Cómo los desarrolladores de vehículos eléctricos se adelantan a la curva en los sistemas de gestión de baterías de alto voltaje

Las ventas globales de vehículos eléctricos siguen creciendo, con un total de 10,5 millones de nuevos vehículos eléctricos de batería (BEVs) e híbridos enchufables (PHEVs) entregados durante 2022, un aumento del 55 % en comparación con 2021. Los fabricantes de automóviles están realizando grandes inversiones para optimizar tecnologías, con la mayoría de los avances derivados de mejoras en la química de las baterías y en el rendimiento del sistema de gestión de baterías (BMS), de manera que la autonomía promedio de las baterías es ahora triple en comparación con hace una década. Esta inversión tecnológica también ha incrementado la confianza de los consumidores para comprar BEVs con autonomías citadas de 300 millas o más.   Aunque la mayoría de los BEVs en las carreteras hoy en día funcionan con 400 V, hay un cambio gradual hacia arquitecturas de baterías de 800 V. Para mediados de la década, cada vez más fabricantes de automóviles anticipan que tendrán modelos de 800 V en su oferta. Funcionando con un voltaje tan alto, estos BEVs tienen tiempos de carga mucho menores, lo que los hace aún más atractivos para los compradores potenciales.   Aunque las arquitecturas de BMS de alto voltaje (HVBMS) existen, no hay un modelo estándar para ellas: no es como en los viejos tiempos en los que el mismo motor de combustión interna (ICE) podía, con unos pocos ajustes mecánicos y electrónicos, satisfacer las necesidades del tren motriz de una gama de modelos. El mercado está evolucionando de un modelo de vehículo nuevo cada 6-8 años a actualizaciones o mejoras más frecuentes, similar al mercado de smartphones con giros de innovación anuales. Durante este período de transición, las arquitecturas son altamente variables y no existe un método estándar para llevarlo a cabo. El desafío para los OEMs y los proveedores Tier 1 es llevar las últimas innovaciones en semiconductores al mercado lo antes posible. De hecho, no solo se requieren las innovaciones en semiconductores; la seguridad funcional de estos dispositivos necesita mucha atención y esfuerzo de diseño.

Como no existe una arquitectura HVBMS única que se adapte a todo, cualquier diseño de referencia debe ser lo suficientemente flexible como para adaptarse a todas las posibles arquitecturas futuras. Necesitan abordar las diversas tensiones del sistema que van desde 400 V hasta más de 1000 V, así como las próximas configuraciones híbridas de 2 x 400 V para carga conmutada de 800 V y conducción de 400 V. Los arquitectos de sistemas deben evaluar cómo configurar la comunicación interna del BMS entre la unidad de gestión de baterías (BMU), que es el cerebro del sistema, y la unidad de monitoreo de celdas (CMU) y las PCBAs del subsistema de la caja de conexiones de batería (BJB). Considerando las arquitecturas de agregación de funciones de próxima generación, por ejemplo, a través de un controlador de dominio de propulsión, CAN FD plantea una alternativa interesante a los buses aislados en cadena de última generación al permitir la eliminación del controlador del paquete de baterías.

Con el desarrollo del diseño de referencia del sistema de gestión de baterías de alto voltaje (HVBMS-RD), NXP demuestra conocimiento a nivel de sistema y experiencia excepcional en seguridad funcional. Además de la arquitectura de hardware escalable y flexible, el HVBMS-RD incluye una amplia gama de documentación de soporte que permite acelerar el tiempo de comercialización y reducir el esfuerzo de desarrollo y el riesgo asociado. La solución combina todo el último silicio BMS con controladores de dispositivos de software de grado de producción y documentación de seguridad funcional reutilizable, entregando valores de medición ASIL D en los que el software de la capa de aplicación del cliente puede confiar.