BMW i3电池配电盒解析

如上周所说的，我们从BMW I3这台2013年量产，2011年左右开始设计发布的车型来看近10年的变化。

无疑迭代最快的是在ADAS领域，如下所示当时分离式的KAFAS2的模块，到I-NEXT的系统架构变迁最快。而电动汽车动力总成域里面最大的变化，还是高低压彻底的分离和充电、高压管控的顶层化。

图1 宝马的KAFAS2和后续演进，10年间这块变化最大

I3安全盒设计

1）BEV的安全盒（配电设计）

BMW在I3上引入了安全盒（S-box），如下图所示。

图2 电池系统内S-box的单元

这是为了把电池系统和外部断开的装置，集成了下面这些组件：

电池负极电流路径内的电流传感器；

电池系统正极电流路径内的熔丝；

两个正负极的接触器（主正和主负电流路径都设置开关触点）；

高电压系统的预充电电路；

S-box用于监控接触器触点、测量蓄电池总电压和监控绝缘电阻的电压传感器 在具备电池加热的设计中，电池系统有一个直接加热的PTC。

在S-box内带有加热装置的控制和供电电子装置，用于控制加热装置的微控制器通过一个CAN与电池管理单元SME控制单元相连，通过MCU接受运行功率要求，通过PWM调整脉冲宽度调制调节所需加热功率（通过控制Power MOSFET）接通和关闭加热装置

图3 S -box内主要的单元

下图是电流采集单元，采用的芯片是 Freescale的S9S12P64MFT 16位（32 MHz），系统电源采用了Bosch CY320电源，隔离是由两个TI低功耗双数字隔离器（ISO7241CQ和ISO7421EQ1），电流传感器为AMS的AS8510测量IC，配备两个16位sigma-delta A / D转换器，调制电路时围绕LTC6655低噪声精密基准IC（0.25 ppm p-p）来设计的 。

图4 电流采集板

高压板主要用来采集电压和控制接触器，模块板是由 BMW i3混合动力汽车。该板用于 作为其他设备和组件的电源 德州仪器（TI）LM25037脉冲宽度 调制（PWM）控制器执行所有重载电压调节，以降低车外功耗， 采用了一颗8位微控制器（ MC9S08AW16A ）处理CAN通讯和控制输入，输入保护为TI的ISO7421E-Q1双通道数字隔离器。驱动芯片为STL4993MD

图5 高压采集板

事实上，BMS BMW所说的SME单元有一部分绝缘电阻检测注入的功能，如下图所示：

图6 SME里面的绝缘检测功能

2）PHEV的集成和变化

实际上这种设计，被后续BMW的设计全部继承了。电流采集、高压采集和绝缘检测全部集成在一块可折叠的板里面，如下所示。

图7 后续BMW的智能配电盒S-Box的延伸

后续的演变

iX3可能是另外一个设计开端，在上面的设计中，我们能看到CMU是一体化的，所有的电池采样线接入到一个CMU里面。目前还没有这个电气连接的设计线路图，非常有可能BMS被放到前端输出的部分了。

图8 BMW的iX3上的设计（配电盒）

图9 BMW前端的BMS的设计

小结

其实BMS的设计是跟着整体的布置理念走的，从功能来看，随着基础SOC算法到瓶颈，未来在域控制器上通过T-box和云端BMS做一些新型的续航里程和充电时间的估算，把更多的变量（外部温度、道路交通情况、电池寿命和历史数据参考），BMS的设计趋向于高低压分离，趋向于应用化。