，其中，所述的八个BMS菊花链差分通讯模块5串联连接，任意一个所述的差分通讯模块5均分别连接有电池控制器4，所述的MCU模块1的第一输入输出端通过第一SPI转差分通讯高速转换芯片2与BMS菊花链差分通讯模块5中的第一差分通讯模块相连，所述的BMS菊花链差分通讯模块5中的第八差分通讯模块通过第二SPI转差分通讯模块3与MCU模块1的第二输入输出端相连形成一个环形拓扑。
进一步的，所述的第一SPI转差分通讯高速转换芯片2和第二转差分通讯高速转换芯片3均为MC33664芯片。
进一步的，所述的电池控制器4由MC33771电池控制芯片构成。
本发明采用菊花链差分通讯，从硬件和软件的开发上具有易实现低成本的特点，环形的通讯方式可靠性较CAN更高。此外，本发明系专门为汽车电子产品打造的方案，稳定性强。同时，电路设计简单，参数调节方便，便于应用。
Claims (3)
1.一种环形差分通讯的组网装置，包括MCU模块、第一SPI转差分通讯高速转换芯片、第二SPI转差分通讯高速转换芯片、八个BMS菊花链差分通讯模块，其特征在于：所述的八个BMS菊花链差分通讯模块串联连接，任意一个所述的差分通讯模块均分别连接有电池控制器，所述的MCU模块的第一输入输出端通过第一SPI转差分通讯高速转换芯片与BMS菊花链差分通讯模块中的第一差分通讯模块相连，所述的BMS菊花链差分通讯模块中的第八差分通讯模块通过第二SPI转差分通讯模块与MCU模块的第二输入输出端相连形成一个环形拓扑。
2.如权利要求1所述的环形差分通讯的组网装置，其特征在于：所述的第一SPI转差分通讯高速转换芯片和第二转差分通讯高速转换芯片均为MC33664芯片。
3.如权利要求1所述的环形差分通讯的组网装置，其特征在于：所述的电池控制器由MC33771电池控制芯片构成。
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