引言

隨著電動汽車行業(yè)的快速發(fā)展，電池管理系統(tǒng)（BMS）作為核心組成部分，其通信架構面臨著更高帶寬、更低成本和更簡化布線的新需求。傳統(tǒng)BMS系統(tǒng)主要依賴CAN/CAN FD總線進行通信，但隨著電池包內采樣點增加和數據量增長，CAN總線的帶寬限制逐漸凸顯。

近年來，IEEE 802.3cg標準定義的10BASE-T1S以太網技術憑借其單對線纜、多點拓撲和10Mbps帶寬的特性，為BMS系統(tǒng)提供了新的解決方案。

01.

BMS系統(tǒng)通信需求與挑戰(zhàn)

BMS系統(tǒng)需要實時監(jiān)測電池組的電壓、電流、溫度等關鍵參數，并實現對電池均衡、熱管理和安全保護的控制。這些功能對通信系統(tǒng)提出了特定要求：

實時性要求：電池數據需要被實時采集和處理，以確保電池安全和使用壽命

可靠性要求：通信系統(tǒng)必須具有高可靠性，避免數據丟失或錯誤

抗干擾能力：電池包內存在高壓大電流工作環(huán)境，通信系統(tǒng)需要具備強抗干擾能力

成本與重量限制：汽車電子對成本和重量極為敏感，需要簡化布線和連接器

可擴展性：支持不同容量和規(guī)格的電池包設計

02.

10BASE-T1S技術

在BMS系統(tǒng)中的優(yōu)勢

10BASE-T1S是以太網技術向邊緣節(jié)點的延伸，特別適用于BMS等汽車應用場景。其主要技術特點包括：

物理層特性

單對線纜：使用單對雙絞線進行數據傳輸，大幅降低線束成本和重量

多點拓撲：允許在兩個節(jié)點之間進行點對點直接連接，或使用多點拓撲，在單個25m總線段上連接多達8個節(jié)點，減少布線復雜性

差分曼徹斯特編碼（DME）：提升信號完整性和時鐘恢復能力，增強抗干擾性

數據鏈路層特性

物理層防沖突（PLCA）：通過組織媒體訪問來避免介質上的物理碰撞，提供確定性延遲

10Mbps帶寬：相比CAN總線有顯著提升，能夠滿足 BMS 系統(tǒng)中對數據傳輸速度要求更高的應用場景

在BMS系統(tǒng)中的具體優(yōu)勢

10BASE-T1S技術在BMS系統(tǒng)中應用具有以下顯著優(yōu)勢：

簡化電池包內部布線：多個電池模組的傳感器可以通過單一總線連接，減少線束數量和重量

提高數據采集能力：更高帶寬支持更多傳感器和更高采樣率

支持以太網全棧協(xié)議：可以直接使用IP協(xié)議，10BASE-T1S 能夠無縫融入現有的車載以太網為主干網的架構體系中

降低系統(tǒng)成本：減少連接器數量、簡化組裝過程

03.

虹科10BASE-T1S媒體網關

虹科10BASE-T1S媒體網關作為一款支持CAN/CAN FD與10BASE-T1S之間雙向轉換的網關設備，可為BMS系統(tǒng)的通信架構升級提供靈活且高效的解決方案。

作為一款專門設計用于實現10BASE-T1S與其它網絡協(xié)議互轉換的網關設備，其具有一個10BASE-T1S端口、一個快速以太網端口、一個支持CAN FD的CAN通道和一個USB 2.0端口?？赏ㄟ^嵌入式網絡服務器配置用于橋接10BASE-T1S網絡和CAN/CAN FD總線的網關功能。

