【導讀】隨著電動汽車 (EV) 日(ri)益(yi)流(liu)行(xing)，如(ru)何(he)在(zai)反(fan)映(ying)真(zhen)實(shi)續(xu)航(hang)裏(li)程(cheng)的(de)同(tong)時(shi)讓(rang)汽(qi)車(che)更(geng)加(jia)經(jing)濟(ji)實(shi)惠(hui)，成(cheng)為(wei)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)麵(mian)臨(lin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)之(zhi)一(yi)。首(shou)先(xian)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)需(xu)要(yao)降(jiang)低(di)電(dian)池(chi)包(bao)成(cheng)本(ben)並(bing)提(ti)高(gao)其(qi)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)。電(dian)芯(xin)中(zhong)存(cun)儲(chu)和(he)消(xiao)耗(hao)的(de)每(mei)瓦(wa)時(shi)能(neng)量(liang)都(dou)對(dui)延(yan)長(chang)續(xu)航(hang)裏(li)程(cheng)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。

電池管理係統 (BMS) 的主要功能是監測電芯電壓、電池包電壓和電池包電流。此外，鑒於 BMS 的高電壓設計
，需要測量高壓域和低壓域之間的絕緣電阻
，從而捕捉電池結構中的缺陷並防止危險狀況發生。 

圖 1：傳統的 BMS 架構 (a)；具有智能電池接線盒 (BJB) 的 BMS 架構 (b)

圖 1 展示了典型的 BMS 架構，其中包括電池管理單元 (BMU)、電芯監控單元 (CMU) 和電池接線盒 (BJB)。BMU 通常包含一個微控製器 (MCU)，用來管理電池包中的所有功能。傳統電池接線盒是具有電源接觸器的繼電器盒或開關盒，用於將整個電池包與負載逆變器、電機或電池充電器連接。

圖 1a 顯示的是傳統 BMS。接線盒內部沒有有源電子產品，電池接線盒中所有的測量都在電池管理單元BMU進行。電池接線盒通過線纜連接到模數轉換器 (ADC) 端子。

圖 1b 顯示的是智能電池接線盒。接線盒內部具有專用的電池包監測器，可以測量所有電壓和電流，並通過簡單的雙絞線通信將信息傳遞給 MCU。這有助於消除布線和線束

，並以更低的噪聲改進電壓和電流測量。

電壓
、溫度和電流測量

圖 2 展示了啟用BQ79731-Q1的電池包監測器在電池接線盒內所測量的不同高電壓、電流和溫度。

圖 2：電池接線盒內部的高電壓測量

●   電壓：高電壓測量使用分壓電阻器串來實現。此類電壓測量可監測係統中高電壓元件的運行狀態。

●   溫度：溫度測量監測分流電阻器的溫度
，以便 MCU 可以應用補償，此外，接觸器的溫度也在監測下
，以確保其承受的負荷不超出正常運行條件。

●   電流：電流測量基於下列兩種器件之一：

    ○ 分流電阻器 - 由於電動汽車中的電流可以高達數千安


，因此分流電阻值要非常小
，為 25µOhms 至 50µOhms；

    ○ 霍爾效應傳感器 - 用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)高(gao)電(dian)壓(ya)回(hui)路(lu)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)

，這(zhe)種(zhong)測(ce)量(liang)方(fang)式(shi)是(shi)隔(ge)離(li)的(de)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，其(qi)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)有(you)限(xian)，因(yin)此(ci)，係(xi)統(tong)中(zhong)可(ke)能(neng)會(hui)使(shi)用(yong)多(duo)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)測(ce)量(liang)整(zheng)個(ge)範(fan)圍(wei)。

