电动汽车销量创新高，TI推出精度更高的BMS芯片助力延长续航里程

来源:电子发烧友网发布时间:2023-01-20986浏览

电子发烧友网报道（文/程文智）随着新能源汽车近几年渗透率的快速提升，最近国内各大新能源车企也规划了2023年的销量目标，从他们公开的销量目标中可以看到他们的雄心，最少都会比去年提升50%，比如广汽埃安计划2023年对比2022年的27万销量同比增长85%至50万~60万辆；比亚迪则计划2023年销售同比增长87%~140%至350万~400万辆，而其2022年的销量是186.85万辆；极氪计划同比增长100%至14万辆；理想汽车计划同比增长126%至30万辆；奇瑞新能源计划同比增长50%至45万辆；深蓝计划销售40万辆，而其2022年的销量仅为3.3万辆。

新能源汽车的快速发展，也带动了电池管理系统（BMS）的进步，因为BMS可以保护电池，且能通过智能充电与放电算法延长电池寿命、预测剩余电池的续航能力，还能在工作状态下维护电池。特别是新能源汽车普遍采用的锂离子电芯更是带来了严峻的挑战，因为其需要精密的电子控制系统。此外，还存在因火灾和爆炸而造成伤害的重大风险。因此，BMS需要先进的半导体技术支持，以符合所有性能、安全与成本指标。

BMS工作原理和业界趋势

典型的BMS架构具有模块化结构，通常由三个主要子系统组成：电芯监测单元（CSU）、电池接线盒（BJB），及电池管理单元（BMU）。

其中电芯监测单元中包含了非常多数量的电芯，比如400V系统超过了100个电芯，800V系统很可能超过了200个电芯。在这样的电芯系统中，需要能够高精度监测每一个电芯电压的产品。该单元通过监测每个电芯的电压和温度，收集所有电芯的参数信息。

图：典型的BMS架构框图（来源：TI）

框图中的右边是电池接线盒单元，在传统的电池接线盒中通常有很多引线、接线、接口连接到BMU单元。想要通过BMU单元对电池的电压，包括电池盒内部的电压、电流和温度等参数进行测量，就会需要很多的线束。但智能接线盒的方案，则可以把电池包的高精度电流监测系统、诊断系统以及通信模块的功能都集成到专门用于智能电池盒的芯片产品中，免去了繁杂的线束。

在接线盒和CSU之间，传统架构会有很多连线传输电池采集的信息，这使得连线非常多。TI BMS 总经理王世斌表示，TI的整套方案可以支持只有两根线的菊花链通信，通过菊花链通信就可以非常方便地把电芯里面的各种信息通过两根线传输到电池管理单元，所以，整个通信系统可以降低很多线束的数量，同时，TI支持通过无线通信的方式来实现电池监测的信息传输，有利于进一步降低线束数量，给予终端用户更多选择。

高精度电芯监测器和电池包监测器助力延长电池续航

据王世斌介绍，随着电动汽车越来越受欢迎，先进的BMS有助于克服阻止电动汽车广泛普及的关键障碍，改善电动汽车的驾乘体验。因为电池电压的测量准确度和精度对消费者的驾驶体验至关重要。即使细微的温度变化也能对电动汽车的续航里程产生重大影响；特别是寒冷的天气，对电池电压范围影响的幅度可高达 40%。这些变化会为电池电压和预期的电动汽车续航里程造成相当大的不确定性。

为此，TI近期推出了两款BMS系列中的全新产品：BQ79718-Q1 电芯监测器和 BQ79731-Q1 电池包监测器。据王世斌介绍，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，可有效确定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。

