Cómo los desarrolladores de vehículos eléctricos se adelantan a la curva en los sistemas de gestión de baterías de alto voltaje

Las ventas globales de vehículos eléctricos continúan creciendo, con un total de 10,5 millones de nuevos vehículos eléctricos de batería (BEVs) e híbridos enchufables (PHEVs) entregados durante 2022, lo que representa un aumento del 55% en comparación con 2021. Los fabricantes de automóviles están realizando enormes inversiones para optimizar las tecnologías, con la mayoría de los beneficios provenientes de mejoras en la química de las baterías y en el rendimiento del sistema de gestión de baterías (BMS), de tal manera que el rango promedio de las baterías ahora es tres veces lo que era hace una década. Esta inversión tecnológica también ha incrementado la confianza de los consumidores en la compra de BEVs con autonomías de 300 millas o más.   Aunque la mayoría de los BEVs en circulación hoy en día funcionan con 400 V, hay una transición gradual hacia arquitecturas de baterías de 800 V. Para mediados de la década, cada vez más fabricantes de automóviles anticipan que tendrán modelos de 800 V en su oferta. Operar con un voltaje tan alto permite que estos BEVs tengan tiempos de carga mucho más rápidos, haciéndolos aún más atractivos para los compradores potenciales.   Aunque existen arquitecturas de sistemas de gestión de baterías de alto voltaje (HVBMS), no hay un modelo establecido para ellas; no es como en los viejos tiempos, cuando el mismo motor de combustión interna (ICE) podía, con algunos ajustes mecánicos y electrónicos, satisfacer las necesidades de la cadena de transmisión de una gama de modelos. El mercado está evolucionando de un nuevo modelo de vehículo cada 6-8 años a actualizaciones o mejoras más frecuentes, similares al mercado de los teléfonos inteligentes con ciclos de innovación anuales. Durante este período de transición, las arquitecturas son altamente variables y no existe una forma estándar de hacerlo. El desafío para los OEMs y los fabricantes de nivel 1 es llevar las últimas innovaciones en semiconductores al mercado lo antes posible. De hecho, no solo se necesitan las innovaciones en semiconductores; la seguridad funcional de estos dispositivos requiere mucha atención y esfuerzo de diseño.

Dado que no existe una arquitectura HVBMS de "talla única", cualquier diseño de referencia debe ser lo suficientemente flexible como para adaptarse a todas las posibles arquitecturas futuras. Deben abordar las diferentes tensiones del sistema, que van desde 400 V hasta más de 1000 V, así como las próximas configuraciones híbridas de 2 x 400 V para carga conmutable a 800 V y conducción a 400 V. Los arquitectos de sistemas necesitan evaluar cómo configurar la comunicación interna del BMS entre la unidad de gestión de la batería (BMU), que es el cerebro del sistema, y la unidad de monitoreo de celdas (CMU) y el subsistema de tarjetas PCB del panel de conexión de la batería (BJB). Considerando las arquitecturas de agregación de funciones de próxima generación, por ejemplo, a través de un controlador de dominio de propulsión, CAN FD plantea una alternativa interesante a los buses de cadena aislados de última generación, al permitir la eliminación del controlador del paquete de baterías.

Con el desarrollo del diseño de referencia del sistema de gestión de baterías de alto voltaje (HVBMS-RD), NXP demuestra su conocimiento a nivel de sistema y su excepcional experiencia en seguridad funcional. Además de una arquitectura de hardware escalable y flexible, el HVBMS-RD incluye una amplia gama de documentación de soporte que permite acelerar el tiempo de comercialización y reduce el esfuerzo de desarrollo y los riesgos asociados. La solución combina todos los últimos componentes de silicio para sistemas de gestión de baterías con controladores de dispositivos de software de calidad de producción y documentación de seguridad funcional reutilizable, proporcionando valores de medición ASIL D en los que el software de la capa de aplicación del cliente puede confiar.