電動汽車（e-mobility）越來越多，這要歸功于汽車、公共汽車、貨運卡車和電動滑板車的大量涌現。這也導致電動汽車電池和動力系統制造技術的快速進步，采用創新解決方案。這些都提高了效率并降低了運營成本。逐步過渡到車輛的 48V 電源總線和引入高壓電池需要采用適當的熱管理技術。對最關鍵部件（如電池和充電系統）的溫度進行持續監測和控制，提高了車輛的可靠性，增加了行駛里程，提高了駕駛舒適性并減少了充電時間。

電動汽車的熱管理比傳統的內燃機汽車更復雜。電動機必須不斷冷卻，而電池必須根據環境條件進行冷卻或加熱。此外，與傳統車輛不同的是，沒有立即可用的余熱來加熱乘客艙。因此，有必要提供適當且節能的措施，例如熱泵。冷卻回路是將電機和電池保持在合適溫度所必需的，可靈活用于在車輛內部散發熱量。

當冷卻回路吸收熱量時，其溫度會升高，這就需要有一個熱交換器，液體或氣體制冷劑在其中循環。制冷劑必須具有高熱容量，以便在占用的相同空間內吸收盡可能多的熱量。通過制冷劑蒸發過程（從液態到氣態的轉變），可以將電池冷卻到甚至低于環境溫度。冷凝（從氣態到液態的轉變）過程中產生的熱量可用于在寒冷時期加熱乘客艙。高效的熱管理解決方案可實現更大的自主性，滿足當前和未來電動汽車的需求。

電動汽車電池的監控

安裝在電動汽車上的電池組由多個串聯和并聯連接的電池模塊組成。電池模塊管理所需的電子電路稱為 BMS（電池管理系統）。BMS 包括一個或多個電源轉換級和一個基于微控制器的嵌入式系統，用于處理與電源子系統相關的所有方面。在電動汽車電池充電或放電過程中，必須監控屬于電池組的每個電池的狀態。

電動汽車電池在小體積中組裝了大量能量。如果不加以管理，過壓或欠壓情況會導致熱失控，進而損壞電池。為此，引入了一種稱為 BMIC（電池監控集成電路）的特殊電路，用于監控每個電池的電壓和溫度。該信息被發送到電池管理控制器 (CMC)，并根據系統的復雜性發送到更高級別的電池管理控制器 (BMC)。

BMC 匯總有關 CMC 監控的電池電壓的信息，用于計算電池當前的充電狀態 (SOC)。SOC 是評估電池剩余電量的基本參數，從而確定何時需要新的充電。另一個參數是健康狀態 (SOH)，它提供重要信息，從中可以得出剩余電池壽命。特別具有欺騙性的是熱失控，它由不同類型的故障觸發，包括過快的充電或放電過程。為了避免這些現象的發生，BMS、CMC和BMC之間的通信必須以盡可能小的延遲進行。

商業解決方案

存在用于監控電動汽車電池性能的解決方案，這些解決方案可從 STMicroelectronics、Analog Devices 和 NXP 等企業組織獲得。

STMicroelectronics提供廣泛的 EV 電池監控解決方案組合，可在 48V 和高壓電池組中提供高精度測量。圖 1 顯示了典型 BMS 架構的框圖，其中多個電池管理 IC 用于感測每個電池組電池的電壓、電流和溫度。適用于 EV 電池管理的 AEC-Q100 合格 IC 的一個例子是L9963，這是一款用于高可靠性汽車應用和儲能系統的鋰離子電池監控和保護芯片。最多可監控 14 個堆疊電池，以滿足 48 V 和更高電壓系統的要求。信息可以通過SPI通信或隔離接口傳輸。多個L9963 可以菊花鏈方式連接，并通過變壓器隔離接口與一個主處理器通信，具有高速、低 EMI、遠距離和可靠的數據傳輸特性。

圖 1：電池管理系統框圖

ADI 公司提供廣泛的電池管理系統器件產品組合，可靈活地支持幾乎所有 EV 電池系統架構。的LTC6810（圖2），例如，措施多達6串聯連接的電池單元具有小于1.8mV總測量誤差。0V 至 5V 的電池測量范圍使LTC6810適用于大多數電池架構。多個設備可以串聯連接，允許同時監控長的高壓電池組。每個LTC6810都有一個 isoSPI 接口，用于高速、射頻免疫、長距離通信。

圖 2：LTC6810 框圖

恩智浦為多種汽車應用提供穩健、安全和可擴展的 BMS IC。一個例子是MC33771，這是一款鋰離子電池控制器 IC，專為混合動力汽車、電動汽車、電動自行車和電動滑板車等汽車應用而設計。該器件具有對差分電池電壓和電流的 ADC 轉換以及庫侖計數和溫度測量。它還支持與 MCU 進行標準 SPI 和變壓器隔離菊花鏈通信以進行處理和控制。

審核編輯：郭婷