NXP 400V/800V 可切换式 HVBMS 架构介绍

一、概述

       电动汽车的普及一直面临两大挑战，即续航里程短和充电时间长。新型电池化学材料及结构的创新有效地延长了续航里程，而充电时间的缩短则需提升充电功率。充电功率的提升无非是提高充电电流或电压，提高充电电流会产生大量的热，因此，通过提高充电电压来提高充电功率更加合理。

       目前大多数电动汽车仍然以400V 电压运行，但已开始向800V 电池架构过渡。虽然800V 架构可以明显提升充电速度，但也意味着需要更高规格的接触器、牵引逆变器模块，更大爬电距离和电气间隙的连接器，这些都意味着成本的提高。因此，使用两个独立的400V 电池组，在充电时两个电池组串联成一个800V 的电池以提高充电速度；在车辆行驶过程保持电池组并联，仍可使用400V 架构用于驱动400V 的牵引逆变器模块。

二、400V/800V 可切换式HVBMS 架构

       汽车高压BMS 主要由三部分组成，分别是BMU（Battery Management Unit）、CMU（Cell Monitor Unit）和BJB （Battery Junction Box）。在400V/800V 可切换的HVBMS 架构中，AFE 采用混合式架构，一块CMU 上有4 个AFE，可监测200V 电池组，共4 块CMU，最高可监测800V 的电池组。BMU 通过控制不同接触器的开关组合，实现充电时两个400V 电池组串联（800V），放电时两个电池组并联（400V），以达到提高充电速度，同时又兼容已有的400V 的牵引逆变器模块的目的。HVBMS 简要功能框图如图1 所示。

图1 HVBMS 简要功能框图（图源文末参考文献）

三、BMU

       BMU 即电池管理单元，由MCU、SBC、Gateway、CAN PHY、接触器驱动、负载驱动、压力传感器等组成，是HVBMS 中的大脑。

       BMU 各芯片的功能如图2 所示。MCU 主要负责处理来自 CMU 和 BJB 的数据，并做出相应的决策；SBC 用于将电源管理以及功能安全监管相结合提升系统安全可靠性；Gateway 用于将 SPI 协议转换为 TPL 菊花链协议，通过 4 个TPL 菊花链接口与 CMU 和 BJB 进行通信；CAN PHY 用于与汽车主控单元通信；接触器驱动用于控制电池组的充放电；负载驱动用于驱动电池组热管理模块；压力传感器用于在电池发生热失控时检测电池组内的压力。

图2 BMU 各元件的功能

四、CMU

       CMU 即电芯监测单元，主要由AFE、ESD 保护电路、滤波电路、均衡电路、温度检测电路、隔离电路组成。1 块CMU 上有4 个AFE，最高可监测200V 的电池组，多个AFE 之间采用TPL 菊花链级联的方式进行连接，板内AFE 采用电容隔离，板外AFE 采用变压器隔离。CMU 主要负责监测电池组单体电池的电压、电池组温度以及通过均衡功能保持电池的一致性。

五、BJB

       BJB 即电池接线盒，主要由AFE、电流检测电路、高压检测电路、绝缘检测电路、温度检测电路组成。BJB 主要负责电池组总电流的检测、充放电接口等高压检测以及绝缘检测等。

六、总结

       400V/800V 可切换式HVBMS 架构，既保证了快速充电，同时也不会增加传动系统组件成本。  

七、参考文献

1.  HVBMSRDWP.pdf