【導讀】電動汽車高壓電池管理係統 (BMS) 技ji術shu正zheng在zai快kuai速su發fa展zhan。設she計ji人ren員yuan正zheng在zai測ce試shi各ge種zhong新xin架jia構gou，以yi增zeng加jia單dan次ci充chong電dian的de裏li程cheng
，並bing縮suo短duan充chong電dian時shi間jian。本ben白bai皮pi書shu對dui使shi用yong更geng高gao電dian壓ya的de結jie果guo進jin行xing了le評ping估gu，評ping估gu涉she及ji多duo個ge組zu件jian的de更geng嚴yan格ge要yao求qiu、不斷增加的係統複雜性及其對功能安全的影響。

麵臨這些挑戰，原始設備製造商 (OEM) 開始探索可切換的新型2 x 400V / 800V架構。它可實現快速充電，並複用現有係統解決方案 (如牽引逆變器)，為BMS開發人員和最終用戶提供兩全其美的解決方案。

使用800V架構的動機

通往快速充電之路

長久以來，有限的裏程和較長的充電時間一直被認為是電動汽車 (EV) 普pu及ji過guo程cheng中zhong的de兩liang大da挑tiao戰zhan。新xin型xing電dian池chi化hua學xue材cai料liao和he智zhi能neng電dian池chi管guan理li係xi統tong在zai擴kuo大da行xing駛shi裏li程cheng方fang麵mian取qu得de了le很hen大da成cheng效xiao。然ran而er
，充chong電dian速su度du仍reng是shi個ge問wen題ti，尤you其qi是shi在zai長chang途tu旅lv行xing或huo時shi間jian緊jin迫po的de時shi候hou。

直流快速充電器隻需30至45分鍾即可將電池充至80%dedianliang。jinguanshiyonggenggaodegonglvkejiakuaicheliangdechongdiansudu，danzheyehuichanshengdaliangdereliang。dangdiannengtongguodianlancongchongdianzhuangjinruqichedianchishi，neizhidianzuzaigaodianliudaotongxiahuiwendushangsheng。yinci，duiyudianxingde400V EVdianchi，chongdiansulvshouduogeyinsudexianzhi，biruchuanshuchongdiandianliusuoxudedianlanhengjiemianjihuodianchidanyuandewendu。yixiezhiliukuaisuchongdianzhuanghuiduidianlanjinxingyetilengque
，yikongzhiyouyuI2R功耗導致的溫度上升。因此，通過增加電壓而非電流來提高輸出功率似乎很合理。

高功率輸出

保時捷Taycan EV是第一款由大型汽車廠商製造的量產級高壓汽車
，其係統電壓為800V，而非常見的400V。保時捷在發布這款汽車時表示，將電池電壓增加一倍可實現穩定的高性能
，縮短充電時間，並減少電纜的重量和安裝空間。350kW三級超快速充電樁可在短短的15分鍾內將電池充至80%的電量。然而，800V EV設計要求對所有電氣係統進行新的考量
，同時對與電池管理係統明顯相關的幾個組件提出了更嚴格的要求。

使用更高電壓的結果

更多接觸器，更高規格

與yu內nei燃ran機ji車che中zhong的de點dian火huo開kai關guan功gong能neng一yi樣yang，主zhu要yao接jie觸chu器qi會hui在zai車che輛liang停ting止zhi時shi
，對dui電dian池chi和he牽qian引yin逆ni變bian器qi進jin行xing電dian氣qi隔ge離li，並bing在zai車che輛liang啟qi動dong時shi將jiang兩liang者zhe重zhong新xin連lian接jie起qi來lai。獨du立li接jie觸chu器qi可ke在zai電dian池chi與yu直zhi流liu鏈lian路lu和he充chong電dian器qi總zong線xian之zhi間jian建jian立li連lian接jie和he斷duan開kai連lian接jie，一yi條tiao總zong線xian位wei於yu正zheng供gong電dian軌gui上shang
，另ling一yi條tiao位wei於yu負fu供gong電dian軌gui上shang。使shi用yong額e外wai的de直zhi流liu充chong電dian接jie觸chu器qi， 以yi在zai直zhi流liu充chong電dian樁zhuang和he電dian池chi之zhi間jian建jian立li連lian接jie，從cong而er實shi現xian了le直zhi流liu快kuai速su充chong電dian。還hai有you一yi些xie適shi用yong於yu車che廂xiang電dian氣qi加jia熱re器qi以yi及ji電dian池chi加jia熱re器qi的de輔fu助zhu接jie觸chu器qi，以yi便bian優you化hua寒han冷leng天tian氣qi條tiao件jian下xia的de效xiao率lv。

