STMicroelectronics Batteriemanagement-Systemlösung (BMS)

Die STMicroelectronics Batteriemanagement-Systemlösung (BMS) ist ein elektronisches System, das eine wiederaufladbare Batterie (Zelle oder Akku) verwaltet, um die Gesamtleistung bei der Energiespeicherung und der Batterielaufzeit zu verbessern. Das BMS schützt die Batterie vor dem Betrieb außerhalb der Spezifikationen, gleicht sie aus, überwacht den Zustand der Zellen und gibt den Batteriestatus an höhere Systeme weiter.

STMicroelectronics bietet eine Reihe von integrierten Schaltungen, die den Aufbau von Batteriemanagementsystemen für Lithium-Ionen-Batterien ermöglichen. Die BMS-Lösung von ST demonstriert die Vorteile eines Batteriemanagementsystems für Fahrzeuganwendungen, das auf dem L9963 Batterieüberwachungs- und Schutz-IC und den Automotive-MCUs von ST basiert.

Der L9963 kann bis zu 14 Li-Ionen-Batteriezellen verarbeiten. Das Bauteil kann in einer vertikalen Anordnung gestapelt werden, um bis zu 15 Akkus zu überwachen – entsprechend einer Batterienennspannung von mehreren hundert Volt. Der IC überwacht Spannung, Strom und Temperatur auf Einzellen- oder Stapelebene mit einer Auflösung von 16-Bit.

Der L9963 wird idealerweise von einem Mikrocontroller der SPC5-Produktfamilie von Automotive-MCUs unterstützt, der den Zellenausgleich und die Zustandsberechnung (SOH) sowie die Ladezustandsberechnung (SOC) basierend auf den Daten, die von einem oder mehrerer L9963 erfasst werden, durchführt.

Die hier vorgeschlagene Lösung besteht aus einem Hochleistungs-MCU der SPC57 4S-Produktlinie, der über einen Flash-Speicher von bis zu 1,5 MByte und einen RAM von 128 Kbyte verfügt. Der MCU verfügt über zwei CAN-FD-Schnittstellen und 8 verbesserte 12-Bit-ADCs mit umfangreichen Auslösefunktionen. Außerdem unterstützt er funktionale ASIL-D-Sicherheitsstandards und ist in QFP100-Gehäusen für Betriebstemperaturen bis zu 150 °C erhältlich. Die vorgestellte Implementierung kann an eine große Auswahl von Automotive-MCUs von ST angepasst werden, abhängig von den Anforderungen der endgültigen Applikation in Bezug auf Leistung und Sicherheitsniveau. Die höchste Gesamtleistung kann mit der SPC58 G-Produktlinie mit ihren bis zu drei Cores und Speichergrößen von bis zu 6 Mbyte erzielt werden. Das Bauteil fügt die Einhaltung der Hardware-Sicherheit mit den EVITA- und SHE-Standards hinzu.

Ein weiterer Vorteil des L9963 ist die Universal-Kommunikationsschnittstelle, die mit Transformator- oder Kondensator-basierten Isolationstechniken in BMS-Applikationen mit Bauteilen kompatibel ist, die in verschiedenen Spannungsbereichen arbeiten.

Vorteile

• Vollständiges Batteriemanagementsystem für bis zu 15 Akkus mit jeweils 14 Zellen
• Systemleistung und Funktionsumfang skalierbar durch eine großen Auswahl von Automotive-MCUS
• Unterstützt den ASIL-D-Sicherheitsstandard und kann auf EITA- und SHE-Standards erweitert werden
• Einsparungen bei den Bauteilkosten durch robuste Hot-Plug-Fähigkeit (kein Zener-Diodenschutz erforderlich)

Blockdiagramm

BMS-Evaluierungskits

Die Batteriemanagement-Systemlösung (BMS) von STMicroelectronics kann mit einem skalierbaren Kit von Evaluierungsboards einfach evaluiert werden und ermöglicht die alleinige Anpassung der Lösungsevaluierung an jede Batteriepartitionierung.

Das EVAL-L9963-MCU ist ein vollständiges Hardware-Tool zur Evaluierung des L9963 integrierten Schaltkreises für Batteriemanagement-Applikationen zusammen mit dem leistungsstarken SPC574S64E3 MCU von ST. Das Tool kann als eigenständiges Board zur Entwicklung eines 48-V-Batteriemanagementsystems (BMS) oder einer niedrigeren Stufe eines verteilten BMS verwendet werden. Das EVAL-L9963-MCU ermöglicht dem Benutzer die Verwaltung von bis 14 Kanälen für die Zellspannungsmessung, einen Kanal für die Strommessung und bis zu 4 analoge Eingänge für die Temperaturmessung (plus einen zusätzlichen On-Board-NTC zur Messung der PCB-Temperatur). Das Board bietet einen On-Board-Mikrocontroller mit vorinstallierter GUI-Firmware, die für den Einsatz mit der STSW-L9963 grafischen PC-Benutzeroberfläche ausgelegt ist.

Das EVAL-L9963-NDS ist für den Einsatz als Einzelknoten in einem verteilten Batteriemanagementsystem ausgelegt. Das EVAL-L9963-NDS ist zur Ergänzung des EVAL-L9963-MCU erforderlich, wenn die Gesamtzahl der zu verwaltenden Batteriezellen 14 übersteigt. Die Anzahl der zu stapelnden Knoten hängt von der Gesamt-Batteriespannung ab. Zusätzliche Knoten können über zusätzliche EVAL-L9963-NDS hinzugefügt werden. Über den Basisknoten des EVAL-L9963-MCU hinaus können maximal 14 Knoten gestapelt werden.

Falls der L9963 mit einem anderen MCU kombiniert wird, kann das EVAL-L9963 Board als untere Stufe für das Batteriemanagementsystem verwendet werden. Es ähnelt dem EVAL-L9963-MCU, bietet aber einen Steckverbinder für die Verbindung mit einem externen Mikrocontroller (Board).

BMS-Evaluierungskits – Merkmale

• Flexibel und modulares Evaluierungskit, das die Evaluierung der Batteriemanagementsysteme der ST-Lösung auf einer großen Auswahl von Li-Ionen-Batteriestapeln (bis zu 15 x 14 Zellen) ermöglicht
• Leistungsstarker Automotive-MCU SPC574S64E3
• Firmware, die im SPC574S64E3 für die sofortige Verwendung mit der grafischen Benutzeroberfläche vorgeladen ist STSW-L9963
• Eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) zur Evaluierung aller Funktionen des BMS auf bis zu 15 Knoten, einschließlich
• Zellenstrom und Spannung und Temperaturmessung
• Coulomb-Zähler
• Steuerung des Ausgleichs
• Diagnose- und Registersteuerung von L9963
• Datenprotokollierung und -export