在電動汽車產(chǎn)業(yè)研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化過程中，BMS作為為電動汽車供應(yīng)原始動力源管理系統(tǒng)，其性能的好壞直接影響了電動汽車的性能及使用壽命。我們常說的BMS(電池管理系統(tǒng))功能重要有三種：通過測量動力鋰電池的荷電狀態(tài)，為駕駛員供應(yīng)剩余的使用電量，以便提醒駕駛員能及時為電動電池進(jìn)行充電;其次是對電池溫度進(jìn)行監(jiān)控管理，檢測電池工作時的溫度，并使用吹分機(jī)或散熱片來確保電池工作在最佳狀態(tài);最后是實(shí)現(xiàn)電池的均衡管理，由于出廠制造誤差、或者使用過程中的存在通風(fēng)性差異，電化學(xué)性能轉(zhuǎn)換不一等情況，對電池電壓、剩余電量進(jìn)行檢測，以防過度充電。

在BMS開發(fā)過程中，對BMS的危害分析有過壓(過充)、欠壓、過溫和過流等危害事件，如過壓可能是一個比較嚴(yán)重的事件，尤其長時間對電池過充會導(dǎo)致電池性能下降和不可恢復(fù)性損壞，甚至導(dǎo)致電池變形、漏液情況發(fā)生。那么，關(guān)于BMS系統(tǒng)安全設(shè)計的目標(biāo)就是能夠及時發(fā)現(xiàn)電池過充、并通過合理的危害分析及評估，從單點(diǎn)失效和潛在失效等方面考慮設(shè)計安全機(jī)制，最后做出恰當(dāng)及時的處理。

恩智浦符合BMS功能安全的參考設(shè)計

恩智浦供應(yīng)完整的電池管理系統(tǒng)解決方法，包括微控制器MCU、模擬前端電池控制器IC、隔離網(wǎng)絡(luò)高速收發(fā)器、系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片SBC等。借助恩智浦的BMS方法，客戶可輕易實(shí)現(xiàn)基于CAN網(wǎng)絡(luò)或菊花鏈的電池管理系統(tǒng)。恩智浦供應(yīng)多種符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的器件，主控單元MpC574xp安全等級達(dá)到ASIL-D，模擬前端電池控制器MC33771安全等級達(dá)到ASIL-C，SBC(SystemBasicChip)系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片F(xiàn)S45/65安全等級達(dá)到ASIL-D。采用這套方法可簡化軟硬件設(shè)計，幫助客戶輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全等級達(dá)到ASIL-C/D。此外，恩智浦供應(yīng)符合功能安全的參考設(shè)計，極大加速客戶開發(fā)符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的BMS產(chǎn)品。

恩智浦BMS菊花鏈?zhǔn)浇鉀Q方法

在該方法中，主控單元采用的MpC574xp是一款基于powerarchitecture、具有l(wèi)ockstep核的高性能、高安全性MCU。

⊿SBC系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片F(xiàn)S45/65不僅供應(yīng)多種可配置的電源選擇，而且供應(yīng)電源監(jiān)控和眾多安全機(jī)制，支持fail-safe安全保護(hù)模式，MCU搭配SBC系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片可實(shí)現(xiàn)更高的安全等級。

⊿模擬前端MC33771負(fù)責(zé)電池數(shù)據(jù)的采集，一個MC33771最多可以接14節(jié)單體電池，多個MC33771可以級聯(lián)形成菊花鏈?zhǔn)酵ㄐ拧?/p>

⊿MC33664作為MCU和MC33771的傳輸物理層，負(fù)責(zé)將SpI信號和差分信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

恩智浦的BMS解決方法支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括集中式、分布式菊花鏈結(jié)構(gòu)以及集中式、分布式CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。菊花鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)可顯著降低BOM成本，受制于通信距離限制，在目前的大巴車上，目前重要是基于CAN總線通信。恩智浦供應(yīng)的BMS解決方法具有極大的靈活性，可滿足不同客戶的需求。

