电动汽车电池管理IC方案精选

来源:电子发烧友整理 作者:辰光2017年03月22日 09:57
[导读] 在电动汽车产业研究开发及产业化过程中,BMS作为为电动汽车提供原始动力源管理系统,其性能的好坏直接影响了电动汽车的性能及使用寿命。我们常说的BMS(电池管理系统)功能主要有三种:通过测量动力电池的荷电状态,为驾驶员提供剩余的使用电量,以便提醒驾驶员能及时为电动电池进行充电;其次是对电池温度进行监控管理,检测电池工作时的温度,并使用吹分机或散热片来确保电池工作在最佳状态;最后是实现电池的均衡管理,由于出厂制造误差、或者使用过程中的存在通风性差异,电化学性能转换不一等情况,对电池电压、剩余电量进行检测,以防过度充电。

在电动汽车产业研究开发及产业化过程中,BMS作为为电动汽车提供原始动力源管理系统,其性能的好坏直接影响了电动汽车的性能及使用寿命。我们常说的BMS(电池管理系统)功能主要有三种:通过测量动力电池的荷电状态,为驾驶员提供剩余的使用电量,以便提醒驾驶员能及时为电动电池进行充电;其次是对电池温度进行监控管理,检测电池工作时的温度,并使用吹分机或散热片来确保电池工作在最佳状态;最后是实现电池的均衡管理,由于出厂制造误差、或者使用过程中的存在通风性差异,电化学性能转换不一等情况,对电池电压、剩余电量进行检测,以防过度充电。

在BMS开发过程中,对BMS的危害分析有过压(过充)、欠压、过温和过流等危害事件,如过压可能是一个比较严重的事件,尤其长时间对电池过充会导致电池性能下降和不可恢复性损坏,甚至导致电池变形、漏液情况发生。那么,对于BMS系统安全设计的目标就是能够及时发现电池过充、并通过合理的危害分析及评估,从单点失效和潜在失效等方面考虑设计安全机制,最后做出恰当及时的处理。

恩智浦符合BMS功能安全的参考设计

恩智浦提供完整的电池管理系统解决方案,包括微控制器MCU、模拟前端电池控制器IC、隔离网络高速收发器、系统基础芯片SBC等。借助恩智浦的BMS方案,客户可轻易实现基于CAN网络或菊花链的电池管理系统。恩智浦提供多种符合ISO26262标准的器件,主控单元MPC574xP安全等级达到ASIL-D,模拟前端电池控制器MC33771安全等级达到ASIL-C,SBC(System Basic Chip)系统基础芯片FS45/65安全等级达到ASIL-D。采用这套方案可简化软硬件设计,帮助客户轻松实现系统安全等级达到ASIL-C/D。此外,恩智浦提供符合功能安全的参考设计,极大加速客户开发符合ISO26262标准的BMS产品。

恩智浦BMS菊花链式解决方案

在该方案中,主控单元采用的MPC574xP是一款基于Power architecture、具有lock step核的高性能、高安全性MCU。

⊿ SBC系统基础芯片FS45/65不仅提供多种可配置的电源选择,而且提供电源监控和众多安全机制,支持fail-safe安全保护模式,MCU搭配SBC系统基础芯片可实现更高的安全等级。

⊿ 模拟前端MC33771负责电池数据的采集,一个MC33771最多可以接14节单体电池,多个MC33771可以级联形成菊花链式通信。

⊿ MC33664作为MCU和MC33771的传输物理层,负责将SPI信号和差分信号进行转换。

恩智浦的BMS解决方案支持多种网络拓扑结构,包括集中式、分布式菊花链结构以及集中式、分布式CAN网络结构。菊花链式网络可显著降低BOM成本,受制于通信距离限制,在目前的大巴车上,目前主要是基于CAN总线通信。恩智浦提供的BMS解决方案具有极大的灵活性,可满足不同客户的需求。

鉴于目前国内市场基于ISO26262的开发还处于起步阶段,部分车厂和供应商的功能安全开发经验不足,导致开发符合IS026262标准的BMS难度较大,并且要一下子达到系统级ASIL-C/D,系统开发成本高,挑战性巨大。针对这种情况,恩智浦提供一种具有低成本优势的方案,推荐主控单元MCU采用具有超高性价比的S32K14x,该系列MCU基于ARM Cortex M4内核,按照ISO26262标准设计,结合外部的系统基础芯片FS45/65等,可使系统安全等级达到ASIL-B。另外,单个S32K14x达到ASIL-B等级,通过软硬件冗余设计也能使系统达到更高的安全等级ASIL-C。

恩智浦BMS CAN网络解决方案

需要指出的是,在恩智浦公司,所有按照ISO26262标准开发的器件,都被囊括在恩智浦的SafeAssure计划里。SafeAssure 保证开发的产品符合ISO26262标准,并提供必要的支持,提供功能安全相关的文档,如Safety Manual 和FMEDA等,Safety Manual详细阐述了芯片所采用安全机制,并指导用户如何使用芯片可以达到比较高的安全性等级。FMEDA展示了芯片失效模型、失效概率和诊断分析等,客户可根据具体应用需求对FMEDA进行裁剪。

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