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新能源汽车最核心两个器件——IGBT和电芯

2020-10-23 15:23 次阅读

新能源汽车最核心和最贵的两个器件是IGBT和电芯,围绕这两个器件其实在三电系统检测和保护中芯片起到了很大的作用,随着汽车内电压从12V、48V、200V+、400V+最后到800V,监测和保护的芯片电路的功能重要性也越来越重要。当然这部分成本在BMS、逆变器里面也占了不小的成本比例。

01

不同的电压组合

从整体的演进路线,目前主要汽车里面由单一的电压等级12V开始逐步往多个电压转变,主要发展方向为:

1)混合动力12V+48V:采用两颗电池,一般是12VAGM电池和48V锂电池作为搭配。

2)混合动力12V+HV:采用两颗电池,12VAGM铅酸电池和高压锂电池作为组合

3)电气化:主要包含12V+HV、12V+48V+12V和HV+48V(目前这种设计并不存在,只是演进的方向) 这里值得一提的是48V电源供电设计,48V电压平台通常用于为需要更高功率的负载供电,连接到48 V电压平台上的ECU都需要高效,高功率密度且能够承受ISO 21780中规定的工作电压要求的电源管理设备。可以使用降压稳压器,三相栅极驱动器和电池管理系统之类的产品,配合电流和电压检测放大器产品组合。

02

电池管理系统

电池管理系统的主要任务是通过保证电池系统的设计性能,从硬件结构上,电池管理系统由传感器、控制器、执行器、高低压线束等组成,从硬件结构上来看,它有以下的功能模块:

1)电池参数检测(传感器层):包括电池系统总电压、总电流、单体电池电压检测、温度检测、烟雾探测、绝缘检测、碰撞检测等。

2)接触器控制与电池安全保护(执行层):电池管理系统具备驱动接触器的电路和诊断接触器各个高压节点的实际状态,接触器在实际情况下是集成在智能断开盒中的

3)MCU计算核心:这部分是整个电池管理系统的算法,这部分也是电池系统作为一个整车控制器实现既定的功能安全目标最为基础的电路结构。

4)均衡电路:整个电池系统的不一致性直接影响电池系统地实际可用容量,这个不一致性会随着时间进行累积。目前随着电池进入200Ah的时代,均衡的作用和能力进入一个微妙的时代。

5)电源管理电路和EMC抑制:电池管理系统从电池模组和12V电池上驱电,通过合理的保护电路来管控不同节点的电源情况。

6)网络通讯和唤醒电路:电池管理系统是需要与整车动力总成、车身网络等整车网络节点通信,也需要进行对应的网络管理和唤醒休眠管理。

7)信息存储单元:用于存储关键数据,比如在整个生命周期内客户使用的情况,这部分核心内容是记录电池系统超出预期的滥用数据的时间和频次。

随着域控制器的引入,BMS内存储信息,主要是以FOTA 的要求为主,存数据倒不是重要的事情。 如下图所示,想要完成一个大的完整的电池管理系统在一块电路板上面,其硬件和软件的复杂度,特别是高低压混合的情况比较突出,外围的高低压线束使得整个电池管理系统在硬件设计上难以实现。

图1 电池管理系统的硬件基本框架

图2 某个典型的BMS电路,后续会拆解分析

03

电池系统和充电里面的芯片进化特点

如何提高电池管理系统的可靠性?

电池的AFE检测芯片,以德州仪器 (TI) BQ79606A-Q1为例,主要的设计方向是在芯片层面提高芯片的功能安全等级和可靠性。高度集成的BQ79606A-Q1 可精确监控温度和电压水平,有助于最大限度地延长电池使用寿命和上路时间。此外,BQ79606A-Q1电池监控器具有安全状态通信功能,可帮助系统设计人员满足汽车安全完整性等级D(ASIL-D)的要求。这是ISO 26262道路车辆标准定义的最高功能安全目标。 目前AFE方面,在电压检测,温度检测和通讯功能达到汽车安全完整性等级ASIL-D。 在通信方面,AFE占据主要的功能,从之前的CAN大部分企业都逐步过渡到的菊花链的通信方式,在菊花链的环体系结构,即使在一端通讯电缆断开的情况下,也可以通过反向通讯保证所有电池模组的通讯

图3 菊花链通信方式

在设计方面中,无需外部齐纳二极管也可实现强大的热插拔性能。目前电池系统需要优化低温下的充电/放电性能,并确保高温下电池保持在安全的工作区域内。为了应用适当的热管理策略,有必要在电池/电池组水平上进行准确的电压和温度感测(BQ79606A-Q1)。这些可能需要在冷启动条件下进行预热,并在较高温度下进行冷却。

