電気自動車（EV）は自動車業界で最も重要な開発トレンドとなっています。バッテリーの充電時間と走行距離は、消費者がEVを購入する意思があるかどうかの鍵となります。EV用バッテリー管理システム（BMS）もEV開発の重要なモジュールとなっています。この記事では、Infineonが発表したBMS開発の方向性と関連製品、およびArrow Electronicsが発表したBMSリファレンス デザインの機能特性について説明します。
BMSはバッテリーの充電と放電のための重要なデバイスです
BMS は、バッテリーの充電と放電を監視および制御する電子制御回路です。これは、バッテリーの種類、電圧、温度、容量、充電状態 (SoC)、健全性状態 (SoH)、消費電力、残り動作時間、充電サイクル、およびその他の特性の検出を含むバッテリーの状態に関する情報をホスト システムに送信し、バッテリー管理を実行できる電子デバイスです。
リチウムイオン電池のBMSは、電池バランス調整などの重要な機能を実行するために、電池の電圧と温度を監視する必要があります。正確なバッテリー電圧測定により、バッテリーが安全な動作条件下で動作し、機能安全要件を満たすことも保証されます。バッテリーの一部の化学成分の過電圧、低電圧、または過電流により、充電が不安定になる場合があります。したがって、BMSは、システム内のバッテリーが所定の化学組成の劣化状態 (SOA) に維持されるようにし、外部抵抗 (NTC) を介して各バッテリーの電圧と温度の測定値を提供し、バッテリーのバランス調整を行い、測定結果と診断情報をメインのマイクロコントローラーに送信します。
BMSの役割は、バッテリーに残っているエネルギーを最適に使用することです。バッテリーの不適切な充電や放電を防ぐために、BMSは、非常に急速な充電や非常に高い放電電流による過放電や過電圧からバッテリーを保護します。マルチセルバッテリーの場合、BMSはセルバランス機能も提供し、異なるセルが同じ充電および放電要件を持つように管理します。
BMSはEVの安全性と機能性を向上
BMS 多くのアプリケーションで使用されるバッテリーを監視および制御するために使用でき、バッテリーバランスICは、どこで使用されても安全性と機能性にとって重要な要素です。BMSは、EV、トラック、ゴルフカートなどの非道路車両、フォークリフトなどの機械を含むEVに広く使用できます。BMSは、グリッドや産業用電力インフラストラクチャ (携帯電話の塔、A/C変電所、インターネット インフラストラクチャ、航空支援システム、塔通信、気象観測所) などのスタンバイ電源にバッテリーを使用することもできます。さらに、電動自転車やその他のレジャー車両など、バッテリーで駆動し、効率的かつ安全な使用のためにBMSに依存する消費者向け製品が増えています。
Infineonは、バッテリー監視およびバランス調整アプリケーション向けに最適化されたバッテリー管理ソリューションを提供します。バッテリー管理IC (バッテリー バランシングICまたはバッテリー監視ICとも呼ばれる) は、多くの自動車システムの全体的な健全性にとって重要です。
Infineonのバッテリー管理ICは安全関連のアプリケーションに使用でき、車載BMSソリューションはASIL-Dまでの安全要件を満たし、ISO26262に準拠しています。インフィニオンのバッテリー管理ICはAURIXと連携して動作するように設計されています。™ マイクロコントローラおよび機能安全対応PMICのファミリ。これにより、電圧と温度の検知、およびさまざまなバッテリー ソリューション間のバランス調整と通信のための完全なソリューションが提供されます。
バッテリー監視デバイスはバッテリー動作の効率と安全性を向上します
Infineonが発表したTLE9012DQUは、リチウムイオン バッテリー パック用に設計されたマルチチャネル バッテリー監視およびバランス調整ICです。TLE9012DQUは、自動車、産業、消費者向け製品のさまざまなアプリケーションで使用されるリチウムイオン バッテリー パック向けに設計された、マルチチャネル バッテリー監視およびバランス調整システムICです。このモジュールは、セル電圧測定、温度測定、セルバランス、メインバッテリーコントローラーへの独立した通信という4つの主な機能を果たします。さらに、TLE9012DQUは、制御バッテリーの周囲の人の安全を保証しながら適切な機能を確保するために必要な診断ツールを提供します。
