電動汽車的迅速普及加速了電池技術的創新，其中包括電池管理半導體。其中一個重要方面是整合，整合可帶來簡化設計、提高安全性和效能等優勢。該領域的新進展將有助於最大限度地發揮電動汽車電池的潛力，同時又不會損害電池的健康和安全。
保障安全和能效
電動汽車電池發生故障的原因有很多。碰撞後的機械應力或損壞可能會擊穿電池組或損壞單個電池芯。過度充電等電應力也可能會導致安全問題，並縮短整體電池壽命。
電池管理系統（BMS）有助於監測電動汽車電池的安全性和能效。系統的主要功能是確保電池組中的每個鋰離子電池執行的電壓、電流和溫度都處於安全執行區（SOA）內。脫離安全執行區（SOA）可能會導致嚴重後果，例如電池出現重大故障，或者更嚴重的是熱失控。因此，電池接線盒（BJB）特別重要。
恩智浦汽車充電解決方案為電池安全保駕護航
電池接線盒在系統中起著重要作用
電池接線盒（BJB）是電池管理系統（BMS）中的3個功能模組之一。接線盒可測量並記錄電池總電壓和進出電池的電流，從而精確計算其充電狀態（SOC）。這可以實現精確的里程計算，讓駕駛員知道電池還能夠驅動車輛行駛多少千米。它還實現了安全關鍵功能，如接觸器和隔離監測，以及過流檢測。BJB需要滿足汽車應用ASIL C級或D級電流和電壓測量功能安全要求。
高壓系統通訊面臨的挑戰是如何將低壓半導體（12V）與高壓（400V）電池側隔離開。在這方面，過去與BMU的通訊是透過CAN匯流排進行的，但透過變壓器物理層（TPL）以菊花鍊形式連線BJB是一個有吸引力的替代方案。TPL介面專為BMS設計，支援高達2kV的高隔離電壓。這種解決方案具有多種優勢，包括更強勁的電磁相容性（EMC）特性、更高的高壓隔離、更快的通訊速度和同步測量。其結果是降低了與本地軟體有關的複雜性，並降低了物料成本。
作為獨立模組，BJB需要自帶軟體的板載MCU
功能安全環境中的通訊
使用灰色通道方法可以實現功能安全通訊。灰色通道是一個抽象術語，指透過本質上不安全的通道進行的安全傳輸。雖然不能為其分配ASIL等級，但它被視為質量管理（QM）等級，這是最低的安全等級。因此，灰色通道允許使用質量管理（QM）級的裝置建立ASIL級的通訊路徑。要在系統層面實現ASIL評級，需要確保在整個通訊路徑中資料都不會被操縱。從源頭對資料實施保護，在目的地將其解碼。由於資料在源頭受到了保護沒有被操控，在資料傳輸的整個過程均可進行錯誤檢測，因此在該過程中發生的情況可以忽略不計。
在BJB中使用灰色通道方法，可以將資訊從BJB轉移到電池管理單元（BMU），而無需對通訊裝置進行額外的安全保護工作。
整合解決方案有助於節省時間和成本
專門針對BJB應用的新興半導體在一個裝置中集成了所有必要功能。舉例來說，恩智浦的MC33772C透過庫侖計數提供從毫安到千安的精確電流感測。
該裝置提供多種先進的電壓和溫度測量功能，帶有診斷功能的內建平衡電晶體簡化了BJB應用。它還支援標準SPI和與MCU的隔離菊花鏈通訊，能夠處理和控制多達63個節點。其他診斷和功能安全功能包括檢測內部和外部故障，例如開路、短路和洩漏。這款穩定耐用的裝置符合AEC Q-100標準，可熱插拔，支援ISO 26262標準，具有高達ASIL D的安全等級。
MC33772C結構框圖：6通道鋰離子電池控制器IC
這種設計簡化加快了一級供應商和汽車製造商的產品上市速度，減少了相關的開發成本，同時提高車輛的續航里程和安全性，延長電池壽命，加快向零碳排放運輸的轉型。
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作者：
Konrad Lorentz
恩智浦半導體電池管理系統產品經理
Konrad Lorentz擁有德國勞特林根大學（Reutlingen University）國際專案工程學士學位。2020年，他透過一篇關於“汽車價值鏈”的論文加入恩智浦，目前擔任BMS營銷團隊的產品經理。
