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LG Innotek的电池管理系统

汽车电子 | 发布时间:2018-09-27 | 人气: | #评论# | 本文关键字:电池管理系统,动力电池
摘要:LG Innotek是LG旗下LG电子的汽车电子企业,随着LG化学电池的扩张,其电池管理系统目前已经用在了通用、雷诺、福特、FCA、沃尔沃等多家企业,从产品路径角度来看,基本涵盖了分布式、半分布

LG Innotek是LG旗下LG电子的汽车电子企业,随着LG化学电池的扩张,其电池管理系统目前已经用在了通用、雷诺、福特、FCA、沃尔沃等多家企业,从产品路径角度来看,基本涵盖了分布式、半分布式和集中式。接下来来盘点一下这个发展,也是分几个产品来介绍一下这个领域不同车企的诉求。首先还是从集中式的系统开始探讨。在这一组的设计中,主要是出于成本的考虑,如下图所示,把整个电池管理系统完全进行集成化处理。LG Innotek和LG Chem还是一个集团战略的产物,从电子的角度出发来做整个汽车电子部件,也是LG能在电动汽车里面逐渐建立优势的一个很重要的原因。

LG Innotek 集中式的电池管理系统

图1 LG Innotek 集中式的电池管理系统

集中式的系统架构是从原来的分布式架构演变过来的,如下图所示:

1) CMU的核心还是具备相似性的,MCU为S9S08DZ32和ASIC L9763(10个通道的采集芯片含电压比较备份),这两个芯片通过模组取电进行供电

ASIC芯片 L9763

图2 ASIC芯片 L9763

L9763是由ST和LG Chem联合开发的ASIC,有10路电压监测通道。从长期来看,由于特殊的设计和走货量的原因,未来这颗芯片可能会被其他的所取代。

备注:采用单片机为主要的载体,主要的作用是在这个层面做一些信息的收集还有诊断,随着菊花链的推行,集成式电池管理系统里面单片机确实走向一个消亡的过程

2) 采用TE6250作为CAN的收发器,采用松下的AQW216 和ACPL-M43T两种器件作为隔离的光隔,这里的隔离主要是几个分别的模组供电块里面,还有高压侧和低压侧的隔离

第一代Volt的电池管理主单元

图3 第一代Volt的电池管理主单元

第一代Volt的半分布式的CMU

图4 第一代Volt的半分布式的CMU

3) 由于在电池管理系统里面,有关接触器驱动方面的,是可以被VCU所直接控制的,所以这里的集成式板子,直接把这部分去掉了

4) 还有一些高压测量,来获取各个高压端口的电压

在完全实现集成化的过程中,LG Chem在给雷诺的Twizy做了这样的一块板。这个折衷的设计也是后面采用全部集中化的基础。

雷诺Twizy的电池管理系统

图5 雷诺Twizy的电池管理系统

我们来看一下LG Innotek的分布式电池管理系统,这里我们能看到也主要是在Volvo PHEV的I型的电池系统的,使用的限制比较明显。如下图所示,这里主要在模组设计上采用了16串1并联的模式,分成6个模组形成96串的PHEV电池系统。由于整个线路回路设计的很紧凑,在第一代系统在模组端盖上面加了隔离盖之后加上CMU形成了一个完整的模组和电气设计。

第一代CMU,如图所示,整个版图还是挺大的,沿用了原有的采集芯片+MCU单片机+通信隔离芯片的模式。这个和之前的板子是非常像的,我也不多叙述了,各位读者应该比较清楚了。

第一代分布式管理系统

图1 第一代分布式管理系统

第二代在第一代的基础上,主要减去了通信部分,把Module Controller做的和之前一半的大小这样,在连接器上也采用了更紧凑的设计,采用端对端的插座设计。

第二代分布式管理系统

图2 第二代分布式管理系统

采用ASIC芯片的菊花链设计,是有挺多的设计限制的,早期的菊花链的局限,使得通信可靠性受限,所以为了保证整个系统的可靠安全,核心的一条就是整个环路要比较短一些。如下图所示,这个回路是通过顶端走线。在这个核心芯片是采用了TI的 BQ76PL455C。

整个大回路的情况

图3 整个大回路的情况

bq76PL455A 本身包括16通道的电压监测通道,8个AUX的通道,可以输入温度传感器,由于LG的模组设计是在一个模组的保护盖上输入传感器,所以这里有两个接口输入温度。芯片内部包含集成的高速、差分、电容隔离式通信接口,可允许多个bq76PL455A通过单个高速通用异步收发器 (UART) 接口与主机通信。

通信线束长度的限制

图4 通信线束长度的限制

基于TI BQ76PL455C的菊花链通信方案

图5 基于TI BQ76PL455C的菊花链通信方案

从硬件结构上来看,这里主要有个自保护的外部电源管理的管子,电源和温度通道是分离输入的。在实际设计中,由于温度和电压的压差挺大,如果采用同一个连接器输入,挺容易在对插式的插座里面遇到问题。当插座退针的时候,会导致整个线路灼烧的情况发生。

责任编辑:LG Innotek的电池管理

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