簡化您的EV接線盒設計

在本設計解決方案中，我們回顧了一個典型的電動汽車（EV）電池系統，強調了其在隔離、電流檢測和處理方面的復雜性。隨后，推出了一款低噪聲、高性價比、電容隔離菊花鏈通信IC，該IC簡化了接線盒，無需專用微處理器。使用分流或霍爾傳感器的集成電流檢測消除了對多個組件的需求，并實現了更小的尺寸。機箱接地和電池模塊之間的隔離電阻通過簡單的電阻網絡測量，并報告給IC進行處理。

介紹

電動汽車 （EV） 由巨大的電池組供電，電池組由串聯的長串電池構成，可實現高于 800V 的工作電壓和 40A 的平均電流。每個電池電壓由控制模塊監控，如有必要，應用適當的控制方法，將電池之間的電壓增量保持在嚴格的公差范圍內。接線盒控制充電系統、逆變器/電機和電池組的高壓連接。高壓連接、電流和隔離電阻在該模塊內測量，并發送回主ECU，用于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。

在本設計解決方案中，我們回顧了典型電動汽車電池系統及其相關接線盒的結構。然后，我們介紹一種新穎的接線盒設計，該設計經過簡化，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所示為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）駐留在高壓板上，每個控制14排（K=14）串聯的電池，每排由70個并聯電池組成（7840 Li+電池集合）。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之間都需要隔離。數據隨后被傳遞到低壓板上的微控制器。

在電池組的右側，接線盒感測六個關鍵電壓節點（接觸器和隔離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。

監控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，因為它還可以告訴系統接觸器何時處于正確狀態。

圖2.分布式電池系統的典型系統架構。

簡化的系統架構

在圖3的簡化配置中，隔直電容（或變壓器）用于隔離在不同共模電壓下工作的菊花鏈器件。廉價的電容器可用于模塊之間的菊花鏈，從而降低系統成本。此外，菊花鏈可以輕松擴展以集成接線盒數據采集IC，從而消除了對本地微處理器的需求，并使接線盒的測量值與電池模塊的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具有電流檢測功能，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，或兩者兼而有之（用于冗余）。

圖3.簡化的系統架構。

帶電流檢測的高壓數據采集

例如，MAX17852是一款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263μs內測量14個電池電壓節點（或7個以接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的組合，以及完全冗余的測量引擎。它還可以在156μs內僅使用快速ADC SAR測量引擎輪詢所有輸入。

這種高度集成的電池傳感器集成了高速差分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、電池組電壓、電池組電流、接觸器電壓和溫度測量值在10μs內對齊。

該系統采用Maxim的電池管理UART或SPI協議，實現魯棒通信，并支持I2用于外部設備控制的 C 主接口。它經過優化，通過嵌入式通信和硬件警報接口支持內部診斷和快速警報通信的功能集，以支持 ASIL D 和 FMEA 要求。

電池電氣隔離測量

運輸部 （TP-305-01） 根據 SAE 1766 規定，在推進電池的負（正）側和車輛底盤之間，電阻（以歐姆為單位）約為車輛標稱工作電壓（伏特）的 500 倍，即 200kΩ 表示 400V。因此，機箱和電池正極（負極）之間的隔離電阻RLEAK-（RLEAK+）可以通過圖4所示的網絡進行檢測，并報告為數據采集IC的AUX引腳的電壓。

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

圖5.隔離電阻曲線。

結論

電動汽車可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。我們回顧了典型的電動汽車電池和接線盒系統的結構，強調了其復雜性。隨后，我們推出了一款新穎、獨特的數據采集IC，由于其低噪聲、高性價比、電容隔離菊花鏈通信架構，由于其低噪聲、高性價比、電容隔離菊花鏈通信架構，無需使用接線盒專用微處理器。它還支持接線盒和電池電壓測量之間的時間對齊。集成的電流檢測消除了霍爾效應電流傳感器?？焖賁AR ADC架構可在最短的時間內實現多次測量。

審核編輯：郭婷