作者: Konrad Lorentz
電動(dòng)汽車(chē)的迅速普及加速了電池技術(shù)的創(chuàng )新，其中包括電池管理半導體。其中一個(gè)重要方面是集成，集成可帶來(lái)簡(jiǎn)化設計、提高安全性和性能等優(yōu)勢。該領(lǐng)域的新進(jìn)展將有助于最大限度地發(fā)揮電動(dòng)汽車(chē)電池的潛力，同時(shí)又不會(huì )損害電池的健康和安全。
保障安全和能效
電動(dòng)汽車(chē)電池發(fā)生故障的原因有很多。碰撞后的機械應力或損壞可能會(huì )擊穿電池組或損壞單個(gè)電池芯。過(guò)度充電等電應力也可能會(huì )導致安全問(wèn)題，并縮短整體電池壽命。
電池管理系統（BMS）有助于監測電動(dòng)汽車(chē)電池的安全性和能效。系統的主要功能是確保電池組中的每個(gè)鋰離子電池運行的電壓、電流和溫度都處于安全運行區（SOA）內。脫離安全運行區（SOA）可能會(huì )導致嚴重后果，例如電池出現重大故障，或者更嚴重的是熱失控。因此，電池接線(xiàn)盒（BJB）特別重要。
恩智浦汽車(chē)充電解決方案為電池安全保駕護航
電池接線(xiàn)盒在系統中起著(zhù)重要作用
電池接線(xiàn)盒（BJB）是電池管理系統（BMS）中的3個(gè)功能模塊之一。接線(xiàn)盒可測量并記錄電池總電壓和進(jìn)出電池的電流，從而精確計算其充電狀態(tài)（SOC）。這可以實(shí)現精確的里程計算，讓駕駛員知道電池還能夠驅動(dòng)車(chē)輛行駛多少千米。它還實(shí)現了安全關(guān)鍵功能，如接觸器和隔離監測，以及過(guò)流檢測。BJB需要滿(mǎn)足汽車(chē)應用ASIL C級或D級電流和電壓測量功能安全要求。
高壓系統通信面臨的挑戰是如何將低壓半導體（12V）與高壓（400V）電池側隔離開(kāi)。在這方面，過(guò)去與BMU的通信是通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行的，但通過(guò)變壓器物理層（TPL）以菊花鏈形式連接BJB是一個(gè)有吸引力的替代方案。TPL接口專(zhuān)為BMS設計，支持高達2kV的高隔離電壓。這種解決方案具有多種優(yōu)勢，包括更強勁的電磁兼容性（EMC）特性、更高的高壓隔離、更快的通信速度和同步測量。其結果是降低了與本地軟件有關(guān)的復雜性，并降低了物料成本。
作為獨立模塊，BJB需要自帶軟件的板載MCU
功能安全環(huán)境中的通信
使用灰色通道方法可以實(shí)現功能安全通信�；疑ǖ朗且粋�(gè)抽象術(shù)語(yǔ)，指通過(guò)本質(zhì)上不安全的通道進(jìn)行的安全傳輸。雖然不能為其分配ASIL等級，但它被視為質(zhì)量管理（QM）等級，這是最低的安全等級。因此，灰色通道允許使用質(zhì)量管理（QM）級的設備建立ASIL級的通信路徑。要在系統層面實(shí)現ASIL評級，需要確保在整個(gè)通信路徑中數據都不會(huì )被操縱。從源頭對數據實(shí)施保護，在目的地將其解碼。由于數據在源頭受到了保護沒(méi)有被操控，在數據傳輸的整個(gè)過(guò)程均可進(jìn)行錯誤檢測，因此在該過(guò)程中發(fā)生的情況可以忽略不計。
在BJB中使用灰色通道方法，可以將信息從BJB轉移到電池管理單元（BMU），而無(wú)需對通信設備進(jìn)行額外的安全保護工作。
集成解決方案有助于節省時(shí)間和成本
專(zhuān)門(mén)針對BJB應用的新興半導體在一個(gè)設備中集成了所有必要功能。舉例來(lái)說(shuō)，恩智浦的MC33772C通過(guò)庫侖計數提供從毫安到千安的精確電流傳感。
該設備提供多種先進(jìn)的電壓和溫度測量功能，帶有診斷功能的內置平衡晶體管簡(jiǎn)化了BJB應用。它還支持標準SPI和與MCU的隔離菊花鏈通信，能夠處理和控制多達63個(gè)節點(diǎn)。其他診斷和功能安全功能包括檢測內部和外部故障，例如開(kāi)路、短路和泄漏。這款穩定耐用的設備符合AEC Q-100標準，可熱插拔，支持ISO 26262標準，具有高達ASIL D的安全等級。
MC33772C結構框圖：6通道鋰離子電池控制器IC
這種設計簡(jiǎn)化加快了一級供應商和汽車(chē)制造商的產(chǎn)品上市速度，減少了相關(guān)的開(kāi)發(fā)成本，同時(shí)提高車(chē)輛的續航里程和安全性，延長(cháng)電池壽命，加快向零碳排放運輸的轉型。
開(kāi)發(fā)板現已供貨，請在此處開(kāi)始您的下一個(gè)設計。
作者：
Konrad Lorentz
恩智浦半導體電池管理系統產(chǎn)品經(jīng)理
Konrad Lorentz擁有德國勞特林根大學(xué)（Reutlingen University）國際項目工程學(xué)士學(xué)位。2020年，他通過(guò)一篇關(guān)于“汽車(chē)價(jià)值鏈”的論文加入恩智浦，目前擔任BMS營(yíng)銷(xiāo)團隊的產(chǎn)品經(jīng)理。 |
