【導讀】倒計時已經開始：自動駕駛、電動
、互聯汽車將在未來幾年徹底改變整個汽車行業——這一變化遠遠超出了網絡訪問或方向盤和踏板的消失。自動駕駛聯網汽車將帶我們進入一個更高效、更經濟、更清潔、更環保的新交通時代，鋰離子（Li-ion）電池和電池管理係統將成為電動汽車（e-mobility）的關鍵。

汽車設計人員麵臨的挑戰是實現電池管理係統，以確保安全和長電池壽命，而無需複雜的電路。

倒計時已經開始：自動駕駛

、電動、互聯汽車將在未來幾年徹底改變整個汽車行業——這一變化遠遠超出了網絡訪問或方向盤和踏板的消失。自動駕駛聯網汽車將帶我們進入一個更高效、更經濟、更清潔、更環保的新交通時代
，鋰離子（Li-ion）電池和電池管理係統將成為電動汽車（e-mobility）的關鍵。

據專家介紹，這些係統將在未來幾年改變我們的出行方式，重新設計移動、智能城市和互動社區的未來。對聯網汽車（也許是高速5G網絡）的日益關注已經加速，因為它們將主要是電動的。

向電動、互聯和自動駕駛車輛演進所需的新組件需求將圍繞牽引力（電動發動機、電池和變速箱組件）、高級駕駛輔助係統、自主功能（自適應懸架、主動轉向和製動係統、視覺傳感器）、新材料的應用和乘客艙設計（包括增加內部絕緣以及手勢識別和增強現實顯示器）。

然而，電池是任何電動汽車（EV）跳動的心髒。為了讓聯網汽車證明其智能
，它必須通過監測和控製電池電量來優化其功耗。

主(zhu)要(yao)關(guan)注(zhu)點(dian)在(zai)於(yu)功(gong)耗(hao)，這(zhe)是(shi)鋰(li)電(dian)池(chi)逐(zhu)漸(jian)耗(hao)散(san)能(neng)量(liang)的(de)過(guo)程(cheng)
，這(zhe)些(xie)能(neng)量(liang)是(shi)由(you)與(yu)電(dian)氣(qi)係(xi)統(tong)相(xiang)關(guan)的(de)潛(qian)在(zai)吸(xi)收(shou)引(yin)起(qi)的(de)，這(zhe)些(xie)電(dian)氣(qi)係(xi)統(tong)即(ji)使(shi)在(zai)車(che)輛(liang)關(guan)閉(bi)時(shi)仍(reng)保(bao)持(chi)活(huo)動(dong)狀(zhuang)態(tai)：安全係統、車載計算機係統和遠程信息處理。每天的能量損失可能高達1%至2%。因此，有必要定期檢查主電池組的充電狀態是否最佳。

多年來

，鋰離子電池在相對於其尺寸和重量所能提供多少能量方麵的效率已經大大提高。然而，研究人員仍然麵臨著提高功率密度、耐用性、成本、充電時間和安全性的挑戰。監測電氣性能是鋰離子電池應用成功的關鍵。

汽車電子係統設計人員麵臨的挑戰是實現一種電池管理係統（BMS），以確保安全運行、長電池壽命以及低壓和高壓域的分離，而無需具有大量組件的複雜電路。

電動汽車

用(yong)電(dian)池(chi)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)是(shi)未(wei)來(lai)移(yi)動(dong)和(he)節(jie)能(neng)形(xing)式(shi)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)，並(bing)且(qie)由(you)於(yu)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)更(geng)低(di)的(de)成(cheng)本(ben)等(deng)特(te)性(xing)而(er)正(zheng)在(zai)取(qu)得(de)進(jin)展(zhan)。這(zhe)些(xie)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)的(de)大(da)規(gui)模(mo)生(sheng)產(chan)正(zheng)在(zai)顯(xian)著(zhe)增(zeng)加(jia)，這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)於(yu)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)趨(qu)勢(shi)。據(ju)幾(ji)位(wei)研(yan)究(jiu)分(fen)析(xi)師(shi)稱(cheng)，64年
，這些電池中約有2018%是為全球電動汽車生產的
，到2025年，這一比例將上升到85%以上。

這種增長也是由於它們變得越來越經濟。根據在幾個電動汽車論壇上提出的最新預測

，到2021年，鋰離子電池係統的價格將下降到電動汽車與內燃機汽車競爭的程度。

提供高性能所需的主要挑戰是增加續航裏程
、提高充電速度和降低維護成本。許多公司提供電力存儲解決方案，提供廣泛的工作溫度範圍
，並擴展混合動力（HEV）、插電式混合動力和全電動汽車的範圍。先進的鋰離子電池技術旨在提高能量密度。

鋰離子電池電芯有兩個主要的設計問題：一個是材料化學，另一個是電子，這意味著當過度充電時，它會造成永久性損壞和過熱。因此，擁有BMS來提供保護和能量控製非常重要。監控係統本質上是電池係統的“大腦”;它測量和報告信息，這對係統至關重要，並保護其在各種操作條件下免受損壞。

電池管理係統

diandongqichehehunhedongliqichededianchixitongbixushejiweizhichichangshijiandexianzhi。yinci
，mokuaidianludebeiyongdianyuanbixubizifangdiandianchixiaohaogengshaodenengliang，zhedadajiangdileguoduchongdiandefengxian。weilegenzongEV/HEV的負載動態，包括放電和充電工作模式
，電子電池監控組件以每秒50個樣本或更高的速率檢查電池電壓。這意味著來自電池組的原始數據流速率很高，有時60節電池組的有效載荷為96kbits/s。

