电池管理系统（BMS）系列—信息通讯概述

shinch

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。