电动汽车上的电池组BMS（电池管理系统）

由于汽车、公共汽车、货运卡车和电动滑板车的大量涌现，电动汽车(e-mobility)的发展越来越多。这也推动了电动汽车电池和动力系统制造技术的快速发展，并提供了创新的解决方案。 这些都提高了效率并降低了运营成本。逐步过渡到车辆的 48V 电源总线和引入高压电池需要采用适当的热管理技术。对最关键部件(如电池和充电系统)的温度进行持续监测和控制可提高车辆的可靠性、增加续航里程、提高驾驶舒适性并减少充电时间。

电动汽车的热管理比传统的内燃机汽车更复杂。电动机必须不断冷却，而电池必须根据环境条件进行冷却或加热。此外，与传统车辆中发生的情况不同，没有立即可用的废热来加热乘客舱。因此，有必要提供适当的节能措施，例如热泵。冷却回路是保持电机和电池处于适当温度所必需的，可灵活用于车内热量分布。

当冷却回路吸收热量时，其温度会升高，因此需要有一个热交换器，液体或气体制冷剂在该热交换器中循环。制冷剂必须具有高热容量，以便在占用的相同空间内吸收尽可能多的热量。通过制冷剂蒸发过程(从液态到气态的转变)，可以将电池冷却到比环境温度更低的温度。冷凝过程中产生的热量(从气态转变为液态)可用于在寒冷时期加热乘客舱。高效的热管理解决方案可实现更大的自主性，满足电动汽车当前和未来的需求。

监控 EV 电池单元

安装在电动汽车上的电池组由多个串联和并联的电池模块组成。电池模块管理所需的电子电路称为 BMS(电池管理系统)。BMS 包括一个或多个电源转换级和一个基于微控制器的嵌入式系统，用于处理与电源子系统相关的所有方面。在电动汽车电池充电或放电过程中，必须监控属于电池组的每个电池的状态。

电动汽车电池在小体积中组装了大量的能量。如果不加以管理，过压或欠压情况会导致热失控，从而损坏电池。为此，引入了一种称为 BMIC(电池监控集成电路)的特殊电路，用于监控每个电池的电压和温度。该信息被发送到电池管理控制器 (CMC)，并根据系统的复杂性发送到更高级别的电池管理控制器 (BMC)。

BMC 汇总了有关 CMC 监控的电池电压的信息，用于计算电池当前的充电状态 (SOC)。SOC 是评估电池剩余自主性的基本参数，从而确定何时请求新充电。另一个参数是健康状态 (SOH)，它提供了可以从中得出剩余电池寿命的重要信息。特别具有欺骗性的是热失控，它是由不同类型的故障触发的，包括过快的充电或放电过程。为了避免这些现象的发生，BMS、CMC和BMC之间的通信必须以尽可能少的延迟进行。

商业解决方案

存在用于监控电动汽车电池性能的解决方案，这些解决方案可从 STMicroelectronics、Analog Devices 和 NXP 等企业组织购买。

STMicroelectronics提供广泛的 EV 电池监控解决方案组合，在 48V 和高压电池组中提供高精度测量。典型 BMS 架构，其中使用多个电池管理 IC 来检测每个电池组电池的电压、电流和温度。适用于 EV 电池管理的符合 AEC-Q100 标准的 IC 的一个示例是L9963，这是一款用于高可靠性汽车应用和储能系统的锂离子电池监控和保护芯片。最多可监控 14 个堆叠电池，以满足 48 V 及更高电压系统的要求。信息可以通过SPI通信或隔离接口传输。多个L9963可以菊花链方式连接，通过变压器隔离接口与一个主机处理器通信，具有高速、低EMI、远距离、可靠的数据传输等特点。

ADI公司提供广泛的电池管理系统设备组合，提供支持几乎所有 EV 电池系统架构的灵活性。例如， LTC6810 可测量多达 6 个串联电池，总测量误差小于 1.8mV。0V 至 5V 的电池测量范围使LTC6810适用于大多数电池架构。多个设备可以串联连接，允许同时监控长的高压电池组。每个LTC6810都有一个 isoSPI 接口，用于高速、RF 免疫、长距离通信。

恩智浦为多种汽车应用提供稳健、安全和可扩展的 BMS IC。一个示例是MC33771，这是一款锂离子电池控制器 IC，专为 HEV、EV、电动自行车和电动滑板车等汽车应用而设计。该器件具有差分电池电压和电流的 ADC 转换以及库仑计数和温度测量功能。它还支持与 MCU 进行标准 SPI 和变压器隔离菊花链通信以进行处理和控制。