【導讀】電動汽車的快速推出正在加速電池技術的創(chuàng)新，包括電池管理芯片。其中一個關鍵方面是通過集成，可以實現(xiàn)易于設計、安全性、高性能等好處。該領域的新進展有助于最大限度地發(fā)揮電動汽車電池的潛力，同時不影響電池的健康和安全。
電動汽車的快速推出正在加速電池技術的創(chuàng)新，包括電池管理芯片。其中一個關鍵方面是通過集成，可以實現(xiàn)易于設計、安全性、高性能等好處。該領域的新進展有助于最大限度地發(fā)揮電動汽車電池的潛力，同時不影響電池的健康和安全。
保障安全和效率
電動汽車電池可能因多種原因而失效。碰撞后的機械應力或損壞可能會刺穿電池組或損壞單個電池。電應力，例如過度充電，也可能導致安全問題并降低整體電池壽命。
電池管理系統(tǒng) (BMS) 有助于監(jiān)控 EV 電池的安全性和效率。其主要功能之一是確保電池組中的每個鋰離子電池都在其由電壓、電流和溫度定義的安全工作區(qū) (SOA) 內(nèi)運行。在相當嚴格的 SOA 之外運行可能會導致嚴重后果，例如電池的災難性故障，或者更糟糕的是，熱失控。這就是為什么電池接線盒 (BJB) 特別重要的原因。
電池接線盒起著關鍵作用
BJB 是 BMS 中的三個功能模塊之一。它測量并記錄總電池電壓以及流入和流出電池的電流，從而精確計算其充電狀態(tài) (SOC)。這可以實現(xiàn)精確的里程計算，讓駕駛員知道電池的剩余量。它還實現(xiàn)了關鍵安全功能，如接觸檢查、隔離監(jiān)控和過流檢測。BJB 需要滿足汽車應用中電流和電壓測量的 ASIL C 或 ASIL D 功能安全級別。
高壓系統(tǒng)通信的一個挑戰(zhàn)是將低壓半導體 (12 V) 與高壓 (400 V) 電池側隔離開來。在這里，BMU（電池管理單元） 的通信傳統(tǒng)上是通過 CAN 總線進行的，但通過變壓器物理層 (TPL) 以菊花鏈方式連接 BJB 是一種有吸引力的替代方案。TPL 接口專為 BMS 設計，支持高達 2kV 的高隔離電壓。這種解決方案的好處包括更強大的電磁兼容性 (EMC) 特性、更高的高壓隔離、更好的通信速度和同步測量。從而降低了軟件相關的復雜性并降低了 BOM 成本。
作為一個獨立的模塊，BJB 需要一個帶有自己軟件的板載 MCU
功能安全環(huán)境中的通信
使用灰色通道方法可以實現(xiàn)功能安全的通信。
灰色通道是一個抽象術語，指的是通過一個既不功能安全也不物理安全的通道進行安全可靠的傳輸。盡管不能為其分配 ASIL 等級，但它被認為是質量管理 (QM) 等級，這是最低的安全級別。因此，灰色通道允許使用 QM 等級的設備來建立 ASIL 等級的通信路徑。要在系統(tǒng)級別達到 ASIL 等級，您需要確保在整個通信路徑中沒有數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)在來源處受到保護，在目的地處被解碼。在數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生的事情可以忽略不計，因為您始終可以檢測到錯誤，因為數(shù)據(jù)在源頭受到保護而不會被操縱。
通過在 BJB 中使用灰色通道方法，可以將智能從 BJB 轉移到電池管理單元 (BMU)，而無需在通信上花費額外的安全。
集成解決方案有助于節(jié)省時間和成本
專門針對 BJB 應用的新興半導體將所有必需的功能集成在一個設備中。例如，NXP 的 MC33772C 提供從毫安到千安的精確電流感應，并帶有庫侖計數(shù)功能。
該器件提供多種先進的電壓和溫度測量功能，具有診斷功能的嵌入式平衡晶體管簡化了 BJB 應用。它還支持標準 SPI 和與 MCU 的隔離菊花鏈通信，以處理和控制多達 63 個節(jié)點。其他診斷和功能安全功能包括檢測內(nèi)部和外部故障，例如開路、短路和泄漏。
符合 AEC Q-100 標準的堅固設備可熱插拔，并支持 ISO 26262，具有高達 ASIL D 功能安全的能力。
MC33772C框圖：6通道鋰離子電池控制器IC
這種設計上的簡化縮短了Tier1和OEM的上市時間和相關的開發(fā)成本，同時提高了續(xù)航里程、安全性和電池壽命。
（來源：恩智浦，作者：Konrad Lorentz，電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理）
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