ระบบกักเก็บพลังงานรวมเอาชุดแบตเตอรี่แรงดันสูง, อิเล็กทรอนิกส์จัดการแบตเตอรี่, อุปกรณ์แปลงกำลัง, และระบบควบคุมแรงดันต่ำไว้ภายในสถาปัตยกรรมไฟฟ้าเดียวกัน ชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่ได้ทำงานที่ศักย์ไฟฟ้าเดียวกันเสมอไป และมักจะอยู่ใกล้กับวงจรตัดต่อกระแสสูงที่สร้างสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนมาก
ด้วยเหตุนี้ การสื่อสารภายในระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่จึงไม่ใช่แค่เรื่องของอัตราการส่งข้อมูลหรือโปรโตคอล ในหลายๆ ตำแหน่ง วิศวกรต้องตัดสินใจด้วยว่าข้อมูลจะข้ามผ่านระหว่างบริเวณที่แยกทางไฟฟ้าออกจากกันได้อย่างไร โดยไม่สร้างเส้นทางการไหลของกระแสที่ไม่ต้องการ, ลูปกราวด์, หรือสัญญาณรบกวนแบบโหมดร่วม
การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงเป็นวิธีหนึ่งในการข้ามขอบเขตเหล่านี้ เนื่องจากสัญญาณเดินทางเป็นแสงแทนที่จะเป็นกระแสไฟฟ้าผ่านสายนำไฟฟ้า ทำให้ใยแก้วมีประโยชน์อย่างยิ่งในกรณีที่ต้องการการแยกทางไฟฟ้า, ลดความไวของเส้นทางการสื่อสารต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า, หรือการแยกโดเมนควบคุมแรงดันสูงและแรงดันต่ำ
ดังนั้น คำถามทางวิศวกรรมจึงไม่ใช่แค่ว่า “BMS ควรใช้ใยแก้วหรือไม่?”
คำถามที่ดีกว่าคือ:ระบบมีขอบเขตการแยกอยู่ที่ใด และลิงก์การสื่อสารประเภทใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับขอบเขตนั้น?
การแยกทางไฟฟ้าของ BMS หมายถึงการแยกวงจรการสื่อสารหรือควบคุมที่ทำงานที่ศักย์ไฟฟ้าต่างกัน ในขณะที่ยังคงอนุญาตให้ข้อมูลผ่านระหว่างกันได้ วัตถุประสงค์คือเพื่อป้องกันการไหลของกระแสที่ไม่ต้องการผ่านเส้นทางการสื่อสาร ในขณะที่อนุญาตให้ข้อมูลข้ามผ่านระหว่างโดเมนไฟฟ้าโดยไม่ต้องเชื่อมโยงการอ้างอิงทางไฟฟ้าในพื้นที่เข้าด้วยกันโดยตรง
ข้อกำหนดนี้มาจากโครงสร้างทางไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่แรงดันสูงโดยตรง
แบตเตอรี่แรงดันสูงมักจะสร้างขึ้นโดยการเชื่อมต่อเซลล์หรือโมดูลหลายๆ ตัวเข้าด้วยกันแบบอนุกรม แม้ว่าสิ่งนี้จะสร้างแรงดันไฟฟ้าของแพ็คที่ต้องการ แต่ก็หมายความว่าส่วนต่างๆ ของชุดจะอยู่ที่ศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับกราวด์ของระบบ
วงจรตรวจสอบที่เชื่อมต่อกับกลุ่มเซลล์ใกล้กับส่วนล่างของชุดอาจทำงานใกล้กับศักย์ไฟฟ้าของแพ็คที่ต่ำกว่า วงจรตรวจสอบอีกอันที่อยู่สูงขึ้นไปในสายโซ่แบบอนุกรมอาจลอยอยู่ที่ศักย์ไฟฟ้าที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ
ในมุมมองของการวัด ทั้งสองวงจรอาจทำงานคล้ายกัน เช่น การอ่านแรงดันไฟฟ้าของเซลล์, อุณหภูมิ, หรือข้อมูลการวินิจฉัย อย่างไรก็ตาม ในทางไฟฟ้า พวกมันไม่ได้อ้างอิงถึงศักย์ไฟฟ้าเดียวกัน
โดเมนศักย์ไฟฟ้าหลายโดเมนภายในชุดแบตเตอรี่แรงดันสูง
สิ่งนี้สร้างปัญหาพื้นฐานในการออกแบบ BMS ข้อมูลต้องเคลื่อนที่ผ่านชุดแบตเตอรี่และในที่สุดก็ไปถึงตัวควบคุมกลาง แต่ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องอาจเป็นของโดเมนแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน
ดังนั้น สถาปัตยกรรม BMS จำนวนมากจึงใช้อุปกรณ์ตรวจสอบแบบซ้อน, อินเทอร์เฟซอนุกรมแบบแยก, ลิงก์ที่เชื่อมต่อด้วยหม้อแปลง, CAN แบบแยก, หรือวิธีการอื่นๆ เพื่อย้ายข้อมูลอย่างปลอดภัยระหว่างโดเมน
ใยแก้วเป็นอีกทางเลือกหนึ่งเมื่อเส้นทางการสื่อสารเองควรจะยังคงเป็นฉนวนไฟฟ้า
ประเด็นที่สำคัญที่สุดไม่ใช่ว่าแบตเตอรี่เป็น “แรงดันสูง” ในความหมายทั่วไป ประเด็นสำคัญคือที่ที่โดเมนไฟฟ้าหนึ่งต้องสื่อสารกับอีกโดเมนหนึ่ง
ตัวอย่างเช่น ส่วนตรวจสอบแบตเตอรี่อาจลอยไปกับชุดแบตเตอรี่ ในขณะที่ตัวควบคุม BMS กลางทำงานจากแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำที่อ้างอิงกับแชสซีหรือกราวด์ควบคุม
ในทำนองเดียวกัน แร็คแบตเตอรี่, ระบบแปลงกำลัง, และตัวควบคุมกำกับดูแล แต่ละส่วนอาจมีโดเมนกราวด์และแหล่งจ่ายไฟของตัวเอง
เมื่อใดก็ตามที่ลิงก์การสื่อสารข้ามขอบเขตเหล่านี้ อินเทอร์เฟซจะต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้การสื่อสารปกติไม่กลายเป็นเส้นทางสำหรับกระแสโหมดร่วมหรือพลังงานความผิดพลาดโดยไม่ตั้งใจ
นั่นคือบทบาทของการแยกทางไฟฟ้า
ระบบกักเก็บพลังงานมีมากกว่าเซลล์แบตเตอรี่และอิเล็กทรอนิกส์ตรวจสอบ นอกจากนี้ยังมีคอนแทคเตอร์, บัส DC, สเตจ DC/DC, อุปกรณ์ PCS, อินเวอร์เตอร์, ไดรเวอร์เกต, แหล่งจ่ายไฟเสริม, ระบบระบายความร้อน, และเครือข่ายควบคุมภายนอก
วงจรเหล่านี้จำนวนมากสลับแรงดันและกระแสจำนวนมากด้วยความเร็วสูง
นั่นสร้างสภาพแวดล้อมที่ต้องการทางไฟฟ้าสำหรับการสื่อสาร
สัญญาณรบกวนจากการสวิตช์ของ PCS, ความแตกต่างของศักย์กราวด์ และสัญญาณรบกวนการสื่อสาร
PCS หรืออินเวอร์เตอร์ทำงานโดยการสวิตช์อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำอย่างรวดเร็ว เช่น IGBT หรือ SiC MOSFET การเปลี่ยนสวิตช์เหล่านี้สร้างการเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแสที่ใหญ่และรวดเร็ว
ในฮาร์ดแวร์จริง จะมีค่าความจุและค่าความเหนี่ยวนำแฝงอยู่เสมอ
เมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว กระแสการกระจัดสามารถไหลผ่านค่าความจุแฝง เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ค่าความเหนี่ยวนำแฝงสามารถสร้างความปั่นป่วนของแรงดันเพิ่มเติมได้ ผลกระทบเหล่านี้รวมกันทำให้เกิดสัญญาณรบกวนแบบโหมดร่วมและโหมดดิฟเฟอเรนเชียล
ผลลัพธ์คือไม่ใช่ว่าลิงก์การสื่อสารทางไฟฟ้าทุกอันจะล้มเหลว อินเทอร์เฟซไฟฟ้า เช่น CAN, RS-485, SPI และอื่นๆ ที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง
อย่างไรก็ตาม ผู้ออกแบบการสื่อสารต้องจัดการปัจจัยหลายอย่างพร้อมกัน:
แรงดันไฟฟ้าโหมดร่วม,
การต่อลงดิน,
การป้องกัน,
การเดินสาย,
การสิ้นสุด,
ระดับการแยก,
ภูมิคุ้มกันต่อการเปลี่ยนแปลงฉับพลัน,
และการแยกทางกายภาพจากตัวนำกำลัง
ผลกระทบเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษในวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแสอย่างรวดเร็ว
อุปกรณ์สองชิ้นไม่จำเป็นต้องมีศักย์กราวด์ที่เหมือนกันทุกประการ
