電動(dòng)汽車(chē)銷量創(chuàng)新高，TI推出精度更高的BMS芯片助力延長(zhǎng)續(xù)航里程

（文/程文智）隨著新能源汽車(chē)近幾年滲透率的快速提升，最近國(guó)內(nèi)各大新能源車(chē)企也規(guī)劃了2023年的銷量目標(biāo)，從他們公開(kāi)的銷量目標(biāo)中可以看到他們的雄心，最少都會(huì)比去年提升50%，比如廣汽埃安計(jì)劃2023年對(duì)比2022年的27萬(wàn)銷量同比增長(zhǎng)85%至50萬(wàn)~60萬(wàn)輛；比亞迪則計(jì)劃2023年銷售同比增長(zhǎng)87%~140%至350萬(wàn)~400萬(wàn)輛，而其2022年的銷量是186.85萬(wàn)輛；極氪計(jì)劃同比增長(zhǎng)100%至14萬(wàn)輛；理想汽車(chē)計(jì)劃同比增長(zhǎng)126%至30萬(wàn)輛；奇瑞新能源計(jì)劃同比增長(zhǎng)50%至45萬(wàn)輛；深藍(lán)計(jì)劃銷售40萬(wàn)輛，而其2022年的銷量?jī)H為3.3萬(wàn)輛。

新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，也帶動(dòng)了電池管理系統(tǒng)（BMS）的進(jìn)步，因?yàn)锽MS可以保護(hù)電池，且能通過(guò)智能充電與放電算法延長(zhǎng)電池壽命、預(yù)測(cè)剩余電池的續(xù)航能力，還能在工作狀態(tài)下維護(hù)電池。特別是新能源汽車(chē)普遍采用的鋰離子電芯更是帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因?yàn)槠湫枰艿?a target="_blank">電子控制系統(tǒng)。此外，還存在因火災(zāi)和爆炸而造成傷害的重大風(fēng)險(xiǎn)。因此，BMS需要先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)支持，以符合所有性能、安全與成本指標(biāo)。

BMS工作原理和業(yè)界趨勢(shì)

典型的BMS架構(gòu)具有模塊化結(jié)構(gòu)，通常由三個(gè)主要子系統(tǒng)組成：電芯監(jiān)測(cè)單元（CSU）、電池接線盒（BJB），及電池管理單元（BMU）。

其中電芯監(jiān)測(cè)單元中包含了非常多數(shù)量的電芯，比如400V系統(tǒng)超過(guò)了100個(gè)電芯，800V系統(tǒng)很可能超過(guò)了200個(gè)電芯。在這樣的電芯系統(tǒng)中，需要能夠高精度監(jiān)測(cè)每一個(gè)電芯電壓的產(chǎn)品。該單元通過(guò)監(jiān)測(cè)每個(gè)電芯的電壓和溫度，收集所有電芯的參數(shù)信息。

圖：典型的BMS架構(gòu)框圖（來(lái)源：TI）

框圖中的右邊是電池接線盒單元，在傳統(tǒng)的電池接線盒中通常有很多引線、接線、接口連接到BMU單元。想要通過(guò)BMU單元對(duì)電池的電壓，包括電池盒內(nèi)部的電壓、電流和溫度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，就會(huì)需要很多的線束。但智能接線盒的方案，則可以把電池包的高精度電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)以及通信模塊的功能都集成到專門(mén)用于智能電池盒的芯片產(chǎn)品中，免去了繁雜的線束。

在接線盒和CSU之間，傳統(tǒng)架構(gòu)會(huì)有很多連線傳輸電池采集的信息，這使得連線非常多。TI BMS 總經(jīng)理王世斌表示，TI的整套方案可以支持只有兩根線的菊花鏈通信，通過(guò)菊花鏈通信就可以非常方便地把電芯里面的各種信息通過(guò)兩根線傳輸?shù)诫姵毓芾韱卧?，所以，整個(gè)通信系統(tǒng)可以降低很多線束的數(shù)量，同時(shí)，TI支持通過(guò)無(wú)線通信的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)測(cè)的信息傳輸，有利于進(jìn)一步降低線束數(shù)量，給予終端用戶更多選擇。

