【導(dǎo)讀】電動汽車的迅速普及加速了電池技術(shù)的創(chuàng)新,其中包括電池管理半導(dǎo)體。其中一個重要方面是集成,集成可帶來簡化設(shè)計、提高安全性和性能等優(yōu)勢。該領(lǐng)域的新進(jìn)展將有助于最大限度地發(fā)揮電動汽車電池的潛力,同時又不會損害電池的健康和安。
電動汽車的迅速普及加速了電池技術(shù)的創(chuàng)新,其中包括電池管理半導(dǎo)體。其中一個重要方面是集成,集成可帶來簡化設(shè)計、提高安全性和性能等優(yōu)勢。該領(lǐng)域的新進(jìn)展將有助于最大限度地發(fā)揮電動汽車電池的潛力,同時又不會損害電池的健康和安全。
保障安全和能效
電動汽車電池發(fā)生故障的原因有很多。碰撞后的機械應(yīng)力或損壞可能會擊穿電池組或損壞單個電池芯。過度充電等電應(yīng)力也可能會導(dǎo)致安全問題,并縮短整體電池壽命。
電池管理系統(tǒng)(BMS)有助于監(jiān)測電動汽車電池的安全性和能效。系統(tǒng)的主要功能是確保電池組中的每個鋰離子電池運行的電壓、電流和溫度都處于安全運行區(qū)(SOA)內(nèi)。脫離安全運行區(qū)(SOA)可能會導(dǎo)致嚴(yán)重后果,例如電池出現(xiàn)重大故障,或者更嚴(yán)重的是熱失控。因此,電池接線盒(BJB)特別重要。
恩智浦汽車充電解決方案為電池安全保駕護(hù)航
電池接線盒在系統(tǒng)中起著重要作用
電池接線盒(BJB)是電池管理系統(tǒng)(BMS)中的3個功能模塊之一。接線盒可測量并記錄電池總電壓和進(jìn)出電池的電流,從而精確計算其充電狀態(tài)(SOC)。這可以實現(xiàn)精確的里程計算,讓駕駛員知道電池還能夠驅(qū)動車輛行駛多少千米。它還實現(xiàn)了安全關(guān)鍵功能,如接觸器和隔離監(jiān)測,以及過流檢測。BJB需要滿足汽車應(yīng)用ASIL C級或D級電流和電壓測量功能安全要求。
高壓系統(tǒng)通信面臨的挑戰(zhàn)是如何將低壓半導(dǎo)體(12V)與高壓(400V)電池側(cè)隔離開。在這方面,過去與BMU的通信是通過CAN總線進(jìn)行的,但通過變壓器物理層(TPL)以菊花鏈形式連接BJB是一個有吸引力的替代方案。TPL接口專為BMS設(shè)計,支持高達(dá)2kV的高隔離電壓。這種解決方案具有多種優(yōu)勢,包括更強勁的電磁兼容性(EMC)特性、更高的高壓隔離、更快的通信速度和同步測量。其結(jié)果是降低了與本地軟件有關(guān)的復(fù)雜性,并降低了物料成本。
作為獨立模塊,BJB需要自帶軟件的板載MCU
功能安全環(huán)境中的通信
使用灰色通道方法可以實現(xiàn)功能安全通信?;疑ǖ朗且粋€抽象術(shù)語,指通過本質(zhì)上不安全的通道進(jìn)行的安全傳輸。雖然不能為其分配ASIL等級,但它被視為質(zhì)量管理(QM)等級,這是最低的安全等級。因此,灰色通道允許使用質(zhì)量管理(QM)級的設(shè)備建立ASIL級的通信路徑。要在系統(tǒng)層面實現(xiàn)ASIL評級,需要確保在整個通信路徑中數(shù)據(jù)都不會被操縱。從源頭對數(shù)據(jù)實施保護(hù),在目的地將其解碼。由于數(shù)據(jù)在源頭受到了保護(hù)沒有被操控,在數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程均可進(jìn)行錯誤檢測,因此在該過程中發(fā)生的情況可以忽略不計。
在BJB中使用灰色通道方法,可以將信息從BJB轉(zhuǎn)移到電池管理單元(BMU),而無需對通信設(shè)備進(jìn)行額外的安全保護(hù)工作。
集成解決方案有助于節(jié)省時間和成本
專門針對BJB應(yīng)用的新興半導(dǎo)體在一個設(shè)備中集成了所有必要功能。舉例來說,恩智浦的MC33772C通過庫侖計數(shù)提供從毫安到千安的精確電流傳感。
該設(shè)備提供多種先進(jìn)的電壓和溫度測量功能,帶有診斷功能的內(nèi)置平衡晶體管簡化了BJB應(yīng)用。它還支持標(biāo)準(zhǔn)SPI和與MCU的隔離菊花鏈通信,能夠處理和控制多達(dá)63個節(jié)點。其他診斷和功能安全功能包括檢測內(nèi)部和外部故障,例如開路、短路和泄漏。這款穩(wěn)定耐用的設(shè)備符合AEC Q-100標(biāo)準(zhǔn),可熱插拔,支持ISO 26262標(biāo)準(zhǔn),具有高達(dá)ASIL D的安全等級。
MC33772C結(jié)構(gòu)框圖:6通道鋰離子電池控制器IC
這種設(shè)計簡化加快了一級供應(yīng)商和汽車制造商的產(chǎn)品上市速度,減少了相關(guān)的開發(fā)成本,同時提高車輛的續(xù)航里程和安全性,延長電池壽命,加快向零碳排放運輸?shù)霓D(zhuǎn)型。
開發(fā)板現(xiàn)已供貨,請在此處開始您的下一個設(shè)計。
(來源:恩智浦半導(dǎo)體,作者:Konrad Lorentz,恩智浦半導(dǎo)體電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理)
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