隨著新能源概念的普及推廣，新能源汽車(chē)也逐步走入了千家萬(wàn)戶(hù)，然而不斷曝光的電動(dòng)汽車(chē)起火事件，讓人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的安全性提出了質(zhì)疑。2018年至今，已有三四十起電動(dòng)車(chē)的著火事件，電動(dòng)汽車(chē)所帶來(lái)的安全問(wèn)題成為汽車(chē)行業(yè)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

在新能源汽車(chē)的發(fā)展中，動(dòng)力電池的安全性是一道繞不過(guò)去的坎。從統(tǒng)計(jì)的汽車(chē)起火案例看，動(dòng)力電池起火的直接原因是電池的熱失控。由于目前新能源汽車(chē)的能量來(lái)源都是鋰離子動(dòng)力電池，電池自身具有一定的內(nèi)阻，在輸出電能的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定熱量，同時(shí)又受到環(huán)境溫度影響，自身溫度變高，當(dāng)溫度超出其正常工作溫度范圍間時(shí)，將會(huì)損害整個(gè)電池的壽命和安全。

電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)BMS)作為保證動(dòng)力電池安全性的重要技術(shù)手段，熱管理功能已經(jīng)成為必備功能。由于電池的表現(xiàn)和使用環(huán)境的溫度關(guān)系很大，只有適宜的溫度能最大化發(fā)揮電池的潛力，那么就要求熱管理系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制電池的溫度。因此，要保證熱管理功能持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)揮作用，一個(gè)穩(wěn)定可靠的的BMS對(duì)于新能源汽車(chē)是至關(guān)重要的。

01方案平臺(tái)介紹

周立功提供符合功能安全的BMS解決方案，該方案中重要器件均采用了恩智浦提供的符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的器件，包括微控制器MCU、模擬前端電池控制器IC、系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片SBC等。

客戶(hù)借助恩智浦芯片的BMS方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠精確地監(jiān)測(cè)電池電壓、溫度、電流等重要參數(shù)，從而降低動(dòng)力電池地安全風(fēng)險(xiǎn)。

方案框圖如下：

圖1 級(jí)聯(lián)BMS方案框圖

方案特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)如下：

主控芯片選擇了NXP的ASIL-D等級(jí)MCU---SPC5744P,該系列芯片最高主頻可達(dá)200MHz，最大Flash空間達(dá)2.5M。另外該芯片具有鎖步校驗(yàn)核，校驗(yàn)核會(huì)執(zhí)行和主核相同的代碼指令，同時(shí)比較輸出結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)不匹配，就會(huì)觸發(fā)芯片的FCCU故障響應(yīng)單元進(jìn)行處理。非常適合功能安全要求比較高的BMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

電源管理芯片選擇了NXP的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片---FS6500系列芯片，該芯片同樣是ASIL-D等級(jí)芯片，芯片內(nèi)部框圖如圖2所示。該芯片內(nèi)部集成了DCDC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，線(xiàn)性穩(wěn)壓器，能為系統(tǒng)提供多種電源選擇。另外該芯片還集成了電源監(jiān)控和fail-safe安全機(jī)制，方便客戶(hù)設(shè)計(jì)高安全等級(jí)的產(chǎn)品。

圖2 FS6500內(nèi)部框圖

前端模擬器件作為BMS采樣的直接讀取者，它的特性的好壞，直接影響整個(gè)BMS的質(zhì)量，因此它的選取在整個(gè)BMS設(shè)計(jì)中最為重要。該方案中選擇了MC33771作為采集芯片。

該芯片主要特性如下：

單芯片可以測(cè)量14節(jié)電池，寬工作電壓范圍9.6-61.6V；

支持電流和溫度測(cè)量。集成7個(gè)ADC通道，以及3個(gè)獨(dú)立的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

支持4MHz的SPI通信，以及2Mb/s的變壓器隔離的菊花鏈通信方式；

集成過(guò)壓，欠壓，過(guò)溫，欠溫等安全功能，同時(shí)安全等級(jí)達(dá)ASIL-C。

另外，該方案還選擇了恩智浦的MC33664隔離變壓器驅(qū)動(dòng)芯片，MC35xs3400高邊開(kāi)關(guān)芯片以及汽車(chē)級(jí)RTC芯片PCA2129，為客戶(hù)提供整套打包方案。同時(shí)上述所有器件，恩智浦都有對(duì)應(yīng)的Demo板，如圖3所示，客戶(hù)可以直接申請(qǐng)MC3371 DEMO板進(jìn)行評(píng)估測(cè)試，幫客戶(hù)短時(shí)間內(nèi)熟悉本套方案平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)可靠，安全和最優(yōu)成本的電池管理系統(tǒng)方案。

圖3 MC33771 Demo板

02小結(jié)

BMS技術(shù)近年來(lái)雖然已經(jīng)有了很大提升，但有些部分仍不夠完善，尤其是安全方面，如何保障BMS系統(tǒng)的安全性，將是接下來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間的命題。設(shè)計(jì)滿(mǎn)足功能安全標(biāo)準(zhǔn)的BMS產(chǎn)品也將成為一種趨勢(shì)。周立功滿(mǎn)足功能安全標(biāo)準(zhǔn)的BMS解決方案，將會(huì)是你正確的選擇。