如何最大限度地发挥电动汽车电池的全部潜力

Konrad Lorentz 盖世汽车快讯2022-2-15 17:05:13

电动汽车的迅速普及加速了电池技术的创新,其中包括电池管理半导体。其中一个重要方面是集成,集成可带来简化设计、提高安全性和性能等优势。该领域的新进展将有助于最大限度地发挥电动汽车电池的潜力,同时又不会损害电池的健康和安全。

保障安全和能效

电动汽车电池发生故障的原因有很多。碰撞后的机械应力或损坏可能会击穿电池组或损坏单个电池芯。过度充电等电应力也可能会导致安全问题,并缩短整体电池寿命。

电池管理系统(BMS)有助于监测电动汽车电池的安全性和能效。系统的主要功能是确保电池组中的每个锂离子电池运行的电压、电流和温度都处于安全运行区(SOA)内。脱离安全运行区(SOA)可能会导致严重后果,例如电池出现重大故障,或者更严重的是热失控。因此,电池接线盒(BJB)特别重要。

1.jpg

恩智浦汽车充电解决方案为电池安全保驾护航

电池接线盒在系统中起着重要作用

电池接线盒(BJB)是电池管理系统(BMS)中的3个功能模块之一。接线盒可测量并记录电池总电压和进出电池的电流,从而精确计算其充电状态(SOC)。这可以实现精确的里程计算,让驾驶员知道电池还能够驱动车辆行驶多少千米。它还实现了安全关键功能,如接触器和隔离监测,以及过流检测。BJB需要满足汽车应用ASIL C级或D级电流和电压测量功能安全要求。

高压系统通信面临的挑战是如何将低压半导体(12V)与高压(400V)电池侧隔离开。在这方面,过去与BMU的通信是通过CAN总线进行的,但通过变压器物理层(TPL)以菊花链形式连接BJB是一个有吸引力的替代方案。TPL接口专为BMS设计,支持高达2kV的高隔离电压。这种解决方案具有多种优势,包括更强劲的电磁兼容性(EMC)特性、更高的高压隔离、更快的通信速度和同步测量。其结果是降低了与本地软件有关的复杂性,并降低了物料成本。

2.jpg

作为独立模块,BJB需要自带软件的板载MCU

功能安全环境中的通信

使用灰色通道方法可以实现功能安全通信。灰色通道是一个抽象术语,指通过本质上不安全的通道进行的安全传输。虽然不能为其分配ASIL等级,但它被视为质量管理(QM)等级,这是最低的安全等级。因此,灰色通道允许使用质量管理(QM)级的设备建立ASIL级的通信路径。要在系统层面实现ASIL评级,需要确保在整个通信路径中数据都不会被操纵。从源头对数据实施保护,在目的地将其解码。由于数据在源头受到了保护没有被操控,在数据传输的整个过程均可进行错误检测,因此在该过程中发生的情况可以忽略不计。

在BJB中使用灰色通道方法,可以将信息从BJB转移到电池管理单元(BMU),而无需对通信设备进行额外的安全保护工作。

集成解决方案有助于节省时间和成本

专门针对BJB应用的新兴半导体在一个设备中集成了所有必要功能。举例来说,恩智浦的MC33772C通过库仑计数提供从毫安到千安的精确电流传感。

该设备提供多种先进的电压和温度测量功能,带有诊断功能的内置平衡晶体管简化了BJB应用。它还支持标准SPI和与MCU的隔离菊花链通信,能够处理和控制多达63个节点。其他诊断和功能安全功能包括检测内部和外部故障,例如开路、短路和泄漏。这款稳定耐用的设备符合AEC Q-100标准,可热插拔,支持ISO 26262标准,具有高达ASIL D的安全等级。

3.jpg

MC33772C结构框图:6通道锂离子电池控制器IC

这种设计简化加快了一级供应商和汽车制造商的产品上市速度,减少了相关的开发成本,同时提高车辆的续航里程和安全性,延长电池寿命,加快向零碳排放运输的转型。

开发板现已供货,请在此处开始您的下一个设计。

作者:

4.jpg

恩智浦半导体电池管理系统产品经理,Konrad Lorentz

Konrad Lorentz拥有德国劳特林根大学(Reutlingen University)国际项目工程学士学位。2020年,他通过一篇关于“汽车价值链”的论文加入恩智浦,目前担任BMS营销团队的产品经理。

《乘用车电气化市场与技术分析月刊》