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【原创】BMW i3电池配电盒解析
高压电盒| 宝马 文章来源自:高工锂电网
2020-09-14 10:07:19 阅读:7223
摘要分离式的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。

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

 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 

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。

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