适用于 48V 系统的更智能 BMS 的电源方案

在我们实现零排放运输的道路上，混合动力电动汽车 (HEV) 呈现出从内燃机 (ICE) 到纯电动汽车 (BEV) 的自然过渡。这个过渡期将需要数年时间，并会根据电气化水平引入几种类型的混合动力汽车。一方面，我们有轻度混合动力汽车，通常配备 48V 电池，支持有限的电力推进。另一方面，我们有带纯电动推进和车载充电器 (OBC) 的插电式混合动力车。

最新预测显示，48V 轻度混合动力汽车将主导 HEV/BEV 市场，如图 1 所示。消费者偏好正在推动这一需求，因此，汽车制造商必须能够改变现有的汽车架构，足以满足排放法规，而不会产生完全重新设计的费用和时间。

图 1：全球 xEV 市场趋势；资料来源：战略分析

面对激烈的竞争，HEV 制造商在平衡成本和性能的同时寻求最佳解决方案。在本文中，我们将讨论选择具有集成功能的智能电池监控器如何帮助您实现设计优势，例如高精度电池监控、高水平的功能安全性和 BOM 节省等等。

48V HEV 电池管理系统

当今的轻度混合动力汽车通常具有缩小尺寸的 ICE，以及提供有限电力推进和支持电子扭矩辅助等高功率负载的 48V 电池。这种 48V 电池需要一个电池管理系统 (BMS)来实现监控、保护、配电和其他辅助功能。出于安全原因，传统的低压 12V 电池仍然存在。

48-V BMS 由 12-V 侧的电池控制单元 (BCU) 和与 48-V 侧的电池分配单元 (BDU) 组合的电池监控单元 (CSU) 组成，如图 1 所示. 发动机控制单元（ECU）分离，通过CAN接口控制BMS。为了提高安全性，BCU 和 CSU 通常是隔离的。

图 2：48V HEV 的典型 BMS

常见的BMS功能有：

· 单个电池单元的电压监控和平衡

· 整个电池组的电压和电流测量

· 电池温度监测

· 电源开关和分配

· 绝缘监测

显然，BMS 的核心部分是电池监控和平衡 IC。但是，并非所有 BMS 功能都必须由电池监视器执行。例如，如果没有在电池监视器中实现电流测量，则需要一个额外的电流监视器，以及一个 ADC 和一个数字隔离器。为了降低系统成本，最好将此功能集成到电池监控器本身中。

缩小解决方案尺寸，节省时间和 BOM

如果所有 BMS 功能都可以在电池监视器中执行，则可以显着节省开发时间、解决方案尺寸和 BOM 成本。图 3 显示了围绕BQ75614-Q1构建的48V BMS 系统、14S汽车精密电池监视器、平衡器、保护器和符合 ASIL-D 标准的集成电流感应。 

图 3：用于 48V HEV 的基于 BQ75614-Q1 的 BMS

与图 2 相比，我们可以看到组件数量显着减少。集成电流检测、电池平衡、LDO 和保险丝/开关监控可节省额外外部组件的成本。灵活的通用输入/输出 (GPIO) 引脚可用于通过提供 I2C 接口或扩展 ADC 输入的数量来扩展功能，例如使用 NTC 热敏电阻测量电池温度。

高电压精度对于与日益流行的磷酸铁锂 (LFP) 电池的兼容性至关重要。在精度方面，BQ75614-Q1 实现了 2 mV 的高电压精度。具有固有电压同步的 0.3% 高电流精度允许更准确的充电状态 (SoC) 和健康状态 (SoH) 估计，从而扩展电池范围。

BQ79614-Q1 具有用于电压、温度和电流诊断的内置冗余路径，从而实现功能安全合规性。文档可用于帮助 ISO 26262 系统设计，并在电池电压、电流和温度测量和通信方面达到 ASIL D 级，以及在过压/欠压和过温/欠温保护方面达到 ASIL B 级要求. 该器件还具有通过使用多个内置诊断在 100 毫秒内完成故障检测时间间隔 (FDTI) 的能力，从而释放 MCU 以完成其他任务。

BQ75614-Q1 与用于高压 BMS 的可堆叠 BQ7961x-Q1 系列共享多个特性，包括封装、引脚排列、功能控制和寄存器映射。因此，为 BQ75614-Q1 开发的硬件和软件可以轻松移植到该系列中的其他器件，从而节省开发时间。

很明显，快速增长的 HEV 市场需要在成本和性能方面更具竞争力的 BMS 解决方案。只有提供具有改进性能、附加功能和更高集成度的创新部件，从而实现更智能的 BMS，才能解决这一挑战。