使用更高電壓很有可能產生損壞電弧。相比傳統400V架構， 800V架構需要滿足更嚴格的隔離要求，而這會提高解決方案成本。

連接器爬電距離和電氣間隙

所有互連係統都需要滿足安全、高(gao)效(xiao)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)要(yao)求(qiu)。電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)還(hai)必(bi)須(xu)緊(jin)湊(cou)輕(qing)巧(qiao)。然(ran)而(er)，電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)越(yue)高(gao)，連(lian)接(jie)器(qi)引(yin)腳(jiao)之(zhi)間(jian)的(de)爬(pa)電(dian)距(ju)離(li)和(he)電(dian)氣(qi)間(jian)隙(xi)就(jiu)要(yao)越(yue)大(da)，以(yi)確(que)保(bao)不(bu)存(cun)在(zai)由(you)電(dian)弧(hu)引(yin)起(qi)的(de)短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)風(feng)險(xian)。盡(jin)管(guan)各(ge)連(lian)接(jie)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)已(yi)克(ke)服(fu)了(le)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)，但(dan)成(cheng)本(ben)卻(que)高(gao)於(yu)400V架構中使用的連接器，從而可能影響最終解決方案的成本。

傳動係統組件

牽引逆變器模塊中的組件額定值取決於最大電池電壓。如果最大電池電壓上升至800V，適用的額定組件的數量就會大大減少，而且其售價可能會很高。對於400V電池，由於利用了規模經濟的成本優勢
，組件的選擇範圍比較廣，牽引逆變器模塊的價格也更合理。

不同的電池架構有其固有的優點和缺點。因此，汽車OEM需要分析並決定哪種架構最適合其生產模型，同時確保係統的價格競爭力。應對此挑戰的一種創新型解決方案就是使用兩個獨立的400V電池。它們在充電時串聯連接 (總共800V)，從而顯著縮短充電時間，並在行駛時並聯連接 (400V)。這確保了牽引逆變器模塊的價格競爭力
，並可在不同車型中複用。

提高複雜性和功能安全性

事實上，將電池電壓從400V增加至800V不可避免地要增加係統中的電池感測器件
，即電池單元控製器 (BCC)。由於失效率 (FIT) 概率的提高
，感測器件的數量增加會轉變為對功能安全的挑戰。然而，ISO 26262:2018標準針對BMS解決方案建議的最大殘餘FIT並未改變。

BCC隻獲得總係統FIT的一定次數，所以不能大幅增加。如果增加了它的FIT預算，則會影響係統其他部分的預算，從而給其他領域帶來更大挑戰，並且這隻是將問題從一個領域轉移到另一個領域。

充電電壓從400V切換至800V

解決上述大多數挑戰的一個創新型解決方案就是可切換架構，該架構可在電池充電時，將電壓從原來的400V轉變為800V。電池組由2個400V電池組成
，這兩個電池在日常使用時並聯連接
，以便使用標準400V傳動係統組件
，如逆變器和車載充電器，同時電池容量和裏程不會受到影響。在充電期間，BMS將這兩個電池切換至串聯配置，從而將電壓提升至 800V，同時降低電流，縮短充電時間。恩智浦研發的器件和解決方案，現已準備好為OEM開發這些可切換架構提供支持，並應對這些架構帶來的新挑戰。

