电动汽车电池管理IC方案精选 - 全文

在电动汽车产业研究开发及产业化过程中，BMS作为为电动汽车提供原始动力源管理系统，其性能的好坏直接影响了电动汽车的性能及使用寿命。我们常说的BMS（电池管理系统）功能主要有三种：通过测量动力电池的荷电状态，为驾驶员提供剩余的使用电量，以便提醒驾驶员能及时为电动电池进行充电；其次是对电池温度进行监控管理，检测电池工作时的温度，并使用吹分机或散热片来确保电池工作在最佳状态；最后是实现电池的均衡管理，由于出厂制造误差、或者使用过程中的存在通风性差异，电化学性能转换不一等情况，对电池电压、剩余电量进行检测，以防过度充电。

在BMS开发过程中，对BMS的危害分析有过压（过充）、欠压、过温和过流等危害事件，如过压可能是一个比较严重的事件，尤其长时间对电池过充会导致电池性能下降和不可恢复性损坏，甚至导致电池变形、漏液情况发生。那么，对于BMS系统安全设计的目标就是能够及时发现电池过充、并通过合理的危害分析及评估，从单点失效和潜在失效等方面考虑设计安全机制，最后做出恰当及时的处理。

恩智浦符合BMS功能安全的参考设计

恩智浦提供完整的电池管理系统解决方案，包括微控制器MCU、模拟前端电池控制器IC、隔离网络高速收发器、系统基础芯片SBC等。借助恩智浦的BMS方案，客户可轻易实现基于CAN网络或菊花链的电池管理系统。恩智浦提供多种符合ISO26262标准的器件，主控单元MPC574xP安全等级达到ASIL-D，模拟前端电池控制器MC33771安全等级达到ASIL-C，SBC（System Basic Chip）系统基础芯片FS45/65安全等级达到ASIL-D。采用这套方案可简化软硬件设计，帮助客户轻松实现系统安全等级达到ASIL-C/D。此外，恩智浦提供符合功能安全的参考设计，极大加速客户开发符合ISO26262标准的BMS产品。

恩智浦BMS菊花链式解决方案

在该方案中，主控单元采用的MPC574xP是一款基于Power architecture、具有lock step核的高性能、高安全性MCU。

⊿ SBC系统基础芯片FS45/65不仅提供多种可配置的电源选择，而且提供电源监控和众多安全机制，支持fail-safe安全保护模式，MCU搭配SBC系统基础芯片可实现更高的安全等级。

⊿ 模拟前端MC33771负责电池数据的采集，一个MC33771最多可以接14节单体电池，多个MC33771可以级联形成菊花链式通信。

⊿ MC33664作为MCU和MC33771的传输物理层，负责将SPI信号和差分信号进行转换。

恩智浦的BMS解决方案支持多种网络拓扑结构，包括集中式、分布式菊花链结构以及集中式、分布式CAN网络结构。菊花链式网络可显著降低BOM成本，受制于通信距离限制，在目前的大巴车上，目前主要是基于CAN总线通信。恩智浦提供的BMS解决方案具有极大的灵活性，可满足不同客户的需求。

鉴于目前国内市场基于ISO26262的开发还处于起步阶段，部分车厂和供应商的功能安全开发经验不足，导致开发符合IS026262标准的BMS难度较大，并且要一下子达到系统级ASIL-C/D，系统开发成本高，挑战性巨大。针对这种情况，恩智浦提供一种具有低成本优势的方案，推荐主控单元MCU采用具有超高性价比的S32K14x，该系列MCU基于ARM Cortex M4内核，按照ISO26262标准设计，结合外部的系统基础芯片FS45/65等，可使系统安全等级达到ASIL-B。另外，单个S32K14x达到ASIL-B等级，通过软硬件冗余设计也能使系统达到更高的安全等级ASIL-C。

恩智浦BMS CAN网络解决方案

需要指出的是，在恩智浦公司，所有按照ISO26262标准开发的器件，都被囊括在恩智浦的SafeAssure计划里。SafeAssure 保证开发的产品符合ISO26262标准，并提供必要的支持，提供功能安全相关的文档，如Safety Manual 和FMEDA等，Safety Manual详细阐述了芯片所采用安全机制，并指导用户如何使用芯片可以达到比较高的安全性等级。FMEDA展示了芯片失效模型、失效概率和诊断分析等，客户可根据具体应用需求对FMEDA进行裁剪。

