基于ST L9963的電動汽車電池管理(BMS)系統(tǒng)方案

核心技術(shù)優(yōu)勢/方案詳細規(guī)格/產(chǎn)品實體圖/PCB/方塊圖Datasheet/測試報告/Gerber/Schematics/User manual +一鍵獲取

在全球一陣新能源載具發(fā)展的當(dāng)下，鋰電池電動車成為目前最主流的發(fā)展方向，在鋰電池電動車技術(shù)當(dāng)中，除了如何有效地提升馬達功率與效率以外，電池的能源管理是相當(dāng)重要的一環(huán)

汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）必須能夠滿足關(guān)鍵功能，例如電壓，溫度和電流監(jiān)控，電池充電狀態(tài)（SoC）以及鋰離子（Li-ion）電池的電池平衡。

實際上，電動汽車電池管理系統(tǒng)的主要功能是：

電池保護，以防止在其安全操作區(qū)域之外進行操作。通過估計充電和放電期間的電池組充電狀態(tài)（SoC）和健康狀態(tài)（SoH）來監(jiān)視電池。電池優(yōu)化可通過電池平衡來延長電池壽命和容量，從而優(yōu)化混合動力（HEV），插電式（PHEV）和全電動汽車（BEV）的行駛里程。

適用于您的汽車BMS設(shè)計的新型高度集成的解決方案，意法半導(dǎo)體針對汽車應(yīng)用的電池管理系統(tǒng)解決方案專為滿足所有這些苛刻的設(shè)計要求而設(shè)計?；谛碌母叨燃傻碾姵毓芾鞩C L9963及其配套的隔離式收發(fā)器L9963T，我們的解決方案能夠以單菊輪鏈或雙向菊輪鏈配置提供多達14個串聯(lián)電池的最高精度測量，并嵌入復(fù)雜的電池 監(jiān)視和診斷功能。 它還符合嚴格的汽車安全完整性等級（ASIL）D要求。

EVAL-L9963-MCU是用于電池管理應(yīng)用汽車芯片L9963的硬件工具。 它可用于開發(fā)48 V電池管理系統(tǒng)（BMS）或作為分布式BMS的下級（取決于總電池電壓。由于EVAL-L9963-NDS而可增加其他級）。

EVAL-L9963-MCU允許用戶連接多達14個通道用于電池電壓感測，一個通道用于電流感測以及多達4個模擬輸入用于溫度感測（以及額外的板載NTC來感測PCB溫度）。 該板為板載微控制器提供了預(yù)加載的GUI固件，旨在與STSW-L9963 PC圖形用戶界面一起使用。

同時監(jiān)測數(shù)值以數(shù)位訊號方式輸出，較過往還需要經(jīng)過一段類比轉(zhuǎn)數(shù)位訊號的模式，能改善電池同步問題，并且能夠管理最多 7 個外部溫度感測器，嚴密管控電池溫度避免過熱。

L9963是用于高可靠性汽車應(yīng)用和儲能系統(tǒng)的鋰離子電池監(jiān)視和保護芯片。最多可以監(jiān)視14個堆疊的電池，以滿足48 V和更高電壓系統(tǒng)的要求。每個電池電壓以及芯片上庫侖計數(shù)的電流都可以高精度測量。該設(shè)備最多可以監(jiān)視7個NTC。信息通過SPI通信或隔離接口傳輸。

多個L9963可以菊花鏈daisy chain形式連接，并通過變壓器隔離的接口與一個主機處理器通信，具有高速，低EMI，遠距離和可靠的數(shù)據(jù)傳輸的特點。在正常和低功耗模式下均提供帶有可編程通道選擇?？梢愿鶕?jù)內(nèi)部計時器中斷自動終止平衡。集成了九個GPIO，用于外部監(jiān)視和控制。 L9963具有一套全面的故障檢測和通知功能，可以滿足安全標準的要求。

此外 L9963 也符合 ISO 26262 標準的 ASIL-D ，內(nèi)建車用安全性之綜合故障偵測與通知功能，還具備 SPI 界面與能夠建立多個 L9963 高速通訊用的 2.66Mbps 垂直通訊界面，此 21.66Mbps 垂直通訊界面能使 8 顆芯片對高達 96 個電池元件進行訊號轉(zhuǎn)換與讀取，且操作時間低于 4ms ，并可結(jié)合各類變壓器或電容性電隔離組合。