แร็คแบตเตอรี่, ตู้ PCS, แผงควบคุม, หรือตัวควบคุมระยะไกล อาจเชื่อมต่อผ่านเส้นทางการต่อลงดินที่แตกต่างกัน กระแสขนาดใหญ่, ความต้านทานของสายเคเบิล, การเปลี่ยนแปลงฉับพลันจากการสวิตช์, หรือการแยกทางกายภาพสามารถสร้างความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดกราวด์ที่เป็นชื่อได้
หากสื่อการสื่อสารมีเส้นทางนำไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างตำแหน่งเหล่านี้ ส่วนหนึ่งของความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้านั้นสามารถปรากฏขึ้นที่อินเทอร์เฟซการสื่อสารได้
นี่คือเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เกิดลูปกราวด์
ระบบการสื่อสารทองแดงยังคงสามารถแยกได้โดยใช้ทรานซีฟเวอร์แบบแยกหรืออุปกรณ์แยกทางไฟฟ้าอื่นๆ ประเด็นจึงไม่ใช่แค่ “ทองแดงเทียบกับใยแก้ว”
ความแตกต่างคือสายใยแก้วนำแสงไม่ได้จัดเตรียมตัวนำไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างจุดปลายทั้งสองตั้งแต่แรก
คุณค่าหลักของการแยกด้วยใยแก้วนำแสงนั้นง่ายมาก: สื่อการสื่อสารไม่นำกระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างจุดปลายทั้งสอง
ข้อมูลไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นแสงที่เครื่องส่งสัญญาณ สัญญาณแสงจะเดินทางผ่านใยแก้ว ที่ปลายรับ แสงจะถูกแปลงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า
เนื่องจากสายเคเบิลเองไม่นำไฟฟ้า เครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับสามารถทำงานในโดเมนไฟฟ้าที่แตกต่างกันได้โดยไม่ต้องสร้างเส้นทางสัญญาณที่เป็นโลหะเชื่อมต่อระหว่างกัน
การสื่อสารด้วยทองแดงเทียบกับการแยกด้วยใยแก้วนำแสง
ในลิงก์ทองแดง สัญญาณไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของแรงดันหรือกระแสระหว่างตัวนำ
ในลิงก์ใยแก้ว ข้อมูลจะถูกส่งผ่านแกนใยแก้วด้วยแสง
ความแตกต่างทางกายภาพนี้ก่อให้เกิดผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์หลายประการ
ประการแรก ใยแก้วไม่ได้สร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างโดเมนไฟฟ้าทั้งสอง
ประการที่สอง กระแสลูปกราวด์ที่ส่งผ่านสายเคเบิลไม่สามารถไหลผ่านเส้นทางแสงได้
ประการที่สาม สนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เหนี่ยวนำแรงดันสัญญาณในใยแก้วในลักษณะเดียวกับที่สามารถทำได้ในตัวนำโลหะ
สิ่งนี้ทำให้ลิงก์แสงมีประโยชน์อย่างยิ่งรอบๆ ระบบสวิตช์แรงดันสูง, สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรง, และบริเวณควบคุมที่แยกทางไฟฟ้า
ปัญหาโหมดร่วมมักจะยากเมื่อเครื่องรับการสื่อสารต้องทนต่อความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการอ้างอิงทางไฟฟ้าในพื้นที่กับจุดอ้างอิงฝั่งเครื่องส่งสัญญาณ
ใยแก้วเปลี่ยนแปลงสถานการณ์นี้เนื่องจากสายใยแก้วนำข้อมูลโดยไม่ต้องให้จุดอ้างอิงทางไฟฟ้าทั้งสองเชื่อมต่อกัน
แทนที่จะออกแบบอินเทอร์เฟซสายเคเบิลให้ทนต่อแรงดันไฟฟ้าโหมดร่วมขนาดใหญ่ ผู้ออกแบบสามารถแยกโดเมนไฟฟ้าและถ่ายโอนเฉพาะข้อมูลด้วยแสงได้
สิ่งนี้สามารถลดความซับซ้อนของการแยกข้ามอุปกรณ์ที่แยกทางกายภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเส้นทางสายเคเบิลผ่านบริเวณที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม ลิงก์แสงจะแยกเฉพาะเส้นทางการสื่อสารเท่านั้น
อิเล็กทรอนิกส์เครื่องส่งสัญญาณ, อิเล็กทรอนิกส์เครื่องรับ, แหล่งจ่ายไฟ, การจัดวาง PCB, ระยะห่างและการคลาน, การต่อลงดิน, การป้องกันไฟกระชาก, และการออกแบบ EMC ยังคงต้องได้รับการออกแบบอย่างถูกต้อง
ดังนั้น ใยแก้วจึงไม่ทำให้ BMS หรือ PCS ทั้งหมดมีภูมิคุ้มกันต่อ EMI มันกำจัดเส้นทางการเชื่อมต่อแบบนำไฟฟ้าที่สำคัญหนึ่งเส้น
ตัวแยกดิจิทัล, ทรานซีฟเวอร์ CAN แบบแยก, อินเทอร์เฟซ RS-485 แบบแยก, การสื่อสารที่เชื่อมต่อด้วยหม้อแปลง, ออปโตคัปเปลอร์, และการแยกแบบคาปาซิทีฟหรือแม่เหล็ก ยังคงเป็นตัวเลือกทางวิศวกรรมที่ถูกต้อง
สำหรับการแยกในระดับ PCB ระยะสั้น วิธีการเหล่านี้อาจง่ายกว่าและประหยัดกว่าการติดตั้งทรานซีฟเวอร์แสงและสายใยแก้ว
ใยแก้วจะน่าสนใจมากขึ้นเมื่อขอบเขตการแยกขยายไปทั่วเส้นทางสายเคเบิลทางกายภาพ, เมื่อโดเมนทั้งสองแยกจากกันทางกายภาพ, หรือเมื่อเส้นทางการสื่อสารผ่านสภาพแวดล้อม EMI ที่แรง
เทคโนโลยีที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางกายภาพของสิ่งกีดขวางการแยกและข้อกำหนดของเส้นทางการสื่อสาร
ใยแก้วไม่จำเป็นต้องทดแทนการสื่อสารทุกเส้นทางภายในระบบกักเก็บพลังงาน
บทบาทที่แข็งแกร่งที่สุดมักจะอยู่ที่ตำแหน่งที่การแยกทางไฟฟ้าให้ประโยชน์ที่ชัดเจนในระดับระบบ
ตำแหน่งที่ลิงก์ใยแก้วเหมาะสมใน BMS และสถาปัตยกรรมระบบกักเก็บพลังงาน
ภายในแร็คหรือตู้แบตเตอรี่ สามารถใช้ลิงก์แสงระยะสั้นระหว่างตัวควบคุมหรือหน่วยตรวจสอบได้เมื่อต้องการการแยกทางไฟฟ้าในระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบ
สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเมื่อส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์กระจายอยู่ทั่วโดเมนแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน
ระยะทางที่ต้องการอาจเพียงไม่กี่เมตรหรือหลายสิบเมตร แต่ลิงก์ยังคงได้รับประโยชน์จากการแยกทางไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์
สำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้ ลิงก์แสงอุตสาหกรรมขนาดกะทัดรัดอาจมีความเกี่ยวข้องมากกว่าเครือข่ายใยแก้วระยะไกลสไตล์โทรคมนาคม
ตำแหน่งสำคัญอีกแห่งคือขอบเขตการสื่อสารระหว่างระบบแบตเตอรี่กับ PCS หรือตัวควบคุมกำกับดูแล
ฝั่งแบตเตอรี่อาจมีอิเล็กทรอนิกส์ตรวจสอบแรงดันสูงแบบลอย ในขณะที่ PCS มีสเตจสวิตช์กำลังสูง ตัวควบคุมกลางอาจทำงานในสภาพแวดล้อมแรงดันต่ำที่แยกต่างหาก
หากเส้นทางการสื่อสารข้ามผ่านบริเวณเหล่านี้ ใยแก้วสามารถป้องกันไม่ให้สายสัญญาณเองกลายเป็นเส้นทางการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างกันได้
ดังนั้น ประโยชน์จึงไม่ใช่แค่ประสิทธิภาพสัญญาณรบกวนที่ดีขึ้นเท่านั้น
ประโยชน์พื้นฐานที่มากกว่าคือการแยกโดเมนไฟฟ้า
พลาสติกใยแก้วนำแสง (POF) โดยเฉพาะ POF แกนใหญ่ที่ใช้กับทรานซีฟเวอร์แสงที่มองเห็นได้ในอุตสาหกรรม เหมาะสำหรับลิงก์แสงภายในระยะสั้นจำนวนมาก
บทบาทของมันแตกต่างจากใยแก้วโทรคมนาคมระยะไกล
ระบบ POF อุตสาหกรรมมักใช้ในระยะทางที่วัดได้เป็นเมตรหรือหลายสิบเมตร
