基于AFE实时仿真

 引言

在新能源汽车与储能系统快速发展的背景下，电池管理系统（BMS）的安全性与可靠性成为关键技术挑战。作为 BMS 的核心组件，模拟前端（AFE）芯片通过菊花链通信实现多串电池电压、电流及温度的高精度监测。然而，传统实物AFE芯片的测试方案面临成本高、扩展性差、实时性不足等问题。本文结合ADI、NXP、TI 等主流AFE 芯片特性，提出基于FPGA与MATLAB的实时仿真解决方案，通过硬件加速与协议动态适配，改善菊花链通讯模式现有不足，为BMS控制器开发提供高效测试平台。

BMS系统与菊花链结构介绍

BMS系统介绍

电池管理系统BMS(BatteryManagementSystem)是对电池进行监控和管理的系统，通过对电压、电流、温度以及SOC等参数采集、计算，进而控制电池的充放电过程，实现对电池的保护，提升电池综合性能的管理系统，是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。

AFE 即模拟前端（Analog Front End），是一种集成电路，在 BMS 中作为传感器和数字信号处理器之间的连接点，专指 “电池采样芯片”。它将电池的电压、电流和温度等模拟信号转换为数字信号，供微控制器或处理器进行进一步处理。

BMS的硬件拓扑架构分为集中式与分布式两种类型:

1. 集中式：将所有电气部件集中在一块板子上。这种硬件架构优点是电路设计简单，成本低；缺点是单体采样的线束比较长，采样压降不一，采样线束设计复杂，采样通道数有限，适用于较小的电池包。
2. 分布式：分布式硬件架构包括主板和从板。这种硬件架构优点是采样线束距离均匀；缺点是成本较高，需要额外的芯片将各个模块的信息整个发送给BMS主板。

AFE芯片菊花链介绍

在 BMS 中，AFE 芯片有 CAN 总线和菊花链两种连接方式。

1. CAN总线连接采用分布式架构，基于标准化协议，通信稳定、抗干扰强、支持多主控制，但布线复杂、系统扩展难；
2. 菊花链连接通过 SPI 或 UART 接口经通信转换芯片实现通信，布线简单、成本低、扩展灵活，使用私有协议，抗干扰和实时性相对较弱。

该表格从通信协议、布线复杂度、系统扩展性、抗干扰能力、可靠性五方面，对比 CAN 总线连接与菊花链连接：CAN 总线协议标准兼容、多主控制但复杂，布线难、扩展繁琐，抗干扰与可靠性强；菊花链协议私有通用差，特定场景传输效率高，布线简单易扩展，抗干扰弱，可靠性适配多数应用。