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          開(kāi)發(fā)電池管理解決方案時(shí)需要注意的五個(gè)事項(xiàng)

          作者:意法半導(dǎo)體博客 時(shí)間:2022-04-13 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏


          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202204/433016.htm

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          系統(tǒng) (BMS) 正悄然改變著電動(dòng)交通工具。今年年初,發(fā)布了L9963E電池監(jiān)測(cè)保護(hù)芯片,旨在解決全球包括中國(guó)新能源汽車(chē)共同面臨的系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題。新產(chǎn)品采用一個(gè)獨(dú)特的架構(gòu),能夠測(cè)量4到14個(gè)串聯(lián)電池單體,樣本信號(hào)之間解除同步?jīng)]有任何延遲,測(cè)試結(jié)果證明,雖然可以菊鏈?zhǔn)竭B接 31個(gè)L9963E,但是整鏈延遲仍然不到 4 μs。

          然而,L9963E 遠(yuǎn)不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓測(cè)量器或典型的庫(kù)侖計(jì)算器,因此,我們還發(fā)布了一份白皮書(shū)深入探討 BMS 設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。此外,為了進(jìn)一步幫助工程師和決策者設(shè)計(jì)BMS,我們還想探討一下在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)必須考慮的五個(gè)事項(xiàng)。

          為什么要用電池管理系統(tǒng)?

          BMS 測(cè)量電池單體的電流和電壓,并將信息發(fā)送給荷電狀態(tài) SOC應(yīng)用系統(tǒng),確定電池的運(yùn)行狀態(tài)。在使用一段時(shí)間后,電池實(shí)際最大容量會(huì)降低。BMS的測(cè)量數(shù)據(jù)可以計(jì)算電池的實(shí)際最大容量,幫助系統(tǒng)確定電池的健康狀態(tài) (SOH) 和剩余使用壽命 (RUL),估算電池是否仍然在正常工作或者是否需要更換,并可以啟用附加的電池優(yōu)化功能。通過(guò)確定每個(gè)電池單體的 SOC 和 SOH狀況,BMS 可以均衡電池單體的充放電操作,確保所有電池單體損耗均勻一致,從而延長(zhǎng)電池的使用壽命并得到更高性能。現(xiàn)在,L9963E 還在確保電池安全運(yùn)行方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

          1.注意測(cè)量的準(zhǔn)確度和速度

          理解準(zhǔn)確度

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          電動(dòng)汽車(chē)中的動(dòng)力電池包

          一直以來(lái),工程師首先關(guān)注的是 BMS 的測(cè)量準(zhǔn)確度。如果系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,缺乏有價(jià)值的信息,用戶(hù)將會(huì)有巨大的挫敗感。因此,在BMS 測(cè)量每個(gè)電池單體的狀態(tài)時(shí),準(zhǔn)確度必須非常高,而且速度也必須非???,否則,當(dāng)芯片讀完電池組的最后一個(gè)單體時(shí),第一個(gè)單體的報(bào)告測(cè)量值已經(jīng)不再準(zhǔn)確,應(yīng)用系統(tǒng)無(wú)法提供真實(shí)反映電池荷電狀態(tài)的結(jié)果。

          最大誤差±2 mV

          L9963E 的電壓測(cè)量準(zhǔn)確度非常高,最大誤差為 ±2 mV,同時(shí)還能測(cè)量電流,了解每個(gè)電池單體的實(shí)際容量。此外,該產(chǎn)品的架構(gòu)確保每個(gè)電池單體都有專(zhuān)門(mén)的資源用于處理芯片監(jiān)測(cè)到的電數(shù)據(jù),而市面同類(lèi)產(chǎn)品通常在電池單體之間共享數(shù)據(jù)處理資源。通過(guò)為每個(gè)單體提供專(zhuān)用處理資源,我們可以提供同步讀數(shù),并可以避免因解除同步而引起的延遲。在菊鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi),L9963E 還可以通過(guò)串行總線通信,帶寬達(dá)到2.66 Mbps,而業(yè)內(nèi)帶寬大多數(shù)都徘徊在 1 Mbps 左右。因此,讀取和處理 434 個(gè)電池單體需要 4 毫秒到 16 毫秒。

          2.電池管理系統(tǒng):注意安全性,這是重中之重

          了解安全性

          BMS 安全性往往會(huì)被很多設(shè)計(jì)人員所忽視。BMS系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度有助于提高電池性能,還可以確定在電池上是否存在過(guò)壓和欠壓,或者是否出現(xiàn)過(guò)熱或過(guò)流。如,在發(fā)生碰撞事故時(shí),電動(dòng)汽車(chē)必須能夠判斷電池參數(shù)不在正常安全值內(nèi),并立即啟動(dòng)電池關(guān)閉程序,否則會(huì)造成災(zāi)難性損失。

