在我們實現交通零排放的道路上，混合動力電動汽車（HEV）是從內燃機（ICE）到純電動汽車（BEV）之間的自然過渡。這個過渡期將持續數年，并會根據電氣化水平劃分出幾種類型的混合動力電動汽車。一種是輕混合動力汽車，通常配備 48V 電池以支持有限的電力推進。另一種是帶純電動推進和車載充電器（OBC）的插電式混合動力汽車。
最新預測顯示，48V輕混合動力電動汽車將主導HEV/BEV市場，如圖 1 所示。消費者的偏好將推動這一需求，因此，汽車制造商必須能夠改變現有的汽車架構，以滿足排放法規，并避免完全重新設計所產生的費用和時間。
圖 1：全球xEV市場趨勢；來源：Strategy Analytics
面對激烈的競爭，HEV制造商在平衡成本和性能的同時尋求理想的解決方案。在本文中，我們將討論選擇具有集成功能的智能電池監測器如何幫助您實現設計優勢，例如高精度電池監控、高級別的功能安全和BOM節約等等。
48V HEV電池管理系統
當今的輕混合動力電動汽車通常具有縮小尺寸的ICE，以及提供有限電力推進和支持電子扭矩輔助等大功率負載的48V電池。這種48V電池需使用電池管理系統（BMS）來實現監控、保護、配電和其他輔助功能。出于安全原因，傳統的低壓12V電池仍在應用。
48V BMS由12V側電池控制單元（BCU）和48V側與電池分配單元（BDU）組合的電池監控單元（CSU）組成，如圖 2 所示。發動機控制單元（ECU）與BMS分開，并通過CAN接口控制BMS。為了提高安全性，BCU和CSU通常是隔離的。
圖 2：48V HEV的典型BMS
常見的BMS功能有：
·監控各電芯電壓并實現電量平衡
·整個電池組的電壓和電流測量
·電池溫度監測
·功率切換和配電
·絕緣監測
顯然，BMS的核心部分是電池監測和平衡IC。但是，并非所有BMS功能都必須由電池監測器執行。例如，如果沒有電池監測器進行電流測量，則需要一個額外的電流監測器，以及一個ADC和數字隔離器（如ISO6721-Q1）。為了降低系統成本，最好將此功能集成到電池監測器中。
縮小解決方案尺寸，節約時間和BOM
如果所有BMS功能都可以在電池監測器中執行，則可以顯著節約開發時間、減小解決方案尺寸和降低BOM成本。圖3展示了一個48V BMS系統，該系統基于BQ75614-Q1符合ASIL-D級要求、具有集成電流檢測功能的14芯串聯汽車類精密電池監測器、平衡器、保護器。
圖3：48V HEV基于BQ75614-Q1的BMS
與圖2相比，我們可以看到元件數量明顯減少。集成的電流檢測、電芯平衡、LDO和保險絲/開關監測等功能可節約其他外部元件的成本。靈活的通用輸入/輸出（GPIO）引腳可通過提供I2C接口或擴展ADC輸入的數量來擴展功能，例如使用NTC熱敏電阻測量電池溫度。
高電壓精度對于應用日益廣泛的磷酸鐵鋰（LFP）電池至關重要。在精度方面，BQ75614-Q1實現了2mV的高電壓精度。0.3%的高電流精度和固有的電壓同步功能可實現更準確的充電狀態（SoC）和運行狀況（SoH）估計，從而延長電池壽命。
BQ79614-Q1具有用于電壓、溫度和電流診斷的內置冗余路徑，從而實現功能安全合規性。可提供文檔來協助進行符合ISO 26262標準的系統設計，并實現高達ASIL D級（在電芯電壓、電流和溫度測量及通信方面）和ASIL B級（在過壓/欠壓和過溫/欠溫保護方面）的功能安全系統要求。該器件通過多個內置診斷功能，還可實現100ms的故障檢測時間間隔（FDTI），從而釋放MCU以完成其他任務。
BQ75614-Q1具有與用于高壓BMS的可堆疊BQ7961x-Q1系列相同的多個特性，包括封裝、引腳排列、功能控制和寄存器映射。因此，為BQ75614-Q1開發的硬件和軟件可以輕松移植到該系列中的其他器件，從而節省開發時間。
很明顯，快速發展的HEV市場需要在成本和性能方面更具競爭力的BMS解決方案。只有提供具有更強性能、更多功能和更高集成度的創新器件來實現更智能的BMS，才能應對這一挑戰。
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德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導體公司，致力于設計、制造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業、汽車、個人電子產品、通信設備和企業系統等市場。我們致力于通過半導體技術讓電子產品更經濟實用，創造一個更美好的世界。如今，每一代創新都建立在上一代創新的基礎之上，使我們的技術變得更小巧、更快速、更可靠、更實惠，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。
