電動汽車電池管理IC方案精選
發布時間:2017-03-24 責任編輯:wenwei
【導讀】我們常說的BMS(電池管理係統)功能主要有三種:通過測量動力電池的荷電狀態,為駕駛員提供剩餘的使用電量,以便提醒駕駛員能及時為電動電池進行充電;其次是對電池溫度進行監控管理,檢測電池工作時的溫度,並使用吹分機或散熱片來確保電池工作在最佳狀態;最後是實現電池的均衡管理,由於出廠製造誤差、或者使用過程中的存在通風性差異,電化學性能轉換不一等情況,對電池電壓、剩餘電量進行檢測,以防過度充電。
在BMS開發過程中,對BMS的危害分析有過壓(過充)、欠壓、過(guo)溫(wen)和(he)過(guo)流(liu)等(deng)危(wei)害(hai)事(shi)件(jian),如(ru)過(guo)壓(ya)可(ke)能(neng)是(shi)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)嚴(yan)重(zhong)的(de)事(shi)件(jian),尤(you)其(qi)長(chang)時(shi)間(jian)對(dui)電(dian)池(chi)過(guo)充(chong)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)性(xing)能(neng)下(xia)降(jiang)和(he)不(bu)可(ke)恢(hui)複(fu)性(xing)損(sun)壞(huai),甚(shen)至(zhi)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)變(bian)形(xing)、漏液情況發生。那麼,對於BMS係統安全設計的目標就是能夠及時發現電池過充、並通過合理的危害分析及評估,從單點失效和潛在失效等方麵考慮設計安全機製,最後做出恰當及時的處理。
恩智浦符合BMS功能安全的參考設計
恩智浦提供完整的電池管理係統解決方案,包括微控製器MCU、模擬前端電池控製器IC、隔離網絡高速收發器、係統基礎芯片SBC等。借助恩智浦的BMS方案,客戶可輕易實現基於CAN網絡或菊花鏈的電池管理係統。恩智浦提供多種符合ISO26262標準的器件,主控單元MPC574xP安全等級達到ASIL-D,模擬前端電池控製器MC33771安全等級達到ASIL-C,SBC(System Basic Chip)係統基礎芯片FS45/65安全等級達到ASIL-D。采用這套方案可簡化軟硬件設計,幫助客戶輕鬆實現係統安全等級達到ASIL-C/D。此外,恩智浦提供符合功能安全的參考設計,極大加速客戶開發符合ISO26262標準的BMS產品。

恩智浦BMS菊花鏈式解決方案
在該方案中,主控單元采用的MPC574xP是一款基於Power architecture、具有lock step核的高性能、高安全性MCU。
SBC係統基礎芯片FS45/65不僅提供多種可配置的電源選擇,而且提供電源監控和眾多安全機製,支持fail-safe安全保護模式,MCU搭配SBC係統基礎芯片可實現更高的安全等級。
模擬前端MC33771負責電池數據的采集,一個MC33771最多可以接14節單體電池,多個MC33771可以級聯形成菊花鏈式通信。
MC33664作為MCU和MC33771的傳輸物理層,負責將SPI信號和差分信號進行轉換。
恩智浦的BMS解決方案支持多種網絡拓撲結構,包括集中式、分布式菊花鏈結構以及集中式、分布式CAN網絡結構。菊花鏈式網絡可顯著降低BOM成本,受製於通信距離限製,在目前的大巴車上,目前主要是基於CAN總線通信。恩智浦提供的BMS解決方案具有極大的靈活性,可滿足不同客戶的需求。
鑒於目前國內市場基於ISO26262的開發還處於起步階段,部分車廠和供應商的功能安全開發經驗不足,導致開發符合IS026262標準的BMS難度較大,並且要一下子達到係統級ASIL-C/D,係統開發成本高,挑戰性巨大。針對這種情況,恩智浦提供一種具有低成本優勢的方案,推薦主控單元MCU采用具有超高性價比的S32K14x,該係列MCU基於ARM Cortex M4內核,按照ISO26262標準設計,結合外部的係統基礎芯片FS45/65等,可使係統安全等級達到ASIL-B。另外,單個S32K14x達到ASIL-B等級,通過軟硬件冗餘設計也能使係統達到更高的安全等級ASIL-C。

恩智浦BMS CAN網絡解決方案
需要指出的是,在恩智浦公司,所有按照ISO26262標準開發的器件,都被囊括在恩智浦的SafeAssure計劃裏。SafeAssure 保證開發的產品符合ISO26262標準,並提供必要的支持,提供功能安全相關的文檔,如Safety Manual 和FMEDA等,Safety Manual詳細闡述了芯片所采用安全機製,並指導用戶如何使用芯片可以達到比較高的安全性等級。FMEDA展示了芯片失效模型、失效概率和診斷分析等,客戶可根據具體應用需求對FMEDA進行裁剪。
意法半導體麵向車載多媒體、支持局域網節能電源IC
(一)集成式多媒體mosfet電源管理芯片L5961

