BMS应用软件开发 — 12 菊花链通讯

目录

1 菊花链简介

2 菊花链电路与隔离

2.1 菊花链电路

2.2 通信隔离方式

3菊花链AFE芯片

3.1 常见的菊花链AFE芯片

3.2 LTC6820连接方案

1 菊花链简介

目前BMS行业的菊花链技术是各AFE芯片厂家来推动的。早期AFE芯片与微控制器通信基本都是以SPI为主，针对于菊花链通信，各芯片厂家分别开发出了AFE间差分信号通信的技术和将差分信号转换为SPI或UART等协议与微控制器通信。在这两个部分，各家都是私有协议，还没有行业通用标准出现。各家对自己的菊花链通信技术的命名也不同，比如Linear的是Iso-SPI，NXP的是TPL(Twist Pair ), Maxim的是differential daisy-chain UART。

在目前国内的BMS开发中，我们应用最广泛的目前还还是分布式，只是越来越集中而已，真正完全集中式的BMS其实比较少。BMS一般分为主板和从板，在菊花链出来之前，主从板上都有MCU，从板采集单体电池电压和温度，通过CAN总线传给主板。

而在目前成本日益严峻的今天，怎么实现降本就是各个主机厂以及芯片厂所重点关注的内容。菊花链不是通讯协议，只是一种配线方案，例如设备A和设备B用电缆相连，设备B再用电缆和设备C相连，设备C用电缆和设备D相连，只有相邻的设备之间才能直接通信。当设备与设备之间按照固定的通讯模式通讯的时候，每个从板就可以不用配备一个CAN收发器和与之配套的MCU了，能够实现降本50%以上。

CAN通信在汽车电子上的应用时间长且通信稳定性很好，所以早期主板与从板之间采用CAN通信方式，出于方面的考虑，业内逐渐发展了一种新的通信方式——菊花链通信，由于使用元器件更少更具成本优势，虽然稳定性没有CAN通信这么好，但是考虑到BMS多数场景下放置在一个相对封闭应用场景，并且主板与从板之间的线束较短，符合应用要求，所以目前市场上使用更多的是菊花链通信方式。两者区别如下：

• 菊花链通信：是一种线性的通信连接方式，其中每个设备通过单一的链路与前后相邻的设备相连，形成一个串联的环状结构。这种结构简单，减少了所需的连接线数量，降低了系统成本。在菊花链中，数据从源头传输到目的地需要依次经过链路上的每个设备，通常使用SPI或UART等串行通信接口。菊花链通信可以减少所需的电子元件数量和线束长度。然而，菊花链的缺点是如果链路中的任何一个设备出现故障，可能会影响整个链路的通信。
• CAN通信：则是一种基于总线的通信协议，它允许多个节点共享一对双绞线，并支持多主控制。CAN通信具有高可靠性、高实时性和抗干扰能力强等特点，适用于复杂系统中节点之间的数据传输。CAN协议支持非破坏性仲裁机制，确保了总线上数据传输的有序性，并且具有错误检测和处理机制。

2 菊花链电路与隔离

2.1 菊花链电路

菊花链电路分为电流型跟电压型，目前LT使用的是电流型，美信是电压型的。

ADBMS1818为电流型，标准的SPI信号被编码为差分脉冲，发送脉冲的强度和接收器的门限电平由两个外部电阻器设定，用户可通过调整电阻器的阻值在功率耗散和抗噪声性能之间进行权衡。

MAX17841是电压型的，MAX17841结合了SPI端口和通用异步接收发射器（UART），UART可配置为自动执行曼彻斯特编码解码，消息帧奇偶校验、唤醒和保持连接信令。

2.2 通信隔离方式

通信隔离用于在不同电路或设备之间传输信号时提供电气隔离，确保信号完整性和系统安全性。它通过阻止电路间的直接电气连接，可以有效防止高压电弧、电磁干扰和地回路问题，同时保护敏感的电子设备免受损坏，确保数据传输的可靠性。

变压器隔离：利用变压器的两个或多个绕组之间的磁通量变化来传递信号，而不直接连接电路。常用于电源转换和信号隔离，尤其是在需要高隔离电压和大功率传输的场合。提供良好的隔离效果，可以有效防止高压电弧和电磁干扰，但可能会引入信号延迟。

电容隔离：通过电容器在两个电路之间传递信号，利用电容器的充放电特性来实现信号的瞬时传输。适用于数字信号和低功率模拟信号的隔离，如I2C、SPI等通信协议。电容隔离可以实现高速信号传输，但隔离电压较低，容易受到电磁干扰。

电容器和扼流圈隔离：结合电容器的高频信号传递能力和扼流圈（电感器）的低频信号阻断能力，实现信号的隔离传输。可以设计成对特定频率的信号进行隔离，同时允许其他频率的信号通过，但设计复杂，需要精确的参数匹配。

3菊花链AFE芯片

3.1 常见的菊花链AFE芯片

下面的常用的用于电池管理系统中的高性能、高精度采集芯片，支持菊花链通信，以实现多电芯电压监测和数据传输。

3.2 LTC6820连接方案

LTC6820 通过单根双绞线连接在两个隔离设备之间进行双向 SPI 通信，使用脉冲变压器桥接实现数百伏的隔离，适用于多种需要隔离通信的场景。

多个 LTC6804 - 1 芯片依次串联，通过特定引脚进行连接，形成类似链条的结构。数据从第一个芯片依次传递到最后一个芯片，或者反向传递，具体取决于通信协议和操作模式。这种方式能够减少布线复杂度，便于系统扩展。

但在这种传统的菊花链连接方式中，多个从设备依次串联连接到主设备。如果中间的某一个从设备出现故障，例如芯片损坏、引脚短路或开路等情况，那么在故障芯片之后的所有从设备都将无法与主设备正常通信。因为数据是依次从一个从设备传递到下一个从设备的，中间环节的故障会阻断数据传输路径。

总线式菊花链在传统菊花链的基础上进行了改进。除了保留从设备之间的串联连接外，还为每个从设备增加了与总线相连的接口。每个从设备都可以直接通过总线与主设备进行通信，而不完全依赖于前一个从设备的转发。