BMW i3電池配電盒解析

如上周所說的，我們從BMW I3這臺(tái)2013年量產(chǎn)，2011年左右開始設(shè)計(jì)發(fā)布的車型來看近10年的變化。

無疑迭代最快的是在ADAS領(lǐng)域，如下所示當(dāng)時(shí)分離式的KAFAS2的模塊，到I-NEXT的系統(tǒng)架構(gòu)變遷最快。而電動(dòng)汽車動(dòng)力總成域里面最大的變化，還是高低壓徹底的分離和充電、高壓管控的頂層化。

圖1 寶馬的KAFAS2和后續(xù)演進(jìn)，10年間這塊變化最大

I3安全盒設(shè)計(jì)

1）BEV的安全盒（配電設(shè)計(jì)）

BMW在I3上引入了安全盒（S-box），如下圖所示。

圖2 電池系統(tǒng)內(nèi)S-box的單元

這是為了把電池系統(tǒng)和外部斷開的裝置，集成了下面這些組件：

電池負(fù)極電流路徑內(nèi)的電流傳感器；

電池系統(tǒng)正極電流路徑內(nèi)的熔絲；

兩個(gè)正負(fù)極的接觸器（主正和主負(fù)電流路徑都設(shè)置開關(guān)觸點(diǎn)）；

高電壓系統(tǒng)的預(yù)充電電路；

S-box用于監(jiān)控接觸器觸點(diǎn)、測量蓄電池總電壓和監(jiān)控絕緣電阻的電壓傳感器 在具備電池加熱的設(shè)計(jì)中，電池系統(tǒng)有一個(gè)直接加熱的PTC。

在S-box內(nèi)帶有加熱裝置的控制和供電電子裝置，用于控制加熱裝置的微控制器通過一個(gè)CAN與電池管理單元SME控制單元相連，通過MCU接受運(yùn)行功率要求，通過PWM調(diào)整脈沖寬度調(diào)制調(diào)節(jié)所需加熱功率（通過控制Power MOSFET）接通和關(guān)閉加熱裝置

圖3 S -box內(nèi)主要的單元

下圖是電流采集單元，采用的芯片是 Freescale的S9S12P64MFT 16位（32 MHz），系統(tǒng)電源采用了Bosch CY320電源，隔離是由兩個(gè)TI低功耗雙數(shù)字隔離器（ISO7241CQ和ISO7421EQ1），電流傳感器為AMS的AS8510測量IC，配備兩個(gè)16位sigma-delta A / D轉(zhuǎn)換器，調(diào)制電路時(shí)圍繞LTC6655低噪聲精密基準(zhǔn)IC（0.25 ppm p-p）來設(shè)計(jì)的 。

圖4 電流采集板

高壓板主要用來采集電壓和控制接觸器，模塊板是由 BMW i3混合動(dòng)力汽車。該板用于 作為其他設(shè)備和組件的電源 德州儀器（TI）LM25037脈沖寬度 調(diào)制（PWM）控制器執(zhí)行所有重載電壓調(diào)節(jié)，以降低車外功耗， 采用了一顆8位微控制器（ MC9S08AW16A ）處理CAN通訊和控制輸入，輸入保護(hù)為TI的ISO7421E-Q1雙通道數(shù)字隔離器。驅(qū)動(dòng)芯片為STL4993MD

圖5 高壓采集板

事實(shí)上，BMS BMW所說的SME單元有一部分絕緣電阻檢測注入的功能，如下圖所示：

圖6 SME里面的絕緣檢測功能

2）PHEV的集成和變化

實(shí)際上這種設(shè)計(jì)，被后續(xù)BMW的設(shè)計(jì)全部繼承了。電流采集、高壓采集和絕緣檢測全部集成在一塊可折疊的板里面，如下所示。

圖7 后續(xù)BMW的智能配電盒S-Box的延伸

后續(xù)的演變

iX3可能是另外一個(gè)設(shè)計(jì)開端，在上面的設(shè)計(jì)中，我們能看到CMU是一體化的，所有的電池采樣線接入到一個(gè)CMU里面。目前還沒有這個(gè)電氣連接的設(shè)計(jì)線路圖，非常有可能BMS被放到前端輸出的部分了。

圖8 BMW的iX3上的設(shè)計(jì)（配電盒）

圖9 BMW前端的BMS的設(shè)計(jì)

小結(jié)

其實(shí)BMS的設(shè)計(jì)是跟著整體的布置理念走的，從功能來看，隨著基礎(chǔ)SOC算法到瓶頸，未來在域控制器上通過T-box和云端BMS做一些新型的續(xù)航里程和充電時(shí)間的估算，把更多的變量（外部溫度、道路交通情況、電池壽命和歷史數(shù)據(jù)參考），BMS的設(shè)計(jì)趨向于高低壓分離，趨向于應(yīng)用化。