          獨(dú)特冗余

          這些功能要求芯片具有很高的魯棒性,即使在惡劣環(huán)境下仍能正常工作。防止讀數(shù)錯(cuò)誤也很重要,在汽車(chē)高速巡航時(shí),讀數(shù)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致電池包關(guān)閉,這是非常危險(xiǎn)的。L9963E 具有獨(dú)特的冗余功能,能夠交叉檢查模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC),確保轉(zhuǎn)換結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤。如果當(dāng)前ADC發(fā)生異常,L9963E可以強(qiáng)制相鄰的 ADC 接管異常ADC 并排除故障。

          3.注重性?xún)r(jià)比

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          EVAL-L9963E-MCU

          隨著電動(dòng)汽車(chē)變得越便宜,成本制約因素變得越重要。功能強(qiáng)大但價(jià)格太高的芯片會(huì)失去大部分吸引力。與眾不同的是,L9963E提供豐富的功能,但是沒(méi)有增加裸片尺寸,繼續(xù)保持成本效益。此外,傳統(tǒng)的 BMS芯片要求每個(gè)電池單體必須并聯(lián)一個(gè)外部齊納二極管。在組裝過(guò)程中,系統(tǒng)無(wú)法知道哪個(gè)電池單體第一個(gè)接觸連接器,而且,這始終是一個(gè)隨機(jī)事件,因此,每個(gè)電池單體上的齊納二極管都要保護(hù)電池管理芯片。L9963E采用熱插拔和穩(wěn)健架構(gòu),工程師可以不用這些齊納二極管,從而簡(jiǎn)化了印刷電路板布局,降低了總體成本。

          4.兩塊評(píng)估板配合一個(gè)強(qiáng)大的 MCU,不僅可以開(kāi)發(fā)原型,還能擴(kuò)大視野

          了解生態(tài)系統(tǒng)

          成功的電池管理系統(tǒng)始于簡(jiǎn)易的概念驗(yàn)證。 為 L9963E 提供兩塊評(píng)估板。第一塊評(píng)估板 EVAL-L9963E-MCU包括一個(gè)微控制器,并帶有圖形用戶(hù)界面軟件 SW-L9963E,可幫助開(kāi)發(fā)人員更快地創(chuàng)建應(yīng)用。第二塊評(píng)估板EVAL-L9963E-NDS插接在第一塊板子上,可以菊花鏈連接多個(gè)L9963E評(píng)估板。

          L9963E 與 SPC58 Chorus配合使用

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          EVAL-L9963E-NDS

          有許多客戶(hù)都喜歡將 L9963E 與 SPC58 Chorus MCU搭配使用,因?yàn)閼?yīng)用需要保存 BMS系統(tǒng)輸出的大量數(shù)據(jù)點(diǎn),這款微控制器具有6 MB 或更高的存儲(chǔ)空間,可以滿(mǎn)足該應(yīng)用的全部存儲(chǔ)需求,多核架構(gòu)使開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)iT(mén)指定一個(gè)核心處理電池管理任務(wù),把其他核心分配給其他常見(jiàn)應(yīng)用。這款MCU還有很多外設(shè)接口,包括6條FlexCAN總線,讓整個(gè)設(shè)計(jì)更加靈活。

          5.電池管理系統(tǒng):關(guān)注未來(lái),著眼現(xiàn)在

          所有工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)都力圖著眼于未來(lái),但是,對(duì)于電池管理系統(tǒng),設(shè)計(jì)不僅要考慮到明天的汽車(chē),還要考慮到目前正在使用 BMS 的所有新產(chǎn)品,如,電動(dòng)自行車(chē)和踏板車(chē),或便攜式醫(yī)療設(shè)備等。L9963E 的應(yīng)用靈活性較高,除傳統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)外,還適用于其他的很多設(shè)計(jì)。最少能夠測(cè)量四個(gè)電池單體,10 毫米 x 10 毫米 TQFP64EP 小封裝,以及成本效益,這些優(yōu)點(diǎn)讓一家企業(yè)可以使用相同的 器件輕松開(kāi)發(fā)各種類(lèi)型的車(chē)輛或應(yīng)用,從而節(jié)省開(kāi)發(fā)成本。



          評(píng)論


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