如上周所说的,我们从 BMW I3 这台 2013 年量产,2011 年左右开始设计发布的车型来看近 10 年的变化。无疑迭代最快的是在 ADAS 领域,如下所示当时分离式的 KAFAS2 的模块,到 I-NEXT 的系统架构变迁最快。而电动汽车动力总成域里面最大的变化,还是高低压彻底的分离和充电、高压管控的顶层化。

 

图 1 宝马的 KAFAS2 和后续演进,10 年间这块变化最大

 

01、I3 安全盒设计

1) BEV 的安全盒(配电设计)

BMW 在 I3 上引入了安全盒(S-box),如下图所示。

 

图 2 电池系统内 S-box 的单元

 

这是为了把电池系统和外部断开的装置,集成了下面这些组件:

电池负极电流路径内的电流传感器;

电池系统正极电流路径内的熔丝;

两个正负极的接触器(主正和主负电流路径都设置开关触点);

高电压系统的预充电电路;

 

S-box 用于监控接触器触点、测量蓄电池总电压和监控绝缘电阻的电压传感器 在具备电池加热的设计中,电池系统有一个直接加热的 PTC。在 S-box 内带有加热装置的控制和供电电子装置,用于控制加热装置的微控制器通过一个 CAN 与电池管理单元 SME 控制单元相连,通过 MCU 接受运行功率要求,通过 PWM 调整脉冲宽度调制调节所需加热功率(通过控制 Power MOSFET)接通和关闭加热装置

 

图 3 S -box 内主要的单元

 

下图是电流采集单元,采用的芯片是 Freescale 的 S9S12P64MFT 16 位(32 MHz),系统电源采用了 Bosch CY320 电源,隔离是由两个 TI 低功耗双数字隔离器(ISO7241CQ 和 ISO7421EQ1),电流传感器为 AMS 的 AS8510 测量 IC,配备两个 16 位 sigma-delta A / D 转换器,调制电路时围绕 LTC6655 低噪声精密基准 IC(0.25 ppm p-p)来设计的

 

图 4 电流采集板

 

高压板主要用来采集电压和控制接触器,模块板是由 BMW i3 混合动力汽车。该板用于 作为其他设备和组件的电源 德州仪器(TI)LM25037 脉冲宽度 调制(PWM)控制器执行所有重载电压调节,以降低车外功耗, 采用了一颗 8 位微控制器( MC9S08AW16A )处理 CAN 通讯和控制输入,输入保护为 TI 的 ISO7421E-Q1 双通道数字隔离器。驱动芯片为 STL4993MD

 

图 5 高压采集板

 

事实上,BMS BMW 所说的 SME 单元有一部分绝缘电阻检测注入的功能,如下图所示:

 

图 6 SME 里面的绝缘检测功能

 

2) PHEV 的集成和变化

实际上这种设计,被后续 BMW 的设计全部继承了。电流采集、高压采集和绝缘检测全部集成在一块可折叠的板里面,如下所示。

 

图 7 后续 BMW 的智能配电盒 S-Box 的延伸

 

02、后续的演变

iX3 可能是另外一个设计开端,在上面的设计中,我们能看到 CMU 是一体化的,所有的电池采样线接入到一个 CMU 里面。目前还没有这个电气连接的设计线路图,非常有可能 BMS 被放到前端输出的部分了。

 

 

图 8 BMW 的 iX3 上的设计(配电盒)

 

图 9 BMW 前端的 BMS 的设计

 

小结:其实 BMS 的设计是跟着整体的布置理念走的,从功能来看,随着基础 SOC 算法到瓶颈,未来在域控制器上通过 T-box 和云端 BMS 做一些新型的续航里程和充电时间的估算,把更多的变量(外部温度、道路交通情况、电池寿命和历史数据参考),BMS 的设计趋向于高低压分离,趋向于应用化。