在本設(shè)計解決方案中，我們回顧了一個典型的電動汽車（EV）電池系統(tǒng)，強調(diào)了其在隔離、電流檢測和處理方面的復(fù)雜性。隨后，推出了一款低噪聲、高性價比、電容隔離菊花鏈通信IC，該IC簡化了接線盒，無需專用微處理器。使用分流或霍爾傳感器的集成電流檢測消除了對多個組件的需求，并實現(xiàn)了更小的尺寸。機箱接地和電池模塊之間的隔離電阻通過簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)測量，并報告給IC進行處理。

介紹

電動汽車 （EV） 由巨大的電池組供電，電池組由串聯(lián)的長串電池構(gòu)成，可實現(xiàn)高于 800V 的工作電壓和 40A 的平均電流。每個電池電壓由控制模塊監(jiān)控，如有必要，應(yīng)用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，將電池之間的電壓增量保持在嚴格的公差范圍內(nèi)。接線盒控制充電系統(tǒng)、逆變器/電機和電池組的高壓連接。高壓連接、電流和隔離電阻在該模塊內(nèi)測量，并發(fā)送回主ECU，用于SOC和功率計算，監(jiān)控車輛狀態(tài)，并確保各種車輛條件下的安全。

在本設(shè)計解決方案中，我們回顧了典型電動汽車電池系統(tǒng)及其相關(guān)接線盒的結(jié)構(gòu)。然后，我們介紹一種新穎的接線盒設(shè)計，該設(shè)計經(jīng)過簡化，可以更好地集成到系統(tǒng)中。并且能夠報告與系統(tǒng)其余部分時間一致的測量結(jié)果。

分布式電池系統(tǒng)架構(gòu)

圖2所示為典型的分布式電池系統(tǒng)。例如，在電池組的左側(cè)，八個監(jiān)控模塊（N=8）駐留在高壓板上，每個控制14排（K=14）串聯(lián)的電池，每排由70個并聯(lián)電池組成（7840 Li+電池集合）。微處理器和第一個模塊之間以及從一個模塊到下一個模塊之間都需要隔離。數(shù)據(jù)隨后被傳遞到低壓板上的微控制器。

在電池組的右側(cè)，接線盒感測六個關(guān)鍵電壓節(jié)點（接觸器和隔離ISO_RES），霍爾傳感器測量電流。然后將數(shù)據(jù)傳遞到第二個微處理器。

監(jiān)控接觸器電壓節(jié)點對于檢查接觸器關(guān)閉和打開時電池的健康狀況非常重要。它對安全至關(guān)重要，因為它還可以告訴系統(tǒng)接觸器何時處于正確狀態(tài)。

圖2.分布式電池系統(tǒng)的典型系統(tǒng)架構(gòu)。

簡化的系統(tǒng)架構(gòu)

在圖3的簡化配置中，隔直電容（或變壓器）用于隔離在不同共模電壓下工作的菊花鏈器件。廉價的電容器可用于模塊之間的菊花鏈，從而降低系統(tǒng)成本。此外，菊花鏈可以輕松擴展以集成接線盒數(shù)據(jù)采集IC，從而消除了對本地微處理器的需求，并使接線盒的測量值與電池模塊的測量值之間的時間對齊。時間對齊很重要，因為它為電源管理和計算提供了更好的相關(guān)性。最后，接線盒高壓數(shù)據(jù)采集IC具有電流檢測功能，可以靈活地使用分流電阻器（如圖所示）或霍爾效應(yīng)電流傳感器，或兩者兼而有之（用于冗余）。

圖3.簡化的系統(tǒng)架構(gòu)。

帶電流檢測的高壓數(shù)據(jù)采集

例如，MAX17852是一款靈活的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于管理高壓和低壓電池模塊。該系統(tǒng)可以在263μs內(nèi)測量14個電池電壓節(jié)點（或7個以接地為參考的高壓節(jié)點），一個電流以及四個溫度或系統(tǒng)電壓測量的組合，以及完全冗余的測量引擎。它還可以在156μs內(nèi)僅使用快速ADC SAR測量引擎輪詢所有輸入。

這種高度集成的電池傳感器集成了高速差分UART總線，可實現(xiàn)穩(wěn)健的菊花鏈串行通信，旨在實現(xiàn)最大的抗噪性。最多可以菊花鏈連接 32 個設(shè)備。單個菊花鏈可實現(xiàn)接線盒和電池監(jiān)控測量之間的時間對齊。因此，電池電壓、母線測量、電池組電壓、電池組電流、接觸器電壓和溫度測量值在10μs內(nèi)對齊。

該系統(tǒng)采用Maxim的電池管理UART或SPI協(xié)議，實現(xiàn)魯棒通信，并支持I2用于外部設(shè)備控制的 C 主接口。它經(jīng)過優(yōu)化，通過嵌入式通信和硬件警報接口支持內(nèi)部診斷和快速警報通信的功能集，以支持 ASIL D 和 FMEA 要求。

電池電氣隔離測量

運輸部 （TP-305-01） 根據(jù) SAE 1766 規(guī)定，在推進電池的負（正）側(cè)和車輛底盤之間，電阻（以歐姆為單位）約為車輛標(biāo)稱工作電壓（伏特）的 500 倍，即 200kΩ 表示 400V。因此，機箱和電池正極（負極）之間的隔離電阻RLEAK-（RLEAK+）可以通過圖4所示的網(wǎng)絡(luò)進行檢測，并報告為數(shù)據(jù)采集IC的AUX引腳的電壓。

下圖報告了RLEAK+和RLEAK的曲線，并顯示200kΩ RLEAK隔離電阻產(chǎn)生2.18V的檢測電壓VAUX，而200kΩ RLEAK+隔離電阻產(chǎn)生1.08V的檢測電壓。

圖5.隔離電阻曲線。

結(jié)論

電動汽車可處理高電壓和高電流。必須監(jiān)控高壓和低壓板之間的電氣連接接觸電阻、電流和隔離電阻，以確保安全運行。我們回顧了典型的電動汽車電池和接線盒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，強調(diào)了其復(fù)雜性。隨后，我們推出了一款新穎、獨特的數(shù)據(jù)采集IC，由于其低噪聲、高性價比、電容隔離菊花鏈通信架構(gòu)，由于其低噪聲、高性價比、電容隔離菊花鏈通信架構(gòu)，無需使用接線盒專用微處理器。它還支持接線盒和電池電壓測量之間的時間對齊。集成的電流檢測消除了霍爾效應(yīng)電流傳感器?？焖賁AR ADC架構(gòu)可在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)多次測量。

審核編輯：郭婷