電動汽車上的電池組BMS（電池管理系統(tǒng)）

由于汽車、公共汽車、貨運卡車和電動滑板車的大量涌現(xiàn)，電動汽車(e-mobility)的發(fā)展越來越多。這也推動了電動汽車電池和動力系統(tǒng)制造技術(shù)的快速發(fā)展，并提供了創(chuàng)新的解決方案。 這些都提高了效率并降低了運營成本。逐步過渡到車輛的 48V 電源總線和引入高壓電池需要采用適當(dāng)?shù)臒峁芾砑夹g(shù)。對最關(guān)鍵部件(如電池和充電系統(tǒng))的溫度進行持續(xù)監(jiān)測和控制可提高車輛的可靠性、增加續(xù)航里程、提高駕駛舒適性并減少充電時間。

電動汽車的熱管理比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車更復(fù)雜。電動機必須不斷冷卻，而電池必須根據(jù)環(huán)境條件進行冷卻或加熱。此外，與傳統(tǒng)車輛中發(fā)生的情況不同，沒有立即可用的廢熱來加熱乘客艙。因此，有必要提供適當(dāng)?shù)墓?jié)能措施，例如熱泵。冷卻回路是保持電機和電池處于適當(dāng)溫度所必需的，可靈活用于車內(nèi)熱量分布。

當(dāng)冷卻回路吸收熱量時，其溫度會升高，因此需要有一個熱交換器，液體或氣體制冷劑在該熱交換器中循環(huán)。制冷劑必須具有高熱容量，以便在占用的相同空間內(nèi)吸收盡可能多的熱量。通過制冷劑蒸發(fā)過程(從液態(tài)到氣態(tài)的轉(zhuǎn)變)，可以將電池冷卻到比環(huán)境溫度更低的溫度。冷凝過程中產(chǎn)生的熱量(從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài))可用于在寒冷時期加熱乘客艙。高效的熱管理解決方案可實現(xiàn)更大的自主性，滿足電動汽車當(dāng)前和未來的需求。

監(jiān)控 EV 電池單元

安裝在電動汽車上的電池組由多個串聯(lián)和并聯(lián)的電池模塊組成。電池模塊管理所需的電子電路稱為 BMS(電池管理系統(tǒng))。BMS 包括一個或多個電源轉(zhuǎn)換級和一個基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)，用于處理與電源子系統(tǒng)相關(guān)的所有方面。在電動汽車電池充電或放電過程中，必須監(jiān)控屬于電池組的每個電池的狀態(tài)。

電動汽車電池在小體積中組裝了大量的能量。如果不加以管理，過壓或欠壓情況會導(dǎo)致熱失控，從而損壞電池。為此，引入了一種稱為 BMIC(電池監(jiān)控集成電路)的特殊電路，用于監(jiān)控每個電池的電壓和溫度。該信息被發(fā)送到電池管理控制器 (CMC)，并根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜性發(fā)送到更高級別的電池管理控制器 (BMC)。

BMC 匯總了有關(guān) CMC 監(jiān)控的電池電壓的信息，用于計算電池當(dāng)前的充電狀態(tài) (SOC)。SOC 是評估電池剩余自主性的基本參數(shù)，從而確定何時請求新充電。另一個參數(shù)是健康狀態(tài) (SOH)，它提供了可以從中得出剩余電池壽命的重要信息。特別具有欺騙性的是熱失控，它是由不同類型的故障觸發(fā)的，包括過快的充電或放電過程。為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，BMS、CMC和BMC之間的通信必須以盡可能少的延遲進行。

商業(yè)解決方案

存在用于監(jiān)控電動汽車電池性能的解決方案，這些解決方案可從 STMicroelectronics、Analog Devices 和 NXP 等企業(yè)組織購買。

STMicroelectronics提供廣泛的 EV 電池監(jiān)控解決方案組合，在 48V 和高壓電池組中提供高精度測量。典型 BMS 架構(gòu)，其中使用多個電池管理 IC 來檢測每個電池組電池的電壓、電流和溫度。適用于 EV 電池管理的符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)的 IC 的一個示例是L9963，這是一款用于高可靠性汽車應(yīng)用和儲能系統(tǒng)的鋰離子電池監(jiān)控和保護芯片。最多可監(jiān)控 14 個堆疊電池，以滿足 48 V 及更高電壓系統(tǒng)的要求。信息可以通過SPI通信或隔離接口傳輸。多個L9963可以菊花鏈方式連接，通過變壓器隔離接口與一個主機處理器通信，具有高速、低EMI、遠距離、可靠的數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c。

ADI公司提供廣泛的電池管理系統(tǒng)設(shè)備組合，提供支持幾乎所有 EV 電池系統(tǒng)架構(gòu)的靈活性。例如， LTC6810 可測量多達 6 個串聯(lián)電池，總測量誤差小于 1.8mV。0V 至 5V 的電池測量范圍使LTC6810適用于大多數(shù)電池架構(gòu)。多個設(shè)備可以串聯(lián)連接，允許同時監(jiān)控長的高壓電池組。每個LTC6810都有一個 isoSPI 接口，用于高速、RF 免疫、長距離通信。

恩智浦為多種汽車應(yīng)用提供穩(wěn)健、安全和可擴展的 BMS IC。一個示例是MC33771，這是一款鋰離子電池控制器 IC，專為 HEV、EV、電動自行車和電動滑板車等汽車應(yīng)用而設(shè)計。該器件具有差分電池電壓和電流的 ADC 轉(zhuǎn)換以及庫侖計數(shù)和溫度測量功能。它還支持與 MCU 進行標(biāo)準(zhǔn) SPI 和變壓器隔離菊花鏈通信以進行處理和控制。