目前,，BMS 對延長電池續(xù)航里程,、縮短充電時間方面會有哪些改善？BMS 在電動汽車安全方面發(fā)揮哪些重要作用,？BMS 還需要進(jìn)行哪些整合和優(yōu)化,？
在與非網(wǎng)策劃的《BMS 的新使命》專題中，我們邀請了意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)汽車電子市場及應(yīng)用部新能源車技術(shù)創(chuàng)新中心高級經(jīng)理姜炯迪先生和市場經(jīng)理付志凱先生一起參與討論,。
意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)汽車電子市場及應(yīng)用部新能源車技術(shù)創(chuàng)新中心高級經(jīng)理 姜炯迪
作為新能源汽車的核心能量源,，動力電池的續(xù)航里程和充電時間一直被用戶關(guān)注，續(xù)航里程短,、充電時間長一直是電動汽車的痛點,，BMS 是否可以對這一問題進(jìn)行改善？姜炯迪表示,，續(xù)航里程主要和電池的容量,、能量回收、電機(jī)效率以及車重等因素有關(guān),。充電時間主要和電池特性,、充電樁的電流能力等因素有關(guān)。在保證電池安全的前提下,，BMS 可以最大限度的使用電池能量以及提高能量回收效率,，并最大限度的提高充電電流來提高充電速度。在充放電過程中,，BMS 通過實時的對電池外特性參數(shù)（如電壓,，電流，溫度等）進(jìn)行監(jiān)控,，再采用適當(dāng)?shù)能浖惴▽崿F(xiàn)對電池的內(nèi)部狀態(tài)（SoC,SoH）的檢測和控制,，然后通過熱管理，電池均衡管理以及充放電管理使電池處于最佳的工作狀態(tài)，不會達(dá)到過放或者過充,同時最大限度提高充電電流,?！?/p>
意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)汽車電子市場及應(yīng)用部新能源車技術(shù)創(chuàng)新中心市場經(jīng)理 付志凱
打造完整系統(tǒng)保證電動汽車安全
電動汽車的安全是要保證全生命周期的安全,包括高壓零部件的設(shè)計，存儲與運(yùn)輸和裝配,，以及車輛存放,，充電，駕駛,，事故,，檢修維修和保養(yǎng)過程中以及電池回收處理的安全性。當(dāng)然電池包作為電動車的能量來源,，安全性尤為重要,，主要包括高壓安全(比如漏電也就是絕緣失效)和熱失控（引起燃燒爆炸）2 種模式。在整車系統(tǒng)中,，直流超過 60V 就要考慮高壓安全,，電動車的峰值功率要到達(dá) 100kW 以上，電池系統(tǒng)的母線電壓目前已達(dá)到 400V 左右,，將來也可能會升級到 800V 左右,，所以高壓安全極為重要；同時,，鋰電池只有幾伏的電壓,，目前一套電池系統(tǒng)需要 100 個左右的電池串聯(lián)，而且為了增大電池容量,，還需要并聯(lián)若干電池,，這意味著 BMS 需要管理成百上千的電池，對電池管理的設(shè)計極具挑戰(zhàn),。
BMS 要根據(jù)實時的電池的外特性參數(shù)（如電壓，電流,，溫度）以及歷史記錄估算出電池的狀態(tài),，診斷電池管理系統(tǒng)的狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的故障處理機(jī)制,，比如報警,，降額功能使用，或切斷電池系統(tǒng)等等,。姜炯迪對與非網(wǎng)記者解釋,，“ST 有 30 多年的汽車電子開發(fā)經(jīng)驗，針對 BMS,，ST 可以能夠提供完整的系統(tǒng)解決方案,，該方案主要由高可靠性系統(tǒng)的基礎(chǔ)電源芯片 L9396、高安全特性的 PowerPC 架構(gòu)的 MCU(SPC57x/58x),、以及緊急斷開電池系統(tǒng)的 L9678 組成,，支持 AUTOSAR,，功能安全 ASILD，HSM 以及 FOTA,?！?/p>