作為ST首款集成式MOSFET(麵向媒體的係統傳輸)網絡電源管理方案,電源管理IC L5961麵向目標為車載多媒體、信息娛樂係統。意法的mosfet技術主要用於在汽車環境內輕鬆地增裝CD或DVD播放器、車用收音機、個人導航儀等各種多媒體設備。
新款電源管理IC用於支持SMSC的mosfet網絡處理。L5961整合了電源和MOST兼容電源管理控製邏輯電路,以及強化的診斷和完備的係統監控功能(電源電壓、網絡狀態、喚醒事件和溫度)。
L5961電源管理芯片與SMSC網絡處理器組成芯片組,可充當任何一個MOST網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)的(de)組(zu)成(cheng)模(mo)塊(kuai),而(er)且(qie)讓(rang)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)之(zhi)間(jian)保(bao)持(chi)更(geng)大(da)的(de)獨(du)立(li)性(xing),網(wang)絡(luo)中(zhong)某(mou)一(yi)設(she)備(bei)的(de)開(kai)關(guan)時(shi)序(xu)或(huo)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)聯(lian)網(wang)的(de)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)。當(dang)芯(xin)片(pian)組(zu)通(tong)過(guo)驗(yan)證(zheng)即(ji)可(ke)用(yong)於(yu)所(suo)有(you)mosfet應用,無需重複進行驗證。
ST L5961集成電源管理控製邏輯電路及電源設計,印刷電路板尺寸縮小、製造成本和總體擁有成本更低、以及帶來更小的待機功耗。L5961支持多種功耗模式,其中超零功耗模式的正常靜態電流僅為5μA,遠遠低於分立器件取得的數值。
L5961的其它特性包括:集成一個給網絡處理器以及一個外接低壓設備供電的5V或3.3V、650mA DC-DC轉(zhuan)換(huan)器(qi),兩(liang)個(ge)給(gei)光(guang)纖(xian)發(fa)射(she)器(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)供(gong)電(dian)的(de)穩(wen)壓(ya)器(qi),具(ju)有(you)診(zhen)斷(duan)功(gong)能(neng)的(de)網(wang)絡(luo)物(wu)理(li)層(ceng)收(shou)發(fa)器(qi),此(ci)外(wai)還(hai)集(ji)成(cheng)三(san)個(ge)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)監(jian)測(ce)用(yong)電(dian)池(chi)檢(jian)測(ce)器(qi),在(zai)目(mu)前(qian)的(de)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)中(zhong),電(dian)池(chi)檢(jian)測(ce)器(qi)是(shi)單(dan)獨(du)存(cun)在(zai)的(de)功(gong)能(neng)。
(二)最新CAN技術規範、支持局域網絡節能減耗電源IC L99PM72PXP

意法推出的新款汽車電源管理係統IC L99PM72PXP,可支持先進網絡技術的汽車IC,大幅改善汽車燃油效率和尾氣二氧化碳排放量。通過局域網絡,能夠實現節能降耗的目的,這項最新CAN技術規範的新功能可將汽車CO2 排放量降低2g/km以上。
新款電源管理IC L99PM72PXP通過單片整合高速CAN(HS-CAN)和LIN物理層功能,新產品擁有製造完整車身電子控製器單元(ECU)所需的全部功能。該產品的設計針對某些特定用途,如空調控製模塊和車門控製器單元,以及車座椅模塊、後備廂模塊、掛車模塊、天窗模塊和後視鏡模塊。
與市場現有的標準CAN收發器或係統芯片不同的是,L99PM72PXP能夠自主監控CAN總線,無需模塊的主處理器介入,隻有檢測到正確地址的喚醒信號時才會啟動,L99PM72PXP以這種方式關閉CAN的局部網絡,有助於降低汽車的整體能耗。
先進的失效保護功能是L99PM72PXP附加且獨有的功能,可改進電子控製器的穩定性和可靠性。內置的微控製器監控、dianyuandianyajiankongyijiwendujiankongdengbaohugongnengweibimianguzhangfashengtigongzuiyoulidebaozhang。ciwai,xinchanpinjichengdaliangjuyouchengbenxiaoyidewaishegongneng,rushangxiaqiaobiqudongqi、運算放大器和穩壓器,從而能夠減少外部元器件的數量,進一步優化係統的總體成本。
淩力爾特整合電池組監視器+SmartMesh無線網格BMS係統
淩力爾特提供門類齊全的高性能電池充電器產品線,這些充電器IC提供諸多的電池安全及管理標準功能,包括片上電池預查驗、熱調節、NTC 接口以及采用 SMBus 或 I2C 接口的雙智能型電池係統管理。
在電池管理方麵,淩力爾特提供如電池充電器 IC、PMIC、USB電源管理器、電池電量測試芯片、多節電池的電池組監視器、電池平衡器及無線功率傳輸等等。
今年初慕尼黑上海電子展上,淩力爾特展示了業界首款無線電池管理係統 (BMS) 概念車。這款無線 BMS 概念車由淩力爾特的設計合作夥伴 LION Smart 開發,它把淩力爾特高度準確的電池組監視器及 SmartMesh? 無線網格網絡產品在 BMW i3 車型上進行了整合,取代了電池組和電池管理係統之間的傳統有線連接。

