【導讀】我們常說的BMS（電池管理系統）功能主要有三種：通過測量動力電池的荷電狀態，為駕駛員提供剩余的使用電量，以便提醒駕駛員能及時為電動電池進行充電；其次是對電池溫度進行監控管理，檢測電池工作時的溫度，并使用吹分機或散熱片來確保電池工作在最佳狀態；最后是實現電池的均衡管理，由于出廠制造誤差、或者使用過程中的存在通風性差異，電化學性能轉換不一等情況，對電池電壓、剩余電量進行檢測，以防過度充電。
在BMS開發過程中，對BMS的危害分析有過壓（過充）、欠壓、過溫和過流等危害事件，如過壓可能是一個比較嚴重的事件，尤其長時間對電池過充會導致電池性能下降和不可恢復性損壞，甚至導致電池變形、漏液情況發生。那么，對于BMS系統安全設計的目標就是能夠及時發現電池過充、并通過合理的危害分析及評估，從單點失效和潛在失效等方面考慮設計安全機制，最后做出恰當及時的處理。
恩智浦符合BMS功能安全的參考設計
恩智浦提供完整的電池管理系統解決方案，包括微控制器MCU、模擬前端電池控制器IC、隔離網絡高速收發器、系統基礎芯片SBC等。借助恩智浦的BMS方案，客戶可輕易實現基于CAN網絡或菊花鏈的電池管理系統。恩智浦提供多種符合ISO26262標準的器件，主控單元MPC574xP安全等級達到ASIL-D，模擬前端電池控制器MC33771安全等級達到ASIL-C，SBC（System Basic Chip）系統基礎芯片FS45/65安全等級達到ASIL-D。采用這套方案可簡化軟硬件設計，幫助客戶輕松實現系統安全等級達到ASIL-C/D。此外，恩智浦提供符合功能安全的參考設計，極大加速客戶開發符合ISO26262標準的BMS產品。
恩智浦BMS菊花鏈式解決方案
在該方案中，主控單元采用的MPC574xP是一款基于Power architecture、具有lock step核的高性能、高安全性MCU。
SBC系統基礎芯片FS45/65不僅提供多種可配置的電源選擇，而且提供電源監控和眾多安全機制，支持fail-safe安全保護模式，MCU搭配SBC系統基礎芯片可實現更高的安全等級。
模擬前端MC33771負責電池數據的采集，一個MC33771最多可以接14節單體電池，多個MC33771可以級聯形成菊花鏈式通信。
MC33664作為MCU和MC33771的傳輸物理層，負責將SPI信號和差分信號進行轉換。
恩智浦的BMS解決方案支持多種網絡拓撲結構，包括集中式、分布式菊花鏈結構以及集中式、分布式CAN網絡結構。菊花鏈式網絡可顯著降低BOM成本，受制于通信距離限制，在目前的大巴車上，目前主要是基于CAN總線通信。恩智浦提供的BMS解決方案具有極大的靈活性，可滿足不同客戶的需求。
鑒于目前國內市場基于ISO26262的開發還處于起步階段，部分車廠和供應商的功能安全開發經驗不足，導致開發符合IS026262標準的BMS難度較大，并且要一下子達到系統級ASIL-C/D，系統開發成本高，挑戰性巨大。針對這種情況，恩智浦提供一種具有低成本優勢的方案，推薦主控單元MCU采用具有超高性價比的S32K14x，該系列MCU基于ARM Cortex M4內核，按照ISO26262標準設計，結合外部的系統基礎芯片FS45/65等，可使系統安全等級達到ASIL-B。另外，單個S32K14x達到ASIL-B等級，通過軟硬件冗余設計也能使系統達到更高的安全等級ASIL-C。
恩智浦BMS CAN網絡解決方案
需要指出的是，在恩智浦公司，所有按照ISO26262標準開發的器件，都被囊括在恩智浦的SafeAssure計劃里。SafeAssure 保證開發的產品符合ISO26262標準，并提供必要的支持，提供功能安全相關的文檔，如Safety Manual 和FMEDA等，Safety Manual詳細闡述了芯片所采用安全機制，并指導用戶如何使用芯片可以達到比較高的安全性等級。FMEDA展示了芯片失效模型、失效概率和診斷分析等，客戶可根據具體應用需求對FMEDA進行裁剪。
