來(lái)源：英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈

隨著電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越被大眾接受，車(chē)輛電氣化、智能化程度越來(lái)越高，如何提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，同時(shí)保障車(chē)輛安全可靠持久運(yùn)行是當(dāng)前最主要的技術(shù)難題之一。而先進(jìn)的電池管理系統(tǒng) (BMS)有助于克服電動(dòng)汽車(chē)廣泛普及的關(guān)鍵障礙：續(xù)航里程、安全問(wèn)題、可靠性和成本。

電池管理系統(tǒng)的核心任務(wù)是確保電池所荷載的能量得到高效安全利用，其中關(guān)鍵部分是充放電的管理、電芯的電壓溫度參數(shù)監(jiān)測(cè)、電池的保護(hù)以及信息安全的保護(hù)。為此，英飛凌推出了模擬前端TLE901x產(chǎn)品系列，包括9ch/12ch/16ch/18ch產(chǎn)品，可滿(mǎn)足12v/24v/48v/400v/800v不同電壓平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用。

TLE901x系列產(chǎn)品可以實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)單體電壓、溫度等狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)SOC，SOH準(zhǔn)確估算，從而延長(zhǎng)電池壽命，增加電池安全性。其優(yōu)異的表現(xiàn)不僅體現(xiàn)在提升產(chǎn)品性能，更能幫助縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和節(jié)約成本。

英飛凌SPT技術(shù)提升產(chǎn)品魯棒性和良率，助力汽車(chē)安全

涉及生命財(cái)產(chǎn)安全，汽車(chē)的安全性可靠性永遠(yuǎn)是用戶(hù)最關(guān)心的指標(biāo)之一。

英飛凌的TLE9018DQK采用120v/130nm工藝，具備優(yōu)異的魯棒性，在外部無(wú)任何保護(hù)器件的條件下，可經(jīng)受住EMC，熱插拔及浪涌等干擾沖擊。在保證系統(tǒng)安全可靠的前提下，可實(shí)現(xiàn)外部電路的最簡(jiǎn)化。

TLE9018DQK沿用了英飛凌特有的SPT(smart power technology)技術(shù)，該技術(shù)有超過(guò)十年的迭代經(jīng)驗(yàn)，累計(jì)生產(chǎn)銷(xiāo)售5.5億顆器件，使產(chǎn)品具有極低的不良率。根據(jù)最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，不良率僅0.04ppm。即每生產(chǎn)2500萬(wàn)顆芯片，僅存在一顆失效。按照每輛汽車(chē)使用8顆TLE9018，每生產(chǎn)300萬(wàn)輛車(chē)，僅一輛失效。

Figure.1 DfS Guarantee Ultra Quality

獨(dú)立專(zhuān)用ADC消除轉(zhuǎn)換延遲誤差，助力汽車(chē)系統(tǒng)穩(wěn)定

電動(dòng)汽車(chē)智能化、電氣化水平的提高，帶來(lái)了系統(tǒng)復(fù)雜度的指數(shù)性增加，如何確保系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，精準(zhǔn)的診斷，一直是需要克服的課題。

英飛凌TLE9012DQU集成了20顆獨(dú)立專(zhuān)用ADC，18顆16bit delta-sigma ADC，1顆11bit SAR ADC。19顆16bit delta-sigma ADC中，18顆獨(dú)立地對(duì)應(yīng)18路電壓檢測(cè)通道，1顆用做總壓及8路NTC測(cè)量。11bit SAR ADC作為功能安全冗余ADC。

由于采用18顆獨(dú)立ADC，TLE9018DQK可實(shí)現(xiàn)18通道間0同步誤差采樣，8種filter模式可供選擇，filter time從70us到9.36ms，可應(yīng)對(duì)外部復(fù)雜噪聲環(huán)境以保證精度。器件采用了兩顆獨(dú)立高精度參考源，其中單體電壓檢測(cè)通道對(duì)應(yīng)參考源A，總壓、NTC測(cè)量以及冗余SAR ADC對(duì)應(yīng)參考源B。由于彼此間采用了獨(dú)立的采樣回路和參考源，18路電壓累加和可以與總壓采集做精度校驗(yàn)，18路單體電壓同時(shí)也可以和冗余ADC采樣結(jié)果做精度校驗(yàn)。

