新能源汽車最核心和最貴的兩個器件是 IGBT 和電芯,圍繞這兩個器件其實在三電系統(tǒng)檢測和保護中芯片起到了很大的作用,隨著汽車內(nèi)電壓從 12V、48V、200V+、400V+最后到 800V,監(jiān)測和保護的芯片電路的功能重要性也越來越重要。當(dāng)然這部分成本在 BMS、逆變器里面也占了不小的成本比例。
01、不同的電壓組合
從整體的演進路線,目前主要汽車?yán)锩嬗蓡我坏碾妷旱燃?12V 開始逐步往多個電壓轉(zhuǎn)變,主要發(fā)展方向為:
1)混合動力 12V+48V:采用兩顆電池,一般是 12VAGM 電池和 48V 鋰電池作為搭配。
2)混合動力 12V+HV:采用兩顆電池,12VAGM 鉛酸電池和高壓鋰電池作為組合
3)電氣化:主要包含 12V+HV、12V+48V+12V 和 HV+48V(目前這種設(shè)計并不存在,只是演進的方向) 這里值得一提的是 48V 電源供電設(shè)計,48V 電壓平臺通常用于為需要更高功率的負(fù)載供電,連接到 48 V 電壓平臺上的 ECU 都需要高效,高功率密度且能夠承受 ISO 21780 中規(guī)定的工作電壓要求的電源管理設(shè)備。可以使用降壓穩(wěn)壓器,三相柵極驅(qū)動器和電池管理系統(tǒng)之類的產(chǎn)品,配合電流和電壓檢測放大器產(chǎn)品組合。
02、電池管理系統(tǒng)
電池管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是通過保證電池系統(tǒng)的設(shè)計性能,從硬件結(jié)構(gòu)上,電池管理系統(tǒng)由
傳感器、控制器、執(zhí)行器、高低壓線束等組成,從硬件結(jié)構(gòu)上來看,它有以下的功能模塊:
1)電池參數(shù)檢測(傳感器層):包括電池系統(tǒng)總電壓、總電流、單體電池電壓檢測、溫度檢測、煙霧探測、絕緣檢測、碰撞檢測等。
2)接觸器控制與電池安全保護(執(zhí)行層):電池管理系統(tǒng)具備驅(qū)動接觸器的電路和診斷接觸器各個高壓節(jié)點的實際狀態(tài),接觸器在實際情況下是集成在智能斷開盒中的。
3)MCU 計算核心:這部分是整個電池管理系統(tǒng)的算法,這部分也是電池系統(tǒng)作為一個整車控制器實現(xiàn)既定的功能安全目標(biāo)最為基礎(chǔ)的電路結(jié)構(gòu)。
4)均衡電路:整個電池系統(tǒng)的不一致性直接影響電池系統(tǒng)地實際可用容量,這個不一致性會隨著時間進行累積。目前隨著電池進入 200Ah 的時代,均衡的作用和能力進入一個微妙的時代。
5)電源管理電路和 EMC 抑制:電池管理系統(tǒng)從電池模組和 12V 電池上驅(qū)電,通過合理的保護電路來管控不同節(jié)點的電源情況。
6)網(wǎng)絡(luò)通訊和喚醒電路:電池管理系統(tǒng)是需要與整車動力總成、車身網(wǎng)絡(luò)等整車網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信,也需要進行對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理和喚醒休眠管理。
7)信息存儲單元:用于存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù),比如在整個生命周期內(nèi)客戶使用的情況,這部分核心內(nèi)容是記錄電池系統(tǒng)超出預(yù)期的濫用數(shù)據(jù)的時間和頻次。
隨著域控制器的引入,BMS 內(nèi)存儲信息,主要是以 FOTA 的要求為主,存數(shù)據(jù)倒不是重要的事情。 如下圖所示,想要完成一個大的完整的電池管理系統(tǒng)在一塊電路板上面,其硬件和軟件的復(fù)雜度,特別是高低壓混合的情況比較突出,外圍的高低壓線束使得整個電池管理系統(tǒng)在硬件設(shè)計上難以實現(xiàn)。