利用高压电池管理架构降低部件成本

发布时间:2023-03-05  

各种电池结构都有其固有的优缺点。汽车OEM厂商需要分析并确定哪种架构更适合自家的生产模式,同时保持系统价格竞争力。使用两个独立的400V电池是解决这一挑战的创新性解决方案。

两块400V的电池在充电时可以串联(总共800V),减少充电时间,而在驱动时可以并联(400V)。从而保证标准的大容量400V传动系统部件(如逆变器和车载充电器)在使用时,其容量和范围不受影响。

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图一 : 使用TPL的800V HV架构

这种方法允许快速充电和复用现有的400V解决方案,对于设计人员两全其美。成本在掌控之中,而充电速度更快将带来巨大的竞争优势,更能吸引消费者。

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图二 : xEV动力的关键系统

图二显示了电动汽车动力的关键系统,图中为主高压(HV)电池及其管理系统。低电压(LV)侧为铅酸电池或锂电池,电压通常为12~14 V,可以提供车内照明、门锁、导航和驾驶辅助系统所需的较低电压。12V电池还可作为备用电源,在主无法供电的情况下接管关键安全功能,如转向。

任何解决方案都有不可妥协的标准,无论成本高低。汽车必须具备功能安全性,无论在哪里出售,都必须符合所有相关安全和环保法规。此外,汽车还需要提供消费者心仪的功能和优势,这就意味着汽车必须具有足够的续航能力、性能和舒适度以及时尚感。

设计人员在满足参数要求的同时,如何降低成本?
首先应查看其物料清单(BOM)上的组件。看看物料清单是否最简化?是否可以使用成本更低、整合度更高的替代产品替换某个组件?替换某个组件是否会带来其他方面的好处,例如利用处理器或系统单芯片系统(SoC)减少所需外部的部件数量?

例如,模拟前端(AFE)是电池管理系统()的重要组成部分,不仅能从电池单元获取数据,还能对所得数据进行数字化和调节。通过使用高度整合的AFE(如恩智浦14信道的电池单元控制器MC33775A),可以减少所需的电缆数量,降低BOM的成本并削减整体系统成本。

然后,设计人员可以考虑生产和制造过程。能否选择可以自动化组装的组件来降低成本?

此外,通过可跨多种车型复用和扩展的模块化设计,是否可以节约成本?这种方法现在非常普遍,用统一的汽车平台支持各种车型。也就是说,汽车厂商不仅可以为消费者提供多种选择,还不会造成开发成本激增,甚至还能从组件成本的规模经济中受益。例如大众汽车将恩智浦的系统引入其MEB平台,大大降低了该系统在多款车型上的推广难度,大众计划在2029年之前向市场推出多达75款全电动汽车,采用BMS系统将带来很大的优势。

更具体地看一下BMS,BMS将从电池收集分析资料,以确定电池的SoC和健康度(State of Health;SoH)。BMS可以使用这些资料来管理电池,以获得高性能、高续航和高使用寿命,还可以诊断任何问题。

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图三 : 汽车充电状态

本文研究了设计人员如何降低电动汽车的成本,尤其是与BMS相关的组件成本。虽然这些一般原则适用于各种电动汽车,但在转向800V架构时可能尤为重要,因为采用800V架构可能组件成本更高,零组件替代来源更少。

(本文作者Emiliano Mediavilla Pons为恩智浦BMS团队应用程序团队首席系统、产品和功能安全架构师;Konrad Lorentz为恩智浦BMS营销团队产品经理)

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