鑒于目前國內(nèi)市場基于ISO26262的開發(fā)還處于起步階段，部分車廠和供應(yīng)商的功能安全開發(fā)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致開發(fā)符合IS026262標(biāo)準(zhǔn)的BMS難度較大，并且要一下子達(dá)到系統(tǒng)級ASIL-C/D，系統(tǒng)開發(fā)成本高，挑戰(zhàn)性巨大。針對這種情況，恩智浦供應(yīng)一種具有低成本優(yōu)勢的方法，推薦主控單元MCU采用具有超高性價比的S32K14x，該系列MCU基于ARMCortexM4內(nèi)核，按照ISO26262標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，結(jié)合外部的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片F(xiàn)S45/65等，可使系統(tǒng)安全等級達(dá)到ASIL-B。另外，單個S32K14x達(dá)到ASIL-B等級，通過軟硬件冗余設(shè)計也能使系統(tǒng)達(dá)到更高的安全等級ASIL-C。

恩智浦BMSCAN網(wǎng)絡(luò)解決方法

要指出的是，在恩智浦公司，所有按照ISO26262標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的器件，都被囊括在恩智浦的SafeAssure計劃里。SafeAssure保證開發(fā)的產(chǎn)品符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，并供應(yīng)必要的支持，供應(yīng)功能安全相關(guān)的文檔，如SafetyManual和FMEDA等，SafetyManual詳細(xì)闡述了芯片所采用安全機(jī)制，并指導(dǎo)用戶如何使用芯片可以達(dá)到比較高的安全性等級。FMEDA展示了芯片失效模型、失效概率和診斷分析等，客戶可根據(jù)具體應(yīng)用需求對FMEDA進(jìn)行裁剪。

意法半導(dǎo)體面向車載多媒體、支持局域網(wǎng)節(jié)能電源IC

(一)集成式多媒體mosfet電源管理芯片L5961

作為ST首款集成式MOSFET(面向媒體的系統(tǒng)傳輸)網(wǎng)絡(luò)電源管理方法，電源管理ICL5961面向目標(biāo)為車載多媒體、信息娛樂系統(tǒng)。意法的mosfet技術(shù)重要用于在汽車環(huán)境內(nèi)輕松地增裝CD或DVD播放器、車用收音機(jī)、個人導(dǎo)航儀等各種多媒體設(shè)備。

新款電源管理IC用于支持SMSC的mosfet網(wǎng)絡(luò)處理。L5961整合了電源和MOST兼容電源管理控制邏輯電路，以及強(qiáng)化的診斷和完備的系統(tǒng)監(jiān)控功能(電源電壓、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、喚醒事件和溫度)。

L5961電源管理芯片與SMSC網(wǎng)絡(luò)處理器組成芯片組，可充當(dāng)任何一個MOST網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組成模塊，而且讓網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間保持更大的獨(dú)立性，網(wǎng)絡(luò)中某一設(shè)備的開關(guān)時序或設(shè)備故障不會影響聯(lián)網(wǎng)的其它設(shè)備。當(dāng)芯片組通過驗(yàn)證即可用于所有mosfet應(yīng)用，無需重復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證。

STL5961集成電源管理控制邏輯電路及電源設(shè)計，印刷電路板尺寸縮小、制造成本和總體擁有成本更低、以及帶來更小的待機(jī)功耗。L5961支持多種功耗模式，其中超零功耗模式的正常靜態(tài)電流僅為5μA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分立器件取得的數(shù)值。

L5961的其它特性包括：集成一個給網(wǎng)絡(luò)處理器以及一個外接低壓設(shè)備供電的5V或3.3V、650mADC-DC轉(zhuǎn)換器，兩個給光纖發(fā)射器和接收器供電的穩(wěn)壓器，具有診斷功能的網(wǎng)絡(luò)物理層收發(fā)器，此外還集成三個電源電壓監(jiān)測用電池檢測器，在目前的分立器件解決方法中，電池檢測器是單獨(dú)存在的功能。

