【導讀】在電動化趨勢帶動下，汽車正發生著翻天覆地的變化，核心三大件由燃油車的發動機、底盤和變速箱變成了電動汽車的“三電係統”——電驅、電池
、電控。根據車企公布的成本數據，電池係統是電動汽車中成本占比最高的部件，接近總成本的40%。

一方麵，電動汽車的電池係統“壞不起”。在(zai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)維(wei)修(xiu)項(xiang)目(mu)中(zhong)，一(yi)旦(dan)和(he)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)掛(gua)鉤(gou)
，維(wei)修(xiu)成(cheng)本(ben)將(jiang)驟(zhou)增(zeng)。算(suan)上(shang)維(wei)修(xiu)係(xi)統(tong)的(de)零(ling)部(bu)件(jian)溢(yi)價(jia)，一(yi)旦(dan)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)出(chu)問(wen)題(ti)
，往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)花(hua)費(fei)整(zheng)車(che)價(jia)近(jin)六(liu)成(cheng)的(de)成(cheng)本(ben)進(jin)行(xing)維(wei)修(xiu)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，偶(ou)發(fa)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)自(zi)燃(ran)事(shi)故(gu)證(zheng)明(ming)

，電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)爆(bao)燃(ran)具(ju)備(bei)更(geng)大(da)的(de)破(po)壞(huai)力(li)，且(qie)留(liu)給(gei)駕(jia)乘(cheng)人(ren)員(yuan)的(de)逃(tao)生(sheng)時(shi)間(jian)更(geng)短(duan)。因(yin)此(ci)，保(bao)障(zhang)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)穩(wen)定(ding)，是(shi)整(zheng)個(ge)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)產(chan)業(ye)的(de)共(gong)同(tong)目(mu)標(biao)。

實(shi)際(ji)上(shang)，從(cong)手(shou)機(ji)和(he)電(dian)動(dong)自(zi)行(xing)車(che)發(fa)生(sheng)爆(bao)燃(ran)事(shi)故(gu)開(kai)始(shi)，公(gong)眾(zhong)和(he)產(chan)業(ye)界(jie)就(jiu)開(kai)始(shi)重(zhong)視(shi)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)安(an)全(quan)問(wen)題(ti)，隻(zhi)是(shi)在(zai)汽(qi)車(che)領(ling)域(yu)，安(an)全(quan)的(de)概(gai)念(nian)得(de)到(dao)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)加(jia)強(qiang)。這(zhe)篇(pian)文(wen)章(zhang)，我(wo)們(men)就(jiu)來(lai)具(ju)體(ti)解(jie)讀(du)一(yi)下(xia)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)安(an)全(quan)防(fang)護(hu)
，並(bing)為(wei)大(da)家(jia)推(tui)薦(jian)貿(mao)澤(ze)電(dian)子(zi)分(fen)銷(xiao)的(de)能(neng)夠(gou)保(bao)障(zhang)電(dian)池(chi)安(an)全(quan)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)。

關於鋰電池安全

zhongsuozhouzhi，youyuzishenwulitexing
，lidianchijuyouxiangdangdeweixianxing。lidianchichongdianshi，jiangdiannengzhuanhuaweihuaxuenengjinxingnengliangchucun，fangdianshizejianghuaxuenengzhuanhuachengdiannengjinxingnengliangshifang。erlidianchiyidanchucunlenengliang，bukekongdenengliangshifangjiuhuiyinqibaoran。youyuzhinengshouji
、電動自動車
、電動汽車都在追求長續航
，電池係統的高能量密度已成為一種產品優勢，但這其實進一步增加了爆燃的破壞力。

當dang然ran，鋰li電dian池chi最zui終zhong的de破po壞huai力li呈cheng現xian是shi通tong過guo爆bao燃ran方fang式shi，但dan這zhe並bing不bu是shi瞬shun間jian完wan成cheng的de，而er是shi以yi熱re失shi控kong的de形xing式shi有you一yi個ge漸jian進jin的de過guo程cheng。何he種zhong情qing況kuang會hui造zao成cheng鋰li電dian池chi熱re失shi控kong呢ne？行xing業ye將jiang這zhe些xie情qing況kuang統tong稱cheng為wei濫lan用yong條tiao件jian。

