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BMS电池模拟器和电源芯片的选择SBC应用解析

发布时间:2022-09-21 10:52人气:

  1.BMS选择什么样的电池模拟器?

  谈谈电池模拟器的选择。

  在前面的一篇文章中提到,BMS需要收集电池的电压精度;无论是自检还是客户验收,我们都需要一个相对准确的基准源来检测我们的硬件精度,并验证它是否满足要求。如果我们使用电池作为基准源,首先,调整电压很麻烦,其次,电池的电压会逐渐变化,第三,它是不安全的,所以我们在测试时需要格外小心。

  因此,有一个电池模拟器。最基本的功能是人工设置目标电压值,精度稳定,具有一定的负载能力,满足测量要求(如下图中常见的国外电池模拟器)。

  我还记得我刚开始工作的时候,第一块板是电池模拟器的工装。当时的功能比较简单,所以我直接做了一个DA输出。

  但是现在市场上有很多成熟的产品,可以满足各种测试需求。测试系统框架如下图所示(图片来源于NGI官网):

  事实上,我们更多地使用电池模拟器来模拟电池电压和温度.功能如模拟平衡和故障模拟(下图来源于ETAS官网),还有其他模拟真实电池充放电的过程,其实我觉得不太可靠。

  下面分析选择电池模拟器的几个关键要求。

  1.模拟电芯电压

  这是最重要的要求,首先要决定电压模拟通道需要多少路,一般产品都在12路以上,这是根据产品需求提出的。

  通道之间相互电气隔离,如果要串联,则需要通过外部的线束连接。

  电压模拟的原理如下图所示通过DA通过芯片设置输出目标电压,然后通过AD芯片收集反馈端的输入电压,形成闭环系统,实时调整输出电压,提供输出精度;因此,一般模拟器的电压输出有四条线:两条输出线和两条采样线。

  至于电压精度,其实这也和AFE相关,同一个电池模拟器由两个制造商使用AFE收集的结果可能是1mV以上偏差。排除这些干扰因素,我认为精度应该是1mV以下可以满足一般需求(特别是生产线生产时)。

  一般厂家会给出精度参数如下图(来自下图)NGI官网),主要根据设定分辨率和设定精度这两个参数来选择合适的产品。

  2.模拟温度

  常用的温度模拟.更有效的方案是电阻阵列,如下图所示;根据实际情况,我们NTC电阻表,确定所需的电阻电阻范围。

  模拟器在每个电阻值档位上设置本位电阻值1.2.4.四个电阻的8倍,然后根据四个电阻的拼凑,可以进一步获得本齿轮中的任何电阻值;这样,我们可以通过拼凑不同的齿轮来获得我们想要的任何电阻值。

  下图中的电阻范围可以满足我们的实际需求。

  应用中需要注意的是BMS在每个温度采样通道中,应配置单独的温度模拟电阻,不能共用不同的通道,否则会造成内部分压和采集偏差。

  3.模拟均衡

  电池模拟器还应具有一定的输出能力,包括拉电流.模拟电池平衡功能有两种填充电流(下图来自网络)。

  如果一个模拟器同时给出多个模拟器AFE如果并联使用,模拟器的输出能力应选择更大,基本上约为几个安培;如果所选输出电流太小,在测试过程中会出现各种奇怪的问题。

  总结:

  有人问:如果我用电池模拟器测试BMS,进而得到BMS在精度满足要求的结论之后,这个结论能否解释BMS在测试真实电池时,精度也符合要求吗?这是个好问题,事实胜于雄辩,留给大家自己去验证。

  2.浅析BMS上电源芯片SBC应用

  介绍本节SBC(systembasischip),先看一个介绍视频(来自英飞凌):

  SBC翻译过来就是系统基础芯片,相信大家平时都接触过;SBC它是一个集成的组件,与汽车相结合ECU通信收发器、电源、诊断和监视功能、开关和唤醒功能等所需的场景功能。

  下图列出SBC主要功能组成(来自英飞凌官网)。

  电源功能:

  SBC内部集成的电源更丰富,可以用作MCU.通信等特殊配置独立电源;内部集成升压和降压电路,使外部电源输入范围更广;目前,一些主机厂对BMS供电下限要求为6V,使用SBC非常合适。

  通信收发器:

  某些SBC内部集成了CAN收发器,甚至可以支持CANFD,省去额外的收发器。

  诊断与监测:

  SBC电压输出可通过欠压监测,故障可报警;还集成了看门狗功能、软件通信喂狗或硬件PMW喂狗等。

  唤醒功能:

  主要指休眠觉醒,用于实现BMS休眠功能。

  SBC应用范围比较广,不仅仅是BMS可根据需要选择其他电子部件。

  选取SBC有很多优点,比如节省布局空间,降低成本,设计更方便可靠;另一个最重要的一点是功能安全,很多SBC具有功能安全设计,如果BMS要满足ASIL-C时,应用SBC更加方便有效。

  SBC有很多厂家,喜欢NXP.Infineon.ST等等。

  好了,上面的科普讲完了,下面就来说说一个实际的应用缺陷案例,大家可能对此更感兴趣。

  NXP有一个FS6500系列的SBC,内部集成了几个开关电源和LDO(如下图VCCA\VAUX是LDO,VPRE\VCORE是DC\DC。

  在实际应用中,由于板内负荷相对较小,实际上不需要那么多电源,所以VCCA这一路LDO不使用,并将其外引脚全部悬空。

  但是单板一通电就发现了SBC低电平复位的复位输出引脚,导致单片机无法启动。

  问题排查,发现原因VCCA这一路LDO未使用,外引脚悬空,其输出波形为不稳定的振荡波形,类似下图:

  原因是LDO没有在外部添加导致输出不稳定;虽然VCCA没有外部电源,但波动的输出电压触发SBC内部过压保护机制,SBC检测到VCCA欠压故障,所以复位信号总是低电平。

  看似微不足道的疏忽可能会带来严重的后果。


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