電動車電池組控制設(shè)計(jì)怎樣降低30%以上BOM

電動車(EV)或混合動力車(HEV)發(fā)展至今，動力鋰離子電池組的監(jiān)控與管理一直是差距核心也是研究重點(diǎn)。其中，成本與安全是設(shè)計(jì)的最大訴求。如果告訴您一個設(shè)計(jì)方法可以兩者兼顧會不會有驚喜?日前EDN對飛思卡爾半導(dǎo)體公司新推出電池組控制器產(chǎn)品組合做了深入了解，想實(shí)現(xiàn)安全又降成本的電池組管理設(shè)計(jì)就靠它們了。

據(jù)飛思卡爾模擬與傳感器部亞太區(qū)汽車產(chǎn)品營銷與業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理孟杰介紹，飛思卡爾是通過兩款電池監(jiān)控芯片，MC33771、MC33772以及隔離變壓器驅(qū)動芯片MC33664以及其他器件構(gòu)成的解決方案來實(shí)現(xiàn)這些的(圖1)。

圖1：飛思卡爾電池管理芯片Roadmap。

該方案中最新推出的MC337723是4-6節(jié)(芯)鋰離子電池組監(jiān)控芯片，可與飛思卡爾之前推出的MC33771，14芯電池控制器，搭配組合，使之囊括單芯片4至14芯全系列解決方案(圖2)，增加電池組控制器設(shè)計(jì)靈活性，有效降低BOM成本，滿足汽車和工業(yè)電池系統(tǒng)嚴(yán)格的功能安全要求。

圖2：基于MC33771和MC33772的BMS解決方案。

對于如何能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性與降BOM，孟杰表示：“第一方面靈活性來自橫向擴(kuò)充。通常工程師在利用電源監(jiān)控芯片做多節(jié)(芯)電池組設(shè)計(jì)時會有部分浪費(fèi)現(xiàn)象，比如工程師要設(shè)計(jì)20芯電池組，以往需要2片12芯或14芯芯片，這樣會有資源浪費(fèi)，現(xiàn)在只需要一顆14芯加一顆6芯就能完成，這部分減少的浪費(fèi)就可以省大約20%。這也是飛思卡爾繼MC33771后提出MC33772的主要原因，4到14芯的加寬選擇可以方便客戶做靈活設(shè)計(jì)并降低BOM。下一步飛思卡爾也有計(jì)劃推18節(jié)芯片，進(jìn)一步豐富選擇。”

其次，設(shè)計(jì)師可以通過靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)降BOM的目標(biāo)。MC33771或MC33772支持各種電池管理系統(tǒng)拓?fù)?，包括集中式、分布式CAN和分布式菊花鏈系統(tǒng)。在采用高速菊花鏈通訊時，在對于96塊單體電池串聯(lián)的應(yīng)用中，菊花鏈通訊僅需要2.6毫秒就能實(shí)現(xiàn)全部數(shù)據(jù)的采集與通信。對此，孟杰也表示： “傳統(tǒng)做級聯(lián)的拓?fù)?，除了主MCU外，每一集電池監(jiān)控芯片都需要一個從MCU做控制，這種拓?fù)潇`活度低，且BOM高。而采用菊花鏈拓?fù)淇赏ㄟ^隔離變壓驅(qū)動芯片(級聯(lián)芯片)MC33664直接一級級往下加，拓?fù)浜唵危`活性強(qiáng)，且可以比上面的傳統(tǒng)做法節(jié)省30%到40%的BOM(圖3)，也有效減少PCB面積。”

圖3：菊花鏈通訊替代傳統(tǒng)的CAN總線通訊。

第三方面，設(shè)計(jì)師也可以通過對芯片縱向可擴(kuò)展的選擇來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性與降BOM的目標(biāo)。對此孟杰解釋道：“MC33771和MC33772芯片本身提供三個版本可選，包括白金版，高級版和普通版。這種做法更有利于工程師做自己汽車產(chǎn)品的平臺化設(shè)計(jì)，可針對高中低端產(chǎn)品做不同版本的Cost Down。其中白金版硬件內(nèi)置庫倫計(jì)等功能，可隨時計(jì)量電池電量、同步電池電壓/電流測量。高級版則有診斷/糾錯等功能。同時MC33771和MC33772擁有43個自檢口，可以檢測芯片本身以及電池的各項(xiàng)狀態(tài)。有些客戶在具體設(shè)計(jì)中，與MCU相連的那級采用白金版，后面用普通版，從而進(jìn)一步降BOM。”

除了上述三方面有效幫助設(shè)計(jì)降BOM的措施外，飛思卡爾的全系列電池控制器件每個芯片都單獨(dú)滿足嚴(yán)格的ISO 26262要求。對于功能安全，孟杰認(rèn)為：“電動車的安全是核心問題，與外界方案不同的是，飛思卡爾可以提供從MCU到電源到模擬一整套的器件，且每塊單芯片都可以符合ISO 26262安全要求，這和業(yè)內(nèi)其它企業(yè)不同，他們的產(chǎn)品未必可以做到單塊芯片都滿足ISO 26262，有可能只是解決方案整體可以滿足。這就像做一道菜我的每一道食材都是經(jīng)認(rèn)證可追溯的。這樣飛思卡爾可以確保測量的精準(zhǔn)度和安全性。”MC33772就借助單個芯片提供的集成式功能驗(yàn)證和先進(jìn)的診斷功能，能幫助客戶輕松滿足嚴(yán)格的ISO 26262 ASIL-C要求。使用飛思卡爾電池組控制器還可以實(shí)現(xiàn)ASIL-D系統(tǒng)級實(shí)施，讓客戶能夠滿足多個功能安全概念，達(dá)到系統(tǒng)級安全要求。同時作為一款納入飛思卡爾SafeAssure計(jì)劃的功能安全解決方案，該系列可滿足有關(guān)ESD、EMC、低電流消耗和AEC-Q100汽車級設(shè)計(jì)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

MC33772與飛思卡爾全面的電池控制器產(chǎn)品相組合，可支持廣泛的電池用化學(xué)成分，包括磷酸鐵鋰、鋰鎳錳鈷氧化物、鈦酸鋰和鋰聚合物，能輕松擴(kuò)展解決方案，無需進(jìn)行新的研發(fā)投資。據(jù)悉，MC33772的樣片會在明年(2016年)3季度量產(chǎn)。