ช่วงนั้นตรงกับเส้นทางการสื่อสารภายในเครื่องจักร, ตู้, แร็ค, และอุปกรณ์หลายอย่าง
ในระบบกักเก็บพลังงาน สิ่งนี้อาจรวมถึงการสื่อสารระหว่าง:
บอร์ดควบคุมที่แยกจากกัน,
แร็คแบตเตอรี่,
หน่วยตรวจสอบเฉพาะที่,
ตู้ควบคุม,
หรืออินเทอร์เฟซที่แยกออกจากกันระหว่างส่วนแรงดันสูงและแรงดันต่ำ
ไม่มีระยะทางสูงสุดสากลเพียงหนึ่งเดียวสำหรับ POF
ระยะทางที่สามารถทำได้จริงขึ้นอยู่กับลิงก์แสงที่สมบูรณ์ รวมถึงกำลังส่งของเครื่องส่งสัญญาณ, ความไวของเครื่องรับ, อัตราข้อมูล, การลดทอนของใยแก้ว, การสูญเสียคอนเนคเตอร์, อุณหภูมิในการทำงาน, คุณภาพการติดตั้ง, และอัตรากำไรที่ต้องการ
ลักษณะการใช้งานจริงของ POF อุตสาหกรรมคือแกนใยแก้วที่ค่อนข้างใหญ่
แกนใหญ่สามารถทำให้การจัดแนวและการสิ้นสุดในระบบคอนเนคเตอร์ที่เหมาะสมง่ายขึ้น ซึ่งมีประโยชน์สำหรับลิงก์แสงระดับอุปกรณ์ที่การประกอบและการบำรุงรักษาจริงมีความสำคัญ
สิ่งนี้มีค่าในอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ลิงก์แสงต้องได้รับการประกอบ, เปลี่ยน, หรือบำรุงรักษาโดยไม่ต้องใช้ขั้นตอนการจัดการใยแก้วที่ซับซ้อน
โครงสร้างสายเคเบิลสุดท้ายยังคงมีความสำคัญ
วัสดุแจ็คเก็ต, พิกัดอุณหภูมิ, ประสิทธิภาพการโค้งงอ, ความแข็งแรงต่อแรงดึง, การออกแบบคอนเนคเตอร์, ประสิทธิภาพการติดไฟ, และความเสถียรทางกลในระยะยาว สามารถส่งผลต่อความน่าเชื่อถือได้ทั้งหมด
ตัวใยแก้วเองเป็นเพียงส่วนหนึ่งของลิงก์การสื่อสารที่เสร็จสมบูรณ์
POF มีประโยชน์ แต่ไม่ใช่ตัวเลือกที่ถูกต้องสำหรับลิงก์แสงทุกเส้นทาง
เมื่อระยะทาง, อุณหภูมิ, แบนด์วิดท์, หรือข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น ใยแก้วประเภทอื่นอาจให้ระยะกำไรมากขึ้น
Hard-clad silica หรือ HCS ใช้แกนใยแก้วซิลิกาที่มีโครงสร้างหุ้มด้วยโพลีเมอร์
เมื่อเทียบกับ POF แกนใหญ่ทั่วไป HCS มักมีการลดทอนแสงที่ต่ำกว่า และสามารถรองรับลิงก์อุตสาหกรรมที่ยาวกว่าด้วยทรานซีฟเวอร์ที่เข้ากันได้
สิ่งนี้ทำให้ HCS มีประโยชน์เมื่อแอปพลิเคชันยังคงได้รับประโยชน์จากสถาปัตยกรรมแสงอุตสาหกรรมที่ทนทาน แต่ต้องการระยะทางการส่งข้อมูลที่มากขึ้นหรือระยะกำไรทางแสงเพิ่มเติม
ในตระกูลทรานซีฟเวอร์อุตสาหกรรมบางประเภท แพลตฟอร์มการสื่อสารทั่วไปเดียวกันสามารถรองรับลิงก์ POF ระยะสั้นและลิงก์ HCS ระยะยาวได้อย่างมาก
ระยะทางที่แน่นอนยังคงขึ้นอยู่กับทรานซีฟเวอร์
ความสามารถด้านอุณหภูมิก็มีความสำคัญเช่นกัน โครงสร้าง HCS บางประเภทสามารถรองรับช่วงการทำงานที่กว้างกว่าโครงสร้างสายเคเบิล POF ทั่วไป ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมอุปกรณ์ที่ต้องการมากขึ้น
เหตุผลทั่วไป ได้แก่:
ระยะทางการส่งข้อมูลที่ยาวขึ้น,
แบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น,
อินเทอร์เฟซ Ethernet หรือเครือข่ายที่เป็นมาตรฐาน,
การรวมเข้ากับโครงสร้างพื้นฐาน LC, SC, ST หรือที่คล้ายกันที่มีอยู่,
หรือการสื่อสารระหว่างตู้, ห้อง, หรือโรงงาน แทนที่จะเป็นภายในอุปกรณ์ชิ้นเดียว
สิ่งนี้สร้างความแตกต่างทางวิศวกรรมที่มีประโยชน์
POF มักจะน่าสนใจสำหรับลิงก์อุตสาหกรรมภายในระยะสั้น
HCS ให้ทางเลือกกลางที่ต้องการระยะทางที่ยาวขึ้นหรือระยะกำไรด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติม
ใยแก้วทั่วไปจะเหมาะสมมากขึ้นเมื่อระบบเริ่มมีลักษณะคล้ายเครือข่ายอุตสาหกรรมมากกว่าลิงก์ควบคุมภายในที่แยกจากกัน
การเลือกใยแก้วควรเริ่มต้นด้วยข้อกำหนดการสื่อสารที่สมบูรณ์ แทนที่จะเป็นวัสดุใยแก้วเพียงอย่างเดียว
ปัจจัยทางวิศวกรรมในการเลือกใยแก้วสำหรับลิงก์การแยก
| ปัจจัยการเลือก | คำถามทางวิศวกรรม |
|---|---|
| ระยะทาง | เส้นทางใยแก้วที่เดินจริงยาวเท่าใด รวมถึงลูปบริการและการเดินสายในตู้? |
| อัตราข้อมูล | ลิงก์ต้องรองรับแบนด์วิดท์และเวลาโปรโตคอลเท่าใด? |
| งบประมาณแสง | การรวมกันของเครื่องส่งสัญญาณ, ใยแก้ว, คอนเนคเตอร์, และเครื่องรับ ให้ระยะกำไรเพียงพอหรือไม่? |
| อุณหภูมิ | ส่วนประกอบทุกชิ้นในลิงก์สามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิที่ต้องการหรือไม่? |
| ประเภทคอนเนคเตอร์ | ใยแก้วจะถูกสิ้นสุด, ติดตั้ง, เปลี่ยน, และบำรุงรักษาอย่างไร? |
| สภาพแวดล้อมทางกล | สายเคเบิลจะสัมผัสกับการสั่นสะเทือน, การโค้งงอ, แรงดึง, การเสียดสี, หรือการเคลื่อนไหวซ้ำๆ หรือไม่? |
| ข้อกำหนดการแยก | โดเมนไฟฟ้าใดบ้างที่ต้องแยกทางไฟฟ้าออกจากกัน? |
| ระยะกำไรความน่าเชื่อถือ | มีระยะกำไรเท่าใดหลังจากพิจารณาอุณหภูมิ, อายุการใช้งาน, การสูญเสียคอนเนคเตอร์, การปนเปื้อน, และความคลาดเคลื่อนในการติดตั้ง? |
ระยะทางไม่ควรถูกประเมินจากค่าการลดทอนใยแก้วเพียงอย่างเดียว
ลิงก์แสงที่ทำงานได้ขึ้นอยู่กับกำลังส่งของเครื่องส่งสัญญาณ, ความไวของเครื่องรับ, การสูญเสียคอนเนคเตอร์, การเชื่อมต่อหรืออินเทอร์เฟซ, ผลกระทบจากอุณหภูมิ, อายุการใช้งาน, และระยะกำไรทางวิศวกรรม
ใยแก้วที่มีการลดทอนต่ำกว่าอาจรองรับลิงก์ที่ยาวกว่าได้ แต่ก็ต่อเมื่อคู่ทรานซีฟเวอร์ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานกับใยแก้วนั้น
ความเร็วการสื่อสารที่ต้องการต้องตรงกับเครื่องส่งสัญญาณแสงและเครื่องรับ
ใยแก้วระยะสั้นไม่ได้หมายความว่าการรวมกันของทรานซีฟเวอร์ใดๆ จะทำงานได้โดยอัตโนมัติ
ความยาวคลื่นของเครื่องส่งสัญญาณ, ความไวของเครื่องรับ, ประเภทใยแก้ว, รูปทรงคอนเนคเตอร์, และอัตราข้อมูล ต้องเป็นระบบที่เข้ากันได้
อุณหภูมิการทำงานของใยแก้วไม่ควรถือแยกต่างหาก
ลิงก์ที่สมบูรณ์รวมถึงใยแก้ว, แจ็คเก็ตสายเคเบิล, คอนเนคเตอร์, เครื่องส่งสัญญาณ, เครื่องรับ, และอิเล็กทรอนิกส์โดยรอบ
หากส่วนประกอบหนึ่งมีช่วงอุณหภูมิที่อนุญาตต่ำกว่าส่วนประกอบอื่น ส่วนประกอบนั้นอาจกลายเป็นปัจจัยจำกัดสำหรับลิงก์ทั้งหมด
การเลือกคอนเนคเตอร์ส่งผลมากกว่าการสูญเสียการแทรก
นอกจากนี้ยังส่งผลต่อความเร็วในการติดตั้ง, ขั้นตอนการบำรุงรักษา, ความสามารถในการให้บริการ, การยึดทางกล, ความสามารถในการทำซ้ำ, และความไวต่อการปนเปื้อน
สำหรับอุปกรณ์ที่อาจได้รับการซ่อมบำรุงภาคสนาม ปัจจัยที่ใช้งานได้จริงเหล่านี้อาจมีความสำคัญเท่ากับประสิทธิภาพแสงตามชื่อ
ลิงก์ที่ทำงานได้ในต้นแบบที่อุณหภูมิห้องไม่ได้หมายความว่าเป็นการออกแบบการผลิตที่น่าเชื่อถือโดยอัตโนมัติ