過流故障檢測和保護

為了防止在短路

、高壓端子裸露或設備故障的情況下對電池包造成重大損壞
，必須在 BMS 中(zhong)檢(jian)測(ce)並(bing)預(yu)防(fang)過(guo)流(liu)事(shi)件(jian)。集(ji)成(cheng)在(zai)電(dian)池(chi)接(jie)線(xian)盒(he)單(dan)元(yuan)中(zhong)的(de)過(guo)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)將(jiang)使(shi)用(yong)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)器(qi)或(huo)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)電(dian)池(chi)包(bao)監(jian)測(ce)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)，然(ran)後(hou)對(dui)該(gai)測(ce)量(liang)值(zhi)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)
，並(bing)將(jiang)其(qi)與(yu)電(dian)池(chi)包(bao)監(jian)測(ce)器(qi)內(nei)的(de)閾(yu)值(zhi)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)。它(ta)們(men)都(dou)能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)專(zhuan)用(yong)輸(shu)出(chu)發(fa)出(chu)過(guo)流(liu)事(shi)件(jian)信(xin)號(hao)，用(yong)於(yu)啟(qi)用(yong)保(bao)險(xian)絲(si)驅(qu)動(dong)器(qi)來(lai)熔(rong)斷(duan)高(gao)壓(ya)分(fen)離(li)器(qi)（爆炸熔絲）。由於對信號的反應時間需要盡可能快，因此我們在電池包監測器件中部署了專用信號處理路徑提升反應速度。

電壓和電流同步

電壓和電流同步是指電池包監測器和電芯監測器進行電流和電壓采樣存在的延時時間。這些測量主要用於通過電化學阻抗跟蹤分析 (EIS) 來計算荷電狀態和健康狀態。通過測量電芯的電壓、電流和功率來計算電芯阻抗
，BMS 就可以監測汽車的瞬時功率。

電芯電壓、dianchibaodianyahedianchibaodianliubixushixianshijiantongbu，yibiantigonggengzhunquedegonglvhezukanggusuan。jinxingcaiyangdetedingshijianjiangechengweitongbujiange，tongbujiangeyuexiao，gonglvgusuanhuozukanggusuanyuezhunque。hedianzhuangtaigusuanyuezhunque，namejiashiyuanyujideshengyuxuhanglichengjiuyuejingque。

同步要求

新一代 BMS 需要將同步電壓和電流測量延遲控製在 1ms 內，但要滿足這項要求會麵臨如下挑戰：

TI 的電池監測器可以通過向電芯監測器和電池包監測器發出 ADC 啟動命令來保持時間關係。這些電池監測器還支持延遲 ADC 采樣
，以此補償通過菊花鏈接口傳輸 ADC 啟動命令引發的傳播延遲。

遠程器件通信支持

zhinengdianchijiexianhedelingyigeyoushishiketongguoshiyongduogongnengjuhualianjiekoujianhuashujutongxin，bujinshiyongyudianchibaohedianchidianxinjianceqijian，haishiyongyuyuanchengqijian（如 EEPROM 存儲器或放置在車輛不同物理位置模塊中的各類傳感器）。在這種情況下，電池包和監測器件還充當接口轉換器

，提供通過菊花鏈接口傳輸的 I2C 或 SPI 數據，從而減少了布線和線束，進而降低了電動汽車的整體重量。

汽車行業的大規模電氣化發展促使需要通過在接線盒中添加電子產品來降低 BMS 複(fu)雜(za)性(xing)，並(bing)且(qie)要(yao)提(ti)升(sheng)係(xi)統(tong)安(an)全(quan)性(xing)。電(dian)池(chi)包(bao)監(jian)測(ce)器(qi)可(ke)以(yi)在(zai)本(ben)地(di)測(ce)量(liang)繼(ji)電(dian)器(qi)之(zhi)前(qian)和(he)之(zhi)後(hou)的(de)電(dian)壓(ya)

，以(yi)及(ji)整(zheng)個(ge)電(dian)池(chi)包(bao)的(de)電(dian)流(liu)。提(ti)升(sheng)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)的(de)精(jing)度(du)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)促(cu)進(jin)對(dui)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)。TI 的 BQ79631-Q1 和 BQ79731-Q1 qijiankeyijiangxitongdesuoyoubiyaogongnengjichengdaodangeqijianzhong，yiciyouhuazhinengdianchijiexianhedexingneng，bingjiangdiqiweilaichengben。tongguoyouxiaodedianyahedianliutongbu，keyiduijiankangzhuangkuangzhuangtai、荷電狀態和 EIS 進行精確計算
，進而充分利用電池。

此外，TI 的 BQ79616-Q1 和 BQ79718-Q1 電池電芯監測器係列可實現精確的電芯電壓和溫度測量，以此作為 CSU 部署的一部分
，助力創建完善的 BMS 生態係統。

作者：Issac Hsu，德州儀器（TI）電池管理係統產品市場經理

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