小结:这几年BMS的发展,主要还是在AFE芯片的优化上,本身BMS本体的功能发展还是比较有限的,随着BMS和域控制器的迭代发展,这方面的特点会越来越明显。作为模拟芯片老大,TI近些年不断推出相关的车规级产品和参考设计,比如上文提到的 BQ79606A-Q1和基于该产品的可扩展的6s 至 96s锂电池监控演示器参考设计,并且还在不断研发新一代产品,加速这个领域的创新迭代过程。另外说个题外话, 最近看到了许多TI针对于汽车市场的宣传活动,可见其对汽车领域的重视。

责任编辑:haq

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HVLED007TR STM icroelectronics HVLED007电流模式PFC控制器

MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

MAX25612高压LED控制器是一款单通道高亮度LED (HB LED) 驱动器,适用于汽车前灯应用。这些应用包括远光灯、近光灯、日间行车灯 (DRL)、转向指示灯、雾灯和其他LED灯。该器件的输入电压范围为5V至48V,可以驱动一个LED灯串,最大输出电压为65V。MAX25612是完全同步型器件,适合需要同步整流的升压和降压-升压应用,可提供大于90%的效率。 MAX25612可检测LED灯串高侧的输出电流。需要进行高侧电流检测,以防止输出端到接地或电池输入端发生短路。该器件也是用于驱动LED的最灵活方案,支持升压、高侧降压或降压-升压模式配置。PWM输入提供高达5000:1的LED调光比,ICTRL输入在MAX25612中提供额外的模拟调光功能。MAX25612还包括一个FLT标志,用于指示灯串开路、灯串短路和热关断。MAX25612还支持内置扩频调制,以提高电磁兼容性能。 特性 集成度高,可最大限度地减少BOM、降低成本 +5.0V至+48V的宽输入电压范围和+65V的最大升压输出 集成pMOS调光FET驱动器 用于模拟调光的ICT...
发表于 10-28 14:57 24次 阅读
MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

EVAL-IBD002-35W STMicroelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板

oelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板设计用于演示HVLED002控制器。HVLED002控制器管理主要由D1、L1和Q1组件组成的反向降压电路,能够提供大约700mA作为最大LED负载电流。外部0V至10V信号专门用于管理调光输出LED电流(最大值的1%至100%),具有模拟 (100%至10%) 和PWM (10%至1%) 控制功能。需要15V辅助电压才能为HVLED002控制器上电。 特性 VIN - 48VDC至60VDC;VAUX - 15VDC输入电压 LED输出电压:24VDC至48VDC LED输出电流:700mA(最大值) 调光:1%至100% 低于50mW(60VIN时)直流无负载 效率 满载:>97% >95%(负载超过20%时)(模拟#...
发表于 10-21 11:24 18次 阅读
EVAL-IBD002-35W STMicroelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板

STEVAL-ILL066V2 STEVAL-ILL066V2使用STLUX385A数字控制器100瓦LED路灯照明评估板

STLUX385A数字控制器 高效率(92%) 初级侧控制 高达100瓦上(100伏,1 A或0.5 A 200 V) 适于LED连接单个隔离输出 宽输入电压范围:90 V至265 V AC 在STEVAL-ILL066V2评估板是一个完整的和可配置的解决方案,有效地控制使用STLUX385A数字控制器的单个,可调光,高亮度LED串。
发表于 05-20 23:05 31次 阅读
STEVAL-ILL066V2 STEVAL-ILL066V2使用STLUX385A数字控制器100瓦LED路灯照明评估板

ST23L48A ST23L48AST23联系安全MCU具有48 KB的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt加密处理器

型8位/ 16位ST23 CPU核心的16兆字节线性寻址存储器 用户的ROM 390千字节 用户RAM的6个字节 2千字节NESCRYPT RAM的 48个字节用户EEPROM,包括128个字节的用户OTP区的 30年的数据保存在25℃下 在25℃下500000次擦/写 1到64字节擦除或编程在1.5毫秒 工作温度:-25°至+ 85°C 增强NESCRYPT加密处理器,用于公共密钥加密 FIPS PUB 197兼容的AES加速器 使用看门狗和中断3个8位的定时器能力 ST23L48A设备是串行存取微控制器定制设计的用于安全智能卡应用程序。...
发表于 05-20 22:05 63次 阅读
ST23L48A ST23L48AST23联系安全MCU具有48 KB的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt加密处理器

ST23YR48 ST23YR48ST23双接口安全MCU用48千字节的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt密码处理器 RF B型(非接触式ID-护照/ PKI)

