Solution applicative Solution SPI isolée

Dans l'évolution de l'architecture du système de gestion de batterie (BMS), le choix de la topologie de communication détermine directement la fiabilité, le coût et l'évolutivité du système.
La solution SPI isolée grand public construit un « mur de protection » robuste contre les interférences grâce à l'isolation électrique et à la transmission différentielle du signal. Le SPI isolé réalise une isolation électrique via un couplage de transformateur ou de condensateur, capable de résister à des différences de tension de centaines, voire de milliers de volts.

Dans un BMS, les MCU côté haute tension et basse tension de la batterie doivent être isolés. Les solutions traditionnelles nécessitent un isolateur numérique à 4 canaux, tandis qu'isoSPI ne nécessite qu'un petit transformateur, ce qui réduit considérablement les coûts. Cette capacité d'isolation protège non seulement le processeur côté basse tension des surtensions à haute tension, mais améliore également considérablement le rejet en mode commun, garantissant ainsi la précision des mesures.

Dans la vague moderne d’électrification, les batteries ont depuis longtemps transcendé l’unité de puissance traditionnelle, devenant le « cœur » et le « centre nerveux » des véhicules intelligents. Cependant, chaque battement de ce cœur implique des réactions électrochimiques complexes. De minuscules différences entre des centaines de cellules de batterie au cours des cycles de charge/décharge peuvent évoluer vers un emballement thermique catastrophique ou une diminution de capacité. Garantir que chaque cellule fonctionne à la fois de manière indépendante et collaborative est devenu un défi majeur dans la conception de systèmes BMS. VOOHU Technology est profondément impliqué dans le domaine de l'électronique automobile depuis plus d'une décennie et a lancé sa solution de communication isolée SPI.

1. Introduction à la topologie
La solution SPI de VOOHU abandonne le câblage fastidieux des bus parallèles traditionnels, en adoptant une topologie SPI isolée. Chaque puce SPI est connectée avec précision en série aux cartes adjacentes, formant une « chaîne neuronale numérique » depuis le module de cellule de batterie jusqu'au terminal BMU.

L'ingéniosité de cette conception réside dans le fait que les données sont transmises étape par étape sur des câbles à paires torsadées sous forme de signal différentiel, avec des signaux d'horloge et de sélection de puce distribués de manière synchrone. Chaque nœud est à la fois un terminal d'acquisition d'informations et une station relais de signaux.

Par rapport au délai d'arbitrage et au risque de tempête de diffusion du bus CAN, le timing de communication déterministe de la topologie en guirlande-chaîne garantit une précision de synchronisation d'échantillonnage de tension et de température <1 μs. Par rapport aux limitations point à point du SPI traditionnel, la solution SPI isolée de VOOHU étend la distance de transmission à plus de 15 mètres grâce au couplage de transformateur d'isolement, prenant en charge jusqu'à 16 niveaux en cascade, s'adaptant parfaitement à diverses configurations physiques de batteries, de l'hybride léger 48 V aux plates-formes haute tension 800 V.

En fin de compte, ce qui converge vers le BMU, ce ne sont pas seulement des points de données discrets, mais une carte complète de l'état de la batterie : les tendances SOH, SOC et résistance interne de chaque cellule sont présentées dynamiquement au niveau de la milliseconde, fournissant une entrée panoramique pour les stratégies d'équilibrage de la batterie et l'alerte précoce en cas de panne.

2. Recommandation relative à la matrice des appareils
VOOHU comprend que la fiabilité d'un BMS est déterminée par son maillon le plus faible.
Par conséquent, la solution fournit une bibliothèque de sélection complète, des connecteurs aux dispositifs d'alimentation, couvrant l'ensemble du cycle de développement, du prototype à la production de masse :

Interface mécanique :Scénario-Correspondance spécifique des connecteurs D-sub
Pour différents espaces d'installation de batteries et niveaux de vibrations, trois séries de connecteurs D-sub sont fournies : 25P, 15P et 9P.
La version 25P convient aux packs de batteries haute tension avec 16 cellules ou plus, intégrant l'alimentation, CLK, CS et plusieurs signaux différentiels ; le 15P est conçu pour les plates-formes de milieu de gamme avec 8-12 cellules, optimisant l'utilisation du code PIN ; et le 9P est conçu pour le design minimaliste des micro-outils électriques.
Tous les connecteurs sont certifiés USCAR-2 niveau de vibration III, avec des bornes plaquées or garantissant une durée de vie de 500-cycles et une protection IP67 contre la corrosion par condensation des batteries.

