电池管理系统（BMS）系列—信息通讯概述

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在该系列之前的文章中，我们已经介绍了BMS的两大功能：数据采集与状态估计，其中需要伴随着各类数据的传递交互，所以对BMS而言，信息通讯也就必不可少了。但如果各位读者曾想了解有关BMS信息通讯的功能，在网上搜集资料的过程中会发现大部分对此介绍都极为简略。
此处摘录一段有关BMS信息通讯功能介绍如下。“BMS需具备与整车控制器、车载充电机及直流充电桩等其它控制器通信功能。通信内容包括：

1）模拟量：动力电池系统总电压、母线电流、单体电池电压、温度、绝缘电阻值。

2）动力电池相关信息及状态：动力电池组当前工作状态，如快充、慢充、放电等，电池管理系统零部件信息和电池组信息。

3）故障：按故障类型及定义的故障码。

4）通信形式：支持标准帧和拓展帧CAN通信。

5）通信策略：按约定的通信协议的要求执行。”
作为信息通讯功能首篇，本文将以分布式BMS系统架构为例，对所涉及到的主要通讯过程进行概括性介绍。包括分布式BMS系统架构形式、CAN和CAN FD、菊花链通信等内容，并介绍了未来BMS系统架构的发展趋势。
开始正文。

首先想要了解完整的通讯回路，离不开具体的BMS系统架构，此处以当前乘用车最广泛应用的分布式BMS架构为例。



分布式BMS架构

在分布式BMS架构中，硬件电路通常被分为两个功能模块，即电池检测回路（Battery Monitoring Circuit, BMC）和电池组控制单元（Battery Control Unit, BCU），但对不同厂家通常有着不同的英文叫法，为避免造成误解，此处统一将BMC称作从板，将BCU称作主板，见上图。每个从板都是独立的，都可以独立完成电压和温度的采集和一些其它功能（未列出）。

从分布式BMS架构图中，我们可以看出，通讯环节自上而下主要包括两部分：1.整车控制器（或其它控制器）与主板之间的通讯；2.主板与从板之间的通讯。通常来说，上述两个通讯环节均采用CAN总线通讯，但在实际应用中可能略有差异。对整车控制器与主板间的通讯，一般使用CAN-FD协议（拓展帧CAN通信），而主板与从板间的通讯则使用CAN协议（标准帧CAN通信），这与主板和从板的工作特点有关。

CAN-FD是在CAN协议的基础上发展而来的一种新协议，与CAN协议相比，允许更高的数据传输速率和更大的数据量，从而提高了数据传输的效率和实时性。CAN FD的数据传输速率可以达到8Mbps，并且可以在同一总线上传输比CAN更大的数据帧。然而，CAN FD需要更高的硬件成本和更多的电力消耗。

通讯环节就这些吗？并不。在上面的分布式BMS架构图中，其实还隐藏了一些其它的通讯环节。下面我们深入到从板内部来看。



简化的部分从板内部结构

对BMS从板而言，其中包含有AFE芯片，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，就是在之前的文章电池管理系统（BMS）系列（二）—数据采集之电压中所提到的专用IC芯片，在该系列的后续文章中还会有所涉及。桥接芯片（通信转换器），将来自AFE的差分信号转换为SPI或UART等协议与MCU通信。微处理控制器（MCU），主要用来采集运算和对外（主板）通讯。这便隐藏了第3个通讯环节：3.AFE与MCU之间的菊花链通信。
在菊花链中，只有相邻的设备之间才能直接通信，AFE-3只能借助AFE-2才能实现与AFE-1的通信。菊花链方案常出现在从控板上，借助AFE特有的Daisy-Chain隔离通讯功能，通过变压器（或电容）实现高低压之间通讯的隔离，而且高压端的AFE完全从电池侧取电，不用再额外提供电源。当前BMS行业的菊花链技术主要是由各AFE芯片厂家推动的，暂未形成行业标准，桥接芯片与AFE芯片一般需配套使用，各家对自己的菊花链通信技术命名也不同。一些厂家配套方案及技术命名如下：



常见菊花链通信方案

后续BMS架构演变趋势
当前分布式BMS架构中，每块从板上都布置有微处理控制器（MCU），每个从板上的MCU与从板上的AFE通讯。后续的趋势则是利用菊花链技术进行集中式BMS架构设计，取消从板上的MCU，仅围绕AFE芯片功能设计，所有的AFE芯片串联，AFE采集的信息直接传送给主板进行处理，结构更为紧凑且较为经济。

那么，本期有关BMS功能——信息通讯相关部分的内容暂时就介绍到这里了。

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电池管理系统（BMS）系列文章中的信息通讯是系统正常运作的核心环节之一。与前端的整车控制器和其他控制器如车载充电机和直流充电桩等通信，是BMS不可或缺的功能。通讯内容主要包括模拟量如电池系统电压、电流、单体电池电压、温度和绝缘电阻值等关键参数，这些模拟信号为我们提供了电池的实时状态信息。此外，通讯还涵盖动力电池的工作状态信息，如快充、慢充和放电模式等，以及电池管理的指令与状态信息。这些信息确保了各控制器之间的协同工作，为电池的安全、高效运行提供了保障。在实际应用中，通信的稳定性和实时性至关重要，是确保电动汽车性能的关键要素之一。

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电池管理系统（BMS）系列——信息通讯概述

在先前关于BMS系列的文章中，我们已经深入探讨了其两大核心功能：数据采集与状态估计。在这两大功能的实现过程中，信息的传递与交互显得尤为重要。因此，信息通讯在BMS中占据了举足轻重的地位。针对读者们的需求，本次介绍聚焦于BMS的信息通讯功能。

BMS必须拥有与整车控制器、车载充电机以及直流充电桩等外部设备的高效通信能力。通信内容主要包括两大类：

一、实时数据：包括动力电池系统的总电压、母线电流、单体电池的电压、温度以及绝缘电阻值等模拟量。这些数据为BMS提供了关于电池状态的实时反馈。

二、电池状态及信息：如动力电池组的当前工作状态，包括快充、慢充、放电等，以及电池的管理信息，如充电进度、剩余电量等。这些信息使外部设备能够了解并适应电池的状态，从而进行相应的工作调整。

总之，BMS的信息通讯功能确保了电池系统与外部设备之间的顺畅沟通，为整车的高效运行提供了坚实保障。

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