L9963 的設(shè)計允許熱插拔操作，這也意謂可省卻外接用于保護電池管理系統(tǒng)的齊納二極體，傳統(tǒng)設(shè)計由于不允許熱插拔，使得電池不可關(guān)機，故須搭配齊納二極體進行保護，這也意味著 L9963 能減少使用這類二極體的成本。

L9963 主要特色如下:

• 符合AEC-Q100
• 串聯(lián)測量4至14個電池，采樣之間的同步延遲為0 us。還支持母線連接，而不會改變電池的結(jié)果
• 庫侖計數(shù)器在點火開關(guān)處于打開和關(guān)閉狀態(tài)時都支持電池組過電流檢測。完全同步的電流和電壓樣本
• 16位電壓測量，在整個工作溫度范圍內(nèi)，在[1.7 – 4.7] V范圍內(nèi)的最大誤差為±2 mV
• 具有再生緩沖區(qū)的2.66 Mbps隔離串行通信，支持雙訪問環(huán)。鏈中第一個和第15個器件開始轉(zhuǎn)換之間的延遲小于2 μs。少于4 ms，即可在使用8個L9963的系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換和讀取96個單元。支持基于變壓器和電容的隔離
• 在正常和靜音平衡模式下，每個電池的無源內(nèi)部平衡電流為200 mA。可以執(zhí)行循環(huán)喚醒測量。手動/定時平衡，同時在多個通道上；內(nèi)部/外部平衡
• 完全精簡的電池測量路徑，帶有ADC交換功能，可增強安全性和簡化
• 提供自動故障驗證的智能診斷程序。通過SPI全局狀態(tài)字（GSW）和專用故障線進行故障通知
• 兩個5 V穩(wěn)壓器支持具有25 mA（VCOM）和50 mA（VTREF）電流能力的外部負載連接
• 9個GPIO，最多7個模擬輸入用于NTC檢測
• 強大的熱插拔性能。無需與每個單元并聯(lián)的齊納二極管
• 完全符合ISO26262標準，ASIL-D系統(tǒng)就緒
• TQFP64EP封裝

此外 L9963 也符合 ISO 26262 標準的 ASIL-D ，內(nèi)建車用安全性之綜合故障偵測與通知功能，還具備 SPI 界面與能夠建立多個 L9963 高速通訊用的 2.66Mbps 垂直通訊界面，此 21.66Mbps 垂直通訊界面能使 8 顆芯片對高達 96 個電池元件進行訊號轉(zhuǎn)換與讀取，且操作時間低于 4ms ，并可結(jié)合各類變壓器或電容性電隔離組合。

另外， L9963 的設(shè)計允許熱插拔操作，這也意謂可省卻外接用于保護電池管理系統(tǒng)的齊納二極體，傳統(tǒng)設(shè)計由于不允許熱插拔，使得電池不可關(guān)機，故須搭配齊納二極體進行保護，這也意味著 L9963 能減少使用這類二極體的成本。

上面搭配的符合車規(guī)的 32 bit MCU SPC574Sx是基于Power Architecture嵌入式類別構(gòu)建的下一代微控制器系列。

SPC574Sx系列32位微控制器是集成汽車應(yīng)用控制器中的最新成果。 它屬于以汽車為中心的擴展產(chǎn)品家族，旨在解決汽車內(nèi)下一輪底盤和安全電子應(yīng)用的浪潮。 該汽車控制器系列的先進且經(jīng)濟高效的主處理器內(nèi)核符合Power Architecture嵌入式類別，并且僅實現(xiàn)了VLE（可變長度編碼）APU，從而提高了代碼密度。 它以高達140 MHz的速度運行，并提供針對低功耗進行了優(yōu)化的高性能處理。 它利用了當(dāng)前Power Architecture設(shè)備的可用開發(fā)基礎(chǔ)架構(gòu)，并由軟件驅(qū)動程序，操作系統(tǒng)和配置代碼支持，以協(xié)助用戶實施。