特性 增强型8位/ 16位ST23 CPU核心的16兆字节线性寻址存储器 390个字节用户ROM 6字节用户RAM 2千字节NESCRYPT RAM 48个字节用户EEPROM包括128个字节的用户OTP区: 30年的数据保存 1到64字节擦除或编程在1.5毫秒 增强NESCRYPT加密处理器,用于公共密钥加密 硬件安全增强DES加速器 与看门狗和中断能力三个8位定时器 3V和5V电源电压范围 外部时钟频率高达10 MHz 高性能 CPU时钟频率高达29 MHz的 省电待机状态 联系分配与ISO / IEC兼容:通过提供7816-3标准 异步收发器(IART),用于高速串行数据支持(ISO / IEC 7816-3和EMV™兼容) ESD prote ction大于5千伏(HBM)用于接触焊盘和4千伏用于非接触垫 接触设有 与ISO / IEC 14443个类型B标准的要求 13.56MHz载波频率 RF帧至多512字节 RFUART(RF通用异步收发器)高达848千位/秒 0.5千字节专用RFUART RAM BPSK - NRZ负载调制(卡到读取器) 8%至14%幅度调制的接收(读取器到卡)作为最小的范围 通过CPU的时钟频率高达设置到29兆赫加上时钟频率增强的RF性能分频器 安全性...
发表于 05-20 22:05 84次 阅读
ST23YR48 ST23YR48ST23双接口安全MCU用48千字节的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt密码处理器 RF B型(非接触式ID-护照/ PKI)

STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments & 11 digits to 16 segments & 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer....
发表于 05-20 20:05 106次 阅读
STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

尔® VR13 6 + 1相紧凑数字控制器 VR13符合25MHz的SVID总线rev.1.7 高性能数字控制回路(数字STVCOT™) 专有自动调谐技术 通过PMBus的完全可配置的™ AutoDPM - 自动动态相位管理 远程感; 0.5%Vout的精度与校准 使用校准 在PM6776是被设计为功率英特尔VR13处理器的高性能数字双控制器电流监测信号:所有所需的参数是通过PMBus的™接口编程。
发表于 05-20 19:05 41次 阅读
PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

EV-VNH7070AY EV-VNH7070AYVNH7070AY评估板

的单IC应用板专用于VNH7070AY 提供电连接和热散热,易于成型 EV-VNH7070AY为您提供了一种简单的方法,以ST的VIPower M0-7 H桥驱动器连接到现有的原型电路。该评估板自带预装配有VNH7070AY H桥。电气元件的车载最小设定(作为用于设备数据表建议)使用户能够直接连接的负载,在电源与所述微控制器在没有外部部件的设计和连接的任何额外的努力。
发表于 05-20 18:05 37次 阅读
EV-VNH7070AY EV-VNH7070AYVNH7070AY评估板

STM805T/S/R STM805T/S/R3V主管

RST 输出 NVRAM监督员为外部LPSRAM 芯片使能选通(STM795只)用于外部LPSRAM( 7 ns最大值丙延迟) 手册(按钮)复位输入 200毫秒(典型值)吨 REC 看门狗计时器 - 1.6秒(典型值) 自动电池切换 在STM690 /795分之704/804分之802/八百零六分之八百零五监督员是自载装置,其提供微处理器监控功能与能力的非挥发和写保护外部LPSRAM。精密电压基准和比较监视器在V
发表于 05-20 16:05 56次 阅读
STM805T/S/R STM805T/S/R3V主管

STSW-STPM003 STSW-STPM003为STM32F4探索套件和EVALSTPM32三相固件实现

4个STPMs计量 用于保存参数EEPROM支持(可选) USB虚拟Com端口(VCP),用于支持GUI和LabTools Minishell(命令行分析器),用于通过USB发送命令 在UART或SPI STPM通信 STM32处理程序和驱动程序支持基于立方MX 使用STPM3x和STM32F407装置中的固件实现的三相应用的开发。它已经开发了基于STM32F407VGT与EVALSTPM32接口的STM32F4发现套件,但它可以很容易地移植到其它微控制器。
发表于 05-20 15:05 24次 阅读
STSW-STPM003 STSW-STPM003为STM32F4探索套件和EVALSTPM32三相固件实现

STSW-IO-LINK STSW-IO-LINKIO-Link的演示套件固件

包STM32微控制器ARM ®皮质® -M0 +和ARM的Cortex-M3 符合STM32Cube开发框架 在其他STM32平台便携式 基于RS-485通信的PC接口 通信层用于交换主站和传感器节点 传感器配置和传感器数据采集 快速傅立叶变换(FFT)运算,以评估振动谱 此试剂盒包括用于一个完整的固件版本STEVAL-IDP004V1和STEVAL-IDP003V1评估板,以促进在配置中,数据交换和处理方面的系统管理。它是基于STM32CubeHAL库,并使用功能强大的STM32CubeMX工具来配置微控制器和更新而不会丢失数据的创建工作区。...
发表于 05-20 15:05 59次 阅读
STSW-IO-LINK STSW-IO-LINKIO-Link的演示套件固件