通過查看中國國家標準GBT31485-2015《電動汽車用動力蓄電池安全要求及實驗方法》後發現，濫用條件包括過放
、過充、內外短路
、擠壓和跌落等。

以電動汽車動力電池係統為例
，其一般由電芯

、BMS（電池管理係統）、結構件（箱體、導線、接插件等）和熱管理係統組成。

電芯就是單節的鋰離子電池，由正極片
、負極片
、隔膜、dianjieyehejiegoujianzucheng。henduodonglidianchixitongshigu，biruziran，doushiyoudianxinneiduanluyinqide。fashengneiduanluzhihou，dianxinwenduhuikuaisushangsheng。dangwendudadaoyidingchengduhou
，dianxinneibaohufujihuoxingwuzhidegemobianhuixiaoshi，daozhifujiwanquanluolu，dianjieyezaidianjibiaomiandaliangfenjiefangre
，zheshihouxudianchineibuchanshengyixiliefangrefufanyingdediyibu。ranhoudaliangrelianghekeranqitishifang

，zuizhongzaochengxitongbaoran。

此ci外wai
，還hai有you兩liang種zhong會hui引yin起qi電dian池chi係xi統tong發fa生sheng爆bao燃ran的de濫lan用yong情qing況kuang是shi高gao溫wen和he過guo充chong，其qi中zhong高gao溫wen也ye包bao括kuo由you於yu過guo放fang和he外wai短duan路lu造zao成cheng的de係xi統tong溫wen度du快kuai速su上shang升sheng，而er這zhe些xie都dou是shiBMS係統監控的重點。BMS負責監控電池端電壓、電池間能量均衡、電池組總電壓/電流
、電池端/電池組溫度等。如上所述，當這些指標發生異變後，電池便會進入濫用條件，如果不能及時製止，便會造成爆燃事故。

電動汽車對高性能BMS有迫切的需求。與此同時，電動汽車市場的快速增長也對BMS產品有積極的帶動作用。

根據QYReaserch的分析數據，2020年全球汽車BMS市場規模達到了217億元
，預計2027年將達到885億元，年複合增長率（CAGR）為26.19%。

BMS被很多業者稱之為“電池保姆”或者“電池管家”
，其(qi)主(zhu)要(yao)作(zuo)用(yong)是(shi)智(zhi)能(neng)化(hua)動(dong)態(tai)管(guan)理(li)，以(yi)及(ji)維(wei)護(hu)各(ge)個(ge)電(dian)池(chi)單(dan)元(yuan)，防(fang)止(zhi)電(dian)池(chi)出(chu)現(xian)過(guo)充(chong)和(he)過(guo)放(fang)
，延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，監(jian)控(kong)電(dian)池(chi)的(de)狀(zhuang)態(tai)。在(zai)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)方(fang)麵(mian)，BMS能夠準確獲取動力電池組的荷電狀態（State of Charge，即SOC）

，保證SOC維持在合理的範圍內，防止由於過充電或過放電對電池造成損傷。當發現電池組中某些電池的電壓或者容量過高/過低時，BMS具(ju)備(bei)在(zai)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)間(jian)進(jin)行(xing)均(jun)衡(heng)的(de)能(neng)力(li)
，這(zhe)是(shi)防(fang)止(zhi)電(dian)芯(xin)進(jin)入(ru)濫(lan)用(yong)情(qing)況(kuang)的(de)關(guan)鍵(jian)一(yi)環(huan)，既(ji)延(yan)長(chang)了(le)係(xi)統(tong)壽(shou)命(ming)，又(you)杜(du)絕(jue)了(le)安(an)全(quan)風(feng)險(xian)，同(tong)時(shi)為(wei)快(kuai)充(chong)提(ti)供(gong)了(le)安(an)全(quan)穩(wen)定(ding)的(de)運(yun)行(xing)條(tiao)件(jian)。

總結而言，在電動自行車、電動汽車應用中，BMS係統主要實現以下功能：

●    準確獲取動力電池組SOC，並通過係統算法將SOC維持在合理區間；

●    對電池組和電芯進行均衡管理，包括熱管理、充放電管理等；

●    為電池組提供多種保護功能，包括過充保護、過放保護
、短路保護等
；

●    借助通信總線和整車係統做信息交互。

除了在BMS和電池材料等關鍵技術領域做創新外，為了促進鋰電池的安全使用，政策端也在加緊頒布相關條例，力圖對產業起到正確的引導作用。

LTC3300

適用於電動汽車的多節電池平衡器

在上麵的分析中，我們以汽車動力電池係統為例
，解讀了哪些濫用情況會導致動力電池組的爆燃風險

，並提到了BMS係統在動力電池係統安全層麵起的重要作用。接下來，我們要介紹的第一款產品便是能夠應用於電動汽車BMS係統的LTC3300多節電池平衡器。該產品由製造商ADI供應，貿澤電子上該產品的供應商產品編號為LTC3300HLXE-2#WPBF。

