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在48V系统中使用更智能的BMS以节约空间、时间和物料清单
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在48V系统中使用更智能的BMS以节约空间、时间和物料清单

2021-12-17 16:53:13 来源:德州仪器

【哔哥哔特导读】在我们实现交通零排放的道路上,混合动力电动汽车(HEV)是从内燃机(ICE)到纯电动汽车(BEV)之间的自然过渡。这个过渡期将持续数年,并会根据电气化水平划分出几种类型的混合动力电动汽车。

在我们实现交通零排放的道路上,混合动力电动汽车(HEV)是从内燃机(ICE)到纯电动汽车(BEV)之间的自然过渡。这个过渡期将持续数年,并会根据电气化水平划分出几种类型的混合动力电动汽车。一种是轻混合动力汽车,通常配备 48V 电池以支持有限的电力推进。另一种是带纯电动推进和车载充电器(OBC)的插电式混合动力汽车。

最新预测显示,48V轻混合动力电动汽车将主导HEV/BEV市场,如图 1 所示。消费者的偏好将推动这一需求,因此,汽车制造商必须能够改变现有的汽车架构,以满足排放法规,并避免完全重新设计所产生的费用和时间。

在48V系统中使用更智能的BMS以节约空间、时间和物料清单

图 1:全球xEV市场趋势;来源:Strategy Analytics

面对激烈的竞争,HEV制造商在平衡成本和性能的同时寻求理想的解决方案。在本文中,我们将讨论选择具有集成功能的智能电池监测器如何帮助您实现设计优势,例如高精度电池监控、高级别的功能安全和BOM节约等等。

48V HEV电池管理系统

当今的轻混合动力电动汽车通常具有缩小尺寸的ICE,以及提供有限电力推进和支持电子扭矩辅助等大功率负载的48V电池。这种48V电池需使用电池管理系统(BMS)来实现监控、保护、配电和其他辅助功能。出于安全原因,传统的低压12V电池仍在应用。

48V BMS由12V侧电池控制单元(BCU)和48V侧与电池分配单元(BDU)组合的电池监控单元(CSU)组成,如图 2 所示。发动机控制单元(ECU)与BMS分开,并通过CAN接口控制BMS。为了提高安全性,BCU和CSU通常是隔离的。

在48V系统中使用更智能的BMS以节约空间、时间和物料清单

图 2:48V HEV的典型BMS

常见的BMS功能有:

·监控各电芯电压并实现电量平衡

·整个电池组的电压和电流测量

·电池温度监测

·功率切换和配电

·绝缘监测

显然,BMS的核心部分是电池监测和平衡IC。但是,并非所有BMS功能都必须由电池监测器执行。例如,如果没有电池监测器进行电流测量,则需要一个额外的电流监测器,以及一个ADC和数字隔离器(如ISO6721-Q1)。为了降低系统成本,最好将此功能集成到电池监测器中。

缩小解决方案尺寸,节约时间和BOM

如果所有BMS功能都可以在电池监测器中执行,则可以显著节约开发时间、减小解决方案尺寸和降低BOM成本。图3展示了一个48V BMS系统,该系统基于BQ75614-Q1符合ASIL-D级要求、具有集成电流检测功能的14芯串联汽车类精密电池监测器、平衡器、保护器。

在48V系统中使用更智能的BMS以节约空间、时间和物料清单

图3:48V HEV基于BQ75614-Q1的BMS

与图2相比,我们可以看到元件数量明显减少。集成的电流检测、电芯平衡、LDO和保险丝/开关监测等功能可节约其他外部元件的成本。灵活的通用输入/输出(GPIO)引脚可通过提供I2C接口或扩展ADC输入的数量来扩展功能,例如使用NTC热敏电阻测量电池温度。

高电压精度对于应用日益广泛的磷酸铁锂(LFP)电池至关重要。在精度方面,BQ75614-Q1实现了2mV的高电压精度。0.3%的高电流精度和固有的电压同步功能可实现更准确的充电状态(SoC)和运行状况(SoH)估计,从而延长电池寿命。

BQ79614-Q1具有用于电压、温度和电流诊断的内置冗余路径,从而实现功能安全合规性。可提供文档来协助进行符合ISO 26262标准的系统设计,并实现高达ASIL D级(在电芯电压、电流和温度测量及通信方面)和ASIL B级(在过压/欠压和过温/欠温保护方面)的功能安全系统要求。该器件通过多个内置诊断功能,还可实现100ms的故障检测时间间隔(FDTI),从而释放MCU以完成其他任务。

BQ75614-Q1具有与用于高压BMS的可堆叠BQ7961x-Q1系列相同的多个特性,包括封装、引脚排列、功能控制和寄存器映射。因此,为BQ75614-Q1开发的硬件和软件可以轻松移植到该系列中的其他器件,从而节省开发时间。

很明显,快速发展的HEV市场需要在成本和性能方面更具竞争力的BMS解决方案。只有提供具有更强性能、更多功能和更高集成度的创新器件来实现更智能的BMS,才能应对这一挑战。

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