【应用】马恒达车队和瑞萨电子首次展示Formula E赛车低电压锂离子电池管理系统方案RH850/E2x

时间： 2019-04-25 来源：RENESAS 发布者：RENESAS ELECTRONICS HONGKONG LIMITED

在ABB国际汽联电动方程式锦标赛第五季(2018-2019年)中，出现了或许是首个用于全电动赛车的基本低压(12V)系统—锂离子电池管理系统(BMS)。在Formula E的前四个赛季中，12V系统电池中出现了唯一与安全相关的电池问题。这种锂离子电池管理系统的发展显得尤其引人注目，因为电动汽车的大部分焦点依旧还集中在为车辆电动驱动电机供能的大型高压电池组上。

（* 图片来源瑞萨电子官网）

尽管如此，其他基本的安全系统和操作系统却可以选择性地由低压电池供电。这些系统包括制动器，转向，传感器，通信和其他关键电子设备。在没有预定进站的比赛中，系统可靠性是一项竞争优势。

瑞萨低压锂离子BMS如何为马恒达车队带来优势

低压电池不仅提供了电动汽车启动所需的功率，也为辅助功能提供了大功率服务（主电池组的DC/DC转换器无法为辅助功能供电）。此外，在主电池，电池线或DC/DC转换器故障的情况下，低压电池能提供应急功能和备用系统。在瑞萨与马恒达车队建立合作关系之前，其他Formula E赛车系统基本都不可能像BMS一样，为这些锂离子低压电池实现至关重要的安全功能。

低重量、最小内阻和高功率密度使得锂离子电池对于高性能电动汽车很有吸引力，对于这类汽车来讲，锂离子电池的这些特性都缺一不可。虽然对于大多数汽车中常用的铅酸蓄电池类型来说，BMS是没有必要的，但对于锂离子电池而言，BMS对于维持锂离子电池的健康至关重要。它还能确保电池不会以可能导致热失控的方式发生故障。

2017年11月，瑞萨和ABB国际汽联电动方程式锦标赛的十个创始团队之一 —— 马恒达车队，一致认为这是瑞萨可以带来高可靠性、汽车级半导体解决方案和电动汽车工程专业知识的关键领域。通过此次合作，瑞萨设计并开发了BMS模块，包括汽车级BMS组件，外壳和锂离子电池。此外，创新的低压BMS模块还为其高功率处理器RH850/E2x微控制器（MCU）提供了足够的额外处理带宽，以支持未来的低压电池系统创新。

与非管理型低压锂离子电池系统相比，瑞萨Formula E BMS模块提供了显著的安全性改进，同时提高了低压系统的整体效率和可靠性。虽然效率和安全性很重要，但为Formula E 赛车设计BMS需要考虑的还有更多。例如，汽车应用中电子元件所面临的振动，冲击甚至g力问题远远超过大多数商业级甚至工业级元件的设计实践能力。瑞萨的挑战是设计半导体的完整模块，以解决整体模块与马恒达车队汽车的整合问题。

瑞萨在开发BMS时采用的模块级方法，需要定制设计电路原理图、PCB、硬件组件、软件以及对每个组件和整个模块进行严格测试。尽管大部分设计工作都是在瑞萨内部完成的，但Voxdale设计了外壳，A123提供了锂离子电池。低压BMS模块的基本要素包括瑞萨RH850/E2x汽车MCU，ISL锂离子BMS IC和RH850/E2x演示板。每个组件都提供着不可或缺的功能，从而提高BMS的效率和性能。

RH850/E2x汽车MCU带有嵌入式闪存400MHz锁步双核以及FPU装置，支持功能安全。RH850/E2x还集成了A/D转换器和多种通信接口，包括汽车行业标准CAN总线，CAN FD（5），以太网和其他串行通信通道。此外，由于RH850/E2x来自为内燃机设计的一系列MCU，因此它具有令人难以置信的坚固性，并具有一系列令人印象深刻的集成外设，包括车载电压监控，温度传感和单独的安全核心。

瑞萨RH850系列开发环境包括RH850/E2x演示板，这对于Formula E低压BMS模块的设计和软件开发至关重要。演示板和开发环境使开发速度更快、效率更高。在Formula E赛事中，BMS模块可以从更多的开发工作中受益，从而提高可靠性，实现更好的性能。

尽管瑞萨已经制造了许多组件来开发低电压BMS，但为了使Formula E系统的性能更加完善，瑞萨和马恒达之间的大量工程上的努力和合作也是必要的。此次合作需要瑞萨工程团队与马恒达车队的主要工程师之间进行定期沟通。瑞萨的工程师也同时加入了马恒达车队，以优化新的BMS集成。幸运的是，在战略性地招聘了来自一级和原始设备制造商的工程师之后，瑞萨准备与电动汽车和自动驾驶汽车行业的顶尖工程人才建立合作伙伴关系。

瑞萨的低压锂离子BMS和汽车处理器将使电动汽车行业受益

除了给马恒达车队的赛车带来的好处之外，在电动赛车中集成创新的BMS解决方案也可以为更广泛的电动车市场带来进步。作为试验场，Formula E能够使瑞萨的工程师获得有价值的洞察力和开发电动汽车巅峰电子产品的经验。瑞萨低压BMS技术的增强性能和功能最终可以为电动汽车带来一系列的设计，开发甚至是商业改进。

瑞萨RH850/E2x汽车MCU系列提供的处理能力远远超出了BMS的基本要求。因此，也有足够的处理能力在车辆运行时实现电动车辆系统的车载测试和评估。该MCU还具有多个高精度嵌入式外设，可以更深入地了解电动汽车的运行情况。

另外，瑞萨Formula E低压BMS的另一个主要组件BMS IC，可提供出色的电压精度。电压精度更高，电池单元就可以更好地平衡，每个电池可以充电和放电，达到更高的精度。这种水准的精确度可以延长锂离子电池的使用寿命，更好地避免危险的电池状况。

对于消费类电动汽车而言，使用高级汽车MCU和BMS可以提供直接的优势。内燃机的严格性能要求已经为电子产品提供了极其可靠的汽车标准。符合这些标准的MCU，例如RH850/E2x系列，可为电动汽车提供强大的处理能力。这与MCU保证能够在车辆使用寿命期间处理电动车辆操作的严格性进行了结合。

更多的是，Formula E电动赛车中使用的瑞萨MCU及BMS IC的集成水平和丰富的嵌入式功能，可以进一步降低日益复杂的电动汽车电子产品的材料清单和设计复杂性。这可能会直接影响这些电动汽车的成本和制造商的上市时间。

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