LTC3300雙向多節電池平衡器是一款故障保護控製器IC，適用於對多節電池的電池組進行基於變壓器的雙向主動電荷平衡。通過圖1可以看到，LTC3300具備豐富的管腳功能，在器件內部集成了各種相關的柵極驅動電路
、高精度電池傳感、故障檢測電路和一個帶內置看門狗定時器的堅固型串行接口。

圖1：LTC3300引腳配置（圖源：ADI）

圖2是LTC3300的典型應用框圖，該器件可利用一個高達36V的輸入共模電壓對多達6jiechuanlianlianjiededianchijinxingdianhepingheng
，jiejueledanxiangpinghengzaidianchizuzhongdianchidianyahendishidedixiaowenti，congershixianchangchuanchuanjiedianchizhongmeijiedianchidedianhepingheng。jinkenengsuoduanpinghengshijianbingjiangdigonghao。tongguowaibushezhi，pinghengdianliukeda10A。

圖2：LTC3300典型應用框圖（圖源：ADI）

同時，LTC3300具備行業領先的可擴展性，借助其電平轉換SPI兼容型串行接口，能在不采用光耦或隔離器的情況下完成多個LTC3300-1器件的串聯連接，可堆疊支持1000V以上的係統。並且串聯連接的LTC3300-1可以同時工作，因此能夠對電池組中的所有電池同時獨立地進行電荷平衡。此外，LTC3300還能夠與LTC680x係列多單元電池堆棧監控器無縫集成。

如圖3所示


，LTC3300具備高達92%的平衡器效率。

圖3：LTC3300的實測效率（圖源：ADI）

全麵出色的保護性能是LTC3300器件的一大亮點，能夠提供各種故障保護特性
，包括回讀能力
、循環冗餘校驗（CRC）錯誤檢測
、最大導通時間伏特-秒鉗位和過壓關斷。

當應用於串接式鋰離子電池的BMS係統時，LTC3300-1組成的電池組平衡器是係統中的關鍵部件


，能夠和監視器
、充電器
、微處理器或微控製器協同工作。圖4是LTC3300-1應用於BMS係統的原理圖，電池組平衡器在係統中的作用是，針對某一個給定的失衡電池與相鄰的較大的電池組（其包含失衡電池）進行電荷轉移，以達到單電池和整個電池組的電壓或容量平衡。

圖4：LTC3300-1應用於BMS的原理圖（圖源：ADI）

在BMS係統中

，LTC3300和LTC680x係列多單元電池堆棧監控器的無縫集成提供了高精度的電壓監視保護。高達92%的平衡效率讓LTC3300和具備相同平衡器功耗
、效率僅為80%的方案相比，平衡電流可提升一倍多。

zhezhonggaoxiaodepinghengfangshi，yanchangledonglidianchizudeshiyongshouming，youzhuyushixiangengkuaidechongdiansudu。congxitonganquanlaikan
，genggaoxiaodedianchipinghengkeyibimianqingkuangehua。chuxiandianxindianyahuonengliangbupinghengshi，ruguobunengkuaisujiejue
，jiurongyijinyibuehuaweiguochonghuozheguofang，zhezhengshiwomenshangshutidaodelanyongqingkuang。

在潛在應用場景上
，LTC3300除了適用於電動汽車或者插電式混合動力汽車（HEV）的BMS係統外
，也可應用於通用型多節電池的電池組監測、大功率UPS/電網能量存儲係統等市場。