他特别指出，此次的更新迭代主要在三个方面。首先，就是在电池电芯监测上精度更高，BQ79718-Q1的异常检测精度可以高达1mV的数量级，并具备300mA电流能力的被动式电池平衡功能，且支持与BQ79731-Q1电池包监测器进行电压和电流同步测量，以提供更精确的健康状态和电池电量信息计算。这意味着这种产品可以适用于不同化学成份的电池，包括主流的镍锰钴（NMC）和磷酸铁锂（LFP）等化学成份锂离子电池，这使得电动汽车在里程计算方面可以达到更高的精度。因为TI知道磷酸铁锂的曲线相对平缓，对于精度要求更高，新品正好可以满足这方面的要求。

第二点，则在功能安全方面。此次新品完全支持ASIL-D的要求，如冗余设计，错误状态报错等能力都能满足客户在汽车功能安全相关的要求。

最后一点，整个方案中电芯监测产品与电池包监测产品够实现高精度同步，在设计中准确监测数据，对电池状态的评估也更加准确，对于汽车剩余里程的计算都有非常大的帮助。

BQ79718-Q1电芯监测器主要是用于测量电压，在接线盒里的BQ79731-Q1电池包监测器主要是用于测量电流。在电压和电流的测量间，有一个非常好的同步功能，它们同步的时延非常小，只有128微秒的时间，使得TI的产品能够非常准确地计算电动车当前的参数，这些准确的参数使得整个系统可以更好地评估汽车后续能够行驶的里程数量。

王世斌举例说，以一个比较典型的车辆的状态来看。假设一辆车剩余里程300公里，目前主流的电池方案是镍钴锰锂电池，现在很多的应用逐渐转向磷酸铁锂电池技术，以这两个技术为例来看一下新产品是如何提高续航里程计算精度的。

图：电池化学放电曲线（红色为镍锰钴锂电池；蓝色为磷酸铁锂电池）

对于镍钴锰锂电池的方案，它的放电曲线相对比较陡一些，这种情况下，如果基于10mV精度的计算，可能会导致9.7公里左右的里程误差，当我们把OCV计算精度提升到1mV数量级时，换算到里程精度计算上，就可以达到仅仅只有0.8公里的里程误差，这意味着通过我们技术的提升，假设把精度从10mV提升到1mV以后，在这种情况下，对剩余里程计算精度就可以提高8.9公里。

对于磷酸铁锂电池来说，这一改进的变化就非常大了。因为磷酸铁锂整个放电曲线电压斜率比较小，所以，如果有10mV误差的情况下，整个对应的里程误差就会达到125.5公里这样一个数字，如果把电压误差值降到1mV，这时候里程误差一下子就降到只有24.1公里。把整个误差缩小了101.4公里，这意味着车辆计算剩余里程时的不确定性整整降低了101.4公里。

王世斌特别强调，磷酸铁锂电池，如果基于10mV精度，车辆很有可能误差会达到30%，这个误差确实非常大。这意味着当你开到还剩下30%的电时，就不能显示出30%。TI这一代的产品相比上一代产品，在电压监测精度上做了很大的提升。从3.5个mV的精度现在提升到1mV的精度。让误差可以变得更小，从而改善了消费者的驾乘体验。

TI也非常注重提高整个车辆安全的等级，也就是车规要求的ASIL的精度。“对所有参数的检测，我们有主要的检测通路，同时还有冗余通路，两者同时对一个参数进行检测。当主通路和冗余通路产生一个误差值，当这个差值大于一定的参数时，我们就认为这个检测是有问题的，监测器就会把这个问题作为一种异常的状态立刻汇报给处理器。如果我们发现这两个参数检测值没有差异，或者差异小于一定的范围时，我们的监测器就不会汇报。这样的机制可以确保电芯状态出现异常的时候得到及时汇报。”王世斌表示。

另外一个产品是能够实现智能接线盒的BQ79731-Q1电池包监测器。该芯片能对智能电池包进行非常高精度的电流参数的监测，并满足客户对电压、电流同步测量的需求。电池包里的产品和现有的一些电芯监测器产品可以配套使用，它们互相配合可以满足很高的电流电压同步测量的要求，以达到预期的测量效果。因为更小的同步延时可以更准确的去评估电池包的荷电状态并做到更精确的评估。