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  在我們實(shí)現(xiàn)交通零排放的道路上，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV) 是從內(nèi)燃機(jī) (ICE) 到純電動(dòng)汽車 (BEV) 之間的自然過渡。這個(gè)過渡期將持續(xù)數(shù)年，并會(huì)根據(jù)電氣化水平劃分出幾種類型的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。一種是輕混合動(dòng)力汽車，通常配備 48V 電池以支持有限的電力推進(jìn)。另一種是帶純電動(dòng)推進(jìn)和車載充電器 (OBC) 的插電式混合動(dòng)力汽車。

  最新預(yù)測(cè)顯示，48V 輕混合動(dòng)力電動(dòng)汽車將主導(dǎo) HEV/BEV 市場(chǎng)，如圖 1 所示。消費(fèi)者的偏好將推動(dòng)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)，以滿足排放法規(guī)，并避免完全重新設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的費(fèi)用和時(shí)間。

圖 1：全球 xEV 市場(chǎng)趨勢(shì)

面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，HEV 制造商在平衡成本和性能的同時(shí)尋求理想的解決方案。在本文中，我們將討論選擇具有集成功能的智能電池監(jiān)測(cè)器如何幫助您實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，例如高精度電池監(jiān)控、高級(jí)別的功能安全和 BOM 節(jié)約等等。

  48V HEV 電池管理系統(tǒng)

  當(dāng)今的輕混合動(dòng)力電動(dòng)汽車通常具有縮小尺寸的 ICE，以及提供有限電力推進(jìn)和支持電子扭矩輔助等大功率負(fù)載的 48V 電池。這種 48V 電池需使用電池管理系統(tǒng) (BMS) 來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、保護(hù)、配電和其他輔助功能。出于安全原因，傳統(tǒng)的低壓 12V 電池仍在應(yīng)用。

  48V BMS 由 12V 側(cè)電池控制單元 (BCU) 和 48V 側(cè)與電池分配單元 (BDU) 組合的電池監(jiān)控單元 (CSU) 組成，如圖 2 所示。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 (ECU) 與 BMS 分開，并通過 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：

  ●監(jiān)控各電芯電壓并實(shí)現(xiàn)電量平衡

  ●整個(gè)電池組的電壓和電流測(cè)量

  ●電池溫度監(jiān)測(cè)

  ●功率切換和配電

  ●絕緣監(jiān)測(cè)

顯然，BMS 的核心部分是電池監(jiān)測(cè)和平衡 IC。但是，并非所有 BMS 功能都必須由電池監(jiān)測(cè)器執(zhí)行。例如，如果沒有電池監(jiān)測(cè)器進(jìn)行電流測(cè)量，則需要一個(gè)額外的電流監(jiān)測(cè)器，以及一個(gè) ADC 和數(shù)字隔離器(如 ISO6721-Q1)。為了降低系統(tǒng)成本，最好將此功能集成到電池監(jiān)測(cè)器中。

  縮小解決方案尺寸，節(jié)約時(shí)間和 BOM

  如果所有 BMS 功能都可以在電池監(jiān)測(cè)器中執(zhí)行，則可以顯著節(jié)約開發(fā)時(shí)間、減小解決方案尺寸和降低 BOM 成本。圖 3 展示了一個(gè) 48V BMS 系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于 BQ75614-Q1 符合 ASIL-D 級(jí)要求、具有集成電流檢測(cè)功能的 14 芯串聯(lián)汽車類精密電池監(jiān)測(cè)器、平衡器、保護(hù)器。

圖 3：48V HEV 基于 BQ75614-Q1 的 BMS

  與圖 2 相比，我們可以看到元件數(shù)量明顯減少。集成的電流檢測(cè)、電芯平衡、LDO 和保險(xiǎn)絲/開關(guān)監(jiān)測(cè)等功能可節(jié)約其他外部元件的成本。靈活的通用輸入/輸出 (GPIO) 引腳可通過提供 I2C 接口或擴(kuò)展 ADC 輸入的數(shù)量來(lái)擴(kuò)展功能，例如使用 NTC 熱敏電阻測(cè)量電池溫度。

  高電壓精度對(duì)于應(yīng)用日益廣泛的磷酸鐵鋰 (LFP) 電池至關(guān)重要。在精度方面，BQ75614-Q1 實(shí)現(xiàn)了 2mV 的高電壓精度。0.3% 的高電流精度和固有的電壓同步功能可實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的充電狀態(tài) (SoC) 和運(yùn)行狀況 (SoH) 估計(jì)，從而延長(zhǎng)電池壽命。

  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(shí)現(xiàn)功能安全合規(guī)性。可提供文檔來(lái)協(xié)助進(jìn)行符合 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)高達(dá) ASIL D 級(jí)(在電芯電壓、電流和溫度測(cè)量及通信方面)和 ASIL B 級(jí)(在過壓/欠壓和過溫/欠溫保護(hù)方面)的功能安全系統(tǒng)要求。該器件通過多個(gè)內(nèi)置診斷功能，還可實(shí)現(xiàn) 100ms 的故障檢測(cè)時(shí)間間隔 (FDTI)，從而釋放 MCU 以完成其他任務(wù)。

  BQ75614-Q1 具有與用于高壓 BMS 的可堆疊 BQ7961x-Q1 系列相同的多個(gè)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(shí)間。

  很明顯，快速發(fā)展的 HEV 市場(chǎng)需要在成本和性能方面更具競(jìng)爭(zhēng)力的 BMS 解決方案。只有提供具有更強(qiáng)性能、更多功能和更高集成度的創(chuàng)新器件來(lái)實(shí)現(xiàn)更智能的 BMS，才能應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。