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ISL94216x

可精確監控的電池前端IC

上述內容中，我們多次提到了BMS在電動汽車中的重要作用，並介紹了一款可用於電動汽車BMS電池平衡的元器件。實際上
，BMS係(xi)統(tong)在(zai)電(dian)動(dong)自(zi)行(xing)車(che)領(ling)域(yu)也(ye)極(ji)為(wei)重(zhong)要(yao)。頻(pin)發(fa)的(de)事(shi)故(gu)讓(rang)電(dian)動(dong)自(zi)行(xing)車(che)已(yi)經(jing)被(bei)禁(jin)止(zhi)進(jin)入(ru)居(ju)民(min)樓(lou)內(nei)，但(dan)是(shi)要(yao)杜(du)絕(jue)此(ci)類(lei)事(shi)故(gu)，還(hai)是(shi)要(yao)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)提(ti)高(gao)各(ge)類(lei)型(xing)輕(qing)型(xing)電(dian)動(dong)車(che)的(de)電(dian)池(chi)安(an)全(quan)。

接下來這款器件便可用於輕型電動車的BMS係統
，它就是ISL94216x電池前端IC，來自製造商Renesas Electronics。工程師朋友通過在貿澤電子上搜索製造商器件編號ISL94216IRZ，就可以精準地找到它。

圖5：ISL94216x電池前端IC（圖源：Renesas Electronics）

圖6是ISL94216x電池前端IC的係統框圖，展現了該器件的集成特性。該器件支持I²C
、SPI和單線協議棧，可在電池管理解決方案中連接MCU。

圖6：ISL94216x電池前端IC係統框圖（圖源：Renesas Electronics）

ISL94216x電池前端IC具備多項電池監測功能，能夠定期掃描電池狀態和工作環境，以優化電池壽命並防止災難性故障。該器件搭載的差分多路複用器和16位ADC可精確監控電池組整體狀態下的電池電壓
、溫度和負載電流。同時
，器件裏的充電/負載喚醒檢測電路能夠動態獲取電池組的工作情況。

BMS係統的核心功能是監測和平衡。在電池平衡方麵，ISL94216x電池前端IC具有內部電池平衡電路，可提供每節8mA平衡電流。因此，當應用於輕型電動車BMS係統時，該器件能夠提供多種操作模式和監測/保護功能。

在此額外強調一下ISL94216x電池前端IC的開路檢測功能，電路框圖如圖7所示，其中VC0-VC16檢查連接器和電池之間的導線（藍色）
，VSS和VBAT1 OW檢查紅色的連接，以此來判斷BMS和電池單元的連接是否斷開。

圖7：ISL94216x電池前端IC開路檢測功能（圖源：Renesas Electronics）

開路檢測是BMS自診斷中一項很重要的功能，一旦連接器和電池組斷開連接


，BMS將不能繼續提供係統監測和調節功能，如果此時其他電路繼續工作，不僅會損害電池組，甚至會造成事故。

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將危險扼殺在萌芽期

從(cong)當(dang)前(qian)產(chan)業(ye)的(de)技(ji)術(shu)現(xian)狀(zhuang)來(lai)看(kan)，鋰(li)電(dian)池(chi)自(zi)身(shen)的(de)風(feng)險(xian)性(xing)在(zai)未(wei)來(lai)很(hen)長(chang)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)內(nei)還(hai)將(jiang)繼(ji)續(xu)存(cun)在(zai)，但(dan)產(chan)業(ye)界(jie)對(dui)此(ci)並(bing)非(fei)束(shu)手(shou)無(wu)策(ce)。從(cong)係(xi)統(tong)監(jian)測(ce)到(dao)電(dian)池(chi)平(ping)衡(heng)
，各(ge)大(da)廠(chang)商(shang)提(ti)供(gong)的(de)電(dian)池(chi)保(bao)護(hu)元(yuan)器(qi)件(jian)能(neng)夠(gou)將(jiang)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)危(wei)險(xian)扼(e)殺(sha)在(zai)萌(meng)芽(ya)期(qi)。

BMS係統的重要性已經得到了全行業的認可。麵向未來，BMS需要更好的狀態估算技術、電池診斷技術
、主動均衡技術，雲化BMS也會成為必然的趨勢
；在產品形態上，分布式管理讓BMS的功能更加清晰、分離
，並借助集成技術融入到不同的域控製器中；再有

，BMS將追求更先進的功能安全，做到電池全生命周期的安全管理；此外
，低成本技術是未來BMS主要的實現方式。

當然，電子元器件是實現這一切的基石。而這些帶有出色保護性能的元器件
，工程師朋友在貿澤電子的“電池管理”欄目下都能夠輕鬆獲取到，並且有豐富的開發工具與元器件相關聯，幫助工程師朋友把好鋰電池應用的“安全關”。

本文轉載自： 貿澤電子微信公眾號

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