虹科干货 | BMS通信升级方案：虹科10BASE-T1S网关，实现CAN与以太网融合

 

 

引言

随着电动汽车行业的快速发展，电池管理系统（BMS）作为核心组成部分，其通信架构面临着更高带宽、更低成本和更简化布线的新需求。传统BMS系统主要依赖CAN/CAN FD总线进行通信，但随着电池包内采样点增加和数据量增长，CAN总线的带宽限制逐渐凸显。

 

近年来，IEEE 802.3cg标准定义的10BASE-T1S以太网技术凭借其单对线缆、多点拓扑和10Mbps带宽的特性，为BMS系统提供了新的解决方案。

 

 

 

 

01.

BMS系统通信需求与挑战

 

BMS系统需要实时监测电池组的电压、电流、温度等关键参数，并实现对电池均衡、热管理和安全保护的控制。这些功能对通信系统提出了特定要求：

实时性要求：电池数据需要被实时采集和处理，以确保电池安全和使用寿命

可靠性要求：通信系统必须具有高可靠性，避免数据丢失或错误

抗干扰能力：电池包内存在高压大电流工作环境，通信系统需要具备强抗干扰能力

成本与重量限制：汽车电子对成本和重量极为敏感，需要简化布线和连接器

可扩展性：支持不同容量和规格的电池包设计

 

02.

10BASE-T1S技术

在BMS系统中的优势

10BASE-T1S是以太网技术向边缘节点的延伸，特别适用于BMS等汽车应用场景。其主要技术特点包括：

 

物理层特性

单对线缆：使用单对双绞线进行数据传输，大幅降低线束成本和重量

多点拓扑：允许在两个节点之间进行点对点直接连接，或使用多点拓扑，在单个25m总线段上连接多达8个节点，减少布线复杂性

差分曼彻斯特编码（DME）：提升信号完整性和时钟恢复能力，增强抗干扰性

 

数据链路层特性

物理层防冲突（PLCA）：通过组织媒体访问来避免介质上的物理碰撞，提供确定性延迟

10Mbps带宽：相比CAN总线有显著提升，能够满足 BMS 系统中对数据传输速度要求更高的应用场景

 

在BMS系统中的具体优势

10BASE-T1S技术在BMS系统中应用具有以下显著优势：

简化电池包内部布线：多个电池模组的传感器可以通过单一总线连接，减少线束数量和重量

提高数据采集能力：更高带宽支持更多传感器和更高采样率

支持以太网全栈协议：可以直接使用IP协议，10BASE-T1S 能够无缝融入现有的车载以太网为主干网的架构体系中

降低系统成本：减少连接器数量、简化组装过程

 

03.

虹科10BASE-T1S媒体网关

虹科10BASE-T1S媒体网关作为一款支持CAN/CAN FD与10BASE-T1S之间双向转换的网关设备，可为BMS系统的通信架构升级提供灵活且高效的解决方案。

 

作为一款专门设计用于实现10BASE-T1S与其它网络协议互转换的网关设备，其具有一个10BASE-T1S端口、一个快速以太网端口、一个支持CAN FD的CAN通道和一个USB 2.0端口。可通过嵌入式网络服务器配置用于桥接10BASE-T1S网络和CAN/CAN FD总线的网关功能。

 

产品特性

 

虹科10BASE-T1S媒体网关

 

灵活工作模式

10BASE-T1S和CAN（/FD）之间的网关

10BASE-T1S和10/100BASE-TX之间的介质转换

以太网-CAN（/FD）接口卡

USB-CAN（/FD）接口卡

多样配置方式

板载DIP开关：进行基本配置，如模式选择、节点ID设置、终端电阻启用等

嵌入式Web服务器：用于高级配置和状态信息显示

C语言SDK：用户可编程固件实现定制功能和网络桥接

 

关键物理特性

工作温度：-20℃至70℃（适合大多数汽车应用环境）

电源输入：通过USB Type-C或外部7-30V DC电源

IO接口：提供模拟输入和数字输出，可用于外围设备数据采集或控制

连接器：D-SUB 9用于10BASE-T1S、CAN总线和电源；RJ-45用于100BASE-TX

 

04.

虹科10BASE-T1S网关

BMS场景应用

 

考虑一个典型的新能源汽车BMS场景：电池包内部采用10BASE-T1S网络连接多个电池模组的采集单元（监测电压、温度等），但外部充电设备或整车控制器仍然使用CAN/CAN FD协议进行通信。

这就需要一种网关设备，能够实现10BASE-T1S与CAN/CAN FD之间的协议转换。

 

 

实施方案

 

虹科10BASE-T1S媒体网关

 

虹科10BASE-T1S媒体网关在该场景中的应用方式如下：

✦

①. 硬件连接

将电池包内部的10BASE-T1S总线连接到网关的10BASE-T1S端口

将外部CAN/CAN FD设备（如充电设备）连接到网关的CAN端口

提供适当的电源输入（7-30V DC）

✦

②. 网关配置

使用板载DIP开关设置基本参数：工作模式（网关模式）、节点ID等

通过嵌入式Web服务器进行高级配置：定义CAN/CAN FD通讯参数、10BASE-T1S通讯参数以及转换规则（如转换为UDP或TCP）与IP地址

根据需要配置PLCA参数（如信标周期、节点数量等）以优化实时性能

✦

③. 数据处理

上行方向（BMS到充电设备）：将10BASE-T1S上的电池参数（电压、电流、温度）转换为CAN/CAN FD帧，发送给充电设备

下行方向（充电设备到BMS）：将CAN/CAN FD上的控制命令（如充电电流设定值）转换为10BASE-T1S帧，发送给BMS

 

 

通过该网关的应用，解决了以下问题：

协议不匹配问题：实现了新旧两种通信技术之间的互联互通

实时性要求：PLCA机制提供确定性延迟，保证关键数据的及时传输

系统升级成本：无需更换现有CAN/CAN FD设备，保护原有投资

数据映射与转换：网关提供灵活的数据映射机制，确保数据语义的一致性

诊断与监控：通过嵌入式Web服务器，可以实时监控网络状态和数据流，便于故障诊断

 

结语 .

在BMS系统中，CAN/CAN FD和10BASE-T1S技术各有其优势和应用场景。CAN/CAN FD技术成熟、成本低，适合对带宽要求不高的应用；而10BASE-T1S则提供了更高带宽、更简化的布线和更好的可扩展性，适合新型大容量电池系统。

虹科10BASE-T1S媒体网关作为桥梁，解决了不同通信技术之间的互操作问题，使BMS系统设计人员能够充分利用两种技术的优势，实现平滑过渡和系统优化。

通过合理的网络设计和参数配置，基于虹科10BASE-T1S媒体网关的BMS通信系统能够满足现代电动汽车对电池管理系统的高要求，为电动汽车的性能提升和成本优化提供技术支持。

 

 

作者简介

  万彬  

虹科智能互联高级技术工程师，6年工业以太网技术经验，5年项目定制开发经验，完成1篇项目研究课题。熟悉CAN、CANopen、EtherCAT、PROFINET等技术领域。