一、基本介绍
BMS有三个主要系统：电池管理单元（BMU）、电池接线盒（BJB）和电池监控单元（CMU）。BMU包含主控MCU，是电池管理系统的控制部分，CMU主要负责电池模组中电芯电压、温度的监控并反馈给 BMU，BJB主要是一个机电箱，分流器、接触器和热熔断器都在这个箱子里。
HVBMS-LightningII 方案是一个用于电动汽车上的 800 V 的BMS 方案，我主要负责 CMU Board 的硬件设计部分，CMU 板采用 4 颗检测16串电池的 chipways XL8816 AFE，总电压为200V，通过菊花链互相连接。此篇文章介绍 CMU Board 上的 AFE 之间采用的菊花链通讯实现。
二、菊花链通讯优势
图 1 传统分布式 BMS
图 2 新趋势集中式 BMS
图 1 与 图 2 是传统式 CAN 通讯和菊花链通讯的对比图，菊花链相比 CAN 通讯有以下几个优势：
- 灵活性强：菊花链通讯可以随时添加或删除一个节点，而不会影响整个网络的通讯。这种灵活性使得在扩展和维护 BMS 系统时更加简便。
- 成本低：菊花链通讯只需要少量的通讯线路，取消了主从版上的 CAN 芯片，此成本比其他通讯方式（如 CAN 总线）要低廉。
- 抗干扰能力强：由于菊花链通讯采用了串联连接的方式，每个节点与相邻节点之间只需要短距离的通讯线路，因此对外部噪声的干扰影响较小。
- 可靠性高：菊花链通讯传输数据校验简单，且通讯链路中每个节点都可以检测到数据是否正常传输，因此通讯可靠性较高。
综上所述，菊花链通讯对于 BMS CMU 板之间的通讯来说具有较大的优势，能够满足 BMS 系统对于通讯可靠性、抗干扰能力和成本等方面的要求。
三、菊花链通讯电路设计
图 3 菊花链设计原理图
LightningII 方案中主板上的微控制器通过 CAN 通信接口，通过变压器 HM2103NL将信号转换为差分信号。主板以差分信号的形式与第一个 AFE 板进行通信，差分信号从第一个 AFE 板出来后，如图 2 和图 3 ，依次进入后序的 AFE 板，这样主板最终得以与所有 AFE 板通信。各个板子之间需要隔离通信，使用的隔离器件通常是变压器和高压电容。
方案设计中 IMB 和 IPB 脚都加有 TVS 二极管和电容电阻，主要是为了保障输入电路的安全性和稳定性，提高系统的可靠性和性能，作用如下：
TVS 二极管：主要用于防止输入端出现过压，起到限制输入电压的作用。当输入电压超过设定值时，TVS 二极管会瞬间击穿，将多余的电压引至地，以保护后续电路的正常工作。
电容电阻：可以对输入信号进行滤波处理，起到抑制高频干扰和噪声的作用，同时还可以缓解电路中的电压浪涌和瞬态响应问题。
图 4 菊花链设计 PCB 差分走线
在模拟信号传输过程中，由于传输线的阻抗不匹配、电磁干扰等因素，会导致信号失真和噪声的增加，从而影响系统的性能。而变压器可以将信号转换成差分信号，并且通过匹配不同的阻抗来减小信号失真和噪声的影响。
如图 4 所示，在走线时，注意差分线的对称布局、长度匹配、线宽控制等要求以提高信号传输的抗干扰能力和可靠性。
图 4 菊花链设计 PCB AFE1 与AFE2 之间的连接走线
为了隔离通信，方案使用的隔离方式为 HM2103NL 变压器或高压电容连接互相兼容。
变压器可以将输入信号隔离和保护，同时将信号进行放大和滤波处理，以便更好地传输到下一个模块进行处理。此外，变压器还可以提供电气隔离功能，可以有效地避免接地回路带来的安全隐患。因此，在两个 AFE 之间加入变压器可以实现信号差分、阻抗匹配和电气隔离等功能，有利于提高系统的性能和稳定性。
如图 4 所示，在菊花链中，对于每个变压器，应将其位置放置在 PCB 上相邻的位置。同时，应将 AFE1 和 AFE2 的输入/输出引脚与变压器的引脚尽可能地靠近，以减少电路长度和干扰。
四、总结
BMS 菊花链技术是未来新能源车发展的一个新趋势，通过菊花链技术采取 BMS 集中式架构设计，可以减少线路的连接，降低硬件复杂性。通过菊花链通讯可以使得多个电池同时进行检测和反馈，加快了数据的处理速度。
五、参考文献
[1] 博客园-菊花链技术——BMS-溪风_不忘初心
[2] 公众号-汽车功能安全开发-【专栏 | 刘晶冰】BMS 菊花链技术探讨:微控制器端的通信协议、差分信号传输方式、EMC 性能
[3] 知乎-炒冷饭！再说说 MODEL 3 上面的菊花链通信架构-胡摇扇
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作者：Amanda Yang / 杨友莉
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