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    • 01、I3 安全盒設計
    • 02、后續(xù)的演變
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BMW I3電池安全盒拆解

2020/09/14
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如上周所說的,我們從 BMW I3 這臺 2013 年量產,2011 年左右開始設計發(fā)布的車型來看近 10 年的變化。無疑迭代最快的是在 ADAS 領域,如下所示當時分離式的 KAFAS2 的模塊,到 I-NEXT 的系統(tǒng)架構變遷最快。而電動汽車動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,10 年間這塊變化最大

01、I3 安全盒設計

1) BEV 的安全盒(配電設計)

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 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:

電池負極電流路徑內的電流傳感器

電池系統(tǒng)正極電流路徑內的熔絲;

兩個正負極的接觸器(主正和主負電流路徑都設置開關觸點);

高電壓系統(tǒng)的預充電電路;

S-box 用于監(jiān)控接觸器觸點、測量蓄電池總電壓和監(jiān)控絕緣電阻電壓傳感器 在具備電池加熱的設計中,電池系統(tǒng)有一個直接加熱的 PTC。在 S-box 內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 CAN 與電池管理單元 SME 控制單元相連,通過 MCU 接受運行功率要求,通過 PWM 調整脈沖寬度調制調節(jié)所需加熱功率(通過控制 Power MOSFET)接通和關閉加熱裝置

圖 3 S -box 內主要的單元

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 TI 低功耗數(shù)字隔離器(ISO7241CQ 和 ISO7421EQ1),電流傳感器為 AMS 的 AS8510 測量 IC,配備兩個 16 位 sigma-delta A / D 轉換器,調制電路時圍繞 LTC6655 低噪聲精密基準 IC(0.25 ppm p-p)來設計的

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 混合動力汽車。該板用于 作為其他設備和組件的電源 德州儀器(TI)LM25037 脈沖寬度 調制(PWM)控制器執(zhí)行所有重載電壓調節(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,輸入保護為 TI 的 ISO7421E-Q1 雙通道數(shù)字隔離器。驅動芯片為 STL4993MD

圖 5 高壓采集板

事實上,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

實際上這種設計,被后續(xù) BMW 的設計全部繼承了。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

02、后續(xù)的演變

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

圖 8 BMW 的 iX3 上的設計(配電盒)

圖 9 BMW 前端的 BMS 的設計

?

小結:其實 BMS 的設計是跟著整體的布置理念走的,從功能來看,隨著基礎 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 的設計趨向于高低壓分離,趨向于應用化。

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寶馬集團是全世界成功的汽車和摩托車制造商之一,旗下?lián)碛蠦MW、MINI和Rolls-Royce三大品牌;同時提供汽車金融和高檔出行服務。作為一家全球性公司,寶馬集團在14個國家擁有31家生產和組裝廠,銷售網(wǎng)絡遍及140多個國家和地區(qū)。

寶馬集團是全世界成功的汽車和摩托車制造商之一,旗下?lián)碛蠦MW、MINI和Rolls-Royce三大品牌;同時提供汽車金融和高檔出行服務。作為一家全球性公司,寶馬集團在14個國家擁有31家生產和組裝廠,銷售網(wǎng)絡遍及140多個國家和地區(qū)。收起

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電子產業(yè)圖譜

筆者 朱玉龍,一名汽車行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車行業(yè)。我學的是測試和電路,從汽車電子硬件開始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產品方面的工作。汽車產業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽產業(yè),不過我相信未來衣食住行中的行,汽車仍是實現(xiàn)個人自由的不二工具,愿在汽車電子電氣的工程方面耕耘和努力,更愿與同行和感興趣的朋友分享見解。