在ABB國際汽聯(lián)電動(dòng)方程式錦標(biāo)賽第五季(2018-2019年)中，出現(xiàn)了或許是首個(gè)用于全電動(dòng)賽車的基本低壓(12V)系統(tǒng)—鋰離子電池管理系統(tǒng)(BMS)。在Formula E的前四個(gè)賽季中，12v系統(tǒng)電池中出現(xiàn)了唯一與安全相關(guān)的電池問題。這種鋰離子電池管理系統(tǒng)的發(fā)展顯得尤其引人注目，因?yàn)殡妱?dòng)汽車的大部分焦點(diǎn)依舊還集中在為車輛電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)供能的大型高壓電池組上。

盡管如此，其他基本的安全系統(tǒng)和操作系統(tǒng)卻可以選擇性地由低壓電池供電。這些系統(tǒng)包括制動(dòng)器，轉(zhuǎn)向，傳感器，通信和其他關(guān)鍵電子設(shè)備。在沒有預(yù)定進(jìn)站的比賽中，系統(tǒng)可靠性是一項(xiàng)競爭優(yōu)勢。

瑞薩低壓鋰離子BMS如何為馬恒達(dá)車隊(duì)帶來優(yōu)勢

低壓電池不僅提供了電動(dòng)汽車啟動(dòng)所需的功率，也為輔助功能提供了大功率服務(wù)（主電池組的DC/DC轉(zhuǎn)換器無法為輔助功能供電）。此外，在主電池，電池線或DC/DC轉(zhuǎn)換器故障的情況下，低壓電池能提供應(yīng)急功能和備用系統(tǒng)。在瑞薩與馬恒達(dá)車隊(duì)建立合作關(guān)系之前，其他Formula E賽車系統(tǒng)基本都不可能像BMS一樣，為這些鋰離子低壓電池實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要的安全功能。

低重量，最小內(nèi)阻和高功率密度使得鋰離子電池對于高性能電動(dòng)汽車很有吸引力，對于這類汽車來講，鋰離子電池的這些特性都缺一不可。雖然對于大多數(shù)汽車中常用的鉛酸蓄電池類型來說，BMS是沒有必要的，但對于鋰離子電池而言，BMS對于維持鋰離子電池的健康至關(guān)重要。它還能確保電池不會(huì)以可能導(dǎo)致熱失控的方式發(fā)生故障。

2017年11月，瑞薩和ABB國際汽聯(lián)電動(dòng)方程式錦標(biāo)賽的十個(gè)創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)之一 —— 馬恒達(dá)車隊(duì)，一致認(rèn)為這是瑞薩可以帶來高可靠性、汽車級半導(dǎo)體解決方案和電動(dòng)汽車工程專業(yè)知識的關(guān)鍵領(lǐng)域。通過此次合作，瑞薩設(shè)計(jì)并開發(fā)了BMS模塊，包括汽車級BMS組件，外殼和鋰離子電池。此外，創(chuàng)新的低壓BMS模塊還為其高功率處理器RH850/E2x微控制器（MCU）提供了足夠的額外處理帶寬，以支持未來的低壓電池系統(tǒng)創(chuàng)新。

與非管理型低壓鋰離子電池系統(tǒng)相比，瑞薩Formula E BMS模塊提供了顯著的安全性改進(jìn)，同時(shí)提高了低壓系統(tǒng)的整體效率和可靠性。雖然效率和安全性很重要，但為Formula E 賽車設(shè)計(jì)BMS需要考慮的還有更多。例如，汽車應(yīng)用中電子元件所面臨的振動(dòng)，沖擊甚至g力問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大多數(shù)商業(yè)級甚至工業(yè)級元件的設(shè)計(jì)實(shí)踐能力。瑞薩的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)半導(dǎo)體的完整模塊，以解決整體模塊與馬恒達(dá)車隊(duì)汽車的整合問題。

瑞薩在開發(fā)BMS時(shí)采用的模塊級方法，需要定制設(shè)計(jì)電路原理圖、PCB、硬件組件、軟件以及對每個(gè)組件和整個(gè)模塊進(jìn)行嚴(yán)格測試。盡管大部分設(shè)計(jì)工作都是在瑞薩內(nèi)部完成的，但Voxdale設(shè)計(jì)了外殼，A123提供了鋰離子電池。低壓BMS模塊的基本要素包括瑞薩RH850/E2x汽車MCU，ISL鋰離子BMS IC和RH850/E2x演示板。每個(gè)組件都提供著不可或缺的功能，從而提高BMS的效率和性能。

