作為電動(dòng)汽車的核心部件,，電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作狀態(tài)決定著電動(dòng)汽車的最終性能，通過(guò)對(duì)充電與放電過(guò)程的精確管理,，電池管理系統(tǒng)可以確保電動(dòng)汽車在電性能方面保持極佳的狀態(tài),，從而為駕駛者帶來(lái)愉悅的體驗(yàn)。
德州儀器 電池管理產(chǎn)品（BMS）大中華區(qū)市場(chǎng)和應(yīng)用部門(mén)經(jīng)理文司華認(rèn)為,，電池管理系統(tǒng)BMS是介于駕駛員,、汽車和電池的紐帶，是很核心的一塊,。很多國(guó)內(nèi)廠家做汽車的動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)時(shí)BMS始終是最難啃的骨頭,，因?yàn)樗婕暗诫姵氐幕瘜W(xué)特性,、系統(tǒng)高度整合、自檢測(cè)功能,、安全特性等等,，這些加起來(lái)技術(shù)難點(diǎn)是最高的，所以它們是比較核心的知識(shí)產(chǎn)權(quán),。
業(yè)內(nèi)從業(yè)者經(jīng)常會(huì)對(duì)電池的管理芯片非常關(guān)注,，作為電池核心的芯片對(duì)實(shí)際應(yīng)用到底有什么樣的幫助？作為駕駛員,，又關(guān)注哪些東西,，關(guān)注哪些用戶體驗(yàn)？
在一部電動(dòng)汽車?yán)?，電池組往往會(huì)以串聯(lián)和并聯(lián)的方式存在,，而目前不同電池間存在著差異，這往往會(huì)影響到電池的充電和放電過(guò)程,，極端情況下甚至?xí)痣姵乇?。因此，半?dǎo)體業(yè)者開(kāi)發(fā)出主動(dòng)和被動(dòng)均衡電池管理系統(tǒng),，用來(lái)平衡各電池間的差異,，以求獲得最佳的電池組工作狀態(tài)。
文司華表示,，駕駛者首選對(duì)于電池的續(xù)航里程尤為關(guān)注,，之前電動(dòng)車的續(xù)航里程是差強(qiáng)人意的，現(xiàn)在每款電動(dòng)車都會(huì)關(guān)注不加油的情況下車能跑多遠(yuǎn),。其次萬(wàn)一真的沒(méi)電,，駕駛員需要花多長(zhǎng)時(shí)間對(duì)它進(jìn)行充電。更長(zhǎng)的續(xù)航是個(gè)問(wèn)題,，如果不認(rèn)真設(shè)計(jì)的話,，其實(shí)很難精確地知道續(xù)航里程到底是多少。本來(lái)汽車上的電池空間和重量是有嚴(yán)格限制的,，過(guò)重的電池反而會(huì)對(duì)整車?yán)m(xù)航里程有負(fù)面的影響,，所以一定要設(shè)計(jì)得恰到好處，當(dāng)不知道到底能續(xù)航多久時(shí),，比如誤差在20%,，是否要設(shè)好冗余值，多加20%的電池容量上去,，這對(duì)續(xù)航里程會(huì)有影響,。
其次，諸如提速等駕駛體驗(yàn)是有些駕駛員非常在意的重點(diǎn),。除了提速更快,，還有一個(gè)考慮點(diǎn),，按照現(xiàn)在的駕駛速度或駕駛習(xí)慣，續(xù)航里程是多少,，這涉及到從現(xiàn)在到剩余里程里,，電池最大的輸出功率。如果在電池快沒(méi)電的情況下踩一腳油門(mén),，在沒(méi)有控制的情況下,，這個(gè)油門(mén)意味著很大的電流，這個(gè)電流會(huì)使電池的電壓下降,，而當(dāng)電池電壓一旦碰到最低的保護(hù)點(diǎn)時(shí)就沒(méi)有動(dòng)力了,。所以，系統(tǒng)要有責(zé)任或者設(shè)計(jì)完善的系統(tǒng)要告訴控制臺(tái),，最大功率是多少,，就算駕駛員狠狠踩了油門(mén)，也不允許電流速度達(dá)到那么大,，保護(hù)在安全電壓之上,。
