如上周所說的,我們從BMW I3這臺2013年量產,2011年左右開始設計發布的車型來看近10年的變化。
無疑迭代最快的是在ADAS領域,如下所示當時分離式的KAFAS2的模塊,到I-NEXT的系統架構變遷最快。而電動汽車動力總成域里面最大的變化,還是高低壓徹底的分離和充電、高壓管控的頂層化。
圖1 寶馬的KAFAS2和后續演進,10年間這塊變化最大
I3安全盒設計
1)BEV的安全盒(配電設計)
BMW在I3上引入了安全盒(S-box),如下圖所示。
圖2 電池系統內S-box的單元
這是為了把電池系統和外部斷開的裝置,集成了下面這些組件:
電池系統正極電流路徑內的熔絲;
兩個正負極的接觸器(主正和主負電流路徑都設置開關觸點);
高電壓系統的預充電電路;
S-box用于監控接觸器觸點、測量蓄電池總電壓和監控絕緣電阻的電壓傳感器 在具備電池加熱的設計中,電池系統有一個直接加熱的PTC。
在S-box內帶有加熱裝置的控制和供電電子裝置,用于控制加熱裝置的微控制器通過一個CAN與電池管理單元SME控制單元相連,通過MCU接受運行功率要求,通過PWM調整脈沖寬度調制調節所需加熱功率(通過控制Power MOSFET)接通和關閉加熱裝置
圖3 S -box內主要的單元
下圖是電流采集單元,采用的芯片是 Freescale的S9S12P64MFT 16位(32 MHz),系統電源采用了Bosch CY320電源,隔離是由兩個TI低功耗雙數字隔離器(ISO7241CQ和ISO7421EQ1),電流傳感器為AMS的AS8510測量IC,配備兩個16位sigma-delta A / D轉換器,調制電路時圍繞LTC6655低噪聲精密基準IC(0.25 ppm p-p)來設計的 。
圖4 電流采集板
高壓板主要用來采集電壓和控制接觸器,模塊板是由 BMW i3混合動力汽車。該板用于 作為其他設備和組件的電源 德州儀器(TI)LM25037脈沖寬度 調制(PWM)控制器執行所有重載電壓調節,以降低車外功耗, 采用了一顆8位微控制器( MC9S08AW16A )處理CAN通訊和控制輸入,輸入保護為TI的ISO7421E-Q1雙通道數字隔離器。驅動芯片為STL4993MD
圖5 高壓采集板
事實上,BMS BMW所說的SME單元有一部分絕緣電阻檢測注入的功能,如下圖所示:
圖6 SME里面的絕緣檢測功能
2)PHEV的集成和變化
實際上這種設計,被后續BMW的設計全部繼承了。電流采集、高壓采集和絕緣檢測全部集成在一塊可折疊的板里面,如下所示。
圖7 后續BMW的智能配電盒S-Box的延伸
后續的演變
iX3可能是另外一個設計開端,在上面的設計中,我們能看到CMU是一體化的,所有的電池采樣線接入到一個CMU里面。目前還沒有這個電氣連接的設計線路圖,非常有可能BMS被放到前端輸出的部分了。
圖8 BMW的iX3上的設計(配電盒)
圖9 BMW前端的BMS的設計
小結
其實BMS的設計是跟著整體的布置理念走的,從功能來看,隨著基礎SOC算法到瓶頸,未來在域控制器上通過T-box和云端BMS做一些新型的續航里程和充電時間的估算,把更多的變量(外部溫度、道路交通情況、電池壽命和歷史數據參考),BMS的設計趨向于高低壓分離,趨向于應用化。
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原文標題:【賽普銳?總工札記】BMW i3電池配電盒解析
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