งบประมาณแสงควรมีระยะกำไรเพียงพอสำหรับ:
ความแปรปรวนของส่วนประกอบ,
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ,
การสูญเสียคอนเนคเตอร์,
อายุการใช้งาน,
การโค้งงอ,
การปนเปื้อน,
และความคลาดเคลื่อนในการติดตั้ง
สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบกักเก็บพลังงานที่มีอายุการใช้งานยาวนาน
POF เทียบกับ HCS เทียบกับใยแก้วทั่วไปสำหรับลิงก์ฉนวนอุตสาหกรรม
| ประเภทใยแก้ว | บทบาททางวิศวกรรมทั่วไป | ตำแหน่งระยะทาง | ความแข็งแรงในการใช้งานจริง | เมื่อใดควรพิจารณา |
|---|---|---|---|---|
| POF | ลิงก์ควบคุมและฉนวนภายในระยะสั้น | ระยะสั้น โดยทั่วไปเมตรถึงหลายสิบเมตร ขึ้นอยู่กับลิงก์ | แกนใหญ่, การสิ้นสุดอุตสาหกรรมที่ใช้งานได้จริง, การแยกทางไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง | ระดับแร็ค, ระดับตู้, ลิงก์ควบคุม BMS ระยะสั้น |
| HCS | ลิงก์แสงอุตสาหกรรมที่ต้องการระยะกำไรมากขึ้น | ยาวกว่า POF ทั่วไปด้วยทรานซีฟเวอร์ที่เข้ากันได้ | การลดทอนต่ำกว่าและความสามารถด้านสิ่งแวดล้อมที่แข็งแกร่งกว่าในโครงสร้างที่เหมาะสม | ลิงก์ภายในที่ยาวขึ้น, สภาพแวดล้อมที่รุนแรงขึ้น, ระยะกำไรของลิงก์เพิ่มเติม |
| ใยแก้วทั่วไป | เครือข่ายอุตสาหกรรมและอินเตอร์คอนเนคที่ยาวขึ้น | ลิงก์ระยะไกล ขึ้นอยู่กับระบบแสงและมาตรฐานเครือข่าย | แบนด์วิดท์สูง, การลดทอนต่ำ, ระบบนิเวศคอนเนคเตอร์/เครือข่ายที่เป็นมาตรฐาน | การสื่อสารระหว่างตู้, ระหว่างโรงงาน, Ethernet, การสื่อสารระยะไกล |
หมวดหมู่เหล่านี้ไม่ควรถือเป็นขอบเขตที่ตายตัว
ตัวเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมแสงที่สมบูรณ์ แทนที่จะเป็นวัสดุใยแก้วเพียงอย่างเดียว
ระบบกักเก็บพลังงานไม่ได้ใช้ใยแก้วเพียงเพราะใยแก้วเร็วหรือเพราะแบตเตอรี่มีแรงดันสูง
เหตุผลที่แท้จริงนั้นพื้นฐานกว่านั้น
BMS, ระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง, PCS, และตัวควบคุมกำกับดูแล สามารถมีโดเมนศักย์ไฟฟ้าหลายโดเมน เมื่อข้อมูลต้องข้ามผ่านระหว่างโดเมนเหล่านั้น เส้นทางการสื่อสารต้องได้รับการออกแบบไม่ให้สร้างการเชื่อมต่อแบบนำไฟฟ้า, เส้นทางลูปกราวด์, หรือปัญหาการรบกวนแบบโหมดร่วมโดยไม่ตั้งใจ
ใยแก้วแก้ปัญหาระดับกายภาพนี้โดยการส่งข้อมูลด้วยแสงแทนที่จะเป็นไฟฟ้า
สำหรับลิงก์ฉนวนภายในระยะสั้น POF สามารถเป็นโซลูชันที่ใช้งานได้จริง เนื่องจากรวมการแยกทางไฟฟ้าเข้ากับอินเทอร์เฟซแสงอุตสาหกรรมแกนใหญ่
เมื่อระยะทาง, อุณหภูมิ, ระยะกำไรแสง, หรือข้อกำหนดแบนด์วิดท์เพิ่มขึ้น HCS หรือใยแก้วทั่วไปอาจเหมาะสมมากขึ้น
ดังนั้น การเลือกที่ถูกต้องจึงเริ่มต้นด้วยสี่คำถาม:
ขอบเขตการแยกอยู่ที่ใด? สัญญาณต้องเดินทางไกลเท่าใด? ลิงก์ต้องทนต่อสภาพแวดล้อมใดบ้าง? และต้องมีระยะกำไรความน่าเชื่อถือเท่าใดตลอดอายุการใช้งานของระบบ?
คำถามเหล่านั้นจะกำหนดว่าจำเป็นต้องใช้ใยแก้วหรือไม่ และหากจำเป็น ใยแก้วประเภทใดที่สมเหตุสมผลทางวิศวกรรม
BMS อาจมีวงจรที่ทำงานที่ศักย์ไฟฟ้าต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชุดแบตเตอรี่แรงดันสูง การแยกช่วยให้ข้อมูลการตรวจสอบและการควบคุมข้ามผ่านระหว่างโดเมนเหล่านี้ได้โดยไม่ต้องสร้างเส้นทางการนำไฟฟ้าที่ไม่ต้องการระหว่างกัน
ใยแก้วไม่ได้จัดเตรียมเส้นทางไฟฟ้าที่เป็นโลหะเชื่อมต่อระหว่างเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับ สิ่งนี้สามารถกำจัดลูปกราวด์ที่ส่งผ่านสายเคเบิลและลดการสัมผัสของเส้นทางการสื่อสารต่อสัญญาณรบกวนโหมดร่วม ลิงก์ทองแดงก็สามารถแยกได้เช่นกัน แต่ต้องใช้วิธีการแยกทางไฟฟ้าที่อินเทอร์เฟซ
ได้ POF สามารถเหมาะสมสำหรับลิงก์การสื่อสาร BMS หรือระบบกักเก็บพลังงานภายในระยะสั้นที่ต้องการการแยกทางไฟฟ้าและการลดความไวต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ระยะทางที่ใช้งานได้จริงขึ้นอยู่กับเครื่องส่งสัญญาณ, เครื่องรับ, อัตราข้อมูล, อุณหภูมิ, การลดทอนใยแก้ว, คอนเนคเตอร์, และงบประมาณลิงก์แสง
HCS อาจเป็นที่ต้องการเมื่อระยะทางที่ต้องการหรือระยะกำไรแสงเกินกว่าที่ลิงก์ POF จะให้ได้อย่างสบาย หรือเมื่อสภาพแวดล้อมการทำงานต้องการโครงสร้างใยแก้วที่มีความสามารถด้านอุณหภูมิหรือทางกลที่กว้างกว่า
ไม่ ใยแก้วกำจัดเส้นทางการไหลของกระแสไฟฟ้าออกจากสายเคเบิลสื่อสาร และป้องกันไม่ให้สื่อแสงเองรับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในลักษณะเดียวกับที่ตัวนำโลหะทำได้ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ปลายทั้งสองยังคงได้รับผลกระทบจาก EMI ดังนั้น การจัดวาง PCB, การต่อลงดิน, การป้องกัน, การแยกแหล่งจ่ายไฟ, และการออกแบบการป้องกันยังคงจำเป็น
ปัจจัยหลักคือระยะทางการสื่อสาร, อัตราข้อมูล, งบประมาณลิงก์แสง, อุณหภูมิการทำงาน, วิธีการคอนเนคเตอร์และการสิ้นสุด, สภาพแวดล้อมทางกล, ขอบเขตการแยก, และระยะกำไรความน่าเชื่อถือในระยะยาว ลิงก์ที่สมบูรณ์ควรได้รับการประเมินเป็นระบบ แทนที่จะเลือกใยแก้วแยกต่างหาก
ระบบกักเก็บพลังงานรวมเอาชุดแบตเตอรี่แรงดันสูง, อิเล็กทรอนิกส์จัดการแบตเตอรี่, อุปกรณ์แปลงกำลัง, และระบบควบคุมแรงดันต่ำไว้ภายในสถาปัตยกรรมไฟฟ้าเดียวกัน ชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่ได้ทำงานที่ศักย์ไฟฟ้าเดียวกันเสมอไป และมักจะอยู่ใกล้กับวงจรตัดต่อกระแสสูงที่สร้างสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนมาก
ด้วยเหตุนี้ การสื่อสารภายในระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่จึงไม่ใช่แค่เรื่องของอัตราการส่งข้อมูลหรือโปรโตคอล ในหลายๆ ตำแหน่ง วิศวกรต้องตัดสินใจด้วยว่าข้อมูลจะข้ามผ่านระหว่างบริเวณที่แยกทางไฟฟ้าออกจากกันได้อย่างไร โดยไม่สร้างเส้นทางการไหลของกระแสที่ไม่ต้องการ, ลูปกราวด์, หรือสัญญาณรบกวนแบบโหมดร่วม
การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงเป็นวิธีหนึ่งในการข้ามขอบเขตเหล่านี้ เนื่องจากสัญญาณเดินทางเป็นแสงแทนที่จะเป็นกระแสไฟฟ้าผ่านสายนำไฟฟ้า ทำให้ใยแก้วมีประโยชน์อย่างยิ่งในกรณีที่ต้องการการแยกทางไฟฟ้า, ลดความไวของเส้นทางการสื่อสารต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า, หรือการแยกโดเมนควบคุมแรงดันสูงและแรงดันต่ำ
ดังนั้น คำถามทางวิศวกรรมจึงไม่ใช่แค่ว่า “BMS ควรใช้ใยแก้วหรือไม่?”
