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如何利用新一代BMS增加电动车行驶里程?

2023-01-29
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每次到了冬天,相信不少电动车主都在担心一个相同的问题——续航里程缩水严重并且显示也不够准确,“显示还有50公里,我还能不能开走了?”这是不少电动车主心理犯的嘀咕。


“续航里程不准是一个系统级的问题。”德州仪器(TI)中国区模拟集成电路现场应用技术经理周敏捷说道,“一方面是电池本身特性和温度息息相关,另外则是BMS系统的问题。电池管理很多数学模型建立时,一是本身监测的电流电压有误差,二是缺少了一些详细的温度参数。”


TI最新推出的BQ79718-Q1 电芯监测器和 BQ79731-Q1 电池包监测器,正是为了解决车辆的真实续航里程、延长电池包的整体寿命并提高其安全性而开发的新方案,BQ79731-Q1和BQ79718-Q1在测量电池电压、电流和温度方面提供了出色的准确度和精度,从而提高BMS系统的准确度。


TI电池管理系统事业部总经理王世斌举例道,对于镍钴锰锂电池的方案,基于10mV的BMS测量误差,可能导致9.7公里的里程误差,而当精度提升至1mV时,里程误差只有0.8公里。而对于磷酸铁锂电池来说,由于磷酸铁锂放电曲线较小,因此10mV对应125.5公里误差,而1mV仅对应24.1公里误差。提高BMS的精确度的优势显而易见。


BMS系统构成及接线盒的演进


要介绍BMS的作用,我们先看下BMS的演进过程。电池管理系统 (BMS) 的主要功能是监测电芯电压、电池包电压和电池包电流。此外,鉴于 BMS 的高电压设计,需要测量高压域和低压域之间的绝缘电阻,从而捕捉电池结构中的缺陷并防止危险状况发生。BMS就好像整个电池管理系统的管家一样,家里好不好,全凭管家照顾得怎么样。

整个BMS架构根据位置,划分成了三大块,包括电池管理单元 (BMU)、电芯监控单元 (CMU) 和电池接线盒 (BJB)。其中BMU 通常包含一个微控制器 (MCU),用来管理电池包中的所有功能。CMU是测试每个电芯的数据。电池接线盒则是连接CMU和BMU的中介。传统电池接线盒是具有电源接触器的继电器箱或开关箱,用于将整个电池包与负载逆变器、电机或电池充电器连接,主要起到了保护作用。


与之对应的是如今的智能电池接线盒的发展。接线盒内部具有专用的电池包监测器,可以测量电流,并通过简单的双绞线通信将信息传递给 MCU。这有助于消除布线和线束,并以更低的噪声改进电压和电流测量。


计算电池容量主要采用的是阻抗跟踪算法,这就需要准确的电压和电流值,其中CMU负责测量电压,而在接线盒中测量电流。周敏捷表示,由于电池包和接线盒本身是两个独立的子系统,彼此通信会有延迟,这将会影响阻抗跟踪测试的实时性,从而影响算法的准确度,这会引起BMS的错误。


TI的智能接线盒架构中间设有专门的电池包监测器,可以将电芯监测数据的初步汇总并传递至BMU中,并减少相应的延迟,电压电流同步时间延迟降低至128微秒。提高通信效率,降低成本和车身重量是智能接线盒的三大作用。


周敏捷特别强调了菊花链通信,这是TI实现BMS高可靠、低成本、轻重量的一个主要途径。TI的CMU内部之间,以及与BMU、BJT之间都采用双绞线的菊花链通信方式,传输 I2C 或 SPI 数据,从而减少了布线和线束,进而降低了电动汽车的整体重量,并提升了续航里程。


TI新品要点解析


BMS测得越准,就可以针对电池进行最准确的管理,从而提高续航显示的精确度,实现更好的用户体验。


BQ79718-Q1电芯监测器和BQ79731-Q1 电池包监测器最大的优势就是检测精度高,其中BQ79718-Q1检测精度可以低至1mV,BQ79731-Q1电池包监测器,电池包电流测量的精度可达 0.05%。这意味着其适合包括磷酸铁锂等对精度要求更高的电池单元中。


另外,BQ79718-Q1支持18节电池单元,通过一次支持更多的单元数,减少使用量及成本。值得注意的是,这两款产品均满足车规级功能安全要求,设有冗余通道同时检测电芯数据,以确保更可靠的测量。


总结


如今电动汽车取代燃油车已经成为了不争的事实。而为了加速这一过程,除了车厂之外,也需要半导体公司不断提高底层技术,以改善用户的驾驶体验。


在电池包监测系统中,TI提供了全方位的系统解决方案,从电芯监测芯片到电池包监测芯片,以及包括预充驱动器、固态继电器、隔离式电源、无线控制器等产品,从而更全面地满足客户BMS开发要求。通过提供更加精确,更加可靠,更加具有性价比的产品,帮助电动汽车更准确的显示实际电量和里程,并节省量产成本,从而使消费者可以更安心的驾驶心仪的汽车出行。

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