Automotive Networking: Mạng lưới pin

EnterKnow: Cụ thể là trong Xe điện hybrid (HEV) và Xe điện (EV), mạng lưới bộ pin xây dựng nền tảng giao tiếp trong Hệ thống quản lý pin (BMS). Trong bộ pin, mạng lưới đảm bảo quản lý hợp lý, theo thời gian thực các cell và mô-đun riêng lẻ, cho phép phối hợp liền mạch giữa các quy trình sạc, xả, điều chỉnh nhiệt độ và theo dõi tình trạng. Các công nghệ mạng lưới không dây và giao tiếp isoSPI đã trở thành yếu tố quan trọng trong hoàn cảnh này.

Giới thiệu về Mạng lưới Pin

Giữa Hệ thống quản lý pin và các cell hoặc mô-đun riêng lẻ, mạng lưới trong một bộ pin hoạt động như một đường dẫn quan trọng cho luồng dữ liệu. Nó phải cung cấp khả năng giao tiếp bền bỉ, chống nhiễu cho phép BMS giám sát trạng thái của từng cell đồng thời đảm bảo sự cô lập cần thiết giữa các bộ pin để ngăn ngừa bất kỳ sự ghép nối điện áp nguy hiểm tiềm ẩn nào. Trong bối cảnh này, có hai công nghệ đáng chú ý: isoSPI và Mạng lưới không dây (Wireless Mesh Networks).

Giao tiếp isoSPI

isoSPI, viết tắt của Isolated Serial Peripheral Interface, đóng vai trò là giao thức truyền thông được thiết kế đặc biệt để tạo điều kiện cho truyền thông hai chiều với cách ly điện hóa. Chúng ta hãy xem cách thức hoạt động của nó trong mạng lưới pin:

Cấu trúc chuỗi cúc liên kết mọi nút theo cách mà mỗi nút giao tiếp riêng với các nút lân cận. Các nút lân cận này chịu trách nhiệm đảm bảo việc truyền thông điệp đến nút chính (master node), sau đó nút chính giao tiếp với bộ vi điều khiển máy chủ. Việc cô lập nút được thực hiện thông qua các phương tiện điện hóa, sử dụng ghép nối điện dung trong điều kiện tiêu chuẩn hoặc máy biến áp cô lập trong môi trường khó khăn hơn. Bus IsoSPI sử dụng cấu hình cặp vi sai.

Khả năng chống nhiễu: isoSPI làm giảm đáng kể tiếng ồn và khả năng liên quan đến lỗi giao tiếp bằng cách cô lập các miền nối đất (ground domain) giữa thiết bị giao tiếp và sử dụng tín hiệu cặp vi sai để giao tiếp. Trong quá trình giao tiếp với các bộ pin điện áp cao, sự cách ly này rất quan trọng.

Độ bền: Khả năng phục hồi đặc biệt chống lại các xung điện áp và dòng điện đột biến được cung cấp bởi giao diện bị cô lập, khiến nó trở nên cực kỳ đáng tin cậy trong bối cảnh ô tô đầy thách thức.

Tính toàn vẹn dữ liệu: Bằng cách sử dụng các cơ chế phát hiện lỗi, cho phép giám sát và quản lý theo thời gian thực từng ô pin, isoSPI đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

Hiệu quả về chi phí: isoSPI được ưa chuộng trong các ứng dụng ô tô vì nó cung cấp khả năng giao tiếp mạnh mẽ và bị cô lập mà không làm tăng đáng kể chi phí hoặc sự phức tạp.

Mạng Lưới Không Dây (Wireless Mesh Network)

So với isoSPIA, một chiến thuật mới hơn đối với mạng lưới pin được biểu thị bằng mạng lưới không dây, giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng dây truyền thông:

Cấu trúc linh hoạt: Trái ngược với các mạng có dây cũ, mạng lưới không dây cho phép các thiết bị tương tác theo cách phi tập trung và linh hoạt. Một lưới được hình thành khi mỗi nút có thể giao tiếp với một số nút khác. Một nút chính có thể đẩy các thông báo của nút phụ đến bộ vi điều khiển máy chủ.

Khả năng mở rộng: Cụ thể là trong các gói pin lớn có nhiều cell, khả năng thêm hoặc xóa các nút mà không làm gián đoạn mạng giúp việc mở rộng mạng trở nên đơn giản hơn.

Dự phòng: Cấu trúc lưới tăng cường độ tin cậy bằng cách đảm bảo dữ liệu có thể truyền theo các đường dẫn thay thế trong trường hợp một đường dẫn giao tiếp bị lỗi.

Thách thức tiềm ẩn: Các thách thức tiềm ẩn trong các ứng dụng ô tô, chẳng hạn như nhiễu với các hệ thống không dây khác phải được khắc phục bằng mạng lưới không dây trong khi vẫn đảm bảo giao tiếp an toàn và đáp ứng nhu cầu EMI.

Đối với hoạt động hiệu quả và an toàn của các loại xe điện và xe hybrid tiên tiến, mạng lưới pin đóng vai trò then chốt. Các công nghệ IsoSPI cung cấp phương tiện truyền thông riêng biệt có khả năng phục hồi và tiết kiệm chi phí. Ngược lại, mạng lưới không dây cung cấp khả năng thích ứng và khả năng mở rộng cần thiết cho các hệ thống pin ngày càng phức tạp, đồng thời loại bỏ nhu cầu về hệ thống dây truyền thông, do đó giảm thêm chi phí. Chìa khóa cho các kỹ sư và nhà công nghệ làm việc trong lĩnh vực liên tục thay đổi này là hiểu biết về các công nghệ này và cách chúng giao tiếp với toàn bộ kiến ​​trúc xe. Sự xuất hiện của các mô hình truyền thông này đại diện cho bước tiến đáng kể trong quản lý pin, cho thấy kỷ nguyên mới của các giải pháp lưu trữ năng lượng thông minh và nâng cao.