他還表示，“對于模擬前端芯片,，可以通過單一芯片 L9963 簡化設(shè)計實現(xiàn) ASIL D 的要求,；具有全溫度范圍內(nèi)行業(yè)領(lǐng)先的采樣精度；低成本,、高抗擾的高速隔離的雙向菊花鏈,；每個通道獨立的 ADC 能夠?qū)崿F(xiàn)真正的電池電壓 0us 同步采樣以及冗余的電壓采樣；支持模組之間跨接 bus-bar 負(fù)壓的應(yīng)用,；支持內(nèi)部均衡同時開啟以提高均衡效率,；最大化的簡化外圍電路設(shè)計以降低系統(tǒng)成本?！?/p>
應(yīng)對安全和成本挑戰(zhàn),，加大高附加值軟件投入
安全性和成本是 BMS 面臨兩大挑戰(zhàn)，前面已經(jīng)對安全性問題做了分析,。在成本方面,，ST 會持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，最大化的集成外圍元器件,，支持客戶優(yōu)化系統(tǒng)成本,。
付志凱分析，“與此同時,，隨著汽車迭代速度越來越快以及功能越來越多,，這就要求 BMS 的開發(fā)周期越來越短以及系統(tǒng)越來越復(fù)雜，同時還要滿足 AUTOSAR,，功能安全,，Cyber security（網(wǎng)絡(luò)安全）以及在線實時刷新 FOTA 等等，這樣客戶對芯片廠商的支持力度和響應(yīng)速度都有很高的要求,。ST 提供完整的系統(tǒng)解決方案包括硬件設(shè)計以及 BSW 軟件,，相當(dāng)于給客戶提供一個 base 設(shè)計，客戶可以根據(jù)自己的具體需求在該方案上基礎(chǔ)上做些調(diào)整,，大大降低客戶的開發(fā)周期,，而且客戶可以把精力放在對客戶附加值更高的應(yīng)用層軟件上來?！?/p>
目前 BMS 主要有主從式,、一體式、半集中式。未來在整車架構(gòu)上面,，會簡化部分 BMS 的功能到其他模塊,，比如高壓測量、高壓繼電器的控制和診斷以及熱管理,，使 BMS 的功能更加集中在單體電芯的測量功能（電壓,、電流、溫度等）和保護(hù)上面,。
合理地電池包熱設(shè)計提高電池壽命
除了電動汽車的續(xù)航里程是目前的一大痛點,，電池壽命也是電動汽車廠商面臨的重要課題，廠商在通過各種方式延長電池的壽命,。從結(jié)構(gòu)上來看,，單體電芯是由正極材料，負(fù)極材料,，電解液,，隔膜，電氣元件和結(jié)構(gòu)件組成,，其中正負(fù)極材料和電解液對電池的性能尤為重要,。電池在使用過程中反復(fù)充電，由于電池內(nèi)部正負(fù)極材料消耗和副反應(yīng)不斷發(fā)生使得電池性能衰退,，造成電池壽命下降,。
在付志凱看來，電池內(nèi)部是電化學(xué)反應(yīng),，電池在高溫環(huán)境中副反應(yīng)的發(fā)生速度和概率大大提高,，不僅影響壽命，甚至帶來安全問題,；合理的電池包的熱設(shè)計,，控制電池一直工作在適當(dāng)?shù)臏囟龋梢蕴岣唠姵厥褂脡勖?。盡量減少電池的充放電倍率,，高倍率充放（快充，快放）電會使電池極化,，極化的內(nèi)阻在充放電電流的作用下產(chǎn)生大量的熱,，會加劇電池內(nèi)部副反應(yīng),。避免深度放電（DoD）,，深度放電會破壞電極材料的晶體結(jié)構(gòu)，會減低電池壽命,。