Come gli sviluppatori di veicoli elettrici anticipano i tempi per i sistemi di gestione delle batterie ad alta tensione

Le vendite globali di veicoli elettrici continuano a crescere, con un totale di 10,5 milioni di nuovi veicoli elettrici a batteria (BEV) e ibridi plug-in (PHEV) consegnati nel 2022, con un aumento del 55% rispetto al 2021. I produttori automobilistici stanno effettuando ingenti investimenti per ottimizzare le tecnologie, ottenendo la maggior parte dei risultati dai miglioramenti nella chimica delle batterie e nelle prestazioni del sistema di gestione delle batterie (BMS), tanto che l'autonomia media delle batterie è ora triplicata rispetto a dieci anni fa. Questo investimento tecnologico ha anche aumentato la fiducia dei consumatori nell'acquisto di BEV con autonomie dichiarate di 300 miglia o più.   Sebbene la maggior parte dei BEV attualmente su strada utilizzi un'architettura a 400 V, si sta assistendo a un graduale passaggio alle batterie con architettura a 800 V. Entro la metà del decennio, sempre più produttori automobilistici prevedono di avere modelli a 800 V nella loro offerta. Utilizzare una tensione così elevata consente a questi BEV tempi di ricarica molto più brevi, rendendoli ancora più attraenti per i potenziali acquirenti.   Nonostante esistano già architetture di sistemi di gestione delle batterie ad alta tensione (HVBMS), non esiste uno schema standard per realizzarle: non è come in passato, quando lo stesso motore a combustione interna (ICE), con alcune modifiche meccaniche ed elettroniche, poteva soddisfare le esigenze della catena cinematica di una gamma di modelli. Il mercato sta evolvendo da un nuovo modello di veicolo ogni 6-8 anni ad aggiornamenti o upgrade più frequenti, simili al mercato degli smartphone con cicli di innovazione annuali. Durante questo periodo di transizione, le architetture sono altamente variabili e non esiste un modo standardizzato per realizzarle. La sfida per gli OEM e i Tier 1 consiste nel portare sul mercato le ultime innovazioni nel settore dei semiconduttori il più rapidamente possibile. Infatti, non sono richieste solo innovazioni nei semiconduttori; la sicurezza funzionale di questi dispositivi necessita di molta attenzione ed impegno nella progettazione.

Poiché non esiste un'architettura HVBMS universale che 'vada bene per tutti', qualsiasi progetto di riferimento deve essere abbastanza flessibile da adattarsi a tutte le possibili architetture future. Deve affrontare i diversi voltaggi di sistema, da 400 V a oltre 1000 V, così come le imminenti configurazioni ibride 2 x 400 V per la ricarica a 800 V commutabile e la guida a 400 V. Gli architetti di sistema devono valutare come configurare la comunicazione interna del BMS tra l'unità di gestione della batteria (BMU), che rappresenta il cervello del sistema, l'unità di monitoraggio delle celle (CMU) e il sottosistema PCBAs della scatola di giunzione della batteria (BJB). Considerando le architetture di aggregazione delle funzioni di prossima generazione, ad esempio tramite un controller del dominio di propulsione, il CAN FD rappresenta un'alternativa interessante agli attuali bus a margherita isolati, permettendo la rimozione del controller dal pacco batteria.

Con lo sviluppo del design di riferimento per il sistema di gestione della batteria ad alta tensione (HVBMS-RD), NXP dimostra conoscenze a livello di sistema e una straordinaria competenza in materia di sicurezza funzionale. Oltre all'architettura hardware scalabile e flessibile, l'HVBMS-RD è accompagnato da un'ampia gamma di documentazione di supporto che consente di accelerare il time-to-market e ridurre gli sforzi di sviluppo e i rischi associati. La soluzione combina tutti i più recenti silicio BMS con driver software per dispositivi a livello di produzione e documentazione di sicurezza funzionale riutilizzabile, fornendo valori di misurazione ASIL D affidabili per il livello applicativo software del cliente.