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【虹科方案】BMS通信升級方案：虹科 10BASE-T1S 網關，實現 CAN 與以太網融合

隨著電動汽車（EV）產業的高速發展，電池管理系統（BMS, Battery Management System） 作為核心組成部分，其通信架構正面臨更高頻寬、更低成本以及更簡化佈線的新挑戰。
傳統 BMS 系統多依賴 CAN / CAN FD 總線 進行資料交換，但隨著電池模組內部監測點（Sensors）數量不斷增加、資料量急劇上升，CAN 總線的頻寬瓶頸 逐漸顯現。

近年來，根據 IEEE 802.3cg 標準 定義的 10BASE-T1S 單對以太網技術 憑藉單對線纜、多點拓撲與 10 Mbps 傳輸速率等特性，為 BMS 系統帶來了全新的通信解決方案，實現 更高帶寬、更輕佈線與更佳抗干擾能力。

01. BMS 系統通信需求與挑戰

BMS 系統需即時監控電池組的電壓（Voltage）、電流（Current）及溫度（Temperature）等關鍵參數，並實現電池均衡、熱管理與安全保護等控制功能。這對通信系統提出了嚴格要求：

  • 即時性（Real-time）：資料需在毫秒級被採集與處理，以保障電池安全與壽命。
  • 可靠性（Reliability）：通信系統必須具備極高可靠性，避免資料遺失或誤傳。
  • 抗干擾能力（EMC）：電池包內存在高壓高流環境，通信鏈路需具備強抗干擾設計。
  • 成本與重量（Cost & Weight）：汽車電子系統對成本與重量極為敏感，要求佈線與連接器簡化。
  • 可擴展性（Scalability）：需支援不同容量與規格的電池模組配置。

02. 10BASE-T1S 技術在 BMS 中的優勢

10BASE-T1S 是以太網技術延伸至邊緣節點（Edge Node）的創新方案，特別適合車載 BMS、感測器網路與低速控制域。其核心技術特點如下：

🔹 物理層（Physical Layer）特性
  • 單對雙絞線（Single Pair）：以單對線進行資料傳輸，大幅降低線束重量與成本。
  • 多點拓撲（Multi-drop Topology）：在單一 25 公尺總線段上可連接多達 8 個節點，支援點對點或多點連接，簡化佈線架構。
  • 差分曼徹斯特編碼（DME）：提升訊號完整性與時鐘同步能力，增強抗干擾表現。
🔹 資料鏈路層（Data Link Layer）特性
  • 物理層防衝突（PLCA）：以確定性媒體訪問控制，避免實體層碰撞，保障延遲可預測性。
  • 10 Mbps 帶寬：相比 CAN 的 1 Mbps，帶寬提升近十倍，滿足高頻採樣與高速資料傳輸需求。
🔹 BMS 系統中的應用優勢
  • 簡化電池包內佈線：多個電池模組可共用單一總線，減少接頭與重量。
  • 提升資料採集能力：高頻寬支援更多傳感器與更高採樣速率。
  • 支援以太網全棧協議：原生支援 IP 通訊，可無縫融入車載以太網主幹架構。
  • 降低系統成本：減少連接器數量、簡化裝配流程，降低整體 BOM 成本。

03. 虹科 10BASE-T1S 媒體網關

虹科 10BASE-T1S 媒體網關 是一款支援 CAN / CAN FD 與 10BASE-T1S 雙向轉換 的專業級網關設備，為 BMS 通信架構升級提供靈活且高效的橋接解決方案。

該設備整合：

  • 一個 10BASE-T1S 端口
  • 一個 快速以太網（Fast Ethernet）端口
  • 一個 支援 CAN FD 的 CAN 通道
  • 一個 USB 2.0 端口

可透過 嵌入式網頁伺服器（Web Server） 進行設定，用於橋接 10BASE-T1S 網路 與 CAN / CAN FD 總線，並可靈活切換至乙太網橋接或介面卡模式。

產品特性

靈活工作模式
  • 10BASE-T1S ↔ CAN（/FD）雙向網關
  • 10BASE-T1S ↔ 10/100BASE-TX 介質轉換
  • Ethernet-CAN（/FD）介面卡
  • USB-CAN（/FD）介面卡
多樣化配置方式
  • 板載 DIP 開關：基本設定（模式選擇、節點 ID、終端電阻啟用）
  • 嵌入式 Web Server：進行高級配置與狀態監控
  • C 語言 SDK：支援二次開發與自定義橋接應用
主要物理特性
  • 工作溫度：-20°C ～ 70°C（滿足汽車級環境）
  • 電源輸入：USB Type-C 或外接 7–30V DC
  • I/O 接口：提供模擬輸入與數位輸出，可連接周邊設備
  • 連接器配置：D-SUB 9 用於 10BASE-T1S／CAN／電源，RJ-45 用於 100BASE-TX

04. 虹科 10BASE-T1S 網關在 BMS 實際應用

以典型新能源汽車為例：電池包內部使用 10BASE-T1S 網路連接多個電池模組（監測電壓、溫度等），而外部充電設備與整車控制器仍使用 CAN / CAN FD 通訊協議。此時，虹科 10BASE-T1S 媒體網關 可作為橋梁，實現兩種協議間的無縫轉換。

實施方案

① 硬體連接

  • 將電池包內部 10BASE-T1S 總線接入網關的 10BASE-T1S 端口
  • 將外部 CAN / CAN FD 設備（如充電樁、整車 ECU）連接至 CAN 端口
  • 提供外接 7–30V DC 電源輸入

② 網關配置

  • 使用 DIP 開關設定基本參數（模式、節點 ID、終端匹配）
  • 通過 Web Server 進行高級設定：定義 CAN / CAN FD 參數、10BASE-T1S 通信規則、UDP/TCP 映射及 IP 配置
  • 根據實際需求配置 PLCA 參數（如信標週期、節點數量），以優化即時傳輸性能

③ 資料處理流程

  • 上行（BMS → 充電設備）：將 10BASE-T1S 的電壓／電流／溫度資料轉換為 CAN FD 幀，傳輸至充電設備。
  • 下行（充電設備 → BMS）：將 CAN FD 控制指令（如充電電流設定值）轉換為 10BASE-T1S 幀回傳至 BMS。

實際效益

  • 解決協議不匹配：實現舊 CAN 系統與新 10BASE-T1S 網路互聯互通。
  • 滿足即時性需求：PLCA 機制提供確定性延遲，確保資料即時傳輸。
  • 降低升級成本：可無縫整合現有 CAN 設備，減少硬體更換投資。
  • 靈活的資料映射：支援多層映射規則，確保資料語意一致。
  • 診斷與監控功能：內建 Web 伺服器提供即時狀態監測與錯誤診斷，提升維護效率。

結語

在 BMS 通信領域中，CAN / CAN FD 與 10BASE-T1S 各具優勢。前者成熟穩定、成本低廉，適用於低頻傳輸應用；後者則具備更高帶寬、更簡化佈線與更強可擴展性，適合新一代大容量電池系統。

虹科 10BASE-T1S 媒體網關 作為關鍵橋接方案，完美解決不同通信技術間的互操作難題，使 BMS 設計工程師能在保留既有架構的前提下，實現平滑過渡與性能升級。

透過合理的網路拓撲與精準參數配置，基於虹科 10BASE-T1S 網關的 BMS 通信架構，可全面滿足現代電動汽車對高效能、高可靠性電池管理的要求，為車輛性能提升與成本優化提供強勁技術支撐。

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