BMW i3电池配电盒解析
如上周所说的 , 我们从BMW I3这台2013年量产 , 2011年左右开始设计发布的车型来看近10年的变化 。
无疑迭代最快的是在ADAS领域 , 如下所示当时分离式的KAFAS2的模块 , 到I-NEXT的系统架构变迁最快 。而电动汽车动力总成域里面最大的变化 , 还是高低压彻底的分离和充电、高压管控的顶层化 。
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图1 宝马的KAFAS2和后续演进 , 10年间这块变化最大
I3安全盒设计
1)BEV的安全盒(配电设计)
BMW在I3上引入了安全盒(S-box) , 如下图所示 。
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图2 电池系统内S-box的单元
这是为了把电池系统和外部断开的装置 , 集成了下面这些组件:
电池负极电流路径内的电流传感器;
电池系统正极电流路径内的熔丝;
两个正负极的接触器(主正和主负电流路径都设置开关触点);
高电压系统的预充电电路;
S-box用于监控接触器触点、测量蓄电池总电压和监控绝缘电阻的电压传感器 在具备电池加热的设计中 , 电池系统有一个直接加热的PTC 。
在S-box内带有加热装置的控制和供电电子装置 , 用于控制加热装置的微控制器通过一个CAN与电池管理单元SME控制单元相连 , 通过MCU接受运行功率要求 , 通过PWM调整脉冲宽度调制调节所需加热功率(通过控制Power MOSFET)接通和关闭加热装置
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图3 S -box内主要的单元
下图是电流采集单元 , 采用的芯片是 Freescale的S9S12P64MFT 16位(32 MHz) , 系统电源采用了Bosch CY320电源 , 隔离是由两个TI低功耗双数字隔离器(ISO7241CQ和ISO7421EQ1) , 电流传感器为AMS的AS8510测量IC , 配备两个16位sigma-delta A / D转换器 , 调制电路时围绕LTC6655低噪声精密基准IC(0.25 ppm p-p)来设计的。
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图4 电流采集板
高压板主要用来采集电压和控制接触器 , 模块板是由 BMW i3混合动力汽车 。该板用于 作为其他设备和组件的电源 德州仪器(TI)LM25037脉冲宽度 调制(PWM)控制器执行所有重载电压调节 , 以降低车外功耗 , 采用了一颗8位微控制器( MC9S08AW16A )处理CAN通讯和控制输入 , 输入保护为TI的ISO7421E-Q1双通道数字隔离器 。驱动芯片为STL4993MD
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图5 高压采集板
事实上 , BMS BMW所说的SME单元有一部分绝缘电阻检测注入的功能 , 如下图所示:
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图6 SME里面的绝缘检测功能
2)PHEV的集成和变化
实际上这种设计 , 被后续BMW的设计全部继承了 。电流采集、高压采集和绝缘检测全部集成在一块可折叠的板里面 , 如下所示 。
【BMW i3电池配电盒解析】
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图7 后续BMW的智能配电盒S-Box的延伸
后续的演变
iX3可能是另外一个设计开端 , 在上面的设计中 , 我们能看到CMU是一体化的 , 所有的电池采样线接入到一个CMU里面 。目前还没有这个电气连接的设计线路图 , 非常有可能BMS被放到前端输出的部分了 。
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图8 BMW的iX3上的设计(配电盒)
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图9 BMW前端的BMS的设计
小结
其实BMS的设计是跟着整体的布置理念走的 , 从功能来看 , 随着基础SOC算法到瓶颈 , 未来在域控制器上通过T-box和云端BMS做一些新型的续航里程和充电时间的估算 , 把更多的变量(外部温度、道路交通情况、电池寿命和历史数据参考) , BMS的设计趋向于高低压分离 , 趋向于应用化 。
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