SmartMesh IP 無線網格網絡
整合型BMS係統采用LTC6811電池組監視器,這是一款麵向混合動力 / 電動汽車的完整電池測量器件,能夠測量多達 12 個串接式電池的電壓,並具有優於 0.04% 的準確度。把 LTC6811 與淩力爾特的 SmartMesh 無線網格網絡係統相組合,可解決汽車配線線束和連接器所引起並長期存在的可靠性問題。
多節電池的電池組監視器
淩力爾特的多節電池、高電壓電池組監視器係列是完整的電池監視 IC,它們內置了 12 位 ADC、精準的電壓基準、一個高電壓輸入多工器和一個串行接口。可以把這些器件串聯起來 (無需使用光耦合器或光隔離器) 以監視長串串接電池中每節電池。
該監視器係列的應用包括電動汽車和混合動力汽車、高功率便攜式設備、備份電池係統和高電壓數據采集係統。

具備高精準度的LTC6801/6802/6803電池組監視器係列
LTC6802-1 - 多節電池的電池組監視器

特點:
1.可測量多達 12 個串聯鋰離子電池的電壓 (最大值為 60V)
2.可堆疊式架構實現 > 1000V 的係統
3.0.25% 的最大總測量誤差
4.可在 13ms 完成一個係統中所有電池的測量
5.電量平衡:
- 內置無源電量平衡開關
- 提供片外無源電量平衡
6.具兩個熱敏電阻輸入和內置溫度傳感器
7.1MHz 可菊鏈式連接的串行接口
8.抗 EMI 的能力高
9.具內置噪聲濾波器的 ΔΣ 轉換器
10.導線開路連接故障檢測
11.低功率模式
12.采用 44 引腳 SSOP 封裝
典型應用:
- 電動汽車和混合動力汽車
- 高功率便攜式設備
- 備份電池係統
- 高電壓數據采集係統
電池平衡器LTC3300/LT8584係列
LTC3300 是一款故障保護控製器 IC,適用於對多節電池的電池組進行基於變壓器的雙向主動電荷平衡。該器件集成了所有相關的柵極驅動電路、高精度電池感測、故障檢測電路和一個帶內置看門狗定時器的堅固型串行接口。
每個 LTC3300 能利用一個高達 36V 的輸入共模電壓對多達 6 節串聯連接的電池進行電荷平衡。來自任意選定電池的電荷能以高效率在其自身與 12 節或更多節相鄰的電池之間來回傳輸。一個獨特的電平移位 SPI 兼容型串行接口能在不采用光耦合器或隔離器的情況下完成多個 LTC3300-1 器件的串聯連接,從而實現長串串接電池中每節電池的電荷平衡。
LT8584 是一款單片式反激 DC/DC zhuanhuanqi,zhuanweizhudongpinghenggaodianyadianchizuersheji。kaiguanwenyaqidegaoxiaolvxianzhudizengjialekeshixiandepinghengdianliu,tongshijianshaolefareliang。lingwai,zhudongpinghenghaikeshixianshipeidianchizuderonglianghuifu,zheshicaiyongbeidongpinghengxitongwufahuodedetexing。zaidianxingxitongzhong,kehuifuchaoguo 99% 的總電池容量。
LTC3300-1 - 高效率雙向多節電池的電池組平衡器
特點:
- 可實現多達 6 節串聯鋰離子或磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池的雙向同步反激式平衡
- 高達 10A 的平衡電流 (由外部組件設定)
- 與 LTC680x 係列的多節電池組監視器無縫集成
- 雙向架構最大限度地減少了平衡時間和耗散功率
- 電荷轉移效率高達 92%
- 可堆迭式架構可用於 >1000V 的係統
- 使用簡單的雙繞組變壓器
- 1MHz 可菊鏈式串行接口帶有 4 位 CRC 包錯誤檢查
- 高噪聲裕度串行通信
- 眾多的故障保護功能
- 48 引腳帶裸露襯墊 QFN 封裝和 LQFP 封裝

典型應用:
- 電動汽車 / 插電式混合動力汽車 (HEV)
- 大功率 UPS / 電網能量存儲係統
- 通用型多節電池的電池組
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