简化您的EV接线盒设计

电动汽车 (EV) 由巨大的电池组供电（图 1），由长串电池串联构成，可实现高于 800 V 的工作电压和 40 A 的平均电流。这些电池系统在术语方面非常复杂因此，隔离、电流检测、充电和放电逻辑控制以及底盘泄漏检测需要一个用于高压连接的接线盒。

每个电池单元电压都由控制模块监控，并应用适当的控制方法将电池单元之间的电压增量保持在严格的容差范围内。接线盒控制充电系统、逆变器/电机和电池组的高压连接。在该模块内测量高压连接、电流和隔离电阻，并将其发送回主电子控制单元 (ECU) 以进行充电状态 (SOC) 和功率计算、监控车辆状态并确保各种车辆条件下的安全。

图 1：电动汽车电池组和接线（图片：Shutterstock）

在此设计解决方案中，我们回顾了带有相关接线盒的典型 EV 电池系统的结构。然后，我们介绍了一种新颖的接线盒设计，该设计是流线型的，可以更好地集成到系统中，并且能够报告与系统其余部分时间一致的测量结果。

分布式电池系统架构

图 2说明了一个典型的分布式电池系统。例如，在电池组的左侧，八个监控模块 (N=8)，位于高压板上，每个控制 14 行 (K=14) 串联的电池，每行由 70 个电池组成并行（一个 7,840 Li+ 电池组）。微处理器和第一个模块之间以及从一个模块到下一个模块需要隔离。数据随后被传递到低压板上的微控制器。

在电池组的右侧，接线盒感应六个关键电压节点（接触器 X 和隔离 ISO_RES），霍尔传感器测量电流。然后将数据传递到第二个微处理器。

监测接触器电压节点对于检查接触器关闭和打开时电池的健康状况非常重要。它对安全至关重要，因为它还告诉系统接触器何时处于正确状态。

图 2：典型系统架构（图片：Maxim Integrated）

精简的系统架构

在图 3中的流线型实现中，隔直电容器（或变压器）用于隔离在不同共模电压下工作的菊花链设备。可以在模块之间的菊花链中使用廉价的电容器，从而降低系统成本。

此外，菊花链可以轻松扩展以包含接线盒数据采集 IC，从而无需本地微处理器，并实现接线盒测量值与电池模块测量值之间的时间对齐。时间对齐很重要，因为它为电源管理和计算提供了更好的相关性。最后，接线盒高压数据采集 IC 具有电流感应能力，可以灵活地使用分流电阻器（如图所示）或霍尔效应电流传感器，或同时使用两者（用于冗余）。

图 3：流线型系统架构（图片：Maxim Integrated）

带电流感应的高压数据采集

例如，带有集成电流检测放大器的MAX17852是一个灵活的数据采集系统，用于管理高压和低压电池模块。该系统可以在 263 μs 内测量 14 个电池电压节点（或 7 个以地为参考的高压节点）、一个电流以及四个温度或系统电压测量与完全冗余测量引擎的组合。它还可以仅使用快速 ADC SAR 测量引擎在 156 μs 内轮询所有输入。通过集成电流检测放大器，MAX17852从分立式解决方案中消除了多个系统组件，包括体积庞大的霍尔效应电流传感器、偏置电路和ADC，从而节省了材料清单(BOM)成本和电路板空间。

这款高度集成的电池传感器采用高速差分 UART 总线，可实现稳健的菊花链串行通信，旨在实现最大的抗噪性。最多可以菊花链连接 32 个设备。单个菊花链可实现接线盒和电池监控测量之间的时间对齐。因此，电池电压、母线测量值、电池组电压、电池组电流、接触器电压和温度测量值在 10 µs 内对齐。

该系统使用 Maxim 的电池管理 UART 或 SPI 协议实现可靠的通信，并支持 I2C 主接口用于外部设备控制。它经过优化，可通过嵌入式通信和硬件警报接口支持减少的内部诊断和快速警报通信功能集，以支持 ASIL D 和 FMEA 要求。

电池电气隔离测量

交通部 (TP-305-01) 为此测量规定了根据 SAE 1766 在推进电池的负（正）侧之间的大约 500 倍车辆标称工作电压（以伏特）的电阻（以欧姆为单位）和车辆底盘，即 400 V 时为 200 kΩ。因此，底盘和电池正极（负极）之间的隔离电阻 RLEAK- (RLEAK+) 可以通过图 4中所示的网络进行感应，并作为电压报告给数据采集​​IC的AUX引脚。

图 4：电池隔离电阻测量（Maxim Integrated）

基于图 4中的网络，RLEAK-case 的 VAUX 方程为：

下图报告了 RLEAK+ 和 RLEAK- 的曲线，并显示 200 kΩ RLEAK- 隔离电阻产生 2.18 V 的感测电压 VAUX，而 200 kΩ RLEAK+ 隔离电阻产生 1.08 V 的感测电压。

图 5：隔离电阻曲线（Maxim Integrated）

结论

电动汽车处理高电压和高电流。必须监控高压和低压板之间的电气连接、接触电阻、电流和隔离电阻，以确保安全运行。通过在 EV 电池系统中使用独特的数据采集 IC MAX17852，它具有低噪声、高性价比、电容隔离菊花链通信架构，可以消除对接线盒专用微处理器的需求。

由于集成了电流检测放大器，MAX17852还省去了笨重且更昂贵的霍尔效应电流传感器。此外，它还可以在接线盒和电池电压测量之间实现时间对齐，而快速 SAR ADC 架构可以在最短的时间内进行多次测量。

　　审核编辑：汤梓红