意法半導體面向車載多媒體、支持局域網節能電源IC
（一）集成式多媒體mosfet電源管理芯片L5961
作為ST首款集成式MOSFET（面向媒體的系統傳輸）網絡電源管理方案，電源管理IC L5961面向目標為車載多媒體、信息娛樂系統。意法的mosfet技術主要用于在汽車環境內輕松地增裝CD或DVD播放器、車用收音機、個人導航儀等各種多媒體設備。
新款電源管理IC用于支持SMSC的mosfet網絡處理。L5961整合了電源和MOST兼容電源管理控制邏輯電路，以及強化的診斷和完備的系統監控功能（電源電壓、網絡狀態、喚醒事件和溫度）。
L5961電源管理芯片與SMSC網絡處理器組成芯片組，可充當任何一個MOST網絡節點的組成模塊，而且讓網絡節點之間保持更大的獨立性，網絡中某一設備的開關時序或設備故障不會影響聯網的其它設備。當芯片組通過驗證即可用于所有mosfet應用，無需重復進行驗證。
ST L5961集成電源管理控制邏輯電路及電源設計，印刷電路板尺寸縮小、制造成本和總體擁有成本更低、以及帶來更小的待機功耗。L5961支持多種功耗模式，其中超零功耗模式的正常靜態電流僅為5μA，遠遠低于分立器件取得的數值。
L5961的其它特性包括：集成一個給網絡處理器以及一個外接低壓設備供電的5V或3.3V、650mA DC-DC轉換器，兩個給光纖發射器和接收器供電的穩壓器，具有診斷功能的網絡物理層收發器，此外還集成三個電源電壓監測用電池檢測器，在目前的分立器件解決方案中，電池檢測器是單獨存在的功能。
（二）最新CAN技術規范、支持局域網絡節能減耗電源IC L99PM72PXP
意法推出的新款汽車電源管理系統IC L99PM72PXP，可支持先進網絡技術的汽車IC，大幅改善汽車燃油效率和尾氣二氧化碳排放量。通過局域網絡，能夠實現節能降耗的目的，這項最新CAN技術規范的新功能可將汽車CO2 排放量降低2g/km以上。
新款電源管理IC L99PM72PXP通過單片整合高速CAN（HS-CAN）和LIN物理層功能，新產品擁有制造完整車身電子控制器單元（ECU）所需的全部功能。該產品的設計針對某些特定用途，如空調控制模塊和車門控制器單元，以及車座椅模塊、后備廂模塊、掛車模塊、天窗模塊和后視鏡模塊。
與市場現有的標準CAN收發器或系統芯片不同的是，L99PM72PXP能夠自主監控CAN總線，無需模塊的主處理器介入，只有檢測到正確地址的喚醒信號時才會啟動，L99PM72PXP以這種方式關閉CAN的局部網絡，有助于降低汽車的整體能耗。
先進的失效保護功能是L99PM72PXP附加且獨有的功能，可改進電子控制器的穩定性和可靠性。內置的微控制器監控、電源電壓監控以及溫度監控等保護功能為避免故障發生提供最有力的保障。此外，新產品集成大量具有成本效益的外設功能，如上下橋臂驅動器、運算放大器和穩壓器，從而能夠減少外部元器件的數量，進一步優化系統的總體成本。
凌力爾特整合電池組監視器+SmartMesh無線網格BMS系統
凌力爾特提供門類齊全的高性能電池充電器產品線，這些充電器IC提供諸多的電池安全及管理標準功能，包括片上電池預查驗、熱調節、NTC 接口以及采用 SMBus 或 I2C 接口的雙智能型電池系統管理。
在電池管理方面，凌力爾特提供如電池充電器 IC、PMIC、USB電源管理器、電池電量測試芯片、多節電池的電池組監視器、電池平衡器及無線功率傳輸等等。
今年初慕尼黑上海電子展上，凌力爾特展示了業界首款無線電池管理系統 （BMS） 概念車。這款無線 BMS 概念車由凌力爾特的設計合作伙伴 LION Smart 開發，它把凌力爾特高度準確的電池組監視器及 SmartMesh? 無線網格網絡產品在 BMW i3 車型上進行了整合，取代了電池組和電池管理系統之間的傳統有線連接。
