利用高壓電池管理架構降低部件成本

各種電池結構都有其固有的優(yōu)缺點(diǎn)。汽車(chē)OEM廠(chǎng)商需要分析并確定哪種架構更適合自家的生產(chǎn)模式，同時(shí)保持系統價(jià)格競爭力。使用兩個(gè)獨立的400V電池是解決這一挑戰的創(chuàng )新性解決方案。

兩塊400V的電池在充電時(shí)可以串聯(lián)（總共800V），減少充電時(shí)間，而在驅動(dòng)時(shí)可以并聯(lián)（400V）。從而保證標準的大容量400V傳動(dòng)系統部件（如逆變器和車(chē)載充電器）在使用時(shí)，其容量和范圍不受影響。

 
圖一 : 使用TPL的800V HVBMS架構

這種方法允許快速充電和復用現有的400V解決方案，對于設計人員兩全其美。成本在掌控之中，而充電速度更快將帶來(lái)巨大的競爭優(yōu)勢，更能吸引消費者。


 
圖二 : xEV動(dòng)力的關(guān)鍵系統

圖二顯示了電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力的關(guān)鍵系統，圖中為主高壓（HV）電池及其管理系統。低電壓（LV）側為鉛酸電池或鋰電池，電壓通常為12~14 V，可以提供車(chē)內照明、門(mén)鎖、導航和駕駛輔助系統所需的較低電壓。12V電池還可作為備用電源，在主高壓電池無(wú)法供電的情況下接管關(guān)鍵安全功能，如轉向。

任何解決方案都有不可妥協(xié)的標準，無(wú)論成本高低。汽車(chē)必須具備功能安全性，無(wú)論在哪里出售，都必須符合所有相關(guān)安全和環(huán)保法規。此外，汽車(chē)還需要提供消費者心儀的功能和優(yōu)勢，這就意味著(zhù)汽車(chē)必須具有足夠的續航能力、性能和舒適度以及時(shí)尚感。

設計人員在滿(mǎn)足參數要求的同時(shí)，如何降低成本？
首先應查看其物料清單（BOM）上的組件?？纯次锪锨鍐问欠褡詈?jiǎn)化？是否可以使用成本更低、整合度更高的替代產(chǎn)品替換某個(gè)組件？替換某個(gè)組件是否會(huì )帶來(lái)其他方面的好處，例如利用處理器或系統單芯片系統（SoC）減少所需外部的部件數量？

例如，模擬前端（AFE）是電池管理系統（BMS）的重要組成部分，不僅能從電池單元獲取數據，還能對所得數據進(jìn)行數字化和調節。通過(guò)使用高度整合的AFE（如恩智浦14信道的電池單元控制器MC33775A），可以減少所需的電纜數量，降低BOM的成本并削減整體系統成本。

然后，設計人員可以考慮生產(chǎn)和制造過(guò)程。能否選擇可以自動(dòng)化組裝的組件來(lái)降低成本？

此外，通過(guò)可跨多種車(chē)型復用和擴展的模塊化設計，是否可以節約成本？這種方法現在非常普遍，用統一的汽車(chē)平臺支持各種車(chē)型。也就是說(shuō)，汽車(chē)廠(chǎng)商不僅可以為消費者提供多種選擇，還不會(huì )造成開(kāi)發(fā)成本激增，甚至還能從組件成本的規模經(jīng)濟中受益。例如大眾汽車(chē)將恩智浦的BMS系統引入其MEB平臺，大大降低了該系統在多款車(chē)型上的推廣難度，大眾計劃在2029年之前向市場(chǎng)推出多達75款全電動(dòng)汽車(chē)，采用BMS系統將帶來(lái)很大的優(yōu)勢。

更具體地看一下BMS，BMS將從電池收集分析資料，以確定電池的SoC和健康度（State of Health；SoH）。BMS可以使用這些資料來(lái)管理電池，以獲得高性能、高續航和高使用壽命，還可以診斷任何問(wèn)題。


 
圖三 : 汽車(chē)充電狀態(tài)

本文研究了設計人員如何降低電動(dòng)汽車(chē)的成本，尤其是與BMS相關(guān)的組件成本。雖然這些一般原則適用于各種電動(dòng)汽車(chē)，但在轉向800V架構時(shí)可能尤為重要，因為采用800V架構可能組件成本更高，零組件替代來(lái)源更少。

（本文作者Emiliano Mediavilla Pons為恩智浦BMS團隊應用程序團隊首席系統、產(chǎn)品和功能安全架構師；Konrad Lorentz為恩智浦BMS營(yíng)銷(xiāo)團隊產(chǎn)品經(jīng)理）