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。

BMW i3电池配电盒解析

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