基于 NXP MC33774 的 Auto HVBMS CMU 方案

        Battery Detection Auto HVBMS CMU 评估板方案采用 MC33774 作为 Cell Monitoring Unit 电芯检测单元。MC33774 是一款专门为混合动力汽车(Hybrid Electric Eehicles,HEV)以及纯电动车(Electric Eehicles,EV)应用设计的锂电池控制芯片。另外它也可以用于工业领域,诸如储能系统(Energy Storage Systems,ESS)、不间断电源等应用均可以使用该芯片进行参考设计。作为 CMU 模块核心元件,MC33774 能够检测差分电芯电压以及温度变化情况。除此之外,MC33774 还具有被动均衡的特点,以此保证电池包中各个独立电芯的电压一致。

        Battery Detection MC33774 HVBMS CMU 方案依靠外部电池给 VBAT 端供电,供电电压宽泛,能够保证在 9~81V 的电压范围内正常工作,最高可经受 84V 电压供电(符合《电子管和类似半导体器件的额定值制定标准》IEC 60134 要求)。

        芯片封装采用 HLQFP64,引脚资源丰富:具有 4~18 路可用电芯电压测试通道,并且可以针对主控设定的电压过压(Over Voltage,OV)以及欠压(Under Voltage,UV)阈值进行诊断。也可以选择开启均衡(均衡电流最高可到 150mA),保证电池包一致性。如此多的通道数,使得 MC33774 非常适合 HVBMS 这种多电池电芯领域。除了上述 18 路通道外,MC33774 还额外拥有 8 路精密 GPIO,可以复用为通用输入/输出;也可以复用为模拟量绝对值/比值测量引脚。在此基础上还有另外 1 路绝对值测量的模拟输入引脚,该引脚也可以复用成告警输出(事件触发)。

        在通讯方面,MC33774 结合具体的型号可以具有通讯速率最高 4Mbit/s 的 SPI 接口;亦或者是通讯速率 2Mbit/s 的隔离式菊花链通讯(TPL)。对于 TPL 而言,MC33774 采用的是帧长度可变化的 TPL3 协议(64,86,96 或者是 112 bit),支持变压器隔离以及电容隔离。这样的连接方式非常适合高压系统(TPL3 支持最多 6 条菊花链,且每一条链上可以为 62 个 MC33774 分配设备地址),并且对于整套系统的功耗控制也有帮助(只需考虑 MC33774 功耗水平——单颗芯片深度睡眠功耗 15uA 左右)。

        MC33774 HVBMS CMU 评估板上连接器,包含有电池包供电线、电芯检测线、以及外部 NTC 连接线,用户可以连接对应的线束实现 CMU 功能。

        该方案单板可支持 200V 电压检测,用户可以使用 2 块/4 块搭建 400V/800V 系统。

►场景应用图

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►展示板照片

►方案方块图

►核心技术优势

① 电池检测通道数丰富:单颗 MC33774 芯片可支持 4~18 路电芯通道,应对 HVBMS 应用能够有效减少芯片数量。 ② 拥有 8 路精密 GPIO 以及 1 路 AINA,支持模拟量绝对值/比例值检测(AINA 只支持绝对值)。 ③ 可配置电压过压(OV)以及欠压(UV)阈值设定,支持故障诊断及处理。 ④ 内部包含两路冗余温度传感、内部供电测量模块以及外部 NPN 电流检测。 ⑤ 工作电压宽泛:9~81V 范围内均能保证正常工作。 ⑥ 18 路通道内部对应 FET,支持电池电压通道按照奇偶顺序同时开启被动均衡,均衡均值电流可达 150mA,峰值电流可达 300mA。 ⑦ 拥有 I2C 主设备接口,可以控制片外 EEPROM 等从设备。 ⑧ 支持 4Mbit/s SPI 通讯或者 2Mbit/s TPL 通讯。 ⑨ 支持 TPL3 菊花链通讯,单条链上可为 62 个 MC33774 分配地址(支持至多 6 条)。 ⑩ 深度睡眠单芯片功耗在 15uA 水平。

►方案规格

① 单板设计了 3 颗 MC33774,总共 54 路电芯检测通道,可以满足 200V 电压测量。 ② 可使用 2/4 块搭建 400V/800V 系统 CMU 模块。 ③ 支持 TPL3 菊花链通讯。 ④ 电压检测精度可满足 ±0.8mV,考虑到 PCB 差异误差可在 ±2mV 范围内。 ⑤ 整板在深度睡眠模式下功耗可控制在 100uA 以内。 ⑥ 每颗 MC33774 对应一个片外 EEPROM,均可正常进行 I2C 读写。 ⑦ 支持被动均衡。