如何利用BMS系統(tǒng)最大限度地發(fā)揮電動(dòng)汽車電池的全部潛力
發(fā)布日期:2022-01-21
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電動(dòng)汽車的快速推出正在加速電池技術(shù)的創(chuàng)新，包括電池管理芯片。其中一個(gè)關(guān)鍵方面是通過集成，可以實(shí)現(xiàn)易于設(shè)計(jì)、安全性、高性能等好處。該領(lǐng)域的新進(jìn)展有助于最大限度地發(fā)揮電動(dòng)汽車電池的潛力，同時(shí)不影響電池的健康和安全。
保障安全和效率
電動(dòng)汽車電池可能因多種原因而失效。碰撞后的機(jī)械應(yīng)力或損壞可能會(huì)刺穿電池組或損壞單個(gè)電池。電應(yīng)力，例如過度充電，也可能導(dǎo)致安全問題并降低整體電池壽命。
電池管理系統(tǒng) (BMS) 有助于監(jiān)控 EV 電池的安全性和效率。其主要功能之一是確保電池組中的每個(gè)鋰離子電池都在其由電壓、電流和溫度定義的安全工作區(qū) (SOA) 內(nèi)運(yùn)行。在相當(dāng)嚴(yán)格的 SOA 之外運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，例如電池的災(zāi)難性故障，或者更糟糕的是，熱失控。這就是為什么電池接線盒 (BJB) 特別重要的原因。
電池接線盒起著關(guān)鍵作用
BJB 是 BMS 中的三個(gè)功能模塊之一。它測(cè)量并記錄總電池電壓以及流入和流出電池的電流，從而精確計(jì)算其充電狀態(tài) (SOC)。這可以實(shí)現(xiàn)精確的里程計(jì)算，讓駕駛員知道電池的剩余量。它還實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵安全功能，如接觸檢查、隔離監(jiān)控和過流檢測(cè)。BJB 需要滿足汽車應(yīng)用中電流和電壓測(cè)量的 ASIL C 或 ASIL D 功能安全級(jí)別。
高壓系統(tǒng)通信的一個(gè)挑戰(zhàn)是將低壓半導(dǎo)體 (12 V) 與高壓 (400 V) 電池側(cè)隔離開來。在這里，BMU（電池管理單元） 的通信傳統(tǒng)上是通過 CAN 總線進(jìn)行的，但通過變壓器物理層 (TPL) 以菊花鏈方式連接 BJB 是一種有吸引力的替代方案。TPL 接口專為 BMS 設(shè)計(jì)，支持高達(dá) 2kV 的高隔離電壓。這種解決方案的好處包括更強(qiáng)大的電磁兼容性 (EMC) 特性、更高的高壓隔離、更好的通信速度和同步測(cè)量。從而降低了軟件相關(guān)的復(fù)雜性并降低了 BOM 成本。
作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，BJB 需要一個(gè)帶有自己軟件的板載 MCU
功能安全環(huán)境中的通信
使用灰色通道方法可以實(shí)現(xiàn)功能安全的通信。
灰色通道是一個(gè)抽象術(shù)語，指的是通過一個(gè)既不功能安全也不物理安全的通道進(jìn)行安全可靠的傳輸。盡管不能為其分配 ASIL 等級(jí)，但它被認(rèn)為是質(zhì)量管理 (QM) 等級(jí)，這是最低的安全級(jí)別。因此，灰色通道允許使用 QM 等級(jí)的設(shè)備來建立 ASIL 等級(jí)的通信路徑。要在系統(tǒng)級(jí)別達(dá)到 ASIL 等級(jí)，您需要確保在整個(gè)通信路徑中沒有數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)在來源處受到保護(hù)，在目的地處被解碼。在數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生的事情可以忽略不計(jì)，因?yàn)槟冀K可以檢測(cè)到錯(cuò)誤，因?yàn)閿?shù)據(jù)在源頭受到保護(hù)而不會(huì)被操縱。
通過在 BJB 中使用灰色通道方法，可以將智能從 BJB 轉(zhuǎn)移到電池管理單元 (BMU)，而無需在通信上花費(fèi)額外的安全。
集成解決方案有助于節(jié)省時(shí)間和成本
專門針對(duì) BJB 應(yīng)用的新興半導(dǎo)體將所有必需的功能集成在一個(gè)設(shè)備中。例如，NXP 的 MC33772C 提供從毫安到千安的精確電流感應(yīng)，并帶有庫侖計(jì)數(shù)功能。
該器件提供多種先進(jìn)的電壓和溫度測(cè)量功能，具有診斷功能的嵌入式平衡晶體管簡(jiǎn)化了 BJB 應(yīng)用。它還支持標(biāo)準(zhǔn) SPI 和與 MCU 的隔離菊花鏈通信，以處理和控制多達(dá) 63 個(gè)節(jié)點(diǎn)。其他診斷和功能安全功能包括檢測(cè)內(nèi)部和外部故障，例如開路、短路和泄漏。
符合 AEC Q-100 標(biāo)準(zhǔn)的堅(jiān)固設(shè)備可熱插拔，并支持 ISO 26262，具有高達(dá) ASIL D 功能安全的能力。
MC33772C框圖：6通道鋰離子電池控制器IC
這種設(shè)計(jì)上的簡(jiǎn)化縮短了Tier1和OEM的上市時(shí)間和相關(guān)的開發(fā)成本，同時(shí)提高了續(xù)航里程、安全性和電池壽命。
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