主要功能如下

• 符合AEC-Q100
• 高性能e200z4d雙核
• 32位Power Architecture技術(shù)的CPU
• 核心頻率高達140 MHz
• 雙發(fā)行5級管道有序執(zhí)行核心
• 可變長度編碼（VLE）
• 核心MPU
• 浮點，端到端糾錯
• 8 KB指令緩存，帶有錯誤檢測代碼
• 32 KB本地數(shù)據(jù)RAM和4 KB數(shù)據(jù)高速緩存以及8 KB指令高速緩存
• 1600 KB（1.5 MB代碼+ 64 KB數(shù)據(jù)）片上閃存：支持在編程和擦除操作期間進行讀取，以及多個模塊，允許EEPROM仿真
• 128 KB片內(nèi)RAM（96 KB片內(nèi)RAM + 32 KB本地數(shù)據(jù)RAM）
• 具有32個通道的多通道直接內(nèi)存訪問控制器（eDMA）
• 全面的新一代ASILD安全概念
• ASILD SEooC方法（安全元素脫離上下文）
• FCCU用于收集和響應(yīng)故障通知
• 內(nèi)存錯誤管理單元（MEMU），用于收集和報告內(nèi)存中的錯誤事件
• 端到端糾錯碼（e2eECC）邏輯
• 循環(huán)冗馀校驗（CRC）單元
• 8個增強型12位SAR模擬轉(zhuǎn)換器
• 2組：3個ADC和一個主管ADC
• 在12 MHz下1.5 μs的轉(zhuǎn)換時間
• 多達32個物理通道
• 雙可編程CTU
• 4個通用eTimer單元（每個6通道）
• 4個FlexPWM單元
• 2個（每個4個通道）用于電機控制，控制系統(tǒng)之間進行硬件同步
• 2個（每個2個通道）用于SWG仿真
• 通訊接口
• 4個LINFlexD模塊
• 4個串行串行外圍設(shè)備接口（DSPI）模塊
• 2個具有高級共享內(nèi)存方案的MCAN接口（對于MCAN0為808 x 32位字，對于MCAN1為520 x 32位字）和CAN-FD支持
• 1個具有2個通道，128個消息緩沖區(qū)的FlexRay模塊
• 2個SENT接口（每個3個通道）
• 雙鎖相環(huán)，外設(shè)具有穩(wěn)定的時鐘域，計算外殼具有FM調(diào)制域
• Nexus Class 3調(diào)試和跟蹤界面
• 帶有BAF的片上CAN / UART引導(dǎo)程序加載器。物理接口（PHY）可以是UART
• 先進而靈活的供應(yīng)方案
• 片上穩(wěn)壓器，用于1.2 V內(nèi)核邏輯電源。支持旁路模式，用于外部1.2 V內(nèi)核邏輯電源
• 3.3 V或5 V IO和ADC電源（提供2個獨立的電源域）
• 結(jié)溫范圍-40°C至150°C

  方案已提供一個圖形用戶界面（GUI）可以MCU內(nèi)建的程式溝通做方便快速的電池調(diào)校!主要功能有

• 可調(diào)校L9963最多15個節(jié)點
• 完全同步的電流和電壓電池測量
• 有庫侖計數(shù)器
• 允許控制所有L9963功能，例如平衡和溫度測量
• L9963配置的高級功能
• 完整的診斷監(jiān)控
• L9963的內(nèi)部寄存器控制
• 數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)導(dǎo)出

如要做更深入的MCU程式編輯
開發(fā)環(huán)境也是功能強大又齊全
以軟體商Siener 為例的的開發(fā)功能界面如下圖

? 方案規(guī)格

用于軟體開發(fā)的外部MCU的引腳連接器 ?串聯(lián)測量4至14個電池，失步延遲為0 us, 支持busbar連接，不會改變電池結(jié)果! ?點火開, 關(guān)都以庫侖計數(shù)器(Coulomb counter)方式的電池組過電流檢測 ?完全同步的電流和電壓 ?16位電壓測量 ?具有再生緩沖區(qū)的2.66 Mbps隔離串行通信，支援 雙接入環(huán)(dual access ring), 鏈中第一個和第15個器件開始轉(zhuǎn)換之間的延遲小于2 μs。 ?基于變壓器的隔離 ?多達4個用于NTC熱敏電阻感測輸入，以及PCB溫度感測 ?板載L9001穩(wěn)壓器電源 ?16位電壓測量，在整個工作溫度范圍內(nèi)，在[1.7 – 4.7] V范圍內(nèi)的最大誤差為±2 mV ?在正常和靜音平衡模式下，每個電池的無源內(nèi)部平衡電流為200 mA          

? 技術(shù)文檔

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