以上靈活冗余的配置，可保證系統(tǒng)的安全性，在發(fā)生某種失效時(shí)，可以迅速精確診斷。

TLE9018DQK具有極高精度和極快的采樣速率，最快70us可完成18通道電壓采集任務(wù)。輔助ADC一方面可與主ADC進(jìn)行精度校驗(yàn)，保證芯片可靠性，另一方面提供硬件二次過(guò)欠壓保護(hù)。

以8個(gè)節(jié)點(diǎn)，96串電芯為例。Filter time選擇4.68ms，UART通信速率選擇2M。從主控轉(zhuǎn)換命令發(fā)出，到芯片采樣任務(wù)完成，最后將8個(gè)節(jié)點(diǎn)144串電芯電壓數(shù)據(jù)全部讀回，僅用時(shí)8.2ms。能很好的滿(mǎn)足系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)較多，數(shù)據(jù)刷新間隔短的應(yīng)用需求。另外，節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)8間的同步誤差僅7us，這對(duì)實(shí)現(xiàn)SOC精確估算至關(guān)重要。

Figure.2 Dedicated ADCs Synchronizing Cells Measurement

應(yīng)力傳感器確保全生命周期精度一致性，助力汽車(chē)持久耐用

汽車(chē)作為低頻消費(fèi)耐用品，動(dòng)則10數(shù)年或者30萬(wàn)公里的生命周期，對(duì)器件的耐久性有非常高的要求。

TLE9018DQK通過(guò)了AEC Q100認(rèn)證，AEC Q100對(duì)產(chǎn)品全生命周期精度一致性有非常嚴(yán)苛的要求，為了保證15年生命周期精度的一致性，TLE9018DQK內(nèi)部放置了四顆應(yīng)力傳感器，以消除由于老化溫濕度帶來(lái)的轉(zhuǎn)換誤差。

為了驗(yàn)證該設(shè)計(jì)有效性，實(shí)驗(yàn)挑選3個(gè)不同批次77個(gè)樣本，分別對(duì)在經(jīng)過(guò)260℃/240s回流焊，1000次/2000次冷熱沖擊循環(huán)后器件做了精度測(cè)試，結(jié)果顯示，在同輸入條件下，不同器件之間最大轉(zhuǎn)換差異小于1mv。證明TLE9018DQK具有很好的一致性。

Figure.3 Device Variation Remains Stable Over Lifetime

獨(dú)立ADC與數(shù)字濾波保證器件轉(zhuǎn)換精度與穩(wěn)定性

TLE9018DQK測(cè)量結(jié)果具有極好的穩(wěn)定性。在外部輸入穩(wěn)定的條件下，同樣挑選3個(gè)不同批次77個(gè)樣本，在輸入電壓穩(wěn)定時(shí)，同一通道1000次連續(xù)測(cè)量結(jié)果之間最大差異在153uv以?xún)?nèi)，即2個(gè)lsb?？梢?jiàn)器件不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部噪聲干擾造成測(cè)量結(jié)果的前后跳變。

Figure.4 A high intrinsic ADC repeatability fits perfectly to the BMS application

電流源NTC測(cè)量簡(jiǎn)化外部電路

芯片具有8路NTC檢測(cè)通道，由于內(nèi)部采用自帶上拉電流源及多檔位匹配測(cè)量方式，消除了由上拉電壓源漂移及上拉電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差，可精確檢測(cè)400Ω至400k RT范圍阻值。

Figure.5 Internal Current Source For NTC Detection

英飛凌致力于克服復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，緊跟產(chǎn)品市場(chǎng)需求，并為此提供了品類(lèi)豐富且性能先進(jìn)的 BMS 解決方案，助力汽車(chē)制造商打造更安全、更可靠的駕駛體驗(yàn)。憑借英飛凌在 BMS 解決方案領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新和所具備的系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，助力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)在全球范圍內(nèi)的普及。