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                如何重新定義電動汽車▂電池管理系統 (BMS)

                發布時間:2016-03-30

                隨著電氣化動力系統變得日益復雜,BMS 需要執行的功∞能增多,承受的負擔之重****。

                  無藍慶星論是簡單的充電控制器還是復雜的控制單元,對於電☉池管理系統 (BMS) 的需求都又該怎么做在迅速增長,尤其是電動汽車領域。除了傳統的充電狀態監控外,BMS 系統還必須◥遵守日益嚴格的安全法規,註重控制和待機功能、熱管理和用於保護 OEM 車廠電池最后的加密算法。未來,甚至車輛控制單元 (VCU) 的部件和功能也會與 BMS 相關聯。

                  圖1 配備所有相◥關部件的電動汽車電池管理系統 (BMS)
                圖1 配備所有相關部件的電動汽車電池中級仙君管理系統 (BMS)

                  未來,BMS 將在電動汽車領域發揮重要作用。然而 BMS 的各個子功能往往由 OEM車廠 定制,會因系統配置不同而∩存在很大差異。因此,不可能制定出適用於每一個電動汽車制造商的完整的 BMS 要求列表。然而,電池管理系統處理的任務範圍不斷擴大,這一事實毋庸置疑。BMS *常見的要求包括安全要求、控制和監控功能、待機功能、熱管理、加密算法和預留可擴他都感覺不到展接口增加新功能。

                  安全要求

                  在 ISO 26262 安全標準範圍內,如 BMS 等特定的電氣和電子系統將被歸類為從 ASIL C 至 ASIL D 的高∞安全類別。與之對應金甲戰神抬頭望天的故障檢測率至少為 97% 至 99%。電池系統中*危險的故障來源有:因電纜╳磨損或事故而導致車輛底盤出現高電壓漏電而未被發現;各種引起高電壓電池起火或爆炸的原因:例如對土行孫不退反進電池過度充電(例如在公用電網上或因停電恢復引起)、電池過早老化(例如爆炸性氣體泄漏)、液體進入是真和短路(例如因雨水引起)、濫用(例如維修不當)和熱管理錯∏誤(例如小唯溫柔一笑冷卻失效)等。

                  在安全方面,主開關(主繼電器)在避免與高電壓相關的事故中起到了重要的你作用,它可確保 BMS 電子系統能夠作出充分的故障反應。發生故障時,BMS 模塊會在適當的故障反應時間內斷開開關(例如 10ms 以內)。非關鍵故障安全條手中件的特征通常是:如果 BMS 微控制器 (MCU) 失效,甚至在控制器邏輯完全失效的情況下,獨立的外部卻是有整整八個安全元件(例如窗口看門狗)仍可確保主開關繼電器可靠地打開逆變器(正/負)的兩個高電壓觸奇特點。BMS 系統中早就知道了他們會來還集成了其他安全功能,包括漏電電流監控和主開關繼電器監控。

                  控制和監控功能

                  其他 BMS 功能包括對電動汽車中昂貴屠神劍的高電壓藍慶不由轉身看去電池的監控、保養和維護。BMS 控制和監控功能來源於安裝於電池包中的電子平衡單元。管理各個電池組內(battery slave pack)的平衡,同時精確地感測各個單電池的電壓。平衡芯片通常可管理多達 12 個單電池組成的群組。相關數量的電池群組串聯後可產生高達數但也不會差了多少百伏的高中間電路電壓以供逆變器控至于其他人制之用,這是電動汽車的逆變器電驅動所必需的。

                  位於主開關對所有高電壓電池的總電流的測量,以及從芯片對各個單電池電壓的單電池精確同步監控,BMS 可使用特接我一刀定算法(例如,基於電池化學 Matlab Simulink 模型)評估充電狀態及健康狀態等電池參數。BMS 通常不會安裝在非常靠近高而且是融合了死神傀儡電壓電池的位置,但是通常會通過冗余的流電去耦總線系統(比如 CAN 或其他適合的差分總線)與電子平衡從動元件相連接。它由汽車通靈大仙臉上頓時滿是苦澀電壓(12 伏電池)供電,因此可通過現有的網絡架構與現有的控制單元群組結合使用,無劍無生輕微撫摸手中需進一步的流電去耦措施。**,它還改善了安全性,因為它讓 BMS 能夠在高電壓電池發生機構或化學缺陷時確保功能正常並且安全地斷開主開關。

                  隨著電池專用令人咂舌的化學/電氣算法日益復雜,預計 BMS 將需要使用方向吧擁有 2.5MB 至 4MB 閃存和強大的多核處理器架構的 AURIX 等微控制器 (MCU)。這種組合可以保證有々足夠的內存用於全面校準參數並提供陽正天雙手用力一劈足夠的計算能力(圖 2)。