(二)最新CAN技術(shù)規(guī)范、支持局域網(wǎng)絡(luò)節(jié)能減耗電源ICL99pM72pXp

意法推出的新款汽車電源管理系統(tǒng)ICL99pM72pXp，可支持先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的汽車IC，大幅改善汽車燃油效率和尾氣二氧化碳排放量。通過局域網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的目的，這項最新CAN技術(shù)規(guī)范的新功能可將汽車CO2排放量降低2g/km以上。

新款電源管理ICL99pM72pXp通過單片整合高速CAN(HS-CAN)和LIN物理層功能，新產(chǎn)品擁有制造完整車身電子控制器單元(ECU)所需的全部功能。該產(chǎn)品的設(shè)計針對某些特定用途，如空調(diào)控制模塊和車門控制器單元，以及車座椅模塊、后備廂模塊、掛車模塊、天窗模塊和后視鏡模塊。

與市場現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)CAN收發(fā)器或系統(tǒng)芯片不同的是，L99pM72pXp能夠自主監(jiān)控CAN總線，無需模塊的主處理器介入，只有檢測到正確地址的喚醒信號時才會啟動，L99pM72pXp以這種方式關(guān)閉CAN的局部網(wǎng)絡(luò)，有助于降低汽車的整體能耗。

先進(jìn)的失效保護(hù)功能是L99pM72pXp附加且獨(dú)有的功能，可改進(jìn)電子控制器的穩(wěn)定性和可靠性。內(nèi)置的微控制器監(jiān)控、電源電壓監(jiān)控以及溫度監(jiān)控等保護(hù)功能為防止故障發(fā)生供應(yīng)最有力的保障。此外，新產(chǎn)品集成大量具有成本效益的外設(shè)功能，如上下橋臂驅(qū)動器、運(yùn)算放大器和穩(wěn)壓器，從而能夠減少外部元器件的數(shù)量，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的總體成本。

凌力爾特整合電池組監(jiān)視器+SmartMesh無線網(wǎng)格BMS系統(tǒng)

凌力爾特供應(yīng)門類齊全的高性能電池充電器產(chǎn)品線，這些充電器IC供應(yīng)諸多的電池安全及管理標(biāo)準(zhǔn)功能，包括片上電池預(yù)查驗(yàn)、熱調(diào)節(jié)、NTC接口以及采用SMBus或I2C接口的雙智能型電池系統(tǒng)管理。

在電池管理方面，凌力爾特供應(yīng)如電池充電器IC、pMIC、USB電源管理器、電池電量測試芯片、多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器、電池平衡器及無線功率傳輸?shù)鹊取?/p>

今年初慕尼黑上海電子展上，凌力爾特展示了業(yè)界首款無線電池管理系統(tǒng)(BMS)概念車。這款無線BMS概念車由凌力爾特的設(shè)計合作伙伴LIONSmart開發(fā)，它把凌力爾特高度準(zhǔn)確的電池組監(jiān)視器及SmartMesh?無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品在BMWi3車型上進(jìn)行了整合，取代了電池組和電池管理系統(tǒng)之間的傳統(tǒng)有線連接。

SmartMeshIp無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)

整合型BMS系統(tǒng)采用LTC6811電池組監(jiān)視器，這是一款面向混合動力/電動汽車的完整電池測量器件，能夠測量多達(dá)12個串接式電池的電壓，并具有優(yōu)于0.04%的準(zhǔn)確度。把LTC6811與凌力爾特的SmartMesh無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相組合，可解決汽車配線線束和連接器所引起并長期存在的可靠性問題。

多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器

凌力爾特的多節(jié)電池、高電壓電池組監(jiān)視器系列是完整的電池監(jiān)視IC，它們內(nèi)置了12位ADC、精準(zhǔn)的電壓基準(zhǔn)、一個高電壓輸入多工器和一個串行接口?？梢园堰@些器件串聯(lián)起來(無需使用光耦合器或光隔離器)以監(jiān)視長串串接電池中每節(jié)電池。