คำถามที่ดีกว่าคือ:ระบบมีขอบเขตการแยกอยู่ที่ใด และลิงก์การสื่อสารประเภทใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับขอบเขตนั้น?
การแยกทางไฟฟ้าของ BMS หมายถึงการแยกวงจรการสื่อสารหรือควบคุมที่ทำงานที่ศักย์ไฟฟ้าต่างกัน ในขณะที่ยังคงอนุญาตให้ข้อมูลผ่านระหว่างกันได้ วัตถุประสงค์คือเพื่อป้องกันการไหลของกระแสที่ไม่ต้องการผ่านเส้นทางการสื่อสาร ในขณะที่อนุญาตให้ข้อมูลข้ามผ่านระหว่างโดเมนไฟฟ้าโดยไม่ต้องเชื่อมโยงการอ้างอิงทางไฟฟ้าในพื้นที่เข้าด้วยกันโดยตรง
ข้อกำหนดนี้มาจากโครงสร้างทางไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่แรงดันสูงโดยตรง
แบตเตอรี่แรงดันสูงมักจะสร้างขึ้นโดยการเชื่อมต่อเซลล์หรือโมดูลหลายๆ ตัวเข้าด้วยกันแบบอนุกรม แม้ว่าสิ่งนี้จะสร้างแรงดันไฟฟ้าของแพ็คที่ต้องการ แต่ก็หมายความว่าส่วนต่างๆ ของชุดจะอยู่ที่ศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับกราวด์ของระบบ
วงจรตรวจสอบที่เชื่อมต่อกับกลุ่มเซลล์ใกล้กับส่วนล่างของชุดอาจทำงานใกล้กับศักย์ไฟฟ้าของแพ็คที่ต่ำกว่า วงจรตรวจสอบอีกอันที่อยู่สูงขึ้นไปในสายโซ่แบบอนุกรมอาจลอยอยู่ที่ศักย์ไฟฟ้าที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ
ในมุมมองของการวัด ทั้งสองวงจรอาจทำงานคล้ายกัน เช่น การอ่านแรงดันไฟฟ้าของเซลล์, อุณหภูมิ, หรือข้อมูลการวินิจฉัย อย่างไรก็ตาม ในทางไฟฟ้า พวกมันไม่ได้อ้างอิงถึงศักย์ไฟฟ้าเดียวกัน
โดเมนศักย์ไฟฟ้าหลายโดเมนภายในชุดแบตเตอรี่แรงดันสูง
สิ่งนี้สร้างปัญหาพื้นฐานในการออกแบบ BMS ข้อมูลต้องเคลื่อนที่ผ่านชุดแบตเตอรี่และในที่สุดก็ไปถึงตัวควบคุมกลาง แต่ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องอาจเป็นของโดเมนแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน
ดังนั้น สถาปัตยกรรม BMS จำนวนมากจึงใช้อุปกรณ์ตรวจสอบแบบซ้อน, อินเทอร์เฟซอนุกรมแบบแยก, ลิงก์ที่เชื่อมต่อด้วยหม้อแปลง, CAN แบบแยก, หรือวิธีการอื่นๆ เพื่อย้ายข้อมูลอย่างปลอดภัยระหว่างโดเมน
ใยแก้วเป็นอีกทางเลือกหนึ่งเมื่อเส้นทางการสื่อสารเองควรจะยังคงเป็นฉนวนไฟฟ้า
ประเด็นที่สำคัญที่สุดไม่ใช่ว่าแบตเตอรี่เป็น “แรงดันสูง” ในความหมายทั่วไป ประเด็นสำคัญคือที่ที่โดเมนไฟฟ้าหนึ่งต้องสื่อสารกับอีกโดเมนหนึ่ง
ตัวอย่างเช่น ส่วนตรวจสอบแบตเตอรี่อาจลอยไปกับชุดแบตเตอรี่ ในขณะที่ตัวควบคุม BMS กลางทำงานจากแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำที่อ้างอิงกับแชสซีหรือกราวด์ควบคุม
ในทำนองเดียวกัน แร็คแบตเตอรี่, ระบบแปลงกำลัง, และตัวควบคุมกำกับดูแล แต่ละส่วนอาจมีโดเมนกราวด์และแหล่งจ่ายไฟของตัวเอง
เมื่อใดก็ตามที่ลิงก์การสื่อสารข้ามขอบเขตเหล่านี้ อินเทอร์เฟซจะต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้การสื่อสารปกติไม่กลายเป็นเส้นทางสำหรับกระแสโหมดร่วมหรือพลังงานความผิดพลาดโดยไม่ตั้งใจ
นั่นคือบทบาทของการแยกทางไฟฟ้า
ระบบกักเก็บพลังงานมีมากกว่าเซลล์แบตเตอรี่และอิเล็กทรอนิกส์ตรวจสอบ นอกจากนี้ยังมีคอนแทคเตอร์, บัส DC, สเตจ DC/DC, อุปกรณ์ PCS, อินเวอร์เตอร์, ไดรเวอร์เกต, แหล่งจ่ายไฟเสริม, ระบบระบายความร้อน, และเครือข่ายควบคุมภายนอก
วงจรเหล่านี้จำนวนมากสลับแรงดันและกระแสจำนวนมากด้วยความเร็วสูง
นั่นสร้างสภาพแวดล้อมที่ต้องการทางไฟฟ้าสำหรับการสื่อสาร
สัญญาณรบกวนจากการสวิตช์ของ PCS, ความแตกต่างของศักย์กราวด์ และสัญญาณรบกวนการสื่อสาร
PCS หรืออินเวอร์เตอร์ทำงานโดยการสวิตช์อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำอย่างรวดเร็ว เช่น IGBT หรือ SiC MOSFET การเปลี่ยนสวิตช์เหล่านี้สร้างการเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแสที่ใหญ่และรวดเร็ว
ในฮาร์ดแวร์จริง จะมีค่าความจุและค่าความเหนี่ยวนำแฝงอยู่เสมอ
เมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว กระแสการกระจัดสามารถไหลผ่านค่าความจุแฝง เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ค่าความเหนี่ยวนำแฝงสามารถสร้างความปั่นป่วนของแรงดันเพิ่มเติมได้ ผลกระทบเหล่านี้รวมกันทำให้เกิดสัญญาณรบกวนแบบโหมดร่วมและโหมดดิฟเฟอเรนเชียล
ผลลัพธ์คือไม่ใช่ว่าลิงก์การสื่อสารทางไฟฟ้าทุกอันจะล้มเหลว อินเทอร์เฟซไฟฟ้า เช่น CAN, RS-485, SPI และอื่นๆ ที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง
อย่างไรก็ตาม ผู้ออกแบบการสื่อสารต้องจัดการปัจจัยหลายอย่างพร้อมกัน:
แรงดันไฟฟ้าโหมดร่วม,
การต่อลงดิน,
การป้องกัน,
การเดินสาย,
การสิ้นสุด,
ระดับการแยก,
ภูมิคุ้มกันต่อการเปลี่ยนแปลงฉับพลัน,
และการแยกทางกายภาพจากตัวนำกำลัง
ผลกระทบเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษในวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันและกระแสอย่างรวดเร็ว
อุปกรณ์สองชิ้นไม่จำเป็นต้องมีศักย์กราวด์ที่เหมือนกันทุกประการ
แร็คแบตเตอรี่, ตู้ PCS, แผงควบคุม, หรือตัวควบคุมระยะไกล อาจเชื่อมต่อผ่านเส้นทางการต่อลงดินที่แตกต่างกัน กระแสขนาดใหญ่, ความต้านทานของสายเคเบิล, การเปลี่ยนแปลงฉับพลันจากการสวิตช์, หรือการแยกทางกายภาพสามารถสร้างความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดกราวด์ที่เป็นชื่อได้
หากสื่อการสื่อสารมีเส้นทางนำไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างตำแหน่งเหล่านี้ ส่วนหนึ่งของความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้านั้นสามารถปรากฏขึ้นที่อินเทอร์เฟซการสื่อสารได้
นี่คือเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เกิดลูปกราวด์
ระบบการสื่อสารทองแดงยังคงสามารถแยกได้โดยใช้ทรานซีฟเวอร์แบบแยกหรืออุปกรณ์แยกทางไฟฟ้าอื่นๆ ประเด็นจึงไม่ใช่แค่ “ทองแดงเทียบกับใยแก้ว”
