BMS内部通信解析：CAN、菊花链、无线和红外

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）BMS（Battery Management System，电池管理系统）是确保电池组安全、可靠和高效运行的关键组件，主要由主控模块、高压模块和从控模块三部分组成。

 
BMS的核心功能包括电池状态监测、充放电管理、平衡电池单元和电池保护等。在实现这些功能时，BMS主控模块通过通信协议与其他系统组件进行数据交换和指令传递，从而实现电池的监控和管理。目前，汽车BMS主要应用的内部通信协议包括CAN FD、菊花链、蓝牙和红外等。
 

基于CAN通信协议的BMS

CAN总线是一种广泛应用于汽车和工业领域的现场总线协议，在BMS系统中CAN总线常用于连接BMS与电机控制器、充电器等车载系统，同时CAN也可以用于BMS系统内部的通信。
 
在BMS系统内，CAN通信构建了一种多节点总线通信结构，也是一种主从结构，由中央控制器与多个外设组成，通过基带物理层的双绞线进行数据传输，具有较高的实时性和抗干扰能力。
 
在构建BMS应用时，CAN总线的优势是抗干扰能力强，采用CRC校验和其他错误检测机制，保证数据的准确性；节点数量多，支持总线型网络结构，可扩展性强，一般可扩展至数十个传输电池模组节点；成本低，作为成熟的通信协议，CAN通信具有一定的成本优势。
 
通过CAN通信，BMS可以实现动态采集电动汽车电池组的参数研究和电池性能参数。当然，为了增加系统可靠性，一般需要对BMS内部的CAN通信做隔离，比如可以使用高速光耦进行隔离。
 

基于RS232通信协议的BMS

RS232是一种串口通信协议，常用于连接计算机与外围设备。RS232是一种比较老旧的通信协议，因此多用于BMS的临时应用，如配置测试和故障排除。另外，BMS也可通过RS232接口与上位机标定软件进行外部通信。
 
 
基于RS232的BMS通信具有结构简单、易于实现的优点，不过RS232通信只支持点对点，且传输速率和距离都有限制，因此应用范围较为有限。
 

基于RS485通信协议的BMS

RS485和CAN都是串行通信协议。RS485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。一般而言，RS485推荐使用菊花链连接其节点，驱动器、接收器和收发器通过短网存根接入主干线。RS485标准规定单位负载为12K，最多挂载32个负载。
 
一般BMS主控系统在提供接口时，会同时提供RS485和CAN，以此来提升设计的灵活性和效率。不过，由于RS485理论上可以达到1200米的传输距离，并具有多节点连接的能力，因此广泛适用于大型电池储能系统的监控和管理。
 

基于蓝牙/NFC/Wi-Fi的无线BMS

美国通用汽车在2022年Q2推出业内第一款完全无线BMS的量产电动汽车，并表示后续将在所有开发计划的奥特能平台搭载无线BMS（wBMS）。当前，wBMS已经得到了车厂的广泛重视。
 
wBMS与传统的有线BMS功能相同且架构类似，唯一的区别在于内部和外部沟通渠道。与传统的BMS相比，wBMS功耗更低，可扩展性强，同时无线通信可减少包内线束，简化Pack结构，提升整包能量密度，主从板之间无高压风险，相比CAN通信及菊花链通信，wBMS更安全，被业内认为是未来电池管理系统的发展方向。
 
相较而言，wBMS没有了复杂的线缆和连接器，可以进一步提高了产品的可靠性，并提升BMS系统设计的灵活性。不过，由于是无线传输的方式，是一种新式的传输方式，因此在测试端也面临全新的挑战，比如无线芯片与模组通信测试，电池包整体无线测试，以及基于实际外场干扰的功能测试等。
 
目前，德州仪器、ADI、NXP和Dukosi等公司都已经推出了wBMS方案，采用的无线技术包括低功耗蓝牙、Wi-Fi、NFC、Zigbee和Sub-1 GHz等。如上所述，这些无线方案的推出，大幅提升了BMS设计的灵活性。
 

基于红外的BMS通信系统

随着技术创新，目前BMS系统已经非常多元，包括管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备等。目前主流的量产电动车型普遍采用了分布式的BMS架构，优势在于可以根据不同的电池系统串并联设计进行高效的配置，BMS连接到电池之间的线束距离更短、更均匀、可靠性更高，同时也可以支持体积更大的电池系统设计。
 
在分布式BMS内部，模组与模组之间，模组与主芯片之间的信息传输就非常重要。除了我们上述提到的有线和无线方式，还有一些传输方式也非常受到厂商的重视，比如基于以太网的传输，不过这种传输性价比目前还有挑战。在这里，我们要介绍的是基于红外传输的电池系统智能控制。
 
基于红外传输的方式，采用一套收发系统进行红外数据的传输和接收，发射器和接收器可接收、发送传输电池包内部和外部数据，这样的方式也能够避免走线并降低成本，目前包括恩智浦在内的一些公司正在做这方面的探索。
 

结语

BMS是电动汽车重要的功能单元，其主要功能包括监控电池的状态，最重要就是监控电压、电流、温度、剩余电量和健康状态等关键参数，而这些数据都需要传输。过往，BMS主要通过CAN总线进行传输，不过随着汽车线束方面的挑战日益增大，wBMS成为更受青睐的方式，相信未来会有越来越多的无线技术进入BMS。