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在我們實(shí)現(xiàn)交通零排放的道路上，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)是從內(nèi)燃機(jī)(ICE)到純電動(dòng)汽車(BEV)之間的自然過渡。這個(gè)過渡期將持續(xù)數(shù)年，并會(huì)根據(jù)電氣化水平劃分出幾種類型的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。一種是輕混合動(dòng)力汽車，通常配備 48V 電池以支持有限的電力推進(jìn)。另一種是帶純電動(dòng)推進(jìn)和車載充電器(OBC)的插電式混合動(dòng)力汽車。
最新預(yù)測(cè)顯示，48V輕混合動(dòng)力電動(dòng)汽車將主導(dǎo)HEV/BEV市場(chǎng)，如圖 1 所示。消費(fèi)者的偏好將推動(dòng)這一需求，因此，汽車制造商必須能夠改變現(xiàn)有的汽車架構(gòu)，以滿足排放法規(guī)，并避免完全重新設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的費(fèi)用和時(shí)間。
圖 1：全球xEV市場(chǎng)趨勢(shì)；來源：Strategy Analytics
面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，HEV制造商在平衡成本和性能的同時(shí)尋求理想的解決方案。在本文中，我們將討論選擇具有集成功能的智能電池監(jiān)測(cè)器如何幫助您實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，例如高精度電池監(jiān)控、高級(jí)別的功能安全和BOM節(jié)約等等。
48V HEV電池管理系統(tǒng)
當(dāng)今的輕混合動(dòng)力電動(dòng)汽車通常具有縮小尺寸的ICE，以及提供有限電力推進(jìn)和支持電子扭矩輔助等大功率負(fù)載的48V電池。這種48V電池需使用電池管理系統(tǒng)(BMS)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、保護(hù)、配電和其他輔助功能。出于安全原因，傳統(tǒng)的低壓12V電池仍在應(yīng)用。
48V BMS由12V側(cè)電池控制單元(BCU)和48V側(cè)與電池分配單元(BDU)組合的電池監(jiān)控單元(CSU)組成，如圖 2 所示。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)與BMS分開，并通過CAN接口控制BMS。為了提高安全性，BCU和CSU通常是隔離的。
圖 2：48V HEV的典型BMS
常見的BMS功能有：
- 監(jiān)控各電芯電壓并實(shí)現(xiàn)電量平衡
- 整個(gè)電池組的電壓和電流測(cè)量
- 電池溫度監(jiān)測(cè)
- 功率切換和配電
- 絕緣監(jiān)測(cè)
顯然，BMS的核心部分是電池監(jiān)測(cè)和平衡IC。但是，并非所有BMS功能都必須由電池監(jiān)測(cè)器執(zhí)行。例如，如果沒有電池監(jiān)測(cè)器進(jìn)行電流測(cè)量，則需要一個(gè)額外的電流監(jiān)測(cè)器，以及一個(gè)ADC和數(shù)字隔離器（如ISO6721-Q1）。為了降低系統(tǒng)成本，最好將此功能集成到電池監(jiān)測(cè)器中。
縮小解決方案尺寸，節(jié)約時(shí)間和BOM
如果所有BMS功能都可以在電池監(jiān)測(cè)器中執(zhí)行，則可以顯著節(jié)約開發(fā)時(shí)間、減小解決方案尺寸和降低BOM成本。圖3展示了一個(gè)48V BMS系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于BQ75614-Q1符合ASIL-D級(jí)要求、具有集成電流檢測(cè)功能的14芯串聯(lián)汽車類精密電池監(jiān)測(cè)器、平衡器、保護(hù)器。
圖3：48V HEV基于BQ75614-Q1的BMS
與圖2相比，我們可以看到元件數(shù)量明顯減少。集成的電流檢測(cè)、電芯平衡、LDO和保險(xiǎn)絲/開關(guān)監(jiān)測(cè)等功能可節(jié)約其他外部元件的成本。靈活的通用輸入/輸出(GPIO)引腳可通過提供I2C接口或擴(kuò)展ADC輸入的數(shù)量來擴(kuò)展功能，例如使用NTC熱敏電阻測(cè)量電池溫度。
高電壓精度對(duì)于應(yīng)用日益廣泛的磷酸鐵鋰(LFP)電池至關(guān)重要。在精度方面，BQ75614-Q1實(shí)現(xiàn)了2mV的高電壓精度。0.3%的高電流精度和固有的電壓同步功能可實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的充電狀態(tài)(SoC)和運(yùn)行狀況(SoH)估計(jì)，從而延長(zhǎng)電池壽命。
BQ79614-Q1具有用于電壓、溫度和電流診斷的內(nèi)置冗余路徑，從而實(shí)現(xiàn)功能安全合規(guī)性?？商峁┪臋n來協(xié)助進(jìn)行符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)高達(dá)ASIL D級(jí)（在電芯電壓、電流和溫度測(cè)量及通信方面）和ASIL B級(jí)（在過壓/欠壓和過溫/欠溫保護(hù)方面）的功能安全系統(tǒng)要求。該器件通過多個(gè)內(nèi)置診斷功能，還可實(shí)現(xiàn)100ms的故障檢測(cè)時(shí)間間隔(FDTI)，從而釋放MCU以完成其他任務(wù)。
BQ75614-Q1具有與用于高壓BMS的可堆疊BQ7961x-Q1系列相同的多個(gè)特性，包括封裝、引腳排列、功能控制和寄存器映射。因此，為BQ75614-Q1開發(fā)的硬件和軟件可以輕松移植到該系列中的其他器件，從而節(jié)省開發(fā)時(shí)間。
很明顯，快速發(fā)展的HEV市場(chǎng)需要在成本和性能方面更具競(jìng)爭(zhēng)力的BMS解決方案。只有提供具有更強(qiáng)性能、更多功能和更高集成度的創(chuàng)新器件來實(shí)現(xiàn)更智能的BMS，才能應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。