STSW-BFA001V1 STSW-BFA001V1软件包STEVAL-BFA001V1B

固件实施例来构建应用程序状态监测和预测性维护基于三维数字加速度计,环境和声学MEMS传感器 中间件包括算法为先进的时间和频率域信号处理振动分析 可编程FFT大小(512,1024或2048点) 可编程FFT平均和重叠 可编程窗(平顶,汉宁,汉明) 速度RMS均线,加速度最大峰值 中间件集成麦克风算法: PDM到PCM 声压 音频FFT 固件包STM32F469AI开发了在不同的微控制器系列便于携带 PC数据监视通过任何游离终端模拟器 示例示范固件STEVAL-IDP004V1 IO-Link的主功能的多端口评估板和DE通信dicated PC GUI 特殊STSW-BFA1PREDMNT状态监测固件配置成与STSW-IDP4PREDMNT相互作用,并且允许经由STM32MP157C-DK2网关数据上传至云。 在固件包旨在帮助您开发基于状态监测的工业预测性维护解决方案。...
发表于 05-20 14:05 22次 阅读
STSW-BFA001V1 STSW-BFA001V1软件包STEVAL-BFA001V1B

STSW-USBPD45CFW STSW-USBPD45CFWSW包STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源适配器发货

包与应用实例的二进制为STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源输送适配器。 应用固件基于所述认证X-CUBE-USB-PD软件设计的ARM ® 32位皮质® -M0 STM32F051 MCU和PD3.0认证STUSB1602A C型控制器。 在STSW-USBPD45CFW软件包被设计为支持STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型电源输送适配器参考设计。
发表于 05-20 13:05 40次 阅读
STSW-USBPD45CFW STSW-USBPD45CFWSW包STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源适配器发货

STSW-IOD003 STSW-IOD003基于STM32Cube L6362A的IO-Link通信收发器设备IC评估软件

62A IO-Link通信收发器装置IC集成在STEVAL-IOD003V1评估板的管理驱动程序层 GPIO和IRQ的配置 用于接收和发射I / Q信道控制 故障中断处理 用于控制L6362A设备 易于在不同的微控制器系列可移植性示例应用程序,这要归功于STM32Cube 自由的,用户友好许可证条款 在STSW-IOD003是用于STEVAL-IOD003V1评估板它集成了L6362A IO-的评估软件链路收发器设备。
发表于 05-20 13:05 46次 阅读
STSW-IOD003 STSW-IOD003基于STM32Cube L6362A的IO-Link通信收发器设备IC评估软件

EVL6564H-100W EVL6564H-100W基于所述L6564H 100瓦过渡模式PFC预调节器演示板

压范围:90至265 VAC 最小线频率(f →):47赫兹 稳压输出电压:400伏 额定输出功率:100W 最大2F →输出电压纹波:20 V峰峰值 保持时间:10毫秒(V DROP 后保持时间:300 V) 最小开关频率:40千赫 最低估计效率: 92%(@ V 在 = 90 VAC,P OUT = 100 W) 最高环境温度:50℃ PCB类型和大小:单面为35μm,CEM-1,90×83毫米 此演示板是基于新的过渡模式PFC控制器L6564H和器具100 W,宽范围的电源输入,PFC预调节器适用于镇流器,适配器,平面屏幕显示器,并且所有具有SMPS以满足IEC61000-3-2或JEITA-MITI法规。...
发表于 05-20 12:05 69次 阅读
EVL6564H-100W EVL6564H-100W基于所述L6564H 100瓦过渡模式PFC预调节器演示板

STSW-L9177A STSW-L9177AEVAL-L9177A图形用户界面

RS232端口连接与微控制器 自动COM连接 L9177A SPI寄存器读取和写入 能够生成可编程durationactuations 可能性控制L9177A并行致动。 在STSW-L9177A是一个图形用户界面(GUI),其允许以初始化并通过SPI协议改变参数控制EVAL-L9177A评估板,管理并行PWM输入和读出的输出。该L9177A GUI已经使用Labview的开发和其使用,如微控制器接口,在SPC56M发现板。
发表于 05-20 12:05 67次 阅读
STSW-L9177A STSW-L9177AEVAL-L9177A图形用户界面