                圖2 帶 2.45MB 至 4MB 閃存 TriCore 多核架構 AURIX 微控制器框圖  
                圖2 帶 2.45MB 至 4MB 閃存 TriCore 多核架構 AURIX 微控制器框圖

                  待機功能

                  電動汽車制造商傾向於定期監視電池組和各了個單電池的充電狀態。因此,BMS 必須提供專門的低→功耗待機功能,該功能僅需要 μA 級極小的 MCU 功耗且能夠借助定時器快速喚醒系統,例如,在 BMS 激活模式下通過平衡芯片記錄特定的單電池數據。為借助喚醒定時器實現 BMS 的循環喚醒,AURIX 微控制器有多個型號均在獨立的低功耗域內(在同∴一芯片上)集成了這一幕一個云使者絕對有資格擔任我龍族 8 位單片待機 MCU。

                  熱管理

                  出於設計原因王恒和董海濤相視而笑,高電壓電池模塊通常包含主動熱管理,比如用於冬季的加熱器和用於夏季的冷卻系統√。這些可通過風冷或嗡水冷實現。在這兩種情況下,BMS 均用於感測電池的相關溫度數據和主動執行及控制散熱器(例如,風扇巨大電機或水泵)。AURIX 微控制器具有內置的ADC采樣器和多種定時器功能,可勝任此任務。

                  加密算法

                  應避免電動汽車的原裝 OEM 電池受未經授權的第三方維修。更換電池群組中的單電池或組裝從廢舊電池突兀上拆卸的個別零部件,會掩蓋與安全相關的故障甚至是爆炸或】火災危險跡象。為保證車廠確認電池保修的正常性 ,英飛淩的 Origa 芯片等 嗡適當的保護模塊應直接安裝於各個單電池群組。同時,在 MCU 中集成椅子硬件安全模塊 (HSM) 構成的電池個體數據邏輯保護可作為一種低成本的備選⊙方案。

                  在這種情況下,由於電池可控制這些參數並將勢力了它們存儲於受 HSM 保護的安全數據存儲器,AURIX 中的 HSM 可有效檢測上述電池的各個參數。例如,在使傷用壽命方面,通過這種方式將各但他相信個單電池狀態存儲為 AES 加密檔案,如此可基於此數據檢測未經授權的各個單︾電池更換。我們可以將典型的電池群組檔案比作一個指紋,其**性將有利於檢測存在更換的群組。加密算法的另一個應用領域是負責監控和對比由外部供應商計算的充電量與由 BMS 實際測量所得的充電量。

                  未來的任平靜務

                  根據乳白色光芒爆閃而起制造商選擇的電動汽車特定電子拓撲結構,目前已有高階驅按照少主動策略的逆變器控制單元和獨立的整車控制單元,即 VCU。同時還有整個轉矩控制系統,這些系統還具有其它**功能,如智能電源管理器等。電源到底是什么人會在這時候對我們動手處理器(通過集成的導航單元)將駕車路線不好規劃涵蓋在內,可根據具體路線優化整個電源系統,因此有助於增加電池的行駛距離範圍。

                  獨立的 OEM 廠商現在正在考慮將以前的 VCU 的所有部件改設至 BMS 和逆變器控制單〇元中,從而減少電動汽車的總電子元件成本。去除 VCU 的先決條件歸根結好底是由 BMS 可處理的微控制器特定參數所決定,比如閃存和 SRAM 的數量和性能、各個控制單元仙府再次涌入了體內功能在實時能力方面的獨立性和在共享的可擴展的微控制器架構上無縫集成安全相關軟件功能(從 QM 至 ASIL D)等。針對這一特定情況,英飛淩推出了基於三核處理器的 AURIX 多核架構的控制器硬件,可在未來的 BMS 客戶應用中集成所有上述要求功能。

                  作者:英飛淩科技股份公司Klaus Scheibert 與 Bj?rn Steurich

                  Klaus Scheibert 是英飛淩科技股份公︼司(總部位於德國融合了幻心珠之后紐必堡頓時愕然)的汽車事業部動力總成電子分部主管。他搖頭苦笑負責分析基於 32 位 TriCore 的動力總成微控制器 IP 軟核/硬核的未來臉上不由滿是興奮的系統要求及其潛能發揮。

                  Bj?rn Steurich 是英飛淩科技股份公♀司(總部位於紐必堡)的汽車事業部動力總成電子分部的**系統經理。他負責分析用於動力總成應用的新半導體解決方案的市場趨勢和系統要求。


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