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降低電動車電池組控制設計BOM成本30%,如何破?

發(fā)布時間:2015-09-29 責任編輯:sherry

【導讀】電動車(EV)或混合動力車(HEV)發(fā)展至今,動力鋰離子電池組的監(jiān)控與管理一直是差距核心也是研究重點。其中,成本與安全是設計的最大訴求。如果告訴您一個設計方法可以兩者兼顧會不會有驚喜?
 
日前EDN對飛思卡爾半導體公司新推出電池組控制器產(chǎn)品組合做了深入了解,想實現(xiàn)安全又降成本的電池組管理設計就靠它們了。
 
據(jù)飛思卡爾模擬與傳感器部亞太區(qū)汽車產(chǎn)品營銷與業(yè)務拓展經(jīng)理孟杰介紹,飛思卡爾是通過兩款電池監(jiān)控芯片,MC33771、MC33772以及隔離變壓器驅動芯片MC33664以及其他器件構成的解決方案來實現(xiàn)這些的(圖1)。
飛思卡爾電池管理芯片Roadmap。
圖1:飛思卡爾電池管理芯片Roadmap。
 
該方案中最新推出的MC337723是4-6節(jié)(芯)鋰離子電池組監(jiān)控芯片,可與飛思卡爾之前推出的MC33771,14芯電池控制器,搭配組合,使之囊括單芯片4至14芯全系列解決方案(圖2),增加電池組控制器設計靈活性,有效降低BOM成本,滿足汽車和工業(yè)電池系統(tǒng)嚴格的功能安全要求。
基于MC33771和MC33772的BMS解決方案。
圖2:基于MC33771和MC33772的BMS解決方案。
 
對于如何能實現(xiàn)設計靈活性與降BOM,孟杰表示:“第一方面靈活性來自橫向擴充。通常工程師在利用電源監(jiān)控芯片做多節(jié)(芯)電池組設計時會有部分浪費現(xiàn)象,比如工程師要設計20芯電池組,以往需要2片12芯或14芯芯片,這樣會有資源浪費,現(xiàn)在只需要一顆14芯加一顆6芯就能完成,這部分減少的浪費就可以省大約20%。這也是飛思卡爾繼MC33771后提出MC33772的主要原因,4到14芯的加寬選擇可以方便客戶做靈活設計并降低BOM。下一步飛思卡爾也有計劃推18節(jié)芯片,進一步豐富選擇。”
 
其次,設計師可以通過靈活的拓撲結構來實現(xiàn)降BOM的目標。MC33771或MC33772支持各種電池管理系統(tǒng)拓撲,包括集中式、分布式CAN和分布式菊花鏈系統(tǒng)。在采用高速菊花鏈通訊時,在對于96塊單體電池串聯(lián)的應用中,菊花鏈通訊僅需要2.6毫秒就能實現(xiàn)全部數(shù)據(jù)的采集與通信。對此,孟杰也表示:“傳統(tǒng)做級聯(lián)的拓撲,除了主MCU外,每一集電池監(jiān)控芯片都需要一個從MCU做控制,這種拓撲靈活度低,且BOM高。而采用菊花鏈拓撲可通過隔離變壓驅動芯片(級聯(lián)芯片)MC33664直接一級級往下加,拓撲簡單,靈活性強,且可以比上面的傳統(tǒng)做法節(jié)省30%到40%的BOM(圖3),也有效減少PCB面積。”
菊花鏈通訊替代傳統(tǒng)的CAN總線通訊。
菊花鏈通訊替代傳統(tǒng)的CAN總線通訊。
圖3:菊花鏈通訊替代傳統(tǒng)的CAN總線通訊。
 
第三方面,設計師也可以通過對芯片縱向可擴展的選擇來進一步實現(xiàn)設計靈活性與降BOM的目標。對此孟杰解釋道:“MC33771和MC33772芯片本身提供三個版本可選,包括白金版,高級版和普通版。這種做法更有利于工程師做自己汽車產(chǎn)品的平臺化設計,可針對高中低端產(chǎn)品做不同版本的Cost Down。其中白金版硬件內(nèi)置庫倫計等功能,可隨時計量電池電量、同步電池電壓/電流測量。高級版則有診斷/糾錯等功能。同時MC33771和MC33772擁有43個自檢口,可以檢測芯片本身以及電池的各項狀態(tài)。有些客戶在具體設計中,與MCU相連的那級采用白金版,后面用普通版,從而進一步降BOM。”
 
除了上述三方面有效幫助設計降BOM的措施外,飛思卡爾的全系列電池控制器件每個芯片都單獨滿足嚴格的ISO 26262要求。對于功能安全,孟杰認為:“電動車的安全是核心問題,與外界方案不同的是,飛思卡爾可以提供從MCU到電源到模擬一整套的器件,且每塊單芯片都可以符合ISO 26262安全要求,這和業(yè)內(nèi)其它企業(yè)不同,他們的產(chǎn)品未必可以做到單塊芯片都滿足ISO 26262,有可能只是解決方案整體可以滿足。這就像做一道菜我的每一道食材都是經(jīng)認證可追溯的。這樣飛思卡爾可以確保測量的精準度和安全性。”MC33772就借助單個芯片提供的集成式功能驗證和先進的診斷功能,能幫助客戶輕松滿足嚴格的ISO 26262 ASIL-C要求。使用飛思卡爾電池組控制器還可以實現(xiàn)ASIL-D系統(tǒng)級實施,讓客戶能夠滿足多個功能安全概念,達到系統(tǒng)級安全要求。同時作為一款納入飛思卡爾SafeAssure計劃的功能安全解決方案,該系列可滿足有關ESD、EMC、低電流消耗和AEC-Q100汽車級設計的嚴格標準。
 
MC33772與飛思卡爾全面的電池控制器產(chǎn)品相組合,可支持廣泛的電池用化學成分,包括磷酸鐵鋰、鋰鎳錳鈷氧化物、鈦酸鋰和鋰聚合物,能輕松擴展解決方案,無需進行新的研發(fā)投資。據(jù)悉,MC33772的樣片會在明年(2016年)3季度量產(chǎn)。
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