ความแตกต่างคือสายใยแก้วนำแสงไม่ได้จัดเตรียมตัวนำไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างจุดปลายทั้งสองตั้งแต่แรก
คุณค่าหลักของการแยกด้วยใยแก้วนำแสงนั้นง่ายมาก: สื่อการสื่อสารไม่นำกระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างจุดปลายทั้งสอง
ข้อมูลไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นแสงที่เครื่องส่งสัญญาณ สัญญาณแสงจะเดินทางผ่านใยแก้ว ที่ปลายรับ แสงจะถูกแปลงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า
เนื่องจากสายเคเบิลเองไม่นำไฟฟ้า เครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับสามารถทำงานในโดเมนไฟฟ้าที่แตกต่างกันได้โดยไม่ต้องสร้างเส้นทางสัญญาณที่เป็นโลหะเชื่อมต่อระหว่างกัน
การสื่อสารด้วยทองแดงเทียบกับการแยกด้วยใยแก้วนำแสง
ในลิงก์ทองแดง สัญญาณไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของแรงดันหรือกระแสระหว่างตัวนำ
ในลิงก์ใยแก้ว ข้อมูลจะถูกส่งผ่านแกนใยแก้วด้วยแสง
ความแตกต่างทางกายภาพนี้ก่อให้เกิดผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์หลายประการ
ประการแรก ใยแก้วไม่ได้สร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างโดเมนไฟฟ้าทั้งสอง
ประการที่สอง กระแสลูปกราวด์ที่ส่งผ่านสายเคเบิลไม่สามารถไหลผ่านเส้นทางแสงได้
ประการที่สาม สนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เหนี่ยวนำแรงดันสัญญาณในใยแก้วในลักษณะเดียวกับที่สามารถทำได้ในตัวนำโลหะ
สิ่งนี้ทำให้ลิงก์แสงมีประโยชน์อย่างยิ่งรอบๆ ระบบสวิตช์แรงดันสูง, สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรง, และบริเวณควบคุมที่แยกทางไฟฟ้า
ปัญหาโหมดร่วมมักจะยากเมื่อเครื่องรับการสื่อสารต้องทนต่อความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการอ้างอิงทางไฟฟ้าในพื้นที่กับจุดอ้างอิงฝั่งเครื่องส่งสัญญาณ
ใยแก้วเปลี่ยนแปลงสถานการณ์นี้เนื่องจากสายใยแก้วนำข้อมูลโดยไม่ต้องให้จุดอ้างอิงทางไฟฟ้าทั้งสองเชื่อมต่อกัน
แทนที่จะออกแบบอินเทอร์เฟซสายเคเบิลให้ทนต่อแรงดันไฟฟ้าโหมดร่วมขนาดใหญ่ ผู้ออกแบบสามารถแยกโดเมนไฟฟ้าและถ่ายโอนเฉพาะข้อมูลด้วยแสงได้
สิ่งนี้สามารถลดความซับซ้อนของการแยกข้ามอุปกรณ์ที่แยกทางกายภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเส้นทางสายเคเบิลผ่านบริเวณที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า
อย่างไรก็ตาม ลิงก์แสงจะแยกเฉพาะเส้นทางการสื่อสารเท่านั้น
อิเล็กทรอนิกส์เครื่องส่งสัญญาณ, อิเล็กทรอนิกส์เครื่องรับ, แหล่งจ่ายไฟ, การจัดวาง PCB, ระยะห่างและการคลาน, การต่อลงดิน, การป้องกันไฟกระชาก, และการออกแบบ EMC ยังคงต้องได้รับการออกแบบอย่างถูกต้อง
ดังนั้น ใยแก้วจึงไม่ทำให้ BMS หรือ PCS ทั้งหมดมีภูมิคุ้มกันต่อ EMI มันกำจัดเส้นทางการเชื่อมต่อแบบนำไฟฟ้าที่สำคัญหนึ่งเส้น
ตัวแยกดิจิทัล, ทรานซีฟเวอร์ CAN แบบแยก, อินเทอร์เฟซ RS-485 แบบแยก, การสื่อสารที่เชื่อมต่อด้วยหม้อแปลง, ออปโตคัปเปลอร์, และการแยกแบบคาปาซิทีฟหรือแม่เหล็ก ยังคงเป็นตัวเลือกทางวิศวกรรมที่ถูกต้อง
สำหรับการแยกในระดับ PCB ระยะสั้น วิธีการเหล่านี้อาจง่ายกว่าและประหยัดกว่าการติดตั้งทรานซีฟเวอร์แสงและสายใยแก้ว
ใยแก้วจะน่าสนใจมากขึ้นเมื่อขอบเขตการแยกขยายไปทั่วเส้นทางสายเคเบิลทางกายภาพ, เมื่อโดเมนทั้งสองแยกจากกันทางกายภาพ, หรือเมื่อเส้นทางการสื่อสารผ่านสภาพแวดล้อม EMI ที่แรง
เทคโนโลยีที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางกายภาพของสิ่งกีดขวางการแยกและข้อกำหนดของเส้นทางการสื่อสาร
ใยแก้วไม่จำเป็นต้องทดแทนการสื่อสารทุกเส้นทางภายในระบบกักเก็บพลังงาน
บทบาทที่แข็งแกร่งที่สุดมักจะอยู่ที่ตำแหน่งที่การแยกทางไฟฟ้าให้ประโยชน์ที่ชัดเจนในระดับระบบ
ตำแหน่งที่ลิงก์ใยแก้วเหมาะสมใน BMS และสถาปัตยกรรมระบบกักเก็บพลังงาน
ภายในแร็คหรือตู้แบตเตอรี่ สามารถใช้ลิงก์แสงระยะสั้นระหว่างตัวควบคุมหรือหน่วยตรวจสอบได้เมื่อต้องการการแยกทางไฟฟ้าในระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบ
สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษเมื่อส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์กระจายอยู่ทั่วโดเมนแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน
ระยะทางที่ต้องการอาจเพียงไม่กี่เมตรหรือหลายสิบเมตร แต่ลิงก์ยังคงได้รับประโยชน์จากการแยกทางไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์
สำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้ ลิงก์แสงอุตสาหกรรมขนาดกะทัดรัดอาจมีความเกี่ยวข้องมากกว่าเครือข่ายใยแก้วระยะไกลสไตล์โทรคมนาคม
ตำแหน่งสำคัญอีกแห่งคือขอบเขตการสื่อสารระหว่างระบบแบตเตอรี่กับ PCS หรือตัวควบคุมกำกับดูแล
ฝั่งแบตเตอรี่อาจมีอิเล็กทรอนิกส์ตรวจสอบแรงดันสูงแบบลอย ในขณะที่ PCS มีสเตจสวิตช์กำลังสูง ตัวควบคุมกลางอาจทำงานในสภาพแวดล้อมแรงดันต่ำที่แยกต่างหาก
หากเส้นทางการสื่อสารข้ามผ่านบริเวณเหล่านี้ ใยแก้วสามารถป้องกันไม่ให้สายสัญญาณเองกลายเป็นเส้นทางการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างกันได้
ดังนั้น ประโยชน์จึงไม่ใช่แค่ประสิทธิภาพสัญญาณรบกวนที่ดีขึ้นเท่านั้น
ประโยชน์พื้นฐานที่มากกว่าคือการแยกโดเมนไฟฟ้า
พลาสติกใยแก้วนำแสง (POF) โดยเฉพาะ POF แกนใหญ่ที่ใช้กับทรานซีฟเวอร์แสงที่มองเห็นได้ในอุตสาหกรรม เหมาะสำหรับลิงก์แสงภายในระยะสั้นจำนวนมาก
บทบาทของมันแตกต่างจากใยแก้วโทรคมนาคมระยะไกล
ระบบ POF อุตสาหกรรมมักใช้ในระยะทางที่วัดได้เป็นเมตรหรือหลายสิบเมตร
