利用高壓電池管理架構(gòu)降低部件成本

各種電池結(jié)構(gòu)都有其固有的優(yōu)缺點(diǎn)。汽車OEM廠商需要分析并確定哪種架構(gòu)更適合自家的生產(chǎn)模式，同時(shí)保持系統(tǒng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。使用兩個(gè)獨(dú)立的400V電池是解決這一挑戰(zhàn)的創(chuàng)新性解決方案。

兩塊400V的電池在充電時(shí)可以串聯(lián)（總共800V），減少充電時(shí)間，而在驅(qū)動(dòng)時(shí)可以并聯(lián)（400V）。從而保證標(biāo)準(zhǔn)的大容量400V傳動(dòng)系統(tǒng)部件（如逆變器和車載充電器）在使用時(shí)，其容量和范圍不受影響。

 
圖一 : 使用TPL的800V HVBMS架構(gòu)

這種方法允許快速充電和復(fù)用現(xiàn)有的400V解決方案，對(duì)于設(shè)計(jì)人員兩全其美。成本在掌控之中，而充電速度更快將帶來巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，更能吸引消費(fèi)者。


 
圖二 : xEV動(dòng)力的關(guān)鍵系統(tǒng)

圖二顯示了電動(dòng)汽車動(dòng)力的關(guān)鍵系統(tǒng)，圖中為主高壓（HV）電池及其管理系統(tǒng)。低電壓（LV）側(cè)為鉛酸電池或鋰電池，電壓通常為12~14 V，可以提供車內(nèi)照明、門鎖、導(dǎo)航和駕駛輔助系統(tǒng)所需的較低電壓。12V電池還可作為備用電源，在主高壓電池無法供電的情況下接管關(guān)鍵安全功能，如轉(zhuǎn)向。

任何解決方案都有不可妥協(xié)的標(biāo)準(zhǔn)，無論成本高低。汽車必須具備功能安全性，無論在哪里出售，都必須符合所有相關(guān)安全和環(huán)保法規(guī)。此外，汽車還需要提供消費(fèi)者心儀的功能和優(yōu)勢(shì)，這就意味著汽車必須具有足夠的續(xù)航能力、性能和舒適度以及時(shí)尚感。

設(shè)計(jì)人員在滿足參數(shù)要求的同時(shí)，如何降低成本？
首先應(yīng)查看其物料清單（BOM）上的組件?？纯次锪锨鍐问欠褡詈?jiǎn)化？是否可以使用成本更低、整合度更高的替代產(chǎn)品替換某個(gè)組件？替換某個(gè)組件是否會(huì)帶來其他方面的好處，例如利用處理器或系統(tǒng)單芯片系統(tǒng)（SoC）減少所需外部的部件數(shù)量？

例如，模擬前端（AFE）是電池管理系統(tǒng)（BMS）的重要組成部分，不僅能從電池單元獲取數(shù)據(jù)，還能對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化和調(diào)節(jié)。通過使用高度整合的AFE（如恩智浦14信道的電池單元控制器MC33775A），可以減少所需的電纜數(shù)量，降低BOM的成本并削減整體系統(tǒng)成本。

然后，設(shè)計(jì)人員可以考慮生產(chǎn)和制造過程。能否選擇可以自動(dòng)化組裝的組件來降低成本？

此外，通過可跨多種車型復(fù)用和擴(kuò)展的模塊化設(shè)計(jì)，是否可以節(jié)約成本？這種方法現(xiàn)在非常普遍，用統(tǒng)一的汽車平臺(tái)支持各種車型。也就是說，汽車廠商不僅可以為消費(fèi)者提供多種選擇，還不會(huì)造成開發(fā)成本激增，甚至還能從組件成本的規(guī)模經(jīng)濟(jì)中受益。例如大眾汽車將恩智浦的BMS系統(tǒng)引入其MEB平臺(tái)，大大降低了該系統(tǒng)在多款車型上的推廣難度，大眾計(jì)劃在2029年之前向市場(chǎng)推出多達(dá)75款全電動(dòng)汽車，采用BMS系統(tǒng)將帶來很大的優(yōu)勢(shì)。

更具體地看一下BMS，BMS將從電池收集分析資料，以確定電池的SoC和健康度（State of Health；SoH）。BMS可以使用這些資料來管理電池，以獲得高性能、高續(xù)航和高使用壽命，還可以診斷任何問題。


 
圖三 : 汽車充電狀態(tài)

本文研究了設(shè)計(jì)人員如何降低電動(dòng)汽車的成本，尤其是與BMS相關(guān)的組件成本。雖然這些一般原則適用于各種電動(dòng)汽車，但在轉(zhuǎn)向800V架構(gòu)時(shí)可能尤為重要，因?yàn)椴捎?00V架構(gòu)可能組件成本更高，零組件替代來源更少。

（本文作者Emiliano Mediavilla Pons為恩智浦BMS團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用程序團(tuán)隊(duì)首席系統(tǒng)、產(chǎn)品和功能安全架構(gòu)師；Konrad Lorentz為恩智浦BMS營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)產(chǎn)品經(jīng)理）