Noyau d'isolation :Série de transformateurs d'isolement Bms
En tant que « cœur » de l'isolation électrique SPI, VOOHU propose trois séries : S12, S125 et S068.
La série S12 convient aux tensions de fonctionnement jusqu'à 250 Vrms, avec une tension de tenue nominale de 3 kV ;
La série S125 est conçue pour les plates-formes haute tension de 800 V, utilisant une conception d'enroulement segmenté, avec une tension de tenue jusqu'à 5 kVrms ;
La série S068 est personnalisée pour les blocs-batteries PHEV sensibles à la taille, avec une hauteur de seulement 3,5 mm, tout en conservant une précision du coefficient de couplage de ± 2 % dans une plage de température de qualité automobile de -40 ℃ à 125 ℃, garantissant l'intégrité des bords du signal différentiel.


Échantillonnage du cerveau :Protection précise de la puce AFE
La puce AFE remplit la double fonction d'échantillonnage de tension/température d'une seule cellule et de protection contre les interruptions d'urgence.
L'AFE de la solution VOOHU prend en charge l'échantillonnage synchrone à 16 canaux, avec une précision de tension de ± 1,5 mV et une précision NTC du canal de température de ± 0,5 ℃.
La clé de sa force réside dans son comparateur matériel de surtension/sous-tension, qui peut déclencher un signal de commande en <10 μs, arrêtant directement le MOSFET sans intervention du MCU, fournissant ainsi une redondance de sécurité au niveau matériel pour des scénarios extrêmes tels que l'emballement thermique.

Protection et exécution :Protection collaborative des téléviseurs et des MOSFET
Dispositif de protection TV :Un réseau TVS est déployé au niveau de l'entrée AFE et de l'interface du bus SPI, avec une tension de serrage <40 V et un temps de réponse <1 ps, supprimant efficacement les surtensions et les impacts ESD provoqués par la commutation de relais au sein de la batterie.


MOSFET haute tension :En tant qu'interrupteur électronique dans le circuit principal de la batterie, il entreprend la tâche de commutation de niveau 400 V/600 A.
VOOHU donne la priorité aux MOSFET SiC de qualité automobile, avec une résistance à l'état passant <2 mΩ et une réduction de 60 % des pertes de commutation. Son signal de commande provient directement de la sortie de protection matérielle de l'AFE, garantissant ainsi le chemin de réponse aux pannes le plus court.
La valeur de la solution VOOHU SPI s'étend au-delà de la gestion de la batterie.

3. Applications de servomoteurs
Dans le domaine du contrôle des servomoteurs, la même architecture démontre une applicabilité remarquable : le capteur de courant (AFE analogique), l'encodeur (nœud SPI numérique) et le pilote (réseau de transistors MOS) d'un moteur multi-axes sont connectés en série au contrôleur central. L'échantillonnage synchrone de 80 ns - niveau garantit un découplage précis de l'algorithme FOC. Les transformateurs d'isolement bloquent le bruit de mode commun entre la terre d'alimentation et la terre de contrôle, et la protection TVS résiste aux EMI des commutateurs IGBT.

Cette philosophie de conception « de l'unité individuelle au système » fait de la solution SPI de VOOHU une architecture à usage général de transmission neuronale haute vitesse, précise et fiable dans les plates-formes d'électrification. Il aide les clients à utiliser une chaîne d'outils de conception unique pour couvrir à la fois le BMS et les systèmes d'entraînement électrique, réduisant ainsi considérablement la complexité de la chaîne d'approvisionnement et les coûts de certification.

Depuis sa création en 2018 jusqu'à son expansion à l'étranger en 2025, VOOHU Electronics est devenu un partenaire fiable pour plus de 1 000 entreprises grâce à sa « qualité supérieure, ses prix raisonnables, son service attentionné et sa livraison fiable ».

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