SmartMesh IP 無線網格網絡
整合型BMS系統采用LTC6811電池組監視器，這是一款面向混合動力 / 電動汽車的完整電池測量器件，能夠測量多達 12 個串接式電池的電壓，并具有優于 0.04% 的準確度。把 LTC6811 與凌力爾特的 SmartMesh 無線網格網絡系統相組合，可解決汽車配線線束和連接器所引起并長期存在的可靠性問題。
多節電池的電池組監視器
凌力爾特的多節電池、高電壓電池組監視器系列是完整的電池監視 IC，它們內置了 12 位 ADC、精準的電壓基準、一個高電壓輸入多工器和一個串行接口。可以把這些器件串聯起來 （無需使用光耦合器或光隔離器） 以監視長串串接電池中每節電池。
該監視器系列的應用包括電動汽車和混合動力汽車、高功率便攜式設備、備份電池系統和高電壓數據采集系統。
具備高精準度的LTC6801/6802/6803電池組監視器系列
LTC6802-1 - 多節電池的電池組監視器
特點：
1.可測量多達 12 個串聯鋰離子電池的電壓 （最大值為 60V）
2.可堆疊式架構實現 > 1000V 的系統
3.0.25% 的最大總測量誤差
4.可在 13ms 完成一個系統中所有電池的測量
5.電量平衡：
- 內置無源電量平衡開關
- 提供片外無源電量平衡
6.具兩個熱敏電阻輸入和內置溫度傳感器
7.1MHz 可菊鏈式連接的串行接口
8.抗 EMI 的能力高
9.具內置噪聲濾波器的 ΔΣ 轉換器
10.導線開路連接故障檢測
11.低功率模式
12.采用 44 引腳 SSOP 封裝
典型應用：
- 電動汽車和混合動力汽車
- 高功率便攜式設備
- 備份電池系統
- 高電壓數據采集系統
電池平衡器LTC3300/LT8584系列
LTC3300 是一款故障保護控制器 IC，適用于對多節電池的電池組進行基于變壓器的雙向主動電荷平衡。該器件集成了所有相關的柵極驅動電路、高精度電池感測、故障檢測電路和一個帶內置看門狗定時器的堅固型串行接口。
每個 LTC3300 能利用一個高達 36V 的輸入共模電壓對多達 6 節串聯連接的電池進行電荷平衡。來自任意選定電池的電荷能以高效率在其自身與 12 節或更多節相鄰的電池之間來回傳輸。一個獨特的電平移位 SPI 兼容型串行接口能在不采用光耦合器或隔離器的情況下完成多個 LTC3300-1 器件的串聯連接，從而實現長串串接電池中每節電池的電荷平衡。
LT8584 是一款單片式反激 DC/DC 轉換器，專為主動平衡高電壓電池組而設計。開關穩壓器的高效率顯著地增加了可實現的平衡電流，同時減少了發熱量。另外，主動平衡還可實現失配電池組的容量恢復，這是采用被動平衡系統無法獲得的特性。在典型系統中，可恢復超過 99% 的總電池容量。
LTC3300-1 - 高效率雙向多節電池的電池組平衡器
特點：
- 可實現多達 6 節串聯鋰離子或磷酸鐵鋰 （LiFePO4） 電池的雙向同步反激式平衡
- 高達 10A 的平衡電流 （由外部組件設定）
- 與 LTC680x 系列的多節電池組監視器無縫集成
- 雙向架構最大限度地減少了平衡時間和耗散功率
- 電荷轉移效率高達 92%
- 可堆迭式架構可用于 >1000V 的系統
- 使用簡單的雙繞組變壓器
- 1MHz 可菊鏈式串行接口帶有 4 位 CRC 包錯誤檢查
- 高噪聲裕度串行通信
- 眾多的故障保護功能
- 48 引腳帶裸露襯墊 QFN 封裝和 LQFP 封裝
典型應用：
- 電動汽車 / 插電式混合動力汽車 （HEV）
- 大功率 UPS / 電網能量存儲系統
- 通用型多節電池的電池組
推薦閱讀：