意法半导体面向车载多媒体、支持局域网节能电源IC

（一）集成式多媒体mosfet电源管理芯片L5961

作为ST首款集成式mosfet（面向媒体的系统传输）网络电源管理方案，电源管理IC L5961面向目标为车载多媒体、信息娱乐系统。意法的mosfet技术主要用于在汽车环境内轻松地增装CD或DVD播放器、车用收音机、个人导航仪等各种多媒体设备。

新款电源管理IC用于支持SMSC的mosfet网络处理。L5961整合了电源和MOST兼容电源管理控制逻辑电路，以及强化的诊断和完备的系统监控功能（电源电压、网络状态、唤醒事件和温度）。

L5961电源管理芯片与SMSC网络处理器组成芯片组，可充当任何一个MOST网络节点的组成模块，而且让网络节点之间保持更大的独立性，网络中某一设备的开关时序或设备故障不会影响联网的其它设备。当芯片组通过验证即可用于所有mosfet应用，无需重复进行验证。

ST L5961集成电源管理控制逻辑电路及电源设计，印刷电路板尺寸缩小、制造成本和总体拥有成本更低、以及带来更小的待机功耗。L5961支持多种功耗模式，其中超零功耗模式的正常静态电流仅为5μA，远远低于分立器件取得的数值。

L5961的其它特性包括：集成一个给网络处理器以及一个外接低压设备供电的5V或3.3V、650mA DC-DC转换器，两个给光纤发射器和接收器供电的稳压器，具有诊断功能的网络物理层收发器，此外还集成三个电源电压监测用电池检测器，在目前的分立器件解决方案中，电池检测器是单独存在的功能。

（二）最新CAN技术规范、支持局域网络节能减耗电源IC L99PM72PXP

意法推出的新款汽车电源管理系统IC L99PM72PXP，可支持先进网络技术的汽车IC，大幅改善汽车燃油效率和尾气二氧化碳排放量。通过局域网络，能够实现节能降耗的目的，这项最新CAN技术规范的新功能可将汽车CO2 排放量降低2g/km以上。

新款电源管理IC L99PM72PXP通过单片整合高速CAN（HS-CAN）和LIN物理层功能，新产品拥有制造完整车身电子控制器单元（ECU）所需的全部功能。该产品的设计针对某些特定用途，如空调控制模块和车门控制器单元，以及车座椅模块、后备厢模块、挂车模块、天窗模块和后视镜模块。

与市场现有的标准CAN收发器或系统芯片不同的是，L99PM72PXP能够自主监控CAN总线，无需模块的主处理器介入，只有检测到正确地址的唤醒信号时才会启动，L99PM72PXP以这种方式关闭CAN的局部网络，有助于降低汽车的整体能耗。

先进的失效保护功能是L99PM72PXP附加且独有的功能，可改进电子控制器的稳定性和可靠性。内置的微控制器监控、电源电压监控以及温度监控等保护功能为避免故障发生提供最有力的保障。此外，新产品集成大量具有成本效益的外设功能，如上下桥臂驱动器、运算放大器和稳压器，从而能够减少外部元器件的数量，进一步优化系统的总体成本。

凌力尔特整合电池组监视器+SmartMesh无线网格BMS系统

凌力尔特提供门类齐全的高性能电池充电器产品线，这些充电器IC提供诸多的电池安全及管理标准功能，包括片上电池预查验、热调节、NTC 接口以及采用 SMBus 或 I2C 接口的双智能型电池系统管理。

在电池管理方面，凌力尔特提供如电池充电器 IC、PMIC、USB电源管理器、电池电量测试芯片、多节电池的电池组监视器、电池平衡器及无线功率传输等等。

今年初慕尼黑上海电子展上，凌力尔特展示了业界首款无线电池管理系统 （BMS） 概念车。这款无线 BMS 概念车由凌力尔特的设计合作伙伴 LION Smart 开发，它把凌力尔特高度准确的电池组监视器及 SmartMesh® 无线网格网络产品在 BMW i3 车型上进行了整合，取代了电池组和电池管理系统之间的传统有线连接。