電(dian)池(chi)單(dan)元(yuan)的(de)排(pai)列(lie)需(xu)要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)重(zhong)量(liang)對(dui)車(che)輛(liang)內(nei)的(de)維(wei)護(hu)和(he)分(fen)配(pei)具(ju)有(you)實(shi)際(ji)意(yi)義(yi)。按(an)模(mo)塊(kuai)組(zu)織(zhi)的(de)電(dian)池(chi)有(you)助(zhu)於(yu)分(fen)配(pei)重(zhong)量(liang)並(bing)易(yi)於(yu)管(guan)理(li)。

在實踐中，電動汽車BMS的主要功能可以總結如下：

電池保護，防止在安全操作區域之外的操作
通過估計充電和放電操作期間的充電狀態（SOC）和健康狀態（SOH）來監控電池
通過平衡電池來優化電池
，以提高電池壽命和容量，從而優化電動汽車的行駛裏程

集成電路解決方案

BMS可以監控電池使用情況
，從而優化車輛的整體性能。該係統通過控製工作區域、平衡SOC和保護它來進一步管理可充電電池。

根據聯合市場研究公司的數據，全球汽車電池管理係統市場按電池類型、車輛類型、連接拓撲和地區進行細分。這個市場上有各種各樣的參與者，提供一係列產品。以下是一些示例。

英飛淩科技股份公司為汽車、工業和消費類應用中使用的鋰離子電池組提供TLE9012AQU多通道電池監控和平衡係統IC。TLE9012AQU提供四個主要功能：電池電壓測量、溫度測量、電池平衡以及與主電池控製器的隔離通信。此外，TLE9012AQU提供了必要的診斷工具
，以確保受控電池的正常運行（圖1）。

ADI公司（ADI）基於AD7284管理板的BMS監控2通道鋰離子電池，包括監控堆疊電池所需的所有功能和診斷功能，包括檢測開路輸入
、通信和電源故障（圖7284）。AD《》監控係統非常適合監控EV/HEV和固定電源應用中的鋰離子電池。

AD7284的特點是多路複用電池電壓和輔助模數轉換器（ADC）測量通道，支持《》至《》節電池管理單元、內部溫度傳感器和控製定時器。四個輔助ADC輸入通道用於溫度測量和係統診斷。

具有14位分辨率的完整監控係統集成了多個電壓輸入通道和一個輔助ADC。主板上的組件包括使用ADuM1201和ADuM5401數字隔離器隔離的電源和接口，以及通過ADP3303和ADP7104穩壓器的電源。

瑞薩電子提供ISL78692和ISL78693汽車級單節電池充電器
，可延長鋰離子
、鋰聚合物（Li-polymer）和磷酸鐵鋰（LiFePO4）汽車緊急呼叫（eCall）係統中使用的電池。

ISL78692是一款集成式單節鋰離子或鋰聚合物電池充電器

，能夠在低至2.65V的輸入電壓下工作（冷啟動箱）。當交流適配器是電壓源時，它可用作線性充電器
，也可以與限流適配器配合使用，以最大程度地減少散熱。ISL78692具有充電電流熱折返功能
，可在印刷電路板的散熱因空間限製而受到限製時保證安全操作（圖3）。

電池監視器捕獲關鍵電池參數
，如電壓
、電流和溫度，並將此信息傳遞給微控製器。這些器件構成了下一代高功率係統（如電動汽車、電動工具

、儲能係統和電動汽車應用）的完整監控和平衡解決方案的一部分。

德州儀器（TI）的BQ75614-Q1器件可在不到16μs的時間內提供高達200S的電池模塊電池電壓測量。集成的前端濾波器使係統能夠在電池輸入通道上使用簡單的低電壓額定值差分RC濾波器來實現。它還帶有集成的電流測量功能
，可選擇與電池電壓測量同步，以實現更好的SOC計算。該器件支持自主內部電池平衡，具有溫度監控功能
，可自動暫停和恢複平衡，以避免出現過熱情況（圖4）。

ISL78692是一款集成式單節鋰離子或鋰聚合物電池充電器
，能夠在低至2.65V的輸入電壓下工作（冷啟動箱）。當交流適配器是電壓源時，它可用作線性充電器，也可以與限流適配器配合使用，以最大程度地減少散熱。ISL78692具有充電電流熱折返功能，可在印刷電路板的散熱因空間限製而受到限製時保證安全操作（圖3）。

電池監視器捕獲關鍵電池參數，如電壓
、電流和溫度，並將此信息傳遞給微控製器。這些器件構成了下一代高功率係統（如電動汽車、電動工具、儲能係統和電動汽車應用）的完整監控和平衡解決方案的一部分。

德州儀器（TI）的BQ75614-Q1器件可在不到16μs的時間內提供高達200S的電池模塊電池電壓測量。集成的前端濾波器使係統能夠在電池輸入通道上使用簡單的低電壓額定值差分RC濾波器來實現。它還帶有集成的電流測量功能，可選擇與電池電壓測量同步，以實現更好的SOC計算。該器件支持自主內部電池平衡，具有溫度監控功能，可自動暫停和恢複平衡，以避免出現過熱情況（圖4）。

每個電池電壓的測量精度以及片上庫侖計數的電流。該設備最多可以監控七個NTC。信息通過SPI通信或隔離接口傳輸（圖5）。

結論

電dian動dong汽qi車che市shi場chang的de增zeng長chang將jiang為wei優you化hua能neng源yuan管guan理li帶dai來lai新xin的de解jie決jue方fang案an。特te別bie是shi
，電dian池chi將jiang在zai電dian池chi管guan理li係xi統tong中zhong發fa揮hui重zhong要yao作zuo用yong，有you助zhu於yu優you化hua電dian動dong汽qi車che的de性xing能neng，同tong時shi確que保bao電dian池chi組zu的de安an全quan性xing。

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