（文/程文智）隨著新能源汽車近幾年滲透率的快速提升，最近國(guó)內(nèi)各大新能源車企也規(guī)劃了2023年的銷量目標(biāo)，從他們公開的銷量目標(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艿碾娮涌刂葡到y(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)超過了100個(gè)電芯，800V系統(tǒng)很可能超過了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兩根線傳輸?shù)诫姵毓芾韱卧裕麄€(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)汽車越來(lái)越受歡迎，先進(jìn)的BMS有助于克服阻止電動(dòng)汽車廣泛普及的關(guān)鍵障礙，改善電動(dòng)汽車的駕乘體驗(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?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)汽車在里程計(jì)算方面可以達(dá)到更高的精度。因?yàn)門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)估汽車后續(xù)能夠行駛的里程數(shù)量。

王世斌舉例說，以一個(gè)比較典型的車輛的狀態(tài)來(lái)看。假設(shè)一輛車剩余里程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，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)車輛安全的等級(jí)，也就是車規(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)是有問題的，監(jiān)測(cè)器就會(huì)把這個(gè)問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)。”王世斌表示。

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可以使得車輛行駛更長(zhǎng)的里程并提升電動(dòng)汽車使用的效率和未來(lái)發(fā)展的普及率。