RH850/E2x汽車MCU帶有嵌入式閃存400MHz鎖步雙核以及FPU裝置，支持功能安全。RH850/E2x還集成了A/D轉(zhuǎn)換器和多種通信接口，包括汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CAN總線，CAN FD（5），以太網(wǎng)和其他串行通信通道。此外，由于RH850/E2x來自為內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一系列MCU，因此它具有令人難以置信的堅(jiān)固性，并具有一系列令人印象深刻的集成外設(shè)，包括車載電壓監(jiān)控，溫度傳感和單獨(dú)的安全核心。

瑞薩RH850系列開發(fā)環(huán)境包括RH850/E2x演示板，這對于Formula E低壓BMS模塊的設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)至關(guān)重要。演示板和開發(fā)環(huán)境使開發(fā)速度更快、效率更高。在Formula E賽事中，BMS模塊可以從更多的開發(fā)工作中受益，從而提高可靠性，實(shí)現(xiàn)更好的性能。

盡管瑞薩已經(jīng)制造了許多組件來開發(fā)低電壓BMS，但為了使Formula E系統(tǒng)的性能更加完善，瑞薩和馬恒達(dá)之間的大量工程上的努力和合作也是必要的。此次合作需要瑞薩工程團(tuán)隊(duì)與馬恒達(dá)車隊(duì)的主要工程師之間進(jìn)行定期溝通。瑞薩的工程師也同時(shí)加入了馬恒達(dá)車隊(duì)，以優(yōu)化新的BMS集成。幸運(yùn)的是，在戰(zhàn)略性地招聘了來自一級和原始設(shè)備制造商的工程師之后，瑞薩準(zhǔn)備與電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛汽車行業(yè)的頂尖工程人才建立合作伙伴關(guān)系。

瑞薩的低壓鋰離子BMS和汽車處理器將使電動(dòng)汽車行業(yè)受益

除了給馬恒達(dá)車隊(duì)的賽車帶來的好處之外，在電動(dòng)賽車中集成創(chuàng)新的BMS解決方案也可以為更廣泛的電動(dòng)車市場帶來進(jìn)步。作為試驗(yàn)場，F(xiàn)ormula E能夠使瑞薩的工程師獲得有價(jià)值的洞察力和開發(fā)電動(dòng)汽車巔峰電子產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)。瑞薩低壓BMS技術(shù)的增強(qiáng)性能和功能最終可以為電動(dòng)汽車帶來一系列的設(shè)計(jì)，開發(fā)甚至是商業(yè)改進(jìn)。

瑞薩RH850/E2x汽車MCU系列提供的處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了BMS的基本要求。因此，也有足夠的處理能力在車輛運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輛系統(tǒng)的車載測試和評估。該MCU還具有多個(gè)高精度嵌入式外設(shè)，可以更深入地了解電動(dòng)汽車的運(yùn)行情況。

另外，瑞薩Formula E低壓BMS的另一個(gè)主要組件BMS IC，可提供出色的電壓精度。電壓精度更高，電池單元就可以更好地平衡，每個(gè)電池可以充電和放電，達(dá)到更高的精度。這種水準(zhǔn)的精確度可以延長鋰離子電池的使用壽命，更好地避免危險(xiǎn)的電池狀況。

對于消費(fèi)類電動(dòng)汽車而言，使用高級汽車MCU和BMS可以提供直接的優(yōu)勢。內(nèi)燃機(jī)的嚴(yán)格性能要求已經(jīng)為電子產(chǎn)品提供了極其可靠的汽車標(biāo)準(zhǔn)。符合這些標(biāo)準(zhǔn)的MCU，例如RH850/E2x系列，可為電動(dòng)汽車提供強(qiáng)大的處理能力。這與MCU保證能夠在車輛使用壽命期間處理電動(dòng)車輛操作的嚴(yán)格性進(jìn)行了結(jié)合。

更多的是，F(xiàn)ormula E電動(dòng)賽車中使用的瑞薩MCU及BMS IC的集成水平和豐富的嵌入式功能，可以進(jìn)一步降低日益復(fù)雜的電動(dòng)汽車電子產(chǎn)品的材料清單和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。這可能會(huì)直接影響這些電動(dòng)汽車的成本和制造商的上市時(shí)間。