ช่วงนั้นตรงกับเส้นทางการสื่อสารภายในเครื่องจักร, ตู้, แร็ค, และอุปกรณ์หลายอย่าง
ในระบบกักเก็บพลังงาน สิ่งนี้อาจรวมถึงการสื่อสารระหว่าง:
บอร์ดควบคุมที่แยกจากกัน,
แร็คแบตเตอรี่,
หน่วยตรวจสอบเฉพาะที่,
ตู้ควบคุม,
หรืออินเทอร์เฟซที่แยกออกจากกันระหว่างส่วนแรงดันสูงและแรงดันต่ำ
ไม่มีระยะทางสูงสุดสากลเพียงหนึ่งเดียวสำหรับ POF
ระยะทางที่สามารถทำได้จริงขึ้นอยู่กับลิงก์แสงที่สมบูรณ์ รวมถึงกำลังส่งของเครื่องส่งสัญญาณ, ความไวของเครื่องรับ, อัตราข้อมูล, การลดทอนของใยแก้ว, การสูญเสียคอนเนคเตอร์, อุณหภูมิในการทำงาน, คุณภาพการติดตั้ง, และอัตรากำไรที่ต้องการ
ลักษณะการใช้งานจริงของ POF อุตสาหกรรมคือแกนใยแก้วที่ค่อนข้างใหญ่
แกนใหญ่สามารถทำให้การจัดแนวและการสิ้นสุดในระบบคอนเนคเตอร์ที่เหมาะสมง่ายขึ้น ซึ่งมีประโยชน์สำหรับลิงก์แสงระดับอุปกรณ์ที่การประกอบและการบำรุงรักษาจริงมีความสำคัญ
สิ่งนี้มีค่าในอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ลิงก์แสงต้องได้รับการประกอบ, เปลี่ยน, หรือบำรุงรักษาโดยไม่ต้องใช้ขั้นตอนการจัดการใยแก้วที่ซับซ้อน
โครงสร้างสายเคเบิลสุดท้ายยังคงมีความสำคัญ
วัสดุแจ็คเก็ต, พิกัดอุณหภูมิ, ประสิทธิภาพการโค้งงอ, ความแข็งแรงต่อแรงดึง, การออกแบบคอนเนคเตอร์, ประสิทธิภาพการติดไฟ, และความเสถียรทางกลในระยะยาว สามารถส่งผลต่อความน่าเชื่อถือได้ทั้งหมด
ตัวใยแก้วเองเป็นเพียงส่วนหนึ่งของลิงก์การสื่อสารที่เสร็จสมบูรณ์
POF มีประโยชน์ แต่ไม่ใช่ตัวเลือกที่ถูกต้องสำหรับลิงก์แสงทุกเส้นทาง
เมื่อระยะทาง, อุณหภูมิ, แบนด์วิดท์, หรือข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น ใยแก้วประเภทอื่นอาจให้ระยะกำไรมากขึ้น
Hard-clad silica หรือ HCS ใช้แกนใยแก้วซิลิกาที่มีโครงสร้างหุ้มด้วยโพลีเมอร์
เมื่อเทียบกับ POF แกนใหญ่ทั่วไป HCS มักมีการลดทอนแสงที่ต่ำกว่า และสามารถรองรับลิงก์อุตสาหกรรมที่ยาวกว่าด้วยทรานซีฟเวอร์ที่เข้ากันได้
สิ่งนี้ทำให้ HCS มีประโยชน์เมื่อแอปพลิเคชันยังคงได้รับประโยชน์จากสถาปัตยกรรมแสงอุตสาหกรรมที่ทนทาน แต่ต้องการระยะทางการส่งข้อมูลที่มากขึ้นหรือระยะกำไรทางแสงเพิ่มเติม
ในตระกูลทรานซีฟเวอร์อุตสาหกรรมบางประเภท แพลตฟอร์มการสื่อสารทั่วไปเดียวกันสามารถรองรับลิงก์ POF ระยะสั้นและลิงก์ HCS ระยะยาวได้อย่างมาก
ระยะทางที่แน่นอนยังคงขึ้นอยู่กับทรานซีฟเวอร์
ความสามารถด้านอุณหภูมิก็มีความสำคัญเช่นกัน โครงสร้าง HCS บางประเภทสามารถรองรับช่วงการทำงานที่กว้างกว่าโครงสร้างสายเคเบิล POF ทั่วไป ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมอุปกรณ์ที่ต้องการมากขึ้น
เหตุผลทั่วไป ได้แก่:
ระยะทางการส่งข้อมูลที่ยาวขึ้น,
แบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น,
อินเทอร์เฟซ Ethernet หรือเครือข่ายที่เป็นมาตรฐาน,
การรวมเข้ากับโครงสร้างพื้นฐาน LC, SC, ST หรือที่คล้ายกันที่มีอยู่,
หรือการสื่อสารระหว่างตู้, ห้อง, หรือโรงงาน แทนที่จะเป็นภายในอุปกรณ์ชิ้นเดียว
สิ่งนี้สร้างความแตกต่างทางวิศวกรรมที่มีประโยชน์
POF มักจะน่าสนใจสำหรับลิงก์อุตสาหกรรมภายในระยะสั้น
HCS ให้ทางเลือกกลางที่ต้องการระยะทางที่ยาวขึ้นหรือระยะกำไรด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติม
ใยแก้วทั่วไปจะเหมาะสมมากขึ้นเมื่อระบบเริ่มมีลักษณะคล้ายเครือข่ายอุตสาหกรรมมากกว่าลิงก์ควบคุมภายในที่แยกจากกัน
การเลือกใยแก้วควรเริ่มต้นด้วยข้อกำหนดการสื่อสารที่สมบูรณ์ แทนที่จะเป็นวัสดุใยแก้วเพียงอย่างเดียว
ปัจจัยทางวิศวกรรมในการเลือกใยแก้วสำหรับลิงก์การแยก
| ปัจจัยการเลือก | คำถามทางวิศวกรรม |
|---|---|
| ระยะทาง | เส้นทางใยแก้วที่เดินจริงยาวเท่าใด รวมถึงลูปบริการและการเดินสายในตู้? |
| อัตราข้อมูล | ลิงก์ต้องรองรับแบนด์วิดท์และเวลาโปรโตคอลเท่าใด? |
| งบประมาณแสง | การรวมกันของเครื่องส่งสัญญาณ, ใยแก้ว, คอนเนคเตอร์, และเครื่องรับ ให้ระยะกำไรเพียงพอหรือไม่? |
| อุณหภูมิ | ส่วนประกอบทุกชิ้นในลิงก์สามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิที่ต้องการหรือไม่? |
| ประเภทคอนเนคเตอร์ | ใยแก้วจะถูกสิ้นสุด, ติดตั้ง, เปลี่ยน, และบำรุงรักษาอย่างไร? |
| สภาพแวดล้อมทางกล | สายเคเบิลจะสัมผัสกับการสั่นสะเทือน, การโค้งงอ, แรงดึง, การเสียดสี, หรือการเคลื่อนไหวซ้ำๆ หรือไม่? |
| ข้อกำหนดการแยก | โดเมนไฟฟ้าใดบ้างที่ต้องแยกทางไฟฟ้าออกจากกัน? |
| ระยะกำไรความน่าเชื่อถือ | มีระยะกำไรเท่าใดหลังจากพิจารณาอุณหภูมิ, อายุการใช้งาน, การสูญเสียคอนเนคเตอร์, การปนเปื้อน, และความคลาดเคลื่อนในการติดตั้ง? |
ระยะทางไม่ควรถูกประเมินจากค่าการลดทอนใยแก้วเพียงอย่างเดียว
ลิงก์แสงที่ทำงานได้ขึ้นอยู่กับกำลังส่งของเครื่องส่งสัญญาณ, ความไวของเครื่องรับ, การสูญเสียคอนเนคเตอร์, การเชื่อมต่อหรืออินเทอร์เฟซ, ผลกระทบจากอุณหภูมิ, อายุการใช้งาน, และระยะกำไรทางวิศวกรรม
ใยแก้วที่มีการลดทอนต่ำกว่าอาจรองรับลิงก์ที่ยาวกว่าได้ แต่ก็ต่อเมื่อคู่ทรานซีฟเวอร์ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานกับใยแก้วนั้น
ความเร็วการสื่อสารที่ต้องการต้องตรงกับเครื่องส่งสัญญาณแสงและเครื่องรับ
ใยแก้วระยะสั้นไม่ได้หมายความว่าการรวมกันของทรานซีฟเวอร์ใดๆ จะทำงานได้โดยอัตโนมัติ
ความยาวคลื่นของเครื่องส่งสัญญาณ, ความไวของเครื่องรับ, ประเภทใยแก้ว, รูปทรงคอนเนคเตอร์, และอัตราข้อมูล ต้องเป็นระบบที่เข้ากันได้
อุณหภูมิการทำงานของใยแก้วไม่ควรถือแยกต่างหาก
ลิงก์ที่สมบูรณ์รวมถึงใยแก้ว, แจ็คเก็ตสายเคเบิล, คอนเนคเตอร์, เครื่องส่งสัญญาณ, เครื่องรับ, และอิเล็กทรอนิกส์โดยรอบ
