锂离子电池管理确保电动汽车的安全性和续航里程优化第2部分

由于测量和控制的复杂性，包含电池平衡以及电压和温度测量的集成多通道 IC 代表了一种具有成本效益和优化的解决方案。这种监控和平衡设备的一个例子是 STMicroelectronics 的L9963芯片，该芯片支持每个芯片多达 14 个电池和多达 7 个 NTC 温度传感器输入。

一块 L9963 芯片提供了实现 14 个单元管理单元 (CMU) 所需的功能以及模块管理单元 (MMU) 功能。电池监控和保护芯片提供了一个高精度的电池电压测量路径，它可以同步电池电压和电池堆电流读数，从而逐个电池地指示整个电池堆的充电状态。

一个或多个此类设备与合适的微控制器的组合——以实现电池组管理单元 (PMU)——提供了一个完整的电池组解决方案。

对于每个连接的电池，CMU 获取电池电压和温度，并通过电隔离接口将这些数据传送到主处理单元。CMU直接影响整个电池的KPI参数。它可以越准确地确定电池电压，就可以更好地利用可用的电池容量，并且可以更精确地得出其他更高级别的应用参数，例如充电状态。

为了实现电池之间的有效电荷平衡，可以应用被动平衡方法。可切换负载与每个电池并联放置，因此在充电阶段，各个电池的充电水平可以保持恒定或在开关导通的情况下略微降低。这平衡了整个电池组的充电水平，因为具有非导电“平衡旁路”的电池继续提高其充电水平。

在这里，L9963 电池保护芯片简化了这种被动平衡，因为它提供了集成平衡 MOSFET，只需要外部平衡负载。此外，该设备提供了多种配置选项，有助于对平衡过程进行自主和简化的控制。

然后，必须使用电隔离接口将获取的传感器数据和诊断信息传输到处理单元，以将高压电池域与常规车辆总线系统和电源正确分离。L9963 芯片支持变压器和基于电容器的耦合，以创建电隔离接口。

快速通信是关键，L9963 允许高达 2.66 Mbps 的数据速率，这意味着对于一个完整的 400 V 电池而言，更新间隔小于 4 ms。在此示例中，电池由 96 节电池串联组成，其中包含 7 个 L9963 设备，每个电池管理一组 14 节电池，所有 L9963 设备通过单个菊花链通信接口进行通信。

所有这些方面——传感器数据的采集、测量的完整性测试、采样数据的传输以及电池的永久监督——对于车辆的运行和车辆乘员来说都是安全的关键。使用根据 ISO 26262 标准开发的 L9963 等适当的电池管理设备，安全要求达到 ASIL D，设计了安全功能。

锂离子电池化学成分可提供出色的功率密度和比功率，这些特性是最大化车辆每次充电续航里程的关键。本文强调了 BMU 的重要性，以确保电池提供预期的性能，并最大限度地延长电池使用寿命，同时满足安全要求。在组件级别，这意味着信号路径必须在很宽的温度范围内提供高精度，并且还有适当的控制来管理电池。

尽管如此，电池组和 BMU 只是与 EV 相关的整个能量传输和存储系统的一部分。除了安装在车主车库中的充电设备外，随着电动汽车销量的持续增长，电动汽车服务设备 (EVSE) 也越来越多产。EVSE 与车载充电器连接，将来自电网的输入功率转换为高压直流电 (HVDC)。一些充电器直接以非常高的电流提供 HVDC，可以在 20 到 30 分钟内将车辆充电至 70% 以上。

电池电动汽车 (BEV) 和 HEV 有可能兑现减少交通运输碳足迹的承诺。通过采用适当和适当的电池充电技术，消费者发现他们可以在不影响车辆性能和便利性的情况下这样做。