第三個(gè)挑戰(zhàn)則是安全性，這也是重中之重,。汽車BMS系統(tǒng)是系統(tǒng)層面的安全問(wèn)題,，而不只是芯片做得多好。這個(gè)監(jiān)護(hù)和保護(hù)芯片能附加更多的硬件和軟件功能,，能協(xié)助系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)，更加好地實(shí)現(xiàn)它的功能,。
在電池管理系統(tǒng)中,，電源管理芯片是核心器件，而同時(shí)具備監(jiān)控和保護(hù)功能的芯片產(chǎn)品正在受到電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的青睞,。
為了適應(yīng)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求,，德州儀器推出了一款名為bq75pl455a的兼具監(jiān)控和保護(hù)功能的管理芯片。
據(jù)文司華介紹,，這款芯片是全球市場(chǎng)上第一個(gè)能用16節(jié)串聯(lián)的鋰離子電池組進(jìn)行集成監(jiān)視的監(jiān)視器和保護(hù)器,，通過(guò)充分發(fā)揮電池組最多的能量增加電動(dòng)汽車和混動(dòng)汽車的行駛里程和續(xù)航里程。由于它的功能,，能夠從電池中提取盡可能多的能量,，這包含了被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡，以便增加每節(jié)電池的使用壽命或者續(xù)航里程,。在16節(jié)高串?dāng)?shù),，集成度最高的BMS管理芯片上同時(shí)支持兩種均衡，一是早期的被動(dòng)式均衡,，二是主動(dòng)式均衡,，這是獨(dú)一無(wú)二的,。
同時(shí)可以測(cè)量獨(dú)立電池本身16堆的電池，可以堆疊16個(gè)模組,，也就是256節(jié)電池,。微混電動(dòng)車、輕混電動(dòng)車,，它堆疊的總體串聯(lián)數(shù)是不一樣的,，經(jīng)常能見(jiàn)到96節(jié)串聯(lián)。而對(duì)于這個(gè)芯片它最多可以支持到256節(jié),。
工程師能夠通過(guò)精確的測(cè)量準(zhǔn)確地操控車載主處理器,，用來(lái)計(jì)算電荷組的狀態(tài)，電荷狀態(tài)（SOC）的精確測(cè)量非常重要,，這在手機(jī)里或者消費(fèi)類電子里經(jīng)常用到,，電荷狀態(tài)和健康狀況（SOH），這兩個(gè)參數(shù)都是需要計(jì)算的,，如果工程師沒(méi)有精確地測(cè)量結(jié)果是無(wú)法算出這兩個(gè)參數(shù)的,，所以，這個(gè)芯片能夠協(xié)助主處理器,，它能夠提供足夠的精確讀數(shù),，幫助主處理器進(jìn)行更好的估算。
那么,，bq76pl455a擁有哪些優(yōu)點(diǎn)呢,？
bq76pl455a的第一個(gè)特性是單顆芯片監(jiān)視 16 個(gè)堆疊電池，精確監(jiān)視和保護(hù)由多達(dá) 256 節(jié)電池串聯(lián)在一起組成的大容量電池組,。早期的車型大多使用12串?dāng)?shù)的模組,，現(xiàn)在的趨勢(shì)是要想有更強(qiáng)勁的系統(tǒng)馬力，串?dāng)?shù)需要多一點(diǎn),，而一顆芯片能照顧的串?dāng)?shù)越多用的芯片數(shù)會(huì)越少,，16串?dāng)?shù)的芯片會(huì)更加優(yōu)化一些。系統(tǒng)成本布線上這也是一個(gè)比較優(yōu)化的結(jié)果?，F(xiàn)在歐洲有一個(gè)48V的系統(tǒng),，從12V轉(zhuǎn)到48V，48V正好是16串電池所涵蓋的范圍,，這樣一顆電池就可以達(dá)到48V,，如果在原來(lái)的情況下可能需要2個(gè)12串的IC才能達(dá)到48V。
