電動汽車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(dǎo)體。其中一個重要方面是集成，集成可帶來簡化設(shè)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)揮電動汽車電池的潛力，同時又不會損害電池的健康和安全。
保障安全和能效
電動汽車電池發(fā)生故障的原因有很多。碰撞后的機械應(yīng)力或損壞可能會擊穿電池組或損壞單個電池芯。過度充電等電應(yīng)力也可能會導(dǎo)致安全問題，并縮短整體電池壽命。
電池管理系統(tǒng)（BMS）有助于監(jiān)測電動汽車電池的安全性和能效。系統(tǒng)的主要功能是確保電池組中的每個鋰離子電池運行的電壓、電流和溫度都處于安全運行區(qū)（SOA）內(nèi)。脫離安全運行區(qū)（SOA）可能會導(dǎo)致嚴(yán)重后果，例如電池出現(xiàn)重大故障，或者更嚴(yán)重的是熱失控。因此，電池接線盒（BJB）特別重要。
恩智浦汽車充電解決方案為電池安全保駕護航
電池接線盒在系統(tǒng)中起著重要作用
電池接線盒（BJB）是電池管理系統(tǒng)（BMS）中的3個功能模塊之一。接線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）。這可以實現(xiàn)精確的里程計算，讓駕駛員知道電池還能夠驅(qū)動車輛行駛多少千米。它還實現(xiàn)了安全關(guān)鍵功能，如接觸器和隔離監(jiān)測，以及過流檢測。BJB需要滿足汽車應(yīng)用ASIL C級或D級電流和電壓測量功能安全要求。
高壓系統(tǒng)通信面臨的挑戰(zhàn)是如何將低壓半導(dǎo)體（12V）與高壓（400V）電池側(cè)隔離開。在這方面，過去與BMU的通信是通過CAN總線進(jìn)行的，但通過變壓器物理層（TPL）以菊花鏈形式連接BJB是一個有吸引力的替代方案。TPL接口專為BMS設(shè)計，支持高達(dá)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(jié)果是降低了與本地軟件有關(guān)的復(fù)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現(xiàn)功能安全通信。灰色通道是一個抽象術(shù)語，指通過本質(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(shè)備建立ASIL級的通信路徑。要在系統(tǒng)層面實現(xiàn)ASIL評級，需要確保在整個通信路徑中數(shù)據(jù)都不會被操縱。從源頭對數(shù)據(jù)實施保護，在目的地將其解碼。由于數(shù)據(jù)在源頭受到了保護沒有被操控，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程均可進(jìn)行錯誤檢測，因此在該過程中發(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(zhuǎn)移到電池管理單元（BMU），而無需對通信設(shè)備進(jìn)行額外的安全保護工作。
集成解決方案有助于節(jié)省時間和成本
專門針對BJB應(yīng)用的新興半導(dǎo)體在一個設(shè)備中集成了所有必要功能。舉例來說，恩智浦的MC33772C通過庫侖計數(shù)提供從毫安到千安的精確電流傳感。
該設(shè)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(nèi)置平衡晶體管簡化了BJB應(yīng)用。它還支持標(biāo)準(zhǔn)SPI和與MCU的隔離菊花鏈通信，能夠處理和控制多達(dá)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。這款穩(wěn)定耐用的設(shè)備符合AEC Q-100標(biāo)準(zhǔn)，可熱插拔，支持ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)，具有高達(dá)ASIL D的安全等級。
MC33772C結(jié)構(gòu)框圖：6通道鋰離子電池控制器IC
這種設(shè)計簡化加快了一級供應(yīng)商和汽車制造商的產(chǎn)品上市速度，減少了相關(guān)的開發(fā)成本，同時提高車輛的續(xù)航里程和安全性，延長電池壽命，加快向零碳排放運輸?shù)霓D(zhuǎn)型。
開發(fā)板現(xiàn)已供貨。
作者：
Konrad Lorentz，恩智浦半導(dǎo)體電池管理系統(tǒng)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，他通過一篇關(guān)于“汽車價值鏈”的論文加入恩智浦，目前擔(dān)任BMS營銷團隊的產(chǎn)品經(jīng)理。
