電動(dòng)汽車(chē)電池管理IC方案精選

在電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)研究開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，BMS作為為電動(dòng)汽車(chē)提供原始動(dòng)力源管理系統，其性能的好壞直接影響了電動(dòng)汽車(chē)的性能及使用壽命。我們常說(shuō)的BMS(電池管理系統)功能主要有三種：通過(guò)測量動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)，為駕駛員提供剩余的使用電量，以便提醒駕駛員能及時(shí)為電動(dòng)電池進(jìn)行充電;其次是對電池溫度進(jìn)行監控管理，檢測電池工作時(shí)的溫度，并使用吹分機或散熱片來(lái)確保電池工作在最佳狀態(tài);最后是實(shí)現電池的均衡管理，由于出廠(chǎng)制造誤差、或者使用過(guò)程中的存在通風(fēng)性差異，電化學(xué)性能轉換不一等情況，對電池電壓、剩余電量進(jìn)行檢測，以防過(guò)度充電。

在BMS開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對BMS的危害分析有過(guò)壓(過(guò)充)、欠壓、過(guò)溫和過(guò)流等危害事件，如過(guò)壓可能是一個(gè)比較嚴重的事件，尤其長(cháng)時(shí)間對電池過(guò)充會(huì )導致電池性能下降和不可恢復性損壞，甚至導致電池變形、漏液情況發(fā)生。那么，對于BMS系統安全設計的目標就是能夠及時(shí)發(fā)現電池過(guò)充、并通過(guò)合理的危害分析及評估，從單點(diǎn)失效和潛在失效等方面考慮設計安全機制，最后做出恰當及時(shí)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系統解決方案，包括微控制器MCU、模擬前端電池控制器IC、隔離網(wǎng)絡(luò )高速收發(fā)器、系統基礎芯片SBC等。借助恩智浦的BMS方案，客戶(hù)可輕易實(shí)現基于CAN網(wǎng)絡(luò )或菊花鏈的電池管理系統。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，模擬前端電池控制器MC33771安全等級達到ASIL-C，SBC(System Basic Chip)系統基礎芯片FS45/65安全等級達到ASIL-D。采用這套方案可簡(jiǎn)化軟硬件設計，幫助客戶(hù)輕松實(shí)現系統安全等級達到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(hù)開(kāi)發(fā)符合ISO26262標準的BMS產(chǎn)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是一款基于Power architecture、具有lock step核的高性能、高安全性MCU。

S SBC系統基礎芯片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制，支持fail-safe安全保護模式，MCU搭配SBC系統基礎芯片可實(shí)現更高的安全等級。

S 模擬前端MC33771負責電池數據的采集，一個(gè)MC33771最多可以接14節單體電池，多個(gè)MC33771可以級聯(lián)形成菊花鏈式通信。

S MC33664作為MCU和MC33771的傳輸物理層，負責將SPI信號和差分信號進(jìn)行轉換。

恩智浦的BMS解決方案支持多種網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )結構。菊花鏈式網(wǎng)絡(luò )可顯著(zhù)降低BOM成本，受制于通信距離限制，在目前的大巴車(chē)上，目前主要是基于CAN總線(xiàn)通信。恩智浦提供的BMS解決方案具有極大的靈活性，可滿(mǎn)足不同客戶(hù)的需求。

鑒于目前國內市場(chǎng)基于ISO26262的開(kāi)發(fā)還處于起步階段，部分車(chē)廠(chǎng)和供應商的功能安全開(kāi)發(fā)經(jīng)驗不足，導致開(kāi)發(fā)符合IS026262標準的BMS難度較大，并且要一下子達到系統級ASIL-C/D，系統開(kāi)發(fā)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(yōu)勢的方案，推薦主控單元MCU采用具有超高性?xún)r(jià)比的S32K14x，該系列MCU基于A(yíng)RM Cortex M4內核，按照ISO26262標準設計，結合外部的系統基礎芯片FS45/65等，可使系統安全等級達到ASIL-B。另外，單個(gè)S32K14x達到ASIL-B等級，通過(guò)軟硬件冗余設計也能使系統達到更高的安全等級ASIL-C。