第二,，采用bq76pl455a設(shè)計(jì)的系統(tǒng),，減小了PCB 尺寸，降低了系統(tǒng)成本,，因?yàn)楹芨叽當(dāng)?shù)的電池堆疊過(guò)來(lái),，通訊時(shí)主芯片一定要保護(hù)起來(lái),，所以需要隔離器從電壓上進(jìn)行隔離，而隔離器是比較昂貴的,，而且有很大的功耗,。對(duì)于這種芯片，它只要和主芯片之間用內(nèi)置的隔離式差分UART,，UART是一種非同步的接口,，這種差分系統(tǒng)可以幫助設(shè)計(jì)人員排除，不需要使用更加昂貴的CAN總線,，所以它可以進(jìn)一步減少了系統(tǒng)成本,。
第三，高精度是bq76pl455a優(yōu)點(diǎn)之一,。IC在3.6V平均值的情況下,，測(cè)量誤差是0.75毫伏，精度可以達(dá)到0.016,，這是室溫下能達(dá)到的平均精度,。在整車設(shè)計(jì)系統(tǒng)里需要考慮到整個(gè)范圍，在0-65度,，測(cè)量誤差是正負(fù)4.25毫伏,，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，精度是0.09,；在-40度到105度非常寬范圍的情況下誤差在正負(fù)6.25毫伏,，所以精度是0.14。精度毫無(wú)疑問(wèn)是非常重要的,，是因?yàn)殡姾蔂顟B(tài)和健康狀況完全依靠電壓,，如果測(cè)量不準(zhǔn)的話沒(méi)有辦法判斷電池的壽命和容量。
同時(shí)bq76pl455a這款芯片還有非常充分的自檢功能,，比如過(guò)壓,、欠壓,、過(guò)溫,、通訊失效情況下都能進(jìn)行自檢，它能自動(dòng)檢查出有問(wèn)題的芯片,，并且通過(guò)我們的上報(bào)系統(tǒng)上報(bào)給總機(jī),，這是它額外的自檢功能。
電池電壓對(duì)測(cè)量剩余容量為什么那么重要,？
文司華表示,，想估算電池容量除了測(cè)電壓還需要測(cè)量電流還有溫度，但同時(shí)掌握這三個(gè)參數(shù)想要測(cè)量剩余電容依舊不是很簡(jiǎn)單,，它們之間沒(méi)有很直觀的聯(lián)系,，所以電量有很復(fù)雜的算法,，需要知道電池的開(kāi)路電壓，開(kāi)路電壓就是在放電的每個(gè)階段,，沒(méi)有電流流過(guò)時(shí),，SOC充電荷值，帶載電壓是有曲線的,。
比如車在沒(méi)有開(kāi)動(dòng)的情況下,，在靜止的情況下去測(cè)它的電壓，理論上通過(guò)電壓馬上就能對(duì)應(yīng)它的SOC電荷狀況,。實(shí)際的電量算法遠(yuǎn)比這個(gè)要復(fù)雜,，因?yàn)檐囀窃陂_(kāi)動(dòng)的過(guò)程中被測(cè)量的，只要有帶載它的SOC就開(kāi)始慢慢變化,，要跟蹤它的SOC在開(kāi)路電壓上的曲線變化才能追蹤它的SOC,，再考慮到測(cè)量誤差，理論上講,，電壓測(cè)量在一個(gè)毫伏左右的話,，SOC估計(jì)誤差在1%—3%，最差情況下一個(gè)毫伏再錯(cuò)3%,，這在一個(gè)平臺(tái)下比較難測(cè)量,。測(cè)量電壓精度和SOC電荷狀況直接相關(guān)。未來(lái)如果電荷狀況測(cè)量有偏差的話,，健康狀況也會(huì)有偏差,。
綜上，采用優(yōu)秀電源管理芯片的電池管理系統(tǒng),，是獲得良好電動(dòng)汽車駕駛體驗(yàn)的根本保證,。