適用于 48V 系統(tǒng)的更智能 BMS 的電源方案

在我們實(shí)現(xiàn)零排放運(yùn)輸?shù)牡缆飞?，混合?dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV) 呈現(xiàn)出從內(nèi)燃機(jī) (ICE) 到純電動(dòng)汽車 (BEV) 的自然過渡。這個(gè)過渡期將需要數(shù)年時(shí)間，并會(huì)根據(jù)電氣化水平引入幾種類型的混合動(dòng)力汽車。一方面，我們有輕度混合動(dòng)力汽車，通常配備 48V 電池，支持有限的電力推進(jìn)。另一方面，我們有帶純電動(dòng)推進(jìn)和車載充電器 (OBC) 的插電式混合動(dòng)力車。

最新預(yù)測(cè)顯示，48V 輕度混合動(dòng)力汽車將主導(dǎo) HEV/BEV 市場(chǎng)，如圖 1 所示。消費(fèi)者偏好正在推動(dòng)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)，足以滿足排放法規(guī)，而不會(huì)產(chǎn)生完全重新設(shè)計(jì)的費(fèi)用和時(shí)間。

圖 1：全球 xEV 市場(chǎng)趨勢(shì)；資料來源：戰(zhàn)略分析

面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，HEV 制造商在平衡成本和性能的同時(shí)尋求最佳解決方案。在本文中，我們將討論選擇具有集成功能的智能電池監(jiān)控器如何幫助您實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，例如高精度電池監(jiān)控、高水平的功能安全性和 BOM 節(jié)省等等。

48V HEV 電池管理系統(tǒng)

當(dāng)今的輕度混合動(dòng)力汽車通常具有縮小尺寸的 ICE，以及提供有限電力推進(jìn)和支持電子扭矩輔助等高功率負(fù)載的 48V 電池。這種 48V 電池需要一個(gè)電池管理系統(tǒng) (BMS)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、保護(hù)、配電和其他輔助功能。出于安全原因，傳統(tǒng)的低壓 12V 電池仍然存在。

48-V BMS 由 12-V 側(cè)的電池控制單元 (BCU) 和與 48-V 側(cè)的電池分配單元 (BDU) 組合的電池監(jiān)控單元 (CSU) 組成，如圖 1 所示. 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）分離，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：

· 單個(gè)電池單元的電壓監(jiān)控和平衡

· 整個(gè)電池組的電壓和電流測(cè)量

· 電池溫度監(jiān)測(cè)

· 電源開關(guān)和分配

· 絕緣監(jiān)測(cè)

顯然，BMS 的核心部分是電池監(jiān)控和平衡 IC。但是，并非所有 BMS 功能都必須由電池監(jiān)視器執(zhí)行。例如，如果沒有在電池監(jiān)視器中實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量，則需要一個(gè)額外的電流監(jiān)視器，以及一個(gè) ADC 和一個(gè)數(shù)字隔離器。為了降低系統(tǒng)成本，最好將此功能集成到電池監(jiān)控器本身中。

縮小解決方案尺寸，節(jié)省時(shí)間和 BOM

如果所有 BMS 功能都可以在電池監(jiān)視器中執(zhí)行，則可以顯著節(jié)省開發(fā)時(shí)間、解決方案尺寸和 BOM 成本。圖 3 顯示了圍繞BQ75614-Q1構(gòu)建的48V BMS 系統(tǒng)、14S汽車精密電池監(jiān)視器、平衡器、保護(hù)器和符合 ASIL-D 標(biāo)準(zhǔn)的集成電流感應(yīng)。 

圖 3：用于 48V HEV 的基于 BQ75614-Q1 的 BMS

與圖 2 相比，我們可以看到組件數(shù)量顯著減少。集成電流檢測(cè)、電池平衡、LDO 和保險(xiǎn)絲/開關(guān)監(jiān)控可節(jié)省額外外部組件的成本。靈活的通用輸入/輸出 (GPIO) 引腳可用于通過提供 I2C 接口或擴(kuò)展 ADC 輸入的數(shù)量來擴(kuò)展功能，例如使用 NTC 熱敏電阻測(cè)量電池溫度。

高電壓精度對(duì)于與日益流行的磷酸鐵鋰 (LFP) 電池的兼容性至關(guān)重要。在精度方面，BQ75614-Q1 實(shí)現(xiàn)了 2 mV 的高電壓精度。具有固有電壓同步的 0.3% 高電流精度允許更準(zhǔn)確的充電狀態(tài) (SoC) 和健康狀態(tài) (SoH) 估計(jì)，從而擴(kuò)展電池范圍。

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(shí)現(xiàn)功能安全合規(guī)性。文檔可用于幫助 ISO 26262 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并在電池電壓、電流和溫度測(cè)量和通信方面達(dá)到 ASIL D 級(jí)，以及在過壓/欠壓和過溫/欠溫保護(hù)方面達(dá)到 ASIL B 級(jí)要求. 該器件還具有通過使用多個(gè)內(nèi)置診斷在 100 毫秒內(nèi)完成故障檢測(cè)時(shí)間間隔 (FDTI) 的能力，從而釋放 MCU 以完成其他任務(wù)。

BQ75614-Q1 與用于高壓 BMS 的可堆疊 BQ7961x-Q1 系列共享多個(gè)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(shí)間。

很明顯，快速增長(zhǎng)的 HEV 市場(chǎng)需要在成本和性能方面更具競(jìng)爭(zhēng)力的 BMS 解決方案。只有提供具有改進(jìn)性能、附加功能和更高集成度的創(chuàng)新部件，從而實(shí)現(xiàn)更智能的 BMS，才能解決這一挑戰(zhàn)。