產品特性

虹科10BASE-T1S媒體網關

靈活工作模式

10BASE-T1S和CAN（/FD）之間的網關

10BASE-T1S和10/100BASE-TX之間的介質轉換

以太網-CAN（/FD）接口卡

USB-CAN（/FD）接口卡

多樣配置方式

板載DIP開關：進行基本配置，如模式選擇、節(jié)點ID設置、終端電阻啟用等

嵌入式Web服務器：用于高級配置和狀態(tài)信息顯示

C語言SDK：用戶可編程固件實現定制功能和網絡橋接

關鍵物理特性

工作溫度：-20℃至70℃（適合大多數汽車應用環(huán)境）

電源輸入：通過USB Type-C或外部7-30V DC電源

IO接口：提供模擬輸入和數字輸出，可用于外圍設備數據采集或控制

連接器：D-SUB 9用于10BASE-T1S、CAN總線和電源；RJ-45用于100BASE-TX

04.

虹科10BASE-T1S網關

BMS場景應用

考慮一個典型的新能源汽車BMS場景：電池包內部采用10BASE-T1S網絡連接多個電池模組的采集單元（監(jiān)測電壓、溫度等），但外部充電設備或整車控制器仍然使用CAN/CAN FD協(xié)議進行通信。

這就需要一種網關設備，能夠實現10BASE-T1S與CAN/CAN FD之間的協(xié)議轉換。

實施方案

虹科10BASE-T1S媒體網關

虹科10BASE-T1S媒體網關在該場景中的應用方式如下：

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①. 硬件連接

將電池包內部的10BASE-T1S總線連接到網關的10BASE-T1S端口

將外部CAN/CAN FD設備（如充電設備）連接到網關的CAN端口

提供適當的電源輸入（7-30V DC）

?

②. 網關配置

使用板載DIP開關設置基本參數：工作模式（網關模式）、節(jié)點ID等

通過嵌入式Web服務器進行高級配置：定義CAN/CAN FD通訊參數、10BASE-T1S通訊參數以及轉換規(guī)則（如轉換為UDP或TCP）與IP地址

根據需要配置PLCA參數（如信標周期、節(jié)點數量等）以優(yōu)化實時性能

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③.數據處理

上行方向（BMS到充電設備）：將10BASE-T1S上的電池參數（電壓、電流、溫度）轉換為CAN/CAN FD幀，發(fā)送給充電設備

下行方向（充電設備到BMS）：將CAN/CAN FD上的控制命令（如充電電流設定值）轉換為10BASE-T1S幀，發(fā)送給BMS

通過該網關的應用，解決了以下問題：

協(xié)議不匹配問題：實現了新舊兩種通信技術之間的互聯互通

實時性要求：PLCA機制提供確定性延遲，保證關鍵數據的及時傳輸

系統(tǒng)升級成本：無需更換現有CAN/CAN FD設備，保護原有投資

數據映射與轉換：網關提供靈活的數據映射機制，確保數據語義的一致性

診斷與監(jiān)控：通過嵌入式Web服務器，可以實時監(jiān)控網絡狀態(tài)和數據流，便于故障診斷

結語.

在BMS系統(tǒng)中，CAN/CAN FD和10BASE-T1S技術各有其優(yōu)勢和應用場景。CAN/CAN FD技術成熟、成本低，適合對帶寬要求不高的應用；而10BASE-T1S則提供了更高帶寬、更簡化的布線和更好的可擴展性，適合新型大容量電池系統(tǒng)。

虹科10BASE-T1S媒體網關作為橋梁，解決了不同通信技術之間的互操作問題，使BMS系統(tǒng)設計人員能夠充分利用兩種技術的優(yōu)勢，實現平滑過渡和系統(tǒng)優(yōu)化。

通過合理的網絡設計和參數配置，基于虹科10BASE-T1S媒體網關的BMS通信系統(tǒng)能夠滿足現代電動汽車對電池管理系統(tǒng)的高要求，為電動汽車的性能提升和成本優(yōu)化提供技術支持。

作者簡介

萬彬

虹科智能互聯高級技術工程師，6年工業(yè)以太網技術經驗，5年項目定制開發(fā)經驗，完成1篇項目研究課題。熟悉CAN、CANopen、EtherCAT、PROFINET等技術領域。