高精度電芯監(jiān)測(cè)器和電池包監(jiān)測(cè)器助力延長(zhǎng)電池續(xù)航

據(jù)王世斌介紹，隨著電動(dòng)汽車(chē)越來(lái)越受歡迎，先進(jìn)的BMS有助于克服阻止電動(dòng)汽車(chē)廣泛普及的關(guān)鍵障礙，改善電動(dòng)汽車(chē)的駕乘體驗(yàn)。因?yàn)殡姵仉妷旱臏y(cè)量準(zhǔn)確度和精度對(duì)消費(fèi)者的駕駛體驗(yàn)至關(guān)重要。即使細(xì)微的溫度變化也能對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程產(chǎn)生重大影響；特別是寒冷的天氣，對(duì)電池電壓范圍影響的幅度可高達(dá)40%。這些變化會(huì)為電池電壓和預(yù)期的電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程造成相當(dāng)大的不確定性。

為此，TI近期推出了兩款BMS系列中的全新產(chǎn)品：BQ79718-Q1 電芯監(jiān)測(cè)器和 BQ79731-Q1 電池包監(jiān)測(cè)器。據(jù)王世斌介紹，BQ79731-Q1和BQ79718-Q1在測(cè)量電池電壓、電流和溫度方面提供了出色的準(zhǔn)確度和精度，可有效確定車(chē)輛的真實(shí)續(xù)航里程、延長(zhǎng)電池包的整體壽命并提高其安全性。

他特別指出，此次的更新迭代主要在三個(gè)方面。首先，就是在電池電芯監(jiān)測(cè)上精度更高，BQ79718-Q1的異常檢測(cè)精度可以高達(dá)1mV的數(shù)量級(jí)，并具備300mA電流能力的被動(dòng)式電池平衡功能，且支持與BQ79731-Q1電池包監(jiān)測(cè)器進(jìn)行電壓和電流同步測(cè)量，以提供更精確的健康狀態(tài)和電池電量信息計(jì)算。這意味著這種產(chǎn)品可以適用于不同化學(xué)成份的電池，包括主流的鎳錳鈷（NMC）和磷酸鐵鋰（LFP）等化學(xué)成份鋰離子電池，這使得電動(dòng)汽車(chē)在里程計(jì)算方面可以達(dá)到更高的精度。因?yàn)門(mén)I知道磷酸鐵鋰的曲線相對(duì)平緩，對(duì)于精度要求更高，新品正好可以滿足這方面的要求。

第二點(diǎn)，則在功能安全方面。此次新品完全支持ASIL-D的要求，如冗余設(shè)計(jì)，錯(cuò)誤狀態(tài)報(bào)錯(cuò)等能力都能滿足客戶在汽車(chē)功能安全相關(guān)的要求。

最后一點(diǎn)，整個(gè)方案中電芯監(jiān)測(cè)產(chǎn)品與電池包監(jiān)測(cè)產(chǎn)品夠?qū)崿F(xiàn)高精度同步，在設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)電池狀態(tài)的評(píng)估也更加準(zhǔn)確，對(duì)于汽車(chē)剩余里程的計(jì)算都有非常大的幫助。

BQ79718-Q1電芯監(jiān)測(cè)器主要是用于測(cè)量電壓，在接線盒里的BQ79731-Q1電池包監(jiān)測(cè)器主要是用于測(cè)量電流。在電壓和電流的測(cè)量間，有一個(gè)非常好的同步功能，它們同步的時(shí)延非常小，只有128微秒的時(shí)間，使得TI的產(chǎn)品能夠非常準(zhǔn)確地計(jì)算電動(dòng)車(chē)當(dāng)前的參數(shù)，這些準(zhǔn)確的參數(shù)使得整個(gè)系統(tǒng)可以更好地評(píng)估汽車(chē)后續(xù)能夠行駛的里程數(shù)量。

王世斌舉例說(shuō)，以一個(gè)比較典型的車(chē)輛的狀態(tài)來(lái)看。假設(shè)一輛車(chē)剩余里程300公里，目前主流的電池方案是鎳鈷錳鋰電池，現(xiàn)在很多的應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰電池技術(shù)，以這兩個(gè)技術(shù)為例來(lái)看一下新產(chǎn)品是如何提高續(xù)航里程計(jì)算精度的。

