电池控制单元(BCU)解析:功能、设计原理与应用案例详解
硬件系统架构师 2023-12-16


引言:BCU是BMS的大脑,包含一个MCU芯片负责计算电池健康状态(State of Heath,SOH)与荷电状态(State of Charge,SOC),利用CSC和BJB测量的电池精确数据做出判断与决定,以确保电池的安全性和提高性能,还可以协调BMS的电池均衡功能。

€1.什么是BCU图3-1所示,在低压系统中并没有BCU,低压系统一般将CSU,BCU,BDU合并在一起,在48V往上才有BCU的概念。图3-1:低压BMS图3-2显示了高压系统中典型的BCU方框图BCU由通信芯片和MCU构成,MCU为主控,通信芯片是连接MCU与CSU和BJB的桥梁,可将来自CSU和BJB菊花链的信号转换为解码比特流发送到MCU,MCU芯片可以处理BMS AFE芯片采集的信息并计算荷电状态(SOC),同时MCU轮询CSU和BJB测量的所有信息,计算电池状态并对来自CSU和BJB的故障或诊断做出响应,BMS MCU芯片需要对SOC进行精确计算,而这需要积累大量的技术与经验。图3-2:典型BCU(BMU)方框图

在传统BJB中的BCU,不只是承担SOC/SOH的监测,还负责电流检测、绝缘检测、链路诊断、充放电继电器驱动控制等功能。而在智能BJB出现以后,如图3-3所示,之前BCU的诊断和控制相关的任务就转移到智能BJB的核心UIR芯片来进行处理,BCU开始较为纯粹地完成SOC和SOH工作

图3-3:带UIR的BCU简图

€2.BCU的性能参数评估虽然BCU负责BMS的SOC和SOH,但这一部分和软件算法强相关,MCU主要是一个控制作用,没有很多的计算需求,所以MCU的选择比较灵活,但是一定要满足ASIL D安全等级,比如NXP的S32K3系列。以S32K3和TMS570LS0432为例,S32K3基础版本为单核M7,工作频率120MHz,高级版本到多核M7且带锁步功能,工作频率240MHz,TMS570LS0432双R4锁步核,工作频率80MHz外围接口这里不再赘述,车用BCU的MCU的核心选择要点如下:1#:满足ASIL D安全等级2#:多核M4-M7,R4-R4F,优先带锁步核€3.小结

鉴于车载的高标准和复杂工况,车载BCU必须支持内部的SOC和SOH算法可更新性,一般是通过CAN远程升级,并且在不同季节,不同环境温度时,执行不同的充放电、电芯平衡策略,尽可能保持电芯一致性,以此来放慢电池的衰减速度


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