在我們實現(xiàn)零排放運輸?shù)牡缆飞?，混合動力電動汽?/span> (HEV) 呈現(xiàn)出從內(nèi)燃機 (ICE) 到純電動汽車 (BEV) 的自然過渡。這個過渡期將需要數(shù)年時間，并會根據(jù)電氣化水平引入幾種類型的混合動力汽車。一方面，我們有輕度混合動力汽車，通常配備 48V 電池，支持有限的電力推進。另一方面，我們有帶純電動推進和車載充電器 (OBC) 的插電式混合動力車。
最新預(yù)測顯示，48V 輕度混合動力汽車將主導(dǎo) HEV/BEV 市場，如圖 1 所示。消費者偏好正在推動這一需求，因此，汽車制造商必須能夠改變現(xiàn)有的汽車架構(gòu)，足以滿足排放法規(guī)，而不會產(chǎn)生完全重新設(shè)計的費用和時間。
圖 1：全球 xEV 市場趨勢；資料來源：戰(zhàn)略分析
面對激烈的競爭，HEV 制造商在平衡成本和性能的同時尋求最佳解決方案。在本文中，我們將討論選擇具有集成功能的智能電池監(jiān)控器如何幫助您實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)勢，例如高精度電池監(jiān)控、高水平的功能安全性和 BOM 節(jié)省等等。
48V HEV 電池管理系統(tǒng)
當今的輕度混合動力汽車通常具有縮小尺寸的 ICE，以及提供有限電力推進和支持電子扭矩輔助等高功率負載的 48V 電池。這種 48V 電池需要一個電池管理系統(tǒng) (BMS)來實現(xiàn)監(jiān)控、保護、配電和其他輔助功能。出于安全原因，傳統(tǒng)的低壓 12V 電池仍然存在。
48-V BMS 由 12-V 側(cè)的電池控制單元 (BCU) 和與 48-V 側(cè)的電池分配單元 (BDU) 組合的電池監(jiān)控單元 (CSU) 組成，如圖 1 所示. 發(fā)動機控制單元（ECU）分離，通過CAN接口控制BMS。為了提高安全性，BCU 和 CSU 通常是隔離的。
圖 2：48V HEV 的典型 BMS
常見的BMS功能有：
· 單個電池單元的電壓監(jiān)控和平衡
· 整個電池組的電壓和電流測量
· 電池溫度監(jiān)測
· 電源開關(guān)和分配
· 絕緣監(jiān)測
顯然，BMS 的核心部分是電池監(jiān)控和平衡 IC。但是，并非所有 BMS 功能都必須由電池監(jiān)視器執(zhí)行。例如，如果沒有在電池監(jiān)視器中實現(xiàn)電流測量，則需要一個額外的電流監(jiān)視器，以及一個 ADC 和一個數(shù)字隔離器。為了降低系統(tǒng)成本，最好將此功能集成到電池監(jiān)控器本身中。
縮小解決方案尺寸，節(jié)省時間和 BOM
如果所有 BMS 功能都可以在電池監(jiān)視器中執(zhí)行，則可以顯著節(jié)省開發(fā)時間、解決方案尺寸和 BOM 成本。圖 3 顯示了圍繞BQ75614-Q1構(gòu)建的48V BMS 系統(tǒng)、14S汽車精密電池監(jiān)視器、平衡器、保護器和符合 ASIL-D 標準的集成電流感應(yīng)。
圖 3：用于 48V HEV 的基于 BQ75614-Q1 的 BMS
與圖 2 相比，我們可以看到組件數(shù)量顯著減少。集成電流檢測、電池平衡、LDO 和保險絲/開關(guān)監(jiān)控可節(jié)省額外外部組件的成本。靈活的通用輸入/輸出 (GPIO) 引腳可用于通過提供 I2C 接口或擴展 ADC 輸入的數(shù)量來擴展功能，例如使用 NTC 熱敏電阻測量電池溫度。
高電壓精度對于與日益流行的磷酸鐵鋰 (LFP) 電池的兼容性至關(guān)重要。在精度方面，BQ75614-Q1 實現(xiàn)了 2 mV 的高電壓精度。具有固有電壓同步的 0.3% 高電流精度允許更準確的充電狀態(tài) (SoC) 和健康狀態(tài) (SoH) 估計，從而擴展電池范圍。
BQ79614-Q1 具有用于電壓、溫度和電流診斷的內(nèi)置冗余路徑，從而實現(xiàn)功能安全合規(guī)性。文檔可用于幫助 ISO 26262 系統(tǒng)設(shè)計，并在電池電壓、電流和溫度測量和通信方面達到 ASIL D 級，以及在過壓/欠壓和過溫/欠溫保護方面達到 ASIL B 級要求. 該器件還具有通過使用多個內(nèi)置診斷在 100 毫秒內(nèi)完成故障檢測時間間隔 (FDTI) 的能力，從而釋放 MCU 以完成其他任務(wù)。
BQ75614-Q1 與用于高壓 BMS 的可堆疊 BQ7961x-Q1 系列共享多個特性，包括封裝、引腳排列、功能控制和寄存器映射。因此，為 BQ75614-Q1 開發(fā)的硬件和軟件可以輕松移植到該系列中的其他器件，從而節(jié)省開發(fā)時間。
很明顯，快速增長的 HEV 市場需要在成本和性能方面更具競爭力的 BMS 解決方案。只有提供具有改進性能、附加功能和更高集成度的創(chuàng)新部件，從而實現(xiàn)更智能的 BMS，才能解決這一挑戰(zhàn)。
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