圖1.典型分布式BMS的爆炸圖

　　動力總成電氣化 - 電動汽車（EV），混合動力電動汽車（HEV）和插電式混合動力汽車（PHEV）的臨界點 - 現代锂離子電池能夠在更高功率密度的車輛中存儲和使用能源并降低成本。根據汽車芯片制造商恩智浦（NXP）的一項内部研究，到2030年，全球銷售的汽車中有50％将采用某種形式的電力推進。

　　然而，與此同時，锂電池單元面臨着需要複雜電子控制系統的重大挑戰，需要先進的電池管理系統（BMS，battery management system）。

　　圖2. BIM的框圖

　　據媒體報道，大衆公司的“範圍焦慮”是大衆汽車工程師長期低估雄心勃勃的車輛電氣化道路的關鍵原因。行業觀察家稱這對大衆汽車來說是一個代價高昂的錯誤。雖然這家德國汽車制造商聲稱它正在追趕電力驅動技術，并大力推動研發資金。

　　BMS電子設備是動力總成電氣化的關鍵部分，因為它可以監控和管理锂離子電池的狀況，以确保安全，可靠和最佳的電池運行。在汽車設計的惡劣和不可預測的環境中，BMS的作用變得尤為重要。

　　本文将詳細介紹BMS的解??剖結構，并将展示高效準确的BMS解決方案如何通過采用電池監控和均衡技術解決與續航範圍相關的問題。

　　BMS解剖 讓我們從電池組開始，這是一系列必須仔細監控和平衡的锂離子電池。電池單元 - 數百甚至數千個 - 構成一個産生高達數百伏電壓的電池。電池将直流電壓傳遞給采用交流牽引電機的逆變器，為電動汽車提供加速。

　　圖3、電動汽車BMS的視圖。

　　這裡，在電池方面，BMS解決方案在車輛電氣化中執行三個主要功能：電池單元監控，充電狀态（SOC）估計和電池單元均衡。

　　下面是對不同電池組和動力總成配置的BMS解決方案的這些關鍵構建模塊的預覽。

　　1.電池監測

　　部署提供400V至800V系統的大型電池不可避免地需要精确監測電池電壓。這裡，BMS解決方案通過在實時條件下提供有關電流，電壓，溫度等的信息來促進電池單元監控。這對于促進電動車電池的早期故障檢測起着至關重要的作用。

　　電池監視芯片通常是監視電池或一組電池的電壓的微控制器。此外，它通常執行電池組的溫度測量，并且可能執行電池本身的溫度測量。

　　圖4.高壓收發信機的布局圖。

　　BMS電子設備中通常有兩個主要的子系統。電池監控控制器（CMC，cell monitoring controller）将電壓和溫度數據報告給電池監控控制器（BMC，battery monitoring controller），後者通過CAN總線将數據彙總傳遞給電子控制單元（ECU，electronic control unit）。當涉及到包括CMC和BMC組件的BMS架構時，存在分布式和集中式系統設計。

　　BMS通過密切跟蹤系統性能下降來精确監控電池單元的事實也使其能夠報告電池組的充電狀态。這将我們帶到下一個BMS構建塊：充電狀态（SOC）估計。

　　圖5：EV動力總成的框圖。

　　2.2.充電狀态（State of charge）

　　锂離子電池易受電池單元過充電和欠充電損壞的影響。并且，充電狀态或SOC，BMS中最重要的參數之一，代表各個電池單元之間的差異。

　　過電流時的過壓或過充電會導緻熱失控。此外，即使電池串聯連接，也不是電池組中的每個電池都以相同的速率失去電荷。這是因為電池的充電周期依賴于幾個因素，包括溫度和電池在電池組中的位置。

　　BMS電子設備可提供車輛範圍和電池壽命預測的準确預測，實現預測算法以準确估算電池單元性能。接下來，它确保電池在100％的SOC下不充電或在SOC的0％下不放電，因為兩者都會降低電池容量。

　　圖6、所提出的HV收發器的測量配置

　　最大化電池組容量和最小化劣化的一種方法是通過精确控制每個電池單元的SOC。因此，BMS電子設備可以确保電池單元的電量保持在建議的範圍内。這是通過電池平衡完成的。

　　锂離子電池易受電池單元過充電和欠充電損壞的影響。并且，充電狀态或SOC，BMS中最重要的參數之一，代表各個電池單元之間的差異。

　　過電流時的過壓或過充電會導緻熱失控。此外，即使電池串聯連接，也不是電池組中的每個電池都以相同的速率失去電荷。這是因為電池的充電周期依賴于幾個因素，包括溫度和電池中電池的位置。

　　BMS電子設備可提供車輛範圍和電池壽命預測的準确預測，實現預測算法以準确估算電池單元性能。接下來，它确保電池在100％的SOC下不充電或在SOC的0％下放電，因為兩者都會降低電池容量。

　　最大化電池組容量和最小化劣化的一種方法是通過精确控制每個電池單元的SOC。因此，BMS電子設備可以确保電池單元的電量保持在建議的範圍内。這是通過電池平衡完成的。

　　3.電池單元平衡

　　電池電壓之間的差異（表示系統級别的不平衡電池）可能會影響單個電池和電池組。電池故障的主要原因是單個電池中的漏電流引起的電池電壓不平衡。

　　BMS确保電池電壓不超過額定最大電壓，并通過采用無源和有源平衡技術來實現。但是，無源平衡設計中使用的高阻值電阻本身會消耗功率，并且不會對汽車設計環境中常見的溫度變化做出響應。

　　兩種主要的有源平衡技術分别基于運算放大器，用于使用MOSFET進行電壓平衡和電流平衡。然而，如果兩個單元的電容值之間存在不匹配，則運算放大器會導緻發誓功率損失。

　　圖6：這是MOSFET如何自動平衡電池單元之間的電流。

　　另一方面，MOSFET通過互補的反向電流電平實現自然電池平衡，确保MOSFET本身幾乎沒有或沒有額外的漏電流。 MOSFET與串聯連接的電池單元或單元堆并聯。

　　BMS價值鍊

　　該文章已經表明，如果準确地監測電池組的充電狀态，則不存在關于電池單元的問題。然而，如果确實出現與電池單元的過度充電或欠充電有關的問題，則電池單元的自動平衡确保了電動車輛中的逆變器的安全電壓供應。

　　圖18.使用所提出的電壓監測IC的測量原型的照片

　　BMS電子設備将繼續發展，而更多電動汽車和混合動力汽車将上路。但它已經能夠通過有效地監測和管理車輛電池中的電池來滿足當前的要求。

　　（完）

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