电池管理系统(Battery Management System, 即BMS)是针对电动汽车锂电池的管理系统。系统架构是BMS的基础和关键,决定了电池管理系统的性能、寿命、安全和成本。BMS的主要功能是提高电池利用率,防止电池过充过放,延长电池使用寿命,监测电池状态。
当前BMS仍是电动汽车的核心技术之一。各主机厂、零部件供应商、科研单位等都在持续加大研发力度。在未来的电动汽车竞争中,拥有性能可靠、价格低廉的电池管理系统,是电动汽车的核心竟争力之一。在众多的BMS架构中,分布式无疑是未来发展的趋势。而菊花链连接的分布式BMS系统,在成本上有较高的优势,未来会有越来越广泛的应用。
风算WP汽车HVBMS方案是基于GD车规级MCU-A503作为BCU主控、再以GD车规级MCU-A503作为BMU主控、以MC33664+MC33771为核心的CAN加菊花链通信采集电池信息的一套汽车级电池管理系统。
风算汽车HVBMS解决方案从硬件角度由三块集成电路板组成:BCU板、BMU板以及电池板。
n BCU板:围绕兆易创新车规级MCU A503作为整个BCU的主控,此驱动板充分利用了A503强大的核心资源,同时BCU板上还包含绝缘检测、预充电控制等。
n BMU板:BMU板子上由四片MC33771芯片级联再由一片GD车规级MCU-A503作为主控,两片MC33664实现菊花链咬尾通信。
n 电池板:对整个储能电池堆的电池进行集中管理。向下连接各个电池簇管理单元,向上与其他设备信息交互,反馈电池阵列的运行状态信息。
本解决方案电路设计配置简单、灵活,其他控制外围不需做更多的修改,硬件系统框图如下所示。
GD32A503系列MCU
核心主控是基于GD32A503系列车规级微控制器,该系列产品以均衡的处理性能、丰富的外设接口和增强的安全等级,为多种电气化车用场景提供主流解决方案,遵循车规级设计理念和生产标准,符合车用高可靠性和稳定性要求。GD32A503系列MCU可以广泛用于多种车用场景,如车窗、雨刷、空调、智能车锁、电动座椅、电动后备箱、氛围灯、动态尾灯等车身控制系统、车用照明系统和电机电源系统,以及仪表盘、车载影音、娱乐音响、中控导航、车载无线充等智能座舱系统。得益于出色的安全监测机制,GD32A503也适用于部分ADAS辅助驾驶系统,如环视摄像头、AVAS声学警报系统等。
n 通过汽车行业质量管理体系IATF 16949:2016规范认证;
n 遵循AEC-Q100 Grade 1可靠性和安全性标准;
n Arm Cortex-M33 32位处理器核心;
n Flash:128KB/256KB/384KB;
n SRAM: 24KB/32KB/48KB;
n 提供两个12bits ADC,一个DAC,一个比较器,最多一个通用的16位计时器,两个基本计时器,四个PWM高级计时器;
n 工作频率高达100 MHz,闪存访问0~3等待时间,以获得最大效率;
n 标准和高级通信接口: I2Cx2,SPIx2,USARTx3,I2Sx1,CANx2;
n 触发选择控制器(三角形)、多功能通信接口(MFCOM)、DMA请求多路复用器(DMAMUX);
n 供电电压:2.7V~5.5V;
n 工作温度范围:-40~+125°C;
电池单元控制器MC33771
n 工作电压9.6V ≤VPWR≤61.6V,瞬态电压75V ;
n 7至14个电池单元管理;
n 隔离式2.0Mbps差分通信或4.0Mbps SPI;
n 同步电池单元电压/电流测量和库仑计数;
n 7个GPIO/温度传感器输入;
n 自动过压/欠压和温度检测,可路由至故障引脚;
n 集成睡眠模式过压/欠压和温度监控;
n 内部和外部故障(如断路、短路和泄漏)检测;
n 与最多可支持6个电池单元的MC33772完全兼容;
n 支持ISO 26262,最高达到ASIL D安全系统;
n 符合AEC-Q100要求等;
隔离网络高速收发器MC33664
n 2.0Mbps隔离网络通信速率;
n 双SPI架构,用于消息确认;
n 稳定可靠的传导和辐射耐受性,带唤醒功能;
n 3.3V和5.0V兼容逻辑阈值;
n 低睡眠模式电流,带自动总线唤醒功能;
n 超低辐射排放;
因该产品需要硬件在工作中进行监控,以确保安全稳定工作:
n 电压:规定工作范围可靠工作,低压和高压进行不工作保护;
n 电流:集成电流保护,MOSFET直通保护,确保正常工作;
n 温度:片内集成温度传感器,可自定义过温关断阈值(最高125°C);
n 保护功能: 汽车整机绝缘监测、过流保护、过压保护、过温保护等;
BCU板
BMU板
电池板
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