汽车锂电池管理系统推动电动汽车的发展

时至今日,当前的电动汽车的性能已经不亚于传统的内燃机汽车,甚至有许多超跑等级的电动汽车性能已经超越内燃机汽车的表现,这是因为电动汽车的电动机较传统汽车有更佳的扭力表现,且通常车身较轻,因此具有相当不错的加速性。

电池管理系统改善电动汽车的性能表现

电动汽车被视为汽车产业发展的明日之星,事实上,在汽车发展历史上,电动汽车的出现比内燃机驱动汽车的时间还要早,但因为当时的电池驱动技术并不成熟,在石油开采与内燃机的快速发展下,电动汽车反而被内燃机汽车所取代。

时至今日,当前的电动汽车的性能已经不亚于传统的内燃机汽车,甚至有许多超跑等级的电动汽车性能已经超越内燃机汽车的表现,这是因为电动汽车的电动机较传统汽车有更佳的扭力表现,且通常车身较轻,因此具有相当不错的加速性。

不过,电动汽车则在续航力较短、充电时间较长方面,让许多使用者在购买时犹豫不决,要改善这些问题,则有赖于优秀的汽车锂电池管理系统(Battery Management System, BMS),来改善电动汽车的性能表现。

电池管理系统的主要功能是检测电动汽车动力电池各项状态参数,包括单体电压、总电压、电流、温度等,同时通过模拟前端采集数据,进行电池电量(State of Charge, SOC)、电池状态(State of Health, SOH)、电池能量(State of Power, SOP)估算和电池均衡。做好电池系统的管理工作,一方面可以增强车辆的续航力,延长电池的使用寿命,也可以确保系统不会过热导致故障发生。

电池管理系统架构与技术关键要素包含最底层之电池芯(Cell)温度与电压的侦测与纪录,并将此信息传送到上一层的电池模块监测单元(Battery Monitor Unit, BMU)。电池模块监测单元除了监控电池芯的状态外,另一个重要功能是进行主/被动电池平衡,以补偿轻微的电池不匹配,并可有效延长电池组工作寿命。电池模块管理单元之间可透过CAN、SPI或UART等通信协议来传送相关信息,并且可进一步将信息传送到更上层之电池管理系统控制单元(Battery Control Unit, BCU),BCU再根据这些信息来实现对电池进行管理、警示与安全保护等控制策略,以增强电池模块的使用寿命与安全性。

Electric Vehicle II

艾睿电子(Arrow ESC)推出了电池管理系统,采用了NXP公司MC33771 + MC33664的解决方案。MC33771是NXP公司推出具有14通道电池采样,并达到ASIL-C等级认证的锂电池管理芯片,芯片内集成高达300mA电流被动均衡管理MOS管,支持欠/过压、过温、开路、短路等故障检测,具有高精度检测电压和电流集成库仑计功能,MC33771还支持7路温度采样输入,且支持热拔插。MC33664为隔离网络高速收发器,可支持2.0MHz的隔离差分信号(TPL)通信和4.0MHz SPI通信,实现MC33771与主控MCU之间的通信。系统分电池管理(BMU),电池系统控制(BCU)两个单元,电池管理单元(BMU)处理器(MCU)采用NXP公司的MKEAZ128MLK4。电池控制单元(BCU)处理器(MCU)采用NXP公司的MPC5744P ASIL-D级芯片,供电采用的是带有功能安全及CAN收发器的ASIL-D级芯片FS6522。

Arrow ESC锂电池管理系统传统CAN分布式结构,最高支持15颗MC33771级联。主要半导体器件全部采用NXP芯片,比如 MCU、Power SBC、AFE, CAN收发器等汽车级IC。每一级BMU支持9.6V-61.6V的宽工作电压范围,直接从电池单元供电,每颗MC33771可管理8~14节电池单元,另外,还可提供基于MC33771的两类安全目标、46项安全机制设计参考给客户。

Arrow ESC推出的锂电池管理系统可提供有意开发电动汽车业者一个绝佳的解决方案,可降低产品的开发成本,加快产品的开发速度,值得相关业者来进一步了解。

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