圖：電池化學(xué)放電曲線（紅色為鎳錳鈷鋰電池；藍(lán)色為磷酸鐵鋰電池）

對(duì)于鎳鈷錳鋰電池的方案，它的放電曲線相對(duì)比較陡一些，這種情況下，如果基于10mV精度的計(jì)算，可能會(huì)導(dǎo)致9.7公里左右的里程誤差，當(dāng)我們把OCV計(jì)算精度提升到1mV數(shù)量級(jí)時(shí)，換算到里程精度計(jì)算上，就可以達(dá)到僅僅只有0.8公里的里程誤差，這意味著通過(guò)我們技術(shù)的提升，假設(shè)把精度從10mV提升到1mV以后，在這種情況下，對(duì)剩余里程計(jì)算精度就可以提高8.9公里。

對(duì)于磷酸鐵鋰電池來(lái)說(shuō)，這一改進(jìn)的變化就非常大了。因?yàn)榱姿徼F鋰整個(gè)放電曲線電壓斜率比較小，所以，如果有10mV誤差的情況下，整個(gè)對(duì)應(yīng)的里程誤差就會(huì)達(dá)到125.5公里這樣一個(gè)數(shù)字，如果把電壓誤差值降到1mV，這時(shí)候里程誤差一下子就降到只有24.1公里。把整個(gè)誤差縮小了101.4公里，這意味著車(chē)輛計(jì)算剩余里程時(shí)的不確定性整整降低了101.4公里。

王世斌特別強(qiáng)調(diào)，磷酸鐵鋰電池，如果基于10mV精度，車(chē)輛很有可能誤差會(huì)達(dá)到30%，這個(gè)誤差確實(shí)非常大。這意味著當(dāng)你開(kāi)到還剩下30%的電時(shí)，就不能顯示出30%。TI這一代的產(chǎn)品相比上一代產(chǎn)品，在電壓監(jiān)測(cè)精度上做了很大的提升。從3.5個(gè)mV的精度現(xiàn)在提升到1mV的精度。讓誤差可以變得更小，從而改善了消費(fèi)者的駕乘體驗(yàn)。

TI也非常注重提高整個(gè)車(chē)輛安全的等級(jí)，也就是車(chē)規(guī)要求的ASIL的精度。“對(duì)所有參數(shù)的檢測(cè)，我們有主要的檢測(cè)通路，同時(shí)還有冗余通路，兩者同時(shí)對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)主通路和冗余通路產(chǎn)生一個(gè)誤差值，當(dāng)這個(gè)差值大于一定的參數(shù)時(shí)，我們就認(rèn)為這個(gè)檢測(cè)是有問(wèn)題的，監(jiān)測(cè)器就會(huì)把這個(gè)問(wèn)題作為一種異常的狀態(tài)立刻匯報(bào)給處理器。如果我們發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)參數(shù)檢測(cè)值沒(méi)有差異，或者差異小于一定的范圍時(shí)，我們的監(jiān)測(cè)器就不會(huì)匯報(bào)。這樣的機(jī)制可以確保電芯狀態(tài)出現(xiàn)異常的時(shí)候得到及時(shí)匯報(bào)?！蓖跏辣蟊硎尽?br />
另外一個(gè)產(chǎn)品是能夠?qū)崿F(xiàn)智能接線盒的BQ79731-Q1電池包監(jiān)測(cè)器。該芯片能對(duì)智能電池包進(jìn)行非常高精度的電流參數(shù)的監(jiān)測(cè)，并滿足客戶對(duì)電壓、電流同步測(cè)量的需求。電池包里的產(chǎn)品和現(xiàn)有的一些電芯監(jiān)測(cè)器產(chǎn)品可以配套使用，它們互相配合可以滿足很高的電流電壓同步測(cè)量的要求，以達(dá)到預(yù)期的測(cè)量效果。因?yàn)楦〉耐窖訒r(shí)可以更準(zhǔn)確的去評(píng)估電池包的荷電狀態(tài)并做到更精確的評(píng)估。

結(jié)語(yǔ)

更好的BMS的技術(shù)，可以使得整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)路線獲得更好的提升，精度更高、安全性更好的BMS可以使得車(chē)輛行駛更長(zhǎng)的里程并提升電動(dòng)汽車(chē)使用的效率和未來(lái)發(fā)展的普及率。