简化您的EV接线盒设计

在本设计解决方案中，我们回顾了一个典型的电动汽车（EV）电池系统，强调了其在隔离、电流检测和处理方面的复杂性。随后，推出了一款低噪声、高性价比、电容隔离菊花链通信IC，该IC简化了接线盒，无需专用微处理器。使用分流或霍尔传感器的集成电流检测消除了对多个组件的需求，并实现了更小的尺寸。机箱接地和电池模块之间的隔离电阻通过简单的电阻网络测量，并报告给IC进行处理。

介绍

电动汽车 （EV） 由巨大的电池组供电，电池组由串联的长串电池构成，可实现高于 800V 的工作电压和 40A 的平均电流。每个电池电压由控制模块监控，如有必要，应用适当的控制方法，将电池之间的电压增量保持在严格的公差范围内。接线盒控制充电系统、逆变器/电机和电池组的高压连接。高压连接、电流和隔离电阻在该模块内测量，并发送回主ECU，用于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。

在本设计解决方案中，我们回顾了典型电动汽车电池系统及其相关接线盒的结构。然后，我们介绍一种新颖的接线盒设计，该设计经过简化，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所示为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）驻留在高压板上，每个控制14排（K=14）串联的电池，每排由70个并联电池组成（7840 Li+电池集合）。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之间都需要隔离。数据随后被传递到低压板上的微控制器。

在电池组的右侧，接线盒感测六个关键电压节点（接触器和隔离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。

监控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，因为它还可以告诉系统接触器何时处于正确状态。

图2.分布式电池系统的典型系统架构。

简化的系统架构

在图3的简化配置中，隔直电容（或变压器）用于隔离在不同共模电压下工作的菊花链器件。廉价的电容器可用于模块之间的菊花链，从而降低系统成本。此外，菊花链可以轻松扩展以集成接线盒数据采集IC，从而消除了对本地微处理器的需求，并使接线盒的测量值与电池模块的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具有电流检测功能，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，或两者兼而有之（用于冗余）。

图3.简化的系统架构。

带电流检测的高压数据采集

例如，MAX17852是一款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263μs内测量14个电池电压节点（或7个以接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的组合，以及完全冗余的测量引擎。它还可以在156μs内仅使用快速ADC SAR测量引擎轮询所有输入。

这种高度集成的电池传感器集成了高速差分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、电池组电压、电池组电流、接触器电压和温度测量值在10μs内对齐。

该系统采用Maxim的电池管理UART或SPI协议，实现鲁棒通信，并支持I2用于外部设备控制的 C 主接口。它经过优化，通过嵌入式通信和硬件警报接口支持内部诊断和快速警报通信的功能集，以支持 ASIL D 和 FMEA 要求。

电池电气隔离测量

运输部 （TP-305-01） 根据 SAE 1766 规定，在推进电池的负（正）侧和车辆底盘之间，电阻（以欧姆为单位）约为车辆标称工作电压（伏特）的 500 倍，即 200kΩ 表示 400V。因此，机箱和电池正极（负极）之间的隔离电阻RLEAK-（RLEAK+）可以通过图4所示的网络进行检测，并报告为数据采集IC的AUX引脚的电压。

 

 

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

图5.隔离电阻曲线。

结论

电动汽车可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。我们回顾了典型的电动汽车电池和接线盒系统的结构，强调了其复杂性。随后，我们推出了一款新颖、独特的数据采集IC，由于其低噪声、高性价比、电容隔离菊花链通信架构，由于其低噪声、高性价比、电容隔离菊花链通信架构，无需使用接线盒专用微处理器。它还支持接线盒和电池电压测量之间的时间对齐。集成的电流检测消除了霍尔效应电流传感器。快速SAR ADC架构可在最短的时间内实现多次测量。

审核编辑：郭婷