如何利用BMS系统最大限度地发挥电动汽车电池的全部潜力

本文作者：恩智浦电池管理系统产品经理Konrad Lorentz

电动汽车的快速推出正在加速电池技术的创新，包括电池管理芯片。其中一个关键方面是通过集成，可以实现易于设计、安全性、高性能等好处。该领域的新进展有助于最大限度地发挥电动汽车电池的潜力，同时不影响电池的健康和安全。

保障安全和效率

电动汽车电池可能因多种原因而失效。碰撞后的机械应力或损坏可能会刺穿电池组或损坏单个电池。电应力，例如过度充电，也可能导致安全问题并降低整体电池寿命。

电池管理系统 (BMS) 有助于监控 EV 电池的安全性和效率。其主要功能之一是确保电池组中的每个锂离子电池都在其由电压、电流和温度定义的安全工作区 (SOA) 内运行。在相当严格的 SOA 之外运行可能会导致严重后果，例如电池的灾难性故障，或者更糟糕的是，热失控。这就是为什么电池接线盒 (BJB) 特别重要的原因。

电池接线盒起着关键作用

BJB 是 BMS 中的三个功能模块之一。它测量并记录总电池电压以及流入和流出电池的电流，从而精确计算其充电状态 (SOC)。这可以实现精确的里程计算，让驾驶员知道电池的剩余量。它还实现了关键安全功能，如接触检查、隔离监控和过流检测。BJB 需要满足汽车应用中电流和电压测量的 ASIL C 或 ASIL D 功能安全级别。CAN保护板

高压系统通信的一个挑战是将低压半导体 (12 V) 与高压 (400 V) 电池侧隔离开来。在这里，BMU（电池管理单元） 的通信传统上是通过 CAN 总线进行的，但通过变压器物理层 (TPL) 以菊花链方式连接 BJB 是一种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。这种解决方案的好处包括更强大的电磁兼容性 (EMC) 特性、更高的高压隔离、更好的通信速度和同步测量。从而降低了软件相关的复杂性并降低了 BOM 成本。

作为一个独立的模块，BJB 需要一个带有自己软件的板载 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的通信。

灰色通道是一个抽象术语，指的是通过一个既不功能安全也不物理安全的通道进行安全可靠的传输。尽管不能为其分配 ASIL 等级，但它被认为是质量管理 (QM) 等级，这是最低的安全级别。因此，灰色通道允许使用 QM 等级的设备来建立 ASIL 等级的通信路径。要在系统级别达到 ASIL 等级，您需要确保在整个通信路径中没有数据操作。数据在来源处受到保护，在目的地处被解码。在数据传输过程中发生的事情可以忽略不计，因为您始终可以检测到错误，因为数据在源头受到保护而不会被操纵。CAN保护板

通过在 BJB 中使用灰色通道方法，可以将智能从 BJB 转移到电池管理单元 (BMU)，而无需在通信上花费额外的安全。

集成解决方案有助于节省时间和成本

专门针对 BJB 应用的新兴半导体将所有必需的功能集成在一个设备中。例如，NXP 的 MC33772C 提供从毫安到千安的精确电流感应，并带有库仑计数功能。

该器件提供多种先进的电压和温度测量功能，具有诊断功能的嵌入式平衡晶体管简化了 BJB 应用。它还支持标准 SPI 和与 MCU 的隔离菊花链通信，以处理和控制多达 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。

符合 AEC Q-100 标准的坚固设备可热插拔，并支持 ISO 26262，具有高达 ASIL D 功能安全的能力。

MC33772C框图：6通道锂离子电池控制器IC

这种设计上的简化缩短了Tier1和OEM的上市时间和相关的开发成本，同时提高了续航里程、安全性和电池寿命。