หากส่วนประกอบหนึ่งมีช่วงอุณหภูมิที่อนุญาตต่ำกว่าส่วนประกอบอื่น ส่วนประกอบนั้นอาจกลายเป็นปัจจัยจำกัดสำหรับลิงก์ทั้งหมด
การเลือกคอนเนคเตอร์ส่งผลมากกว่าการสูญเสียการแทรก
นอกจากนี้ยังส่งผลต่อความเร็วในการติดตั้ง, ขั้นตอนการบำรุงรักษา, ความสามารถในการให้บริการ, การยึดทางกล, ความสามารถในการทำซ้ำ, และความไวต่อการปนเปื้อน
สำหรับอุปกรณ์ที่อาจได้รับการซ่อมบำรุงภาคสนาม ปัจจัยที่ใช้งานได้จริงเหล่านี้อาจมีความสำคัญเท่ากับประสิทธิภาพแสงตามชื่อ
ลิงก์ที่ทำงานได้ในต้นแบบที่อุณหภูมิห้องไม่ได้หมายความว่าเป็นการออกแบบการผลิตที่น่าเชื่อถือโดยอัตโนมัติ
งบประมาณแสงควรมีระยะกำไรเพียงพอสำหรับ:
ความแปรปรวนของส่วนประกอบ,
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ,
การสูญเสียคอนเนคเตอร์,
อายุการใช้งาน,
การโค้งงอ,
การปนเปื้อน,
และความคลาดเคลื่อนในการติดตั้ง
สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบกักเก็บพลังงานที่มีอายุการใช้งานยาวนาน
POF เทียบกับ HCS เทียบกับใยแก้วทั่วไปสำหรับลิงก์ฉนวนอุตสาหกรรม
| ประเภทใยแก้ว | บทบาททางวิศวกรรมทั่วไป | ตำแหน่งระยะทาง | ความแข็งแรงในการใช้งานจริง | เมื่อใดควรพิจารณา |
|---|---|---|---|---|
| POF | ลิงก์ควบคุมและฉนวนภายในระยะสั้น | ระยะสั้น โดยทั่วไปเมตรถึงหลายสิบเมตร ขึ้นอยู่กับลิงก์ | แกนใหญ่, การสิ้นสุดอุตสาหกรรมที่ใช้งานได้จริง, การแยกทางไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง | ระดับแร็ค, ระดับตู้, ลิงก์ควบคุม BMS ระยะสั้น |
| HCS | ลิงก์แสงอุตสาหกรรมที่ต้องการระยะกำไรมากขึ้น | ยาวกว่า POF ทั่วไปด้วยทรานซีฟเวอร์ที่เข้ากันได้ | การลดทอนต่ำกว่าและความสามารถด้านสิ่งแวดล้อมที่แข็งแกร่งกว่าในโครงสร้างที่เหมาะสม | ลิงก์ภายในที่ยาวขึ้น, สภาพแวดล้อมที่รุนแรงขึ้น, ระยะกำไรของลิงก์เพิ่มเติม |
| ใยแก้วทั่วไป | เครือข่ายอุตสาหกรรมและอินเตอร์คอนเนคที่ยาวขึ้น | ลิงก์ระยะไกล ขึ้นอยู่กับระบบแสงและมาตรฐานเครือข่าย | แบนด์วิดท์สูง, การลดทอนต่ำ, ระบบนิเวศคอนเนคเตอร์/เครือข่ายที่เป็นมาตรฐาน | การสื่อสารระหว่างตู้, ระหว่างโรงงาน, Ethernet, การสื่อสารระยะไกล |
หมวดหมู่เหล่านี้ไม่ควรถือเป็นขอบเขตที่ตายตัว
ตัวเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมแสงที่สมบูรณ์ แทนที่จะเป็นวัสดุใยแก้วเพียงอย่างเดียว
ระบบกักเก็บพลังงานไม่ได้ใช้ใยแก้วเพียงเพราะใยแก้วเร็วหรือเพราะแบตเตอรี่มีแรงดันสูง
เหตุผลที่แท้จริงนั้นพื้นฐานกว่านั้น
BMS, ระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง, PCS, และตัวควบคุมกำกับดูแล สามารถมีโดเมนศักย์ไฟฟ้าหลายโดเมน เมื่อข้อมูลต้องข้ามผ่านระหว่างโดเมนเหล่านั้น เส้นทางการสื่อสารต้องได้รับการออกแบบไม่ให้สร้างการเชื่อมต่อแบบนำไฟฟ้า, เส้นทางลูปกราวด์, หรือปัญหาการรบกวนแบบโหมดร่วมโดยไม่ตั้งใจ
ใยแก้วแก้ปัญหาระดับกายภาพนี้โดยการส่งข้อมูลด้วยแสงแทนที่จะเป็นไฟฟ้า
สำหรับลิงก์ฉนวนภายในระยะสั้น POF สามารถเป็นโซลูชันที่ใช้งานได้จริง เนื่องจากรวมการแยกทางไฟฟ้าเข้ากับอินเทอร์เฟซแสงอุตสาหกรรมแกนใหญ่
เมื่อระยะทาง, อุณหภูมิ, ระยะกำไรแสง, หรือข้อกำหนดแบนด์วิดท์เพิ่มขึ้น HCS หรือใยแก้วทั่วไปอาจเหมาะสมมากขึ้น
ดังนั้น การเลือกที่ถูกต้องจึงเริ่มต้นด้วยสี่คำถาม:
ขอบเขตการแยกอยู่ที่ใด? สัญญาณต้องเดินทางไกลเท่าใด? ลิงก์ต้องทนต่อสภาพแวดล้อมใดบ้าง? และต้องมีระยะกำไรความน่าเชื่อถือเท่าใดตลอดอายุการใช้งานของระบบ?
คำถามเหล่านั้นจะกำหนดว่าจำเป็นต้องใช้ใยแก้วหรือไม่ และหากจำเป็น ใยแก้วประเภทใดที่สมเหตุสมผลทางวิศวกรรม
BMS อาจมีวงจรที่ทำงานที่ศักย์ไฟฟ้าต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชุดแบตเตอรี่แรงดันสูง การแยกช่วยให้ข้อมูลการตรวจสอบและการควบคุมข้ามผ่านระหว่างโดเมนเหล่านี้ได้โดยไม่ต้องสร้างเส้นทางการนำไฟฟ้าที่ไม่ต้องการระหว่างกัน
ใยแก้วไม่ได้จัดเตรียมเส้นทางไฟฟ้าที่เป็นโลหะเชื่อมต่อระหว่างเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องรับ สิ่งนี้สามารถกำจัดลูปกราวด์ที่ส่งผ่านสายเคเบิลและลดการสัมผัสของเส้นทางการสื่อสารต่อสัญญาณรบกวนโหมดร่วม ลิงก์ทองแดงก็สามารถแยกได้เช่นกัน แต่ต้องใช้วิธีการแยกทางไฟฟ้าที่อินเทอร์เฟซ
ได้ POF สามารถเหมาะสมสำหรับลิงก์การสื่อสาร BMS หรือระบบกักเก็บพลังงานภายในระยะสั้นที่ต้องการการแยกทางไฟฟ้าและการลดความไวต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ระยะทางที่ใช้งานได้จริงขึ้นอยู่กับเครื่องส่งสัญญาณ, เครื่องรับ, อัตราข้อมูล, อุณหภูมิ, การลดทอนใยแก้ว, คอนเนคเตอร์, และงบประมาณลิงก์แสง
HCS อาจเป็นที่ต้องการเมื่อระยะทางที่ต้องการหรือระยะกำไรแสงเกินกว่าที่ลิงก์ POF จะให้ได้อย่างสบาย หรือเมื่อสภาพแวดล้อมการทำงานต้องการโครงสร้างใยแก้วที่มีความสามารถด้านอุณหภูมิหรือทางกลที่กว้างกว่า
ไม่ ใยแก้วกำจัดเส้นทางการไหลของกระแสไฟฟ้าออกจากสายเคเบิลสื่อสาร และป้องกันไม่ให้สื่อแสงเองรับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในลักษณะเดียวกับที่ตัวนำโลหะทำได้ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ปลายทั้งสองยังคงได้รับผลกระทบจาก EMI ดังนั้น การจัดวาง PCB, การต่อลงดิน, การป้องกัน, การแยกแหล่งจ่ายไฟ, และการออกแบบการป้องกันยังคงจำเป็น
ปัจจัยหลักคือระยะทางการสื่อสาร, อัตราข้อมูล, งบประมาณลิงก์แสง, อุณหภูมิการทำงาน, วิธีการคอนเนคเตอร์และการสิ้นสุด, สภาพแวดล้อมทางกล, ขอบเขตการแยก, และระยะกำไรความน่าเชื่อถือในระยะยาว ลิงก์ที่สมบูรณ์ควรได้รับการประเมินเป็นระบบ แทนที่จะเลือกใยแก้วแยกต่างหาก