HVBMS 800V簡要功能框圖

通用硬件和軟件支持可擴展性

S32K3 BMS處理器

恩智浦S32K3係列控製器支持400V和800V架構以及新型可切換架構。這款高度可擴展的器件基於工作頻率達240MHz的Arm®️ Cortex®️-M7內核，采用可擴展內存空間，最高支持8MB的Flash，符合ASIL B和D等級
，以及分別符合ISO 26262功能安全標準和ISO 21434網絡安全標準的先進功能安全硬件和軟件IP以及硬件和軟件安全特性。

本係列中的器件使用同類型外設和引腳輸出，允許開發人員在一個芯片係列中或在S32K3產品組合內的其他處理器之間輕鬆遷移
，以利用更多內存或功能集成，從而最大限度地複 用硬件和軟件，縮短產品上市時間。此外，恩智浦還為不同開發階段提供易於使用的支持軟件、應用專用的軟件以及由 廣泛的第三方生態係統提供的各種開發工具。

MC33665 BMS網關

設計人員可結合使用恩智浦S32K3 BMS處理器與MC33665 BMS收發器/網關IC，創建更靈活的高效架構。與目前使用的專有通信解決方案相比
，該器件還允許將電池內部的通信標準化為CAN FD通信。

通過標準化CAN FD通信，OEM可使用單個通用型電池管理單元 (BMU)
，而不是多個自定義BMU，從而簡化組裝，降低物料 (BOM) chengben，bingxianzhusuoduanxindianchixinghaodeshangshishijian。tongguoyukongzhiqiyijiyuyunjisuanheshuziluanshengmoxingdejianrongxing，zhezhongdianchipingtaihaikeyiqingsongdiduidianchiruanjianjinxingwuxianyuancheng (OTA) 升級。

MC33665可實現兩個主要功能:收發器和網關。該器件安裝在BMU上
，可將與電池接線盒(BJB) 和電池芯監控單元 (CMU) 的通信捆綁在一起。由於有四條ETPL線路，該器件可以建立多個菊花鏈，以便連接多個CMU板
，並處理所有通信和消息路由，從而減少MCU的計算電力負荷。該功能可輕鬆在各 自功能模塊中同步執行電池組電流和電池電壓測量
，從而有 助於確定電池芯和電池組的阻抗。此外，環回功能可提高電 池解決方案內部通信電路的穩健性。

方案：電池架構

該軟件定義的解決方案斷開了應用層軟件與物理模塊或電池芯——電池組配置的連接。利用恩智浦MC3377x係列的可擴展BCC產品組合
，可滿足6~18個電池芯的應用要求，同時保證功能安全性和軟件兼容性。這種靈活性可滿足汽車行業的不同市場需求。

功能安全性

恩智浦開發出了FIT概率更低的新器件，以應對功能安全挑戰。通過實現新的功能安全概念、檢測方法和安全架構，恩智浦提高了器件的故障模式的診斷覆蓋率，從而將殘餘FIT降低至可接受水平
，以支持電壓更高的解決方案。

解決電磁兼容 (EMC) 挑戰

為解決更高電壓係統中的EMC挑戰，以及800V適用的連接器的高成本問題，我們需要探索新的通信路徑。這些新路徑應具有軟件向後兼容性，方便從當前的先進解決方案進行轉換。

結論

2 x 400V / 800V可切換電池架構為OEM提供了兩全其美的解決方案：既保證了更高的裏程，又實現了快速充電，同時不會產生額外的傳動係統組件成本。通過提供400V或800V的解決方案，以及利用規模經濟的成本優勢，使用該架構的OEM還可以增加其品牌產品的靈活性。

恩智浦作為一級供應商的完整係統提供商


，可提供完整可擴展的芯片組解決方案，支持多種電池架構的BMS功能。恩智浦提供全麵的高壓電池管理係統 (HVBMS) 參考設計，該設計完全遵循ISO 26262:2018汽車功能安全標準的V模型
，可幫助開發人員應對新架構方案所帶來的挑戰。

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