TLE9012DQUは、直列に接続された最大12個のバッテリー セルの電圧を監視し、ホット プラグをサポートします。各セルには、選択可能な測定モードを備えた専用の16ビット デルタ シグマADCが搭載されています。SoC (State of Charge) およびSoH (State of Health) 計算のための高精度測定をサポートします。デジタル補正アルゴリズムと温度補正測定機能を備えたストレス センサーと、高度なエンドツーエンドの安全メカニズムと同じ平均化フィルター特性を備えたセカンダリADCが統合されています。外部NTCと内部温度センサー用の5つの温度測定チャネルがあります。統合されたバランススイッチにより、最大200 mAのバランス電流が可能になります。
TLE9012DQUは、差動型の堅牢なシリアル2 Mbit/s通信インターフェースをサポートします。外部EEPROMを接続するための4つのGPIOピンが追加されています。内部ラウンドロビン サイクル ルーチンは、診断メカニズムの大部分をトリガーします。自動バランス過電流および低電流検出方式、自動オープン負荷およびオープンワイヤ検出方式、自動NTC測定ユニット監視方式をサポートします。また、エンドツーエンドのCRCで保護されたiso UART/UART通信と通信用の緊急モードもサポートします。これは、ASIL Dまでの安全要件を満たすISO 26262安全要素であり、グリーン製品 (RoHS準拠) です。
TLE9012DQUは、クラス最高のアプリケーション堅牢性、ノイズ下でもインフィニオンのテクノロジーとデバイス アーキテクチャによって保証される最高のパフォーマンス、最低のシステム コスト、小型パッケージ (TQFP-48)、および外部BOMを削減する高度な機能統合を特長としています。
本格的なBMSのリファレンスデザイン
Arrow Electronicsは、電気自動車アプリケーション向けのBMSリファレンス デザインを発表しました。BMSは、バッテリーの充電と放電を監視および制御する電子制御回路です。リファレンス デザインは、Infineonの強力な車載グレードTraveo II MCU CYT2B97、AFE TLE9012D、およびトランシーバーTLE9015Dで構成されています。TLE9012DQUは、セル電圧測定、温度測定、セルバランス、絶縁通信の4つの機能を果たし、TLE9015Dは、TLE9012DQUとMCUメイン バッテリー コントローラーを接続するトランシーバーとして使用されます。さらに、このソリューションには、圧力検出、RTC、システム電圧および電流検知機能が統合されています。
このBMSリファレンス デザインには、コストの削減、サイズの最適化、ソフトウェアの労力の軽減、市場投入までの時間の短縮などの利点があります。直列に接続された最大12個のバッテリー セルのバランス調整と監視が可能です。精度約5.8 mVの12チャンネル専用16ビット デルタ シグマADCバッテリー電圧モニターを備えています。2Mbit/s iso-UARTによる7μSの高速かつ同期されたセル電圧サンプリングが使用されます。最大200mAの内部電流バランスと5チャンネルの温度センサーを備えています。圧力センサーと外部RTCは、システム電圧と電流の検知をサポートするために予約できます。
BMSリファレンスデザインでは、InfineonのCYT2B97CACES、TLE9012DQU、TLE9015DQU、TLE9014SH、TLE9351VSJ、KP256TMA、S6BP201A1AST2B20A、ADIのAD8601WARTZ、TL6654AHS6-1.25#WTRMPBF、LT8301ES5#WTRMPBF、SkyworkのSi8931D-IS4およびSi8921BD-IS4、BournsのSM91502ALA、SRP3020TA-2R2M、CDSOT23-T24CAN、SRF3225TAFD-101Y、SRF9045A-701Y、SM8S24CA-Q、MolexのHEV、PHEV、BEVなどの場合、348260160、348240164、348260240、348240244、5023520200、5023510200。
結論
EVのバッテリー管理は車両の安全性と効率性において重要な役割を果たし、EVの安全性、充電および放電効率を大幅に向上させ、より多くの消費者が燃料車からEVに移行し、EVの市場シェアをさらに拡大するのに役立ちます。Infineonが導入したBMSソリューションと、Arrow Electronicsが導入したBMSリファレンス デザインは、関連メーカーがより優れた性能を持つ製品を開発し、製品開発速度を大幅に向上させるのに役立ちます。これらは、深く理解し、採用する価値があります。