簡化您的EV接線盒設計

電動汽車 (EV) 由巨大的電池組供電（圖 1），由長串電池串聯構成，可實現高于 800 V 的工作電壓和 40 A 的平均電流。這些電池系統在術語方面非常復雜因此，隔離、電流檢測、充電和放電邏輯控制以及底盤泄漏檢測需要一個用于高壓連接的接線盒。

每個電池單元電壓都由控制模塊監控，并應用適當的控制方法將電池單元之間的電壓增量保持在嚴格的容差范圍內。接線盒控制充電系統、逆變器/電機和電池組的高壓連接。在該模塊內測量高壓連接、電流和隔離電阻，并將其發送回主電子控制單元 (ECU) 以進行充電狀態 (SOC) 和功率計算、監控車輛狀態并確保各種車輛條件下的安全。

圖 1：電動汽車電池組和接線（圖片：Shutterstock）

在此設計解決方案中，我們回顧了帶有相關接線盒的典型 EV 電池系統的結構。然后，我們介紹了一種新穎的接線盒設計，該設計是流線型的，可以更好地集成到系統中，并且能夠報告與系統其余部分時間一致的測量結果。

分布式電池系統架構

圖 2說明了一個典型的分布式電池系統。例如，在電池組的左側，八個監控模塊 (N=8)，位于高壓板上，每個控制 14 行 (K=14) 串聯的電池，每行由 70 個電池組成并行（一個 7,840 Li+ 電池組）。微處理器和第一個模塊之間以及從一個模塊到下一個模塊需要隔離。數據隨后被傳遞到低壓板上的微控制器。

在電池組的右側，接線盒感應六個關鍵電壓節點（接觸器 X 和隔離 ISO_RES），霍爾傳感器測量電流。然后將數據傳遞到第二個微處理器。

監測接觸器電壓節點對于檢查接觸器關閉和打開時電池的健康狀況非常重要。它對安全至關重要，因為它還告訴系統接觸器何時處于正確狀態。

圖 2：典型系統架構（圖片：Maxim Integrated）

精簡的系統架構

在圖 3中的流線型實現中，隔直電容器（或變壓器）用于隔離在不同共模電壓下工作的菊花鏈設備?？梢栽谀K之間的菊花鏈中使用廉價的電容器，從而降低系統成本。

此外，菊花鏈可以輕松擴展以包含接線盒數據采集 IC，從而無需本地微處理器，并實現接線盒測量值與電池模塊測量值之間的時間對齊。時間對齊很重要，因為它為電源管理和計算提供了更好的相關性。最后，接線盒高壓數據采集 IC 具有電流感應能力，可以靈活地使用分流電阻器（如圖所示）或霍爾效應電流傳感器，或同時使用兩者（用于冗余）。

圖 3：流線型系統架構（圖片：Maxim Integrated）

帶電流感應的高壓數據采集

例如，帶有集成電流檢測放大器的MAX17852是一個靈活的數據采集系統，用于管理高壓和低壓電池模塊。該系統可以在 263 μs 內測量 14 個電池電壓節點（或 7 個以地為參考的高壓節點）、一個電流以及四個溫度或系統電壓測量與完全冗余測量引擎的組合。它還可以僅使用快速 ADC SAR 測量引擎在 156 μs 內輪詢所有輸入。通過集成電流檢測放大器，MAX17852從分立式解決方案中消除了多個系統組件，包括體積龐大的霍爾效應電流傳感器、偏置電路和ADC，從而節省了材料清單(BOM)成本和電路板空間。

這款高度集成的電池傳感器采用高速差分 UART 總線，可實現穩健的菊花鏈串行通信，旨在實現最大的抗噪性。最多可以菊花鏈連接 32 個設備。單個菊花鏈可實現接線盒和電池監控測量之間的時間對齊。因此，電池電壓、母線測量值、電池組電壓、電池組電流、接觸器電壓和溫度測量值在 10 μs 內對齊。

該系統使用 Maxim 的電池管理 UART 或 SPI 協議實現可靠的通信，并支持 I2C 主接口用于外部設備控制。它經過優化，可通過嵌入式通信和硬件警報接口支持減少的內部診斷和快速警報通信功能集，以支持 ASIL D 和 FMEA 要求。

電池電氣隔離測量

交通部 (TP-305-01) 為此測量規定了根據 SAE 1766 在推進電池的負（正）側之間的大約 500 倍車輛標稱工作電壓（以伏特）的電阻（以歐姆為單位）和車輛底盤，即 400 V 時為 200 kΩ。因此，底盤和電池正極（負極）之間的隔離電阻 RLEAK- (RLEAK+) 可以通過圖 4中所示的網絡進行感應，并作為電壓報告給數據采集??IC的AUX引腳。

圖 4：電池隔離電阻測量（Maxim Integrated）

基于圖 4中的網絡，RLEAK-case 的 VAUX 方程為：

下圖報告了 RLEAK+ 和 RLEAK- 的曲線，并顯示 200 kΩ RLEAK- 隔離電阻產生 2.18 V 的感測電壓 VAUX，而 200 kΩ RLEAK+ 隔離電阻產生 1.08 V 的感測電壓。

圖 5：隔離電阻曲線（Maxim Integrated）

結論

電動汽車處理高電壓和高電流。必須監控高壓和低壓板之間的電氣連接、接觸電阻、電流和隔離電阻，以確保安全運行。通過在 EV 電池系統中使用獨特的數據采集 IC MAX17852，它具有低噪聲、高性價比、電容隔離菊花鏈通信架構，可以消除對接線盒專用微處理器的需求。

由于集成了電流檢測放大器，MAX17852還省去了笨重且更昂貴的霍爾效應電流傳感器。此外，它還可以在接線盒和電池電壓測量之間實現時間對齊，而快速 SAR ADC 架構可以在最短的時間內進行多次測量。