英飛凌推出電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)

英飛凌科技推出了一款名為 TLE9012AQU 的新電池管理系統(tǒng)，用于管理和平衡電動(dòng)汽車的電池電量。這家德國芯片公司專門為混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車電池設(shè)計(jì)了它，但它也適用于其他應(yīng)用，如儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)自行車電池管理系統(tǒng)。

電池電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿偝上嚓P(guān)構(gòu)建模塊是電池管理系統(tǒng) (BMS)、車載充電器 (OBC) 和主逆變器，它們驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)并在再生制動(dòng)的情況下將能量反饋給電池。

電池在電動(dòng)汽車 (EV) 中的迅速采用使電子設(shè)計(jì)朝著新一代的電荷監(jiān)測設(shè)備發(fā)展。雖然 2018 年這些電池中約有 64% 仍為全球電動(dòng)汽車生產(chǎn)，但到 2025 年，這一數(shù)字將上升到 85% 以上。此外，根據(jù)分析師的各種研究，就排放而言，在全球 95% 的國家中，駕駛電動(dòng)汽車是最佳選擇。許多分析人士預(yù)測，到 2050 年，每兩輛汽車都將是電動(dòng)汽車，這將使全球 CO 2排放量每年減少多達(dá) 1.5 吉噸(數(shù)十億噸)。

“由于更嚴(yán)格的 CO 2法規(guī)，電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)因素變得越來越有趣。到本世紀(jì)末，大約 30% 的新車將配備高壓電池。電動(dòng)汽車總動(dòng)力總成成本的 70-80% 來自電力電子設(shè)備和電池。75% 的電池成本來自電池單元(外殼、電極和電解質(zhì)材料、保護(hù)功能)，”英飛凌汽車部門應(yīng)用營銷總監(jiān) Clemens Müller 說。

TLE9012AQU 在整個(gè)溫度和工作電壓范圍內(nèi)提供多達(dá) 12 個(gè)電池的電壓測量，精度為 ± 5.8 mV。通過結(jié)合多達(dá)五個(gè)外部溫度傳感器和一個(gè) iso-UART 接口進(jìn)行通信，該器件對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了全面優(yōu)化。

電池管理系統(tǒng) (BMS) 確保電池容量得到最佳利用：在電動(dòng)汽車中，您必須在盡可能長的電池壽命的同時(shí)達(dá)到盡可能長的續(xù)航里程。電池充電監(jiān)控系統(tǒng)(通常稱為電池管理系統(tǒng))可讓您智能地管理電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和安全性，同時(shí)降低電力成本。

此外，它們確定電池的充電狀態(tài)和健康狀況，以估計(jì)可用的自主權(quán)和剩余壽命。集成的控制提供測量數(shù)據(jù)并通過平衡電池來確保平衡的充電狀態(tài)。

汽車電池管理系統(tǒng)必須能夠滿足關(guān)鍵功能，例如電壓、溫度和電流監(jiān)控、電池充電狀態(tài) (SoC) 和鋰離子 (Li-ion) 電池的電池平衡。最基本的功能是電池保護(hù)和充電狀態(tài)顯示。

“電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的能源主要來自鋰電池系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)更長的電池壽命、最大的能量供應(yīng)和最高的功能安全性，它們需要受到嚴(yán)格控制，”Müller 說。他繼續(xù)說道，“鋰離子電池是具有差異化陰極化學(xué)和電池拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要電池技術(shù)?！?

盡管 SoC 很有用，但在電池耗盡時(shí)，如果不跟蹤容量，則讀數(shù)是不完整的。容量是電池健康狀態(tài)(SoH)的主要指標(biāo)。擁有 SoC 和 SoH 數(shù)據(jù)有助于了解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或功能狀態(tài) (SoF)。SoH 是初始電荷與隨時(shí)間惡化的電荷量之比，通過庫侖計(jì)數(shù)法測量(圖 3)。

“BMS 功能的系統(tǒng)挑戰(zhàn)是高精度的電池電壓和溫度測量，以及電池之間和電池控制器之間強(qiáng)大的通信鏈路;電池級(jí)別的自主充電平衡、實(shí)時(shí)多線程高精度低功耗數(shù)據(jù)預(yù)處理以及與中央域控制器的高效聚合數(shù)據(jù)交換;除了監(jiān)測和控制，”Müller 說。

Infineon 的解決方案

Infineon 的 TLE9012AQU 電路提供可編程噪聲濾波器并同時(shí)執(zhí)行測量，因此即使存在臨時(shí)干擾因素，結(jié)果也能保持可比性。

電池的平衡是通過集成在芯片中的十二個(gè)平衡開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的——每個(gè)通道一個(gè)。它們專為高達(dá) 150 mA 的電流而設(shè)計(jì)。對(duì)于更高的平衡電流，該器件還支持外部開關(guān)。板載過流、欠流和開路負(fù)載診斷。

憑借其 12 個(gè) Delta-Sigma ADC 通道，TLE9012AQU 特別適用于每個(gè)模塊有 12 個(gè)電池的拆分電池。因此，每個(gè)模塊需要一個(gè)設(shè)備。用于這些模塊之間以及與微控制器之間數(shù)據(jù)交換的 iso-UART 接口可以輕松實(shí)現(xiàn)電壓隔離并確保數(shù)據(jù)完整性。

隨著電動(dòng)汽車的日益普及，對(duì)電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域的影響將相當(dāng)大，因?yàn)殡妱?dòng)汽車由數(shù)十或數(shù)百個(gè)電池供電。任何管理不善都可能引發(fā)巨大的電氣問題。BMS優(yōu)化了電動(dòng)汽車的性能并確保了電池組的安全。

“BMS 的下一個(gè)創(chuàng)新趨勢可以在幾個(gè)主題中確定：拓?fù)浜瓦B接性、計(jì)量診斷、狀態(tài)評(píng)估和健康預(yù)測、隱藏性能固態(tài)保護(hù)開關(guān)、用于容量優(yōu)化和更長壽命的熱控制解決方案，”Clemens 說穆勒。

鋰離子電池良好市場的一個(gè)關(guān)鍵測量參數(shù)是電化學(xué)阻抗。許多 BMS 設(shè)備中的電化學(xué)阻抗測量是通過多個(gè)完全并聯(lián)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和具有 0.1 Hz 至 5 KHz 脈沖調(diào)制的交流勵(lì)磁電路以及集成在設(shè)備中的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)的。