恩智浦BMS CAN網(wǎng)絡(luò )解決方案

需要指出的是，在恩智浦公司，所有按照ISO26262標準開(kāi)發(fā)的器件，都被囊括在恩智浦的SafeAssure計劃里。SafeAssure 保證開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品符合ISO26262標準，并提供必要的支持，提供功能安全相關(guān)的文檔，如Safety Manual 和FMEDA等，Safety Manual詳細闡述了芯片所采用安全機制，并指導用戶(hù)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(hù)可根據具體應用需求對FMEDA進(jìn)行裁剪。

意法半導體面向車(chē)載多媒體、支持局域網(wǎng)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(面向媒體的系統傳輸)網(wǎng)絡(luò )電源管理方案，電源管理IC L5961面向目標為車(chē)載多媒體、信息娛樂(lè )系統。意法的mosfet技術(shù)主要用于在汽車(chē)環(huán)境內輕松地增裝CD或DVD播放器、車(chē)用收音機、個(gè)人導航儀等各種多媒體設備。

新款電源管理IC用于支持SMSC的mosfet網(wǎng)絡(luò )處理。L5961整合了電源和MOST兼容電源管理控制邏輯電路，以及強化的診斷和完備的系統監控功能(電源電壓、網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)、喚醒事件和溫度)。

L5961電源管理芯片與SMSC網(wǎng)絡(luò )處理器組成芯片組，可充當任何一個(gè)MOST網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的組成模塊，而且讓網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間保持更大的獨立性，網(wǎng)絡(luò )中某一設備的開(kāi)關(guān)時(shí)序或設備故障不會(huì )影響聯(lián)網(wǎng)的其它設備。當芯片組通過(guò)驗證即可用于所有mosfet應用，無(wú)需重復進(jìn)行驗證。

ST L5961集成電源管理控制邏輯電路及電源設計，印刷電路板尺寸縮小、制造成本和總體擁有成本更低、以及帶來(lái)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(tài)電流僅為5μA，遠遠低于分立器件取得的數值。

L5961的其它特性包括：集成一個(gè)給網(wǎng)絡(luò )處理器以及一個(gè)外接低壓設備供電的5V或3.3V、650mA DC-DC轉換器，兩個(gè)給光纖發(fā)射器和接收器供電的穩壓器，具有診斷功能的網(wǎng)絡(luò )物理層收發(fā)器，此外還集成三個(gè)電源電壓監測用電池檢測器，在目前的分立器件解決方案中，電池檢測器是單獨存在的功能。

(二)最新CAN技術(shù)規范、支持局域網(wǎng)絡(luò )節能減耗電源IC L99PM72PXP

意法推出的新款汽車(chē)電源管理系統IC L99PM72PXP，可支持先進(jìn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的汽車(chē)IC，大幅改善汽車(chē)燃油效率和尾氣二氧化碳排放量。通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò )，能夠實(shí)現節能降耗的目的，這項最新CAN技術(shù)規范的新功能可將汽車(chē)CO2 排放量降低2g/km以上。

新款電源管理IC L99PM72PXP通過(guò)單片整合高速CAN(HS-CAN)和LIN物理層功能，新產(chǎn)品擁有制造完整車(chē)身電子控制器單元(ECU)所需的全部功能。該產(chǎn)品的設計針對某些特定用途，如空調控制模塊和車(chē)門(mén)控制器單元，以及車(chē)座椅模塊、后備廂模塊、掛車(chē)模塊、天窗模塊和后視鏡模塊。

與市場(chǎng)現有的標準CAN收發(fā)器或系統芯片不同的是，L99PM72PXP能夠自主監控CAN總線(xiàn)，無(wú)需模塊的主處理器介入，只有檢測到正確地址的喚醒信號時(shí)才會(huì )啟動(dòng)，L99PM72PXP以這種方式關(guān)閉CAN的局部網(wǎng)絡(luò )，有助于降低汽車(chē)的整體能耗。

先進(jìn)的失效保護功能是L99PM72PXP附加且獨有的功能，可改進(jìn)電子控制器的穩定性和可靠性。內置的微控制器監控、電源電壓監控以及溫度監控等保護功能為避免故障發(fā)生提供最有力的保障。此外，新產(chǎn)品集成大量具有成本效益的外設功能，如上下橋臂驅動(dòng)器、運算放大器和穩壓器，從而能夠減少外部元器件的數量，進(jìn)一步優(yōu)化系統的總體成本。

凌力爾特整合電池組監視器+SmartMesh無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格BMS系統

凌力爾特提供門(mén)類(lèi)齊全的高性能電池充電器產(chǎn)品線(xiàn)，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系統管理。

