在48V系統(tǒng)中使用更智能的BMS以節(jié)約空間、時間和物料清單

在我們實現(xiàn)交通零排放的道路上，混合動力電動汽車(HEV)是從內(nèi)燃機(ICE)到純電動汽車(BEV)之間的自然過渡。這個過渡期將持續(xù)數(shù)年，并會根據(jù)電氣化水平劃分出幾種類型的混合動力電動汽車。一種是輕混合動力汽車，通常配備 48V 電池以支持有限的電力推進。另一種是帶純電動推進和車載充電器(OBC)的插電式混合動力汽車。

最新預測顯示，48V輕混合動力電動汽車將主導HEV/BEV市場，如圖 1 所示。消費者的偏好將推動這一需求，因此，汽車制造商必須能夠改變現(xiàn)有的汽車架構(gòu)，以滿足排放法規(guī)，并避免完全重新設(shè)計所產(chǎn)生的費用和時間。

圖1 全球xEV市場趨勢；來源：Strategy Analytics

面對激烈的競爭，HEV制造商在平衡成本和性能的同時尋求理想的解決方案。在本文中，我們將討論選擇具有集成功能的智能電池監(jiān)測器如何幫助您實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)勢，例如高精度電池監(jiān)控、高級別的功能安全和BOM節(jié)約等等。

48V HEV電池管理系統(tǒng)

當今的輕混合動力電動汽車通常具有縮小尺寸的ICE，以及提供有限電力推進和支持電子扭矩輔助等大功率負載的48V電池。這種48V電池需使用電池管理系統(tǒng)(BMS)來實現(xiàn)監(jiān)控、保護、配電和其他輔助功能。出于安全原因，傳統(tǒng)的低壓12V電池仍在應用。

48V BMS由12V側(cè)電池控制單元(BCU)和48V側(cè)與電池分配單元(BDU)組合的電池監(jiān)控單元(CSU)組成，如圖 2 所示。發(fā)動機控制單元(ECU)與BMS分開，并通過CAN接口控制BMS。為了提高安全性，BCU和CSU通常是隔離的。

圖2 48V HEV的典型BMS

常見的BMS功能有：

●   監(jiān)控各電芯電壓并實現(xiàn)電量平衡

●   整個電池組的電壓和電流測量

●   電池溫度監(jiān)測

●   功率切換和配電

●   絕緣監(jiān)測

顯然，BMS的核心部分是電池監(jiān)測和平衡IC。但是，并非所有BMS功能都必須由電池監(jiān)測器執(zhí)行。例如，如果沒有電池監(jiān)測器進行電流測量，則需要一個額外的電流監(jiān)測器，以及一個ADC和數(shù)字隔離器（如ISO6721-Q1）。為了降低系統(tǒng)成本，最好將此功能集成到電池監(jiān)測器中。

縮小解決方案尺寸，節(jié)約時間和BOM

如果所有BMS功能都可以在電池監(jiān)測器中執(zhí)行，則可以顯著節(jié)約開發(fā)時間、減小解決方案尺寸和降低BOM成本。圖3展示了一個48V BMS系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于BQ75614-Q1符合ASIL-D級要求、具有集成電流檢測功能的14芯串聯(lián)汽車類精密電池監(jiān)測器、平衡器、保護器。

圖3 48V HEV基于BQ75614-Q1的BMS

與圖2相比，我們可以看到元件數(shù)量明顯減少。集成的電流檢測、電芯平衡、LDO和保險絲/開關(guān)監(jiān)測等功能可節(jié)約其他外部元件的成本。靈活的通用輸入/輸出(GPIO)引腳可通過提供I2C接口或擴展ADC輸入的數(shù)量來擴展功能，例如使用NTC熱敏電阻測量電池溫度。

高電壓精度對于應用日益廣泛的磷酸鐵鋰(LFP)電池至關(guān)重要。在精度方面，BQ75614-Q1實現(xiàn)了2mV的高電壓精度。0.3%的高電流精度和固有的電壓同步功能可實現(xiàn)更準確的充電狀態(tài)(SoC)和運行狀況(SoH)估計，從而延長電池壽命。

BQ79614-Q1具有用于電壓、溫度和電流診斷的內(nèi)置冗余路徑，從而實現(xiàn)功能安全合規(guī)性。可提供文檔來協(xié)助進行符合ISO 26262標準的系統(tǒng)設(shè)計，并實現(xiàn)高達ASIL D級（在電芯電壓、電流和溫度測量及通信方面）和ASIL B級（在過壓/欠壓和過溫/欠溫保護方面）的功能安全系統(tǒng)要求。該器件通過多個內(nèi)置診斷功能，還可實現(xiàn)100ms的故障檢測時間間隔(FDTI)，從而釋放MCU以完成其他任務。

BQ75614-Q1具有與用于高壓BMS的可堆疊BQ7961x-Q1系列相同的多個特性，包括封裝、引腳排列、功能控制和寄存器映射。因此，為BQ75614-Q1開發(fā)的硬件和軟件可以輕松移植到該系列中的其他器件，從而節(jié)省開發(fā)時間。

很明顯，快速發(fā)展的HEV市場需要在成本和性能方面更具競爭力的BMS解決方案。只有提供具有更強性能、更多功能和更高集成度的創(chuàng)新器件來實現(xiàn)更智能的BMS，才能應對這一挑戰(zhàn)。