一种基于电动汽车电池管理的脉冲SPI通信系统的制作方法

本实用新型属于电动汽车电池管理技术领域，尤其是一种基于电动汽车电池管理的脉冲SPI通信系统。

背景技术：

为了实现HEV、PHEV和EV动力传动系统高可靠性、高性能和长寿命，电池管理系统(BMS)中所使用的电子组件是关键因素之一。在电动汽车应用中，动力电池模块通常采用集中式的BMS电池管理系统。电动汽车动力电池以及电驱系统的电气噪声对数据通信链路提出了非常严格的要求，通信链路承载车内关键信息的传输。目前电动汽车应用CANbus比较广泛，CANbus总线能够处理车内电气噪声，但是原始BMS数据吞吐量大，相关组件成本导致无法采用模块化和分布式电池模块。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、抗干扰能力强且通信速率高的基于电动汽车电池管理的脉冲SPI通信系统。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于电动汽车电池管理的脉冲SPI通信系统，包括多个电池管理系统子模块、电池管理系统主控模块及车身控制器，每个电池管理系统子模块和电池管理系统主控模块均连接一个二线隔离式SPI通信电路，所有电池管理子模块、电池管理系统主控模块通过二线隔离式SPI通信电路连接在一起进行数据通信，所述电池管理系统主控模块通过CANbus总线与车身控制器进行数据通信。

所述二线隔离式SPI通信电路包括电阻R1、电容C1、共轭电感L1、共轭电感L2、电容C2和变压器T1，所述电阻R1和电容C1串联后连接在电池管理系统子模块或电池管理系统主控模块的两个端点上，所述共轭电感L2一侧的两个端点与该电池管理系统子模块或电池管理系统主控模块的两个端点及共轭电感L1一侧的两个端点相连接，所述共轭电感L2另一侧的两个端点与变压器T1一侧的两个端点相连接，所述共轭电感L1另一侧的两个端点与电容C2相连接，所述电容C2的另一端接地，所述变压器T1另一侧的两个端点与其他二线隔离式SPI通信电路的变压器相连接。

所述电池管理系统子模块内置有ADC单元并与二线隔离式SPI通信电路相连接；所述电池管理系统主控模块设有isoSPI端口并与二线隔离式SPI通信电路相连接。

所述电池管理系统子模块的数量为2至16个。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型采用二线隔离式SPI通信电路将主控模块和子模块连接在一起进行1Mbps隔离式串行通信，采用单根双绞线可长达100米，具有低EMI敏感度和辐射特点，可增加通信在高电磁噪音环境下的稳定性，提高通信的抗干扰性，解决CANbus总线成本以及数据吞吐量问题，易于实现动力电池模块化，改善电池管理系统的可靠性和结构优化，提高电池的稳定性和效率。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理示意图；

图2是主控模块和二个子模块之间的二线隔离式通信电路图；

图3是本实用新型的整体系统连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种基于电动汽车电池管理的脉冲SPI通信系统，如图1至图3所示，包括多个电池管理系统子模块、电池管理系统主控模块及车身控制器，每个电池管理系统子模块和电池管理系统主控模块均连接一个二线隔离式SPI通信电路，所有电池管理子模块、电池管理系统主控模块通过二线隔离式SPI通信电路连接在一起进行数据通信，所述电池管理系统主控模块通过CANbus总线与车身控制器进行数据通信。

所述二线隔离式SPI通信电路采用一个小型低成本变压器取代数据隔离器，实现电池管理系统主控模块和电池管理系统子模块之间的电隔离功能。所述二线隔离式SPI通信电路作为终端平衡电路，由RC电路、二个共模电感和变压器T连接构成。以图2为例进行说明，每个电池管理系统子模块内置有ADC单元，电池管理系统主控模块设有isoSPI端口，二个电池管理系统子模块的ADC单元均连接各自的二线隔离式SPI通信电路，电池管理系统主控模块的isoSPI端口连接其二线隔离式SPI通信电路，三个二线隔离式SPI通信电路相互连接在一起。以第一个电池管理系统子模块相连接的二线隔离式SPI通信电路为例，该二线隔离式SPI通信电路包括电阻R1、电容C1、共轭电感L1和L2、接地电容C2、变压器T1，所述电阻R1和电容C1串联后构成RC电路并且连接在电池管理系统子模块的两个端点上，所述共轭电感L2一侧的两个端点与该电池管理系统子模块的两个端点及共轭电感L1一侧的两个端点相连接，所述共轭电感L2另一侧的两个端点与变压器T1一侧的两个端点相连接，所述共轭电感L1另一侧的两个端点与电容C2相连接，所述电容C2的另一端接地，所述变压器T1另一侧的两个端点与其他二线隔离式SPI通信电路的变压器相连接(图中T2和T3)。图2中另外两个二线隔离式SPI通信电路相同，不再赘述。

本实用新型运用标准芯片级串行外设接口(SPI)的isoSPI物理层自适应技术，释放了成本效益型分布式电池组架构的全部潜能，可解决CANbus总线成本以及数据吞吐量问题。电池管理系统主控模块通过isoSPI信号实现电池管理系统主控模块与电池管理系统子模块的ADC单元之间的通信功能，电池管理系统子模块的ADC单元具有集成型isoSPI从属支持功能，因此整个系统采用二线隔离式SPI通信电路来平衡传输线结构。采用平衡双线技术，相对地传输差模信号相互不影响；采用变压器实现磁耦合，穿越介电势垒的重要差异信息，但由于采用了电隔离，可防止强烈地耦合共模噪声。二线隔离式SPI通信与以太网双绞线标准中所使用的方法相同，信号传输方案采用二线隔离SPI变换，通过变压器耦合无直流脉冲，不会损失信息，可支持高达1Mbps的信号速率。二线隔离式SPI通信电路采用二个共轭电感，能够扼制任何残留的非常高频(VHF)共模噪声以及差模噪声，这些噪声可能通过耦合变压器的线圈间电容而泄露，提高了完全隔离线束以提高完整的安全性。由于采用isoSPI结构后可减少电池模块中的电子元器件数量，更容易满足如ISO26262等新标准，而且性价比很高。采用网络方法支持的合并处理器功能，可提供冗余数据通路，可很简单实现双处理器，对封装没有太大的影响，只需在各种模块中根据需要增加额外的电路，以实现可靠性目标。

本实用新型涉及isoSPI总线可扩展至16个电池管理系统子模块(ADC单元)，如图3所示，一根总线多分支中采用isoSPI分布式电动汽车电池管理系统(BMS)结构。isoSPI总线实际上只传输线一个信号对，并联所有电池管理系统子模块ADC单元(多达16个)，终端电池管理系统子模块接终端平衡电路，上述系统基本满足现电动汽车结构需要。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。