この記事では、NXPの専門家Emiliano Mediavilla Pons氏とKonrad Lorentz氏が、NXPの高電圧バッテリー管理システム リファレンス デザイン (HVBMS-RD) の開発が、スケーラブルで柔軟なハードウェア アーキテクチャ内でシステム レベルの知識と機能安全の専門知識をどのように提供するかについて説明します。
電気自動車の世界販売は引き続き伸びており、新車は合計1,050万台に達している。 2022年に納入されるバッテリー電気自動車（BEV）とプラグインハイブリッド車（PHEV） 2021年と比較して55％増加しています。自動車メーカーは技術を最適化するために大規模な投資を行っており、その最大の成果はバッテリーの化学特性とバッテリー管理システム（BMS）の性能の向上によるもので、平均バッテリー航続距離は現在 トレブル 10年前の状態に戻ります。この技術投資により、BEVの購入に対する消費者の信頼も高まりました。 推定航続距離は300マイル その他多数。
現在路上を走るほとんどのBEVは400 Vで動作しますが、徐々に800 Vのバッテリー アーキテクチャに移行しています。2010年代半ばまでに、ますます多くの自動車メーカーが800 Vモデルを製品化すると予想しています。このような高電圧で動作することで、これらのBEVの充電時間が大幅に短縮され、潜在的な購入者にとってさらに魅力的なものになります。
それでも 高電圧BMS（HVBMS） アーキテクチャは存在しますが、その青写真はありません。同じ内燃エンジン (ICE) が、いくつかの機械的および電子的な調整を加えることで、さまざまなモデルのパワートレインのニーズを満たすことができた昔とは異なります。市場は、毎年イノベーションが進むスマートフォン市場と同様に、6～8年ごとに新しい自動車モデルが登場する状況から、より頻繁なアップデートやアップグレードへと進化しています。この移行期間中、アーキテクチャは非常に多様であり、標準的な方法は存在しません。OEMおよびTier 1にとっての課題は、最新の半導体イノベーションをできるだけ早く市場に投入することです。実際、必要なのは半導体の革新だけではありません。これらのデバイスの機能的安全性には、多大な注意と設計努力が必要です。
CAN FDを使用した400 V向けHVBMSアーキテクチャ
ETPLを使用した800 V向けHVBMSアーキテクチャ
注: この図には変更前回路は示されていません。
「万能」なHVBMSアーキテクチャは存在しないため、リファレンス デザインは、今後登場する可能性のあるすべてのアーキテクチャに適応できるほど柔軟である必要があります。400 Vから1000 V以上のさまざまなシステム電圧に対応する必要があり、さらに、切り替え可能な800 V充電と400 V駆動を実現する今後のハイブリッド2 x 400 V構成にも対応する必要があります。システム設計者は、システムの頭脳であるバッテリー管理ユニット (BMU) とセル監視ユニット (CMU)、およびバッテリージャンクションボックス (BJB) サブシステムPCBA間のBMS内部通信をどのように設定するかを評価する必要があります。たとえば、推進ドメイン コントローラを介した次世代の機能集約アーキテクチャを考慮すると、CAN FDは、コントローラをバッテリー パックから取り外すことを可能にすることで、最先端の分離されたデイジー チェーン バスに代わる興味深い選択肢となります。
BMSは3つのモジュールで構成されています: BJB、BMU、CMU
NXPは、高電圧バッテリー管理システム リファレンス デザイン (HVBMS-RD) の開発により、システムレベルの知識と優れた機能安全の専門知識を披露します。HVBMS-RDには、スケーラブルで柔軟なハードウェア アーキテクチャに加えて、市場投入までの時間を短縮し、開発の労力と関連するリスクを軽減する広範なサポート ドキュメントが付属しています。このソリューションは、最新のBMSシリコンと量産グレードのソフトウェア デバイス ドライバー、再利用可能な機能安全ドキュメントを組み合わせ、顧客のアプリケーション層ソフトウェアが信頼できるASIL D測定値を提供します。