在電池管理方面，凌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(wú)線(xiàn)功率傳輸等等。

今年初慕尼黑上海電子展上，凌力爾特展示了業(yè)界首款無(wú)線(xiàn)電池管理系統 (BMS) 概念車(chē)。這款無(wú)線(xiàn) BMS 概念車(chē)由凌力爾特的設計合作伙伴 LION Smart 開(kāi)發(fā)，它把凌力爾特高度準確的電池組監視器及 SmartMesh? 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品在 BMW i3 車(chē)型上進(jìn)行了整合，取代了電池組和電池管理系統之間的傳統有線(xiàn)連接。

SmartMesh IP 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )

整合型BMS系統采用LTC6811電池組監視器，這是一款面向混合動(dòng)力 / 電動(dòng)汽車(chē)的完整電池測量器件，能夠測量多達 12 個(gè)串接式電池的電壓，并具有優(yōu)于 0.04% 的準確度。把 LTC6811 與凌力爾特的 SmartMesh 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )系統相組合，可解決汽車(chē)配線(xiàn)線(xiàn)束和連接器所引起并長(cháng)期存在的可靠性問(wèn)題。

多節電池的電池組監視器

凌力爾特的多節電池、高電壓電池組監視器系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(gè)高電壓輸入多工器和一個(gè)串行接口?？梢园堰@些器件串聯(lián)起來(lái) (無(wú)需使用光耦合器或光隔離器) 以監視長(cháng)串串接電池中每節電池。

該監視器系列的應用包括電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)、高功率便攜式設備、備份電池系統和高電壓數據采集系統。

具備高精準度的LTC6801/6802/6803電池組監視器系列

LTC6802-1 - 多節電池的電池組監視器

特點(diǎn)：

· 可測量多達 12 個(gè)串聯(lián)鋰離子電池的電壓 (最大值為 60V)

· 可堆疊式架構實(shí)現 > 1000V 的系統

· 0.25% 的最大總測量誤差

· 可在 13ms 完成一個(gè)系統中所有電池的測量

· 電量平衡：

- 內置無(wú)源電量平衡開(kāi)關(guān)

- 提供片外無(wú)源電量平衡

· 具兩個(gè)熱敏電阻輸入和內置溫度傳感器

· 1MHz 可菊鏈式連接的串行接口

· 抗 EMI 的能力高

· 具內置噪聲濾波器的 ΔΣ 轉換器

· 導線(xiàn)開(kāi)路連接故障檢測

· 低功率模式

· 采用 44 引腳 SSOP 封裝

典型應用：

應用：

· 電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)

· 高功率便攜式設備

· 備份電池系統

· 高電壓數據采集系統

電池平衡器LTC3300/LT8584系列

LTC3300 是一款故障保護控制器 IC，適用于對多節電池的電池組進(jìn)行基于變壓器的雙向主動(dòng)電荷平衡。該器件集成了所有相關(guān)的柵極驅動(dòng)電路、高精度電池感測、故障檢測電路和一個(gè)帶內置看門(mén)狗定時(shí)器的堅固型串行接口。

每個(gè) LTC3300 能利用一個(gè)高達 36V 的輸入共模電壓對多達 6 節串聯(lián)連接的電池進(jìn)行電荷平衡。來(lái)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(lái)回傳輸。一個(gè)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(gè) LTC3300-1 器件的串聯(lián)連接，從而實(shí)現長(cháng)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 轉換器，專(zhuān)為主動(dòng)平衡高電壓電池組而設計。開(kāi)關(guān)穩壓器的高效率顯著(zhù)地增加了可實(shí)現的平衡電流，同時(shí)減少了發(fā)熱量。另外，主動(dòng)平衡還可實(shí)現失配電池組的容量恢復，這是采用被動(dòng)平衡系統無(wú)法獲得的特性。在典型系統中，可恢復超過(guò) 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(diǎn)：

· 可實(shí)現多達 6 節串聯(lián)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 系列的多節電池組監視器無(wú)縫集成

· 雙向架構最大限度地減少了平衡時(shí)間和耗散功率

· 電荷轉移效率高達 92%

· 可堆迭式架構可用于 >1000V 的系統

· 使用簡(jiǎn)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：

應用：

· 電動(dòng)汽車(chē) / 插電式混合動(dòng)力汽車(chē) (HEV)

· 大功率 UPS / 電網(wǎng)能量存儲系統

· 通用型多節電池的電池組