簡(jiǎn)化您的EV接線盒設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)解決方案中，我們回顧了一個(gè)典型的電動(dòng)汽車（EV）電池系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)了其在隔離、電流檢測(cè)和處理方面的復(fù)雜性。隨后，推出了一款低噪聲、高性價(jià)比、電容隔離菊花鏈通信IC，該IC簡(jiǎn)化了接線盒，無(wú)需專用微處理器。使用分流或霍爾傳感器的集成電流檢測(cè)消除了對(duì)多個(gè)組件的需求，并實(shí)現(xiàn)了更小的尺寸。機(jī)箱接地和電池模塊之間的隔離電阻通過(guò)簡(jiǎn)單的電阻網(wǎng)絡(luò)測(cè)量，并報(bào)告給IC進(jìn)行處理。

介紹

電動(dòng)汽車 （EV） 由巨大的電池組供電，電池組由串聯(lián)的長(zhǎng)串電池構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)高于 800V 的工作電壓和 40A 的平均電流。每個(gè)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(yán)格的公差范圍內(nèi)。接線盒控制充電系統(tǒng)、逆變器/電機(jī)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(cè)量，并發(fā)送回主ECU，用于SOC和功率計(jì)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(jì)解決方案中，我們回顧了典型電動(dòng)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(jì)，該設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，可以更好地集成到系統(tǒng)中。并且能夠報(bào)告與系統(tǒng)其余部分時(shí)間一致的測(cè)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(gè)監(jiān)控模塊（N=8）駐留在高壓板上，每個(gè)控制14排（K=14）串聯(lián)的電池，每排由70個(gè)并聯(lián)電池組成（7840 Li+電池集合）。微處理器和第一個(gè)模塊之間以及從一個(gè)模塊到下一個(gè)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(cè)六個(gè)關(guān)鍵電壓節(jié)點(diǎn)（接觸器和隔離ISO_RES），霍爾傳感器測(cè)量電流。然后將數(shù)據(jù)傳遞到第二個(gè)微處理器。

監(jiān)控接觸器電壓節(jié)點(diǎn)對(duì)于檢查接觸器關(guān)閉和打開(kāi)時(shí)電池的健康狀況非常重要。它對(duì)安全至關(guān)重要，因?yàn)樗€可以告訴系統(tǒng)接觸器何時(shí)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(jiǎn)化的系統(tǒng)架構(gòu)

在圖3的簡(jiǎn)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(jià)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(kuò)展以集成接線盒數(shù)據(jù)采集IC，從而消除了對(duì)本地微處理器的需求，并使接線盒的測(cè)量值與電池模塊的測(cè)量值之間的時(shí)間對(duì)齊。時(shí)間對(duì)齊很重要，因?yàn)樗鼮?a target="_blank">電源管理和計(jì)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(cè)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(jiǎn)化的系統(tǒng)架構(gòu)。

帶電流檢測(cè)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(cè)量14個(gè)電池電壓節(jié)點(diǎn)（或7個(gè)以接地為參考的高壓節(jié)點(diǎn)），一個(gè)電流以及四個(gè)溫度或系統(tǒng)電壓測(cè)量的組合，以及完全冗余的測(cè)量引擎。它還可以在156μs內(nèi)僅使用快速ADC SAR測(cè)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的菊花鏈串行通信，旨在實(shí)現(xiàn)最大的抗噪性。最多可以菊花鏈連接 32 個(gè)設(shè)備。單個(gè)菊花鏈可實(shí)現(xiàn)接線盒和電池監(jiān)控測(cè)量之間的時(shí)間對(duì)齊。因此，電池電壓、母線測(cè)量、電池組電壓、電池組電流、接觸器電壓和溫度測(cè)量值在10μs內(nèi)對(duì)齊。

該系統(tǒng)采用Maxim的電池管理UART或SPI協(xié)議，實(shí)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(guò)優(yōu)化，通過(guò)嵌入式通信和硬件警報(bào)接口支持內(nèi)部診斷和快速警報(bào)通信的功能集，以支持 ASIL D 和 FMEA 要求。

電池電氣隔離測(cè)量

運(yùn)輸部 （TP-305-01） 根據(jù) SAE 1766 規(guī)定，在推進(jìn)電池的負(fù)（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(jī)箱和電池正極（負(fù)極）之間的隔離電阻RLEAK-（RLEAK+）可以通過(guò)圖4所示的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)，并報(bào)告為數(shù)據(jù)采集IC的AUX引腳的電壓。

下圖報(bào)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(cè)電壓VAUX，而200kΩ RLEAK+隔離電阻產(chǎn)生1.08V的檢測(cè)電壓。

圖5.隔離電阻曲線。

結(jié)論

電動(dòng)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(yùn)行。我們回顧了典型的電動(dòng)汽車電池和接線盒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)了其復(fù)雜性。隨后，我們推出了一款新穎、獨(dú)特的數(shù)據(jù)采集IC，由于其低噪聲、高性價(jià)比、電容隔離菊花鏈通信架構(gòu)，由于其低噪聲、高性價(jià)比、電容隔離菊花鏈通信架構(gòu)，無(wú)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(cè)量之間的時(shí)間對(duì)齊。集成的電流檢測(cè)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多次測(cè)量。

審核編輯：郭婷