SmartMesh IP 无线网格网络

整合型BMS系统采用LTC6811电池组监视器，这是一款面向混合动力 / 电动汽车的完整电池测量器件，能够测量多达 12 个串接式电池的电压，并具有优于 0.04% 的准确度。把 LTC6811 与凌力尔特的 SmartMesh 无线网格网络系统相组合，可解决汽车配线线束和连接器所引起并长期存在的可靠性问题。

多节电池的电池组监视器

凌力尔特的多节电池、高电压电池组监视器系列是完整的电池监视 IC，它们内置了 12 位 ADC、精准的电压基准、一个高电压输入多工器和一个串行接口。可以把这些器件串联起来 （无需使用光耦合器或光隔离器） 以监视长串串接电池中每节电池。

该监视器系列的应用包括电动汽车和混合动力汽车、高功率便携式设备、备份电池系统和高电压数据采集系统。

具备高精准度的LTC6801/6802/6803电池组监视器系列

LTC6802-1 - 多节电池的电池组监视器

特点：

· 可测量多达 12 个串联锂离子电池的电压 （最大值为 60V）

· 可堆叠式架构实现 > 1000V 的系统

· 0.25% 的最大总测量误差

· 可在 13ms 完成一个系统中所有电池的测量

· 电量平衡：

- 内置无源电量平衡开关

- 提供片外无源电量平衡

· 具两个热敏电阻输入和内置温度传感器

· 1MHz 可菊链式连接的串行接口

· 抗 EMI 的能力高

· 具内置噪声滤波器的 ΔΣ 转换器

· 导线开路连接故障检测

· 低功率模式

· 采用 44 引脚 SSOP 封装

典型应用：

应用：

· 电动汽车和混合动力汽车

· 高功率便携式设备

· 备份电池系统

· 高电压数据采集系统

电池平衡器LTC3300/LT8584系列

LTC3300 是一款故障保护控制器 IC，适用于对多节电池的电池组进行基于变压器的双向主动电荷平衡。该器件集成了所有相关的栅极驱动电路、高精度电池感测、故障检测电路和一个带内置看门狗定时器的坚固型串行接口。

每个 LTC3300 能利用一个高达 36V 的输入共模电压对多达 6 节串联连接的电池进行电荷平衡。来自任意选定电池的电荷能以高效率在其自身与 12 节或更多节相邻的电池之间来回传输。一个独特的电平移位 SPI 兼容型串行接口能在不采用光耦合器或隔离器的情况下完成多个 LTC3300-1 器件的串联连接，从而实现长串串接电池中每节电池的电荷平衡。

LT8584 是一款单片式反激 DC/DC 转换器，专为主动平衡高电压电池组而设计。开关稳压器的高效率显著地增加了可实现的平衡电流，同时减少了发热量。另外，主动平衡还可实现失配电池组的容量恢复，这是采用被动平衡系统无法获得的特性。在典型系统中，可恢复超过 99% 的总电池容量。

LTC3300-1 - 高效率双向多节电池的电池组平衡器

特点：

· 可实现多达 6 节串联锂离子或磷酸铁锂 （LiFePO4） 电池的双向同步反激式平衡

· 高达 10A 的平衡电流 （由外部组件设定）

· 与 LTC680x 系列的多节电池组监视器无缝集成

· 双向架构最大限度地减少了平衡时间和耗散功率

· 电荷转移效率高达 92%

· 可堆迭式架构可用于 >1000V 的系统

· 使用简单的双绕组变压器

· 1MHz 可菊链式串行接口带有 4 位 CRC 包错误检查

· 高噪声裕度串行通信

· 众多的故障保护功能

· 48 引脚带裸露衬垫 QFN 封装和 LQFP 封装

典型应用：

应用：

· 电动汽车 / 插电式混合动力汽车 （HEV）

· 大功率 UPS / 电网能量存储系统

· 通用型多节电池的电池组