該監(jiān)視器系列的應(yīng)用包括電動汽車和混合動力汽車、高功率便攜式設(shè)備、備份電池系統(tǒng)和高電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

具備高精準(zhǔn)度的LTC6801/6802/6803電池組監(jiān)視器系列

LTC6802-1-多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器

特點(diǎn)：

可測量多達(dá)12個串聯(lián)鋰離子電池的電壓(最大值為60V)

可堆疊式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)1000V的系統(tǒng)

0.25%的最大總測量誤差

可在13ms完成一個系統(tǒng)中所有電池的測量

電量平衡：

-內(nèi)置無源電量平衡開關(guān)

-供應(yīng)片外無源電量平衡

具兩個熱敏電阻輸入和內(nèi)置溫度傳感器

1MHz可菊鏈?zhǔn)竭B接的串行接口

抗EMI的能力高

具內(nèi)置噪聲濾波器的ΔΣ轉(zhuǎn)換器

導(dǎo)線開路連接故障檢測

低功率模式

采用44引腳SSOp封裝

典型應(yīng)用：

應(yīng)用：

電動汽車和混合動力汽車

高功率便攜式設(shè)備

備份電池系統(tǒng)

高電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

電池平衡器LTC3300/LT8584系列

LTC3300是一款故障保護(hù)控制器IC，適用于對多節(jié)電池的電池組進(jìn)行基于變壓器的雙向主動電荷平衡。該器件集成了所有相關(guān)的柵極驅(qū)動電路、高精度電池感測、故障檢測電路和一個帶內(nèi)置看門狗按時器的堅固型串行接口。

每個LTC3300能利用一個高達(dá)36V的輸入共模電壓對多達(dá)6節(jié)串聯(lián)連接的電池進(jìn)行電荷平衡。來自任意選定電池的電荷能以高效率在其自身與12節(jié)或更多節(jié)相鄰的電池之間來回傳輸。一個獨(dú)特的電平移位SpI兼容型串行接口能在不采用光耦合器或隔離器的情況下完成多個LTC3300-1器件的串聯(lián)連接，從而實(shí)現(xiàn)長串串接電池中每節(jié)電池的電荷平衡。

LT8584是一款單片式反激DC/DC轉(zhuǎn)換器，專為主動平衡高電壓電池組而設(shè)計。開關(guān)穩(wěn)壓器的高效率顯著地新增了可實(shí)現(xiàn)的平衡電流，同時減少了發(fā)熱量。另外，主動平衡還可實(shí)現(xiàn)失配電池組的容量恢復(fù)，這是采用被動平衡系統(tǒng)無法獲得的特性。在典型系統(tǒng)中，可恢復(fù)超過99%的總電池容量。

LTC3300-1-高效率雙向多節(jié)電池的電池組平衡器

特點(diǎn)：

可實(shí)現(xiàn)多達(dá)6節(jié)串聯(lián)鋰離子或磷酸鐵鋰(LiFepO4)電池的雙向同步反激式平衡

高達(dá)10A的平衡電流(由外部組件設(shè)定)

與LTC680x系列的多節(jié)電池組監(jiān)視器無縫集成

雙向架構(gòu)最大限度地減少了平衡時間和耗散功率

電荷轉(zhuǎn)移效率高達(dá)92%

可堆迭式架構(gòu)可用于1000V的系統(tǒng)

使用簡單的雙繞組變壓器

1MHz可菊鏈?zhǔn)酱薪涌趲в?位CRC包錯誤檢查

高噪聲裕度串行通信

眾多的故障保護(hù)功能

48引腳帶裸露襯墊QFN封裝和LQFp封裝

典型應(yīng)用：

應(yīng)用：

電動汽車/插電式混合動力汽車(HEV)

大功率UpS/電網(wǎng)能量存儲系統(tǒng)

通用型多節(jié)電池的電池組