電動汽車未來將以鋰離子電池為重要動力驅(qū)動來源，主因在于鋰離子電池有高能量密度優(yōu)勢，所以性能較為穩(wěn)定。然而鋰離子電池大量生產(chǎn)時品質(zhì)不易掌握，電池芯出廠時電量即存在些微差異，且隨著操作環(huán)境、老化等因素，電池間不一致性將愈趨明顯，電池效率、壽命也都將變差，再加上過充或過放等情況，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致起火燃燒等安全問題。

電池管理系統(tǒng)BMS的重要性不言而喻，BMS是動力鋰電池組的核心技術(shù)，也是整車公司最為關(guān)注的環(huán)節(jié)。

一、技術(shù)及趨勢

BMS屬于電池包一部分，電池包是新能源汽車核心能量源，為整車供應(yīng)驅(qū)動電能，它重要通過金屬材質(zhì)的殼體包絡(luò)構(gòu)成電池包主體。模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)現(xiàn)了電芯的集成，通過熱管理設(shè)計與仿真優(yōu)化電池包熱管理性能，電器部件及線束實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)對電池的安全保護(hù)及連接路徑；通過BMS實(shí)現(xiàn)對電芯的管理，以及與整車的通訊及信息交換。

BMS重要作用包括：估測電池的荷電狀態(tài)，檢測電池的使用狀態(tài)，管控電池的循環(huán)壽命。在充電過程中對電池的熱管理，啟停鋰離子電池的冷卻系統(tǒng)，同時也管理單體電池之間的均衡，防止單體電池過充過放產(chǎn)生危險。另外監(jiān)測整個電池的健康工作狀態(tài)。

圖表1國內(nèi)外主流BMS供應(yīng)商的技術(shù)參數(shù)

目前電池管理系統(tǒng)有主動式均衡和被動式均衡兩種管理模式。兩種管理模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，所采用的方式普遍為采集單體電池電壓，串聯(lián)電流，以及溫度以及電池組的電壓，然后將這些信號傳給運(yùn)算模塊進(jìn)行處理發(fā)出指令，最后將整個處理的信息指令通過CAN通訊系統(tǒng)傳送給汽車中央控制單元或整車VMS系統(tǒng)。

二、國內(nèi)車用BMS廠家淺析

國內(nèi)主流車用BMS廠家都有被動均衡技術(shù)，而且其中絕大部分都有主動均衡技術(shù)儲備。在廠家給的配置單上，主動均衡是一個選配功能。被動均衡的BMS裝機(jī)量較大，占據(jù)新能源汽車市場較高的份額，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主動均衡BMS的市場份額。國內(nèi)的新能源汽車重要是中低端產(chǎn)品，考慮到成本及配置需求方面，被動均衡相對較易接受。隨著新能源汽車產(chǎn)品的向高端發(fā)展，對BMS的要求也越來越高，主動均衡技術(shù)將成為未來的發(fā)展趨勢。

在軟件方面其最核心的技術(shù)在于SOC的估測算法，電動汽車動力鋰電池的電荷狀態(tài)估測是BMS控制算法的核心所在，直接影響到電動汽車的使用壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性狀態(tài)。SOC是BMS中最重要的參數(shù)，目前大部分BMS廠家的SOC估算精度是在5%以內(nèi)的，部分是在8%以內(nèi)。

關(guān)于BMS的技術(shù)，目前各大芯片廠家都推出了自己的解決方案，以及針對性的底層芯片，供廠家進(jìn)行二次開發(fā)。常用的主流方案以及芯片有這么幾個大的廠商，TI（德州儀器）、ST（意法半導(dǎo)體）、ADI（亞德諾）、ATMEL（艾特梅爾）、Infinen（英飛凌）、Linear（凌力爾特）、Maxim（美信）等廠家。國內(nèi)的BMS公司都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，包括硬件設(shè)計，軟件的搭建等。

三、ADI、ON、TI電動汽車電池管理解決方案

（一）ADI全隔離式鋰離子電池監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)

1.方案特點(diǎn)

鋰離子電池組包含大量的電池單元，必須正確監(jiān)控才能提高電池效率，延長電池壽命確保安全性。方案中的6通道AD7280A器件充當(dāng)主監(jiān)控器，向系統(tǒng)演示平臺評估板供應(yīng)精確的電壓測量數(shù)據(jù)，而6通道AD8280器件充當(dāng)副監(jiān)控器和保護(hù)系統(tǒng)。

AD8280是一款用于鋰離子電池組的純硬連線安全監(jiān)控器，配合AD7280A使用時，可供應(yīng)具有可調(diào)閾值檢測和共用或單獨(dú)報警輸出的低成本、冗余、備用電池監(jiān)控器。它具有自測功能，因此適合混合動力電動汽車等高可靠性應(yīng)用或者不間斷電源等高壓工業(yè)應(yīng)用。AD7280A和AD8280均從監(jiān)控的電池單元獲得電源。

ADuM5404集成一個DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于向ADuM1201和ADuM1401隔離器的高壓端供電，以及向AD7280ASPI接口供應(yīng)VDRIVE電源。這些4通道、磁性隔離電路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解決方案。

2.方案框圖

ADI全隔離式鋰離子電池監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)

3.芯片參數(shù)

3.1ADIAD7280A參數(shù)

單顆處理4-6s前端

12BitADC采樣，平均每通道采樣時間1us

能夠?qū)?個通道的電壓和溫度進(jìn)行監(jiān)測，典型

精度達(dá)1.6mV（典型值）

多個AD7280A可采用菊花鏈連接，單個電路

板最多可監(jiān)控48個電池單元，轉(zhuǎn)換只需7s

供應(yīng)被動式電池單元平衡控制功能

轉(zhuǎn)換模式下功耗小于6mA

斷電模式下功耗小于1.8uA

SPI通信供應(yīng)CRC校驗(yàn)保證數(shù)據(jù)的可靠性

3.2ADIAD8280參數(shù)

電壓范圍：6.0V30V

多路輸入可監(jiān)控3-6路電池電壓和2個溫度

可調(diào)監(jiān)控閥值：過壓、欠壓、過溫

報警選項(xiàng)：單獨(dú)或者共用報警

可通過菊花鏈方式連接

（二）ON電池監(jiān)護(hù)方案

（三）TI推出電池主動式均衡負(fù)載技術(shù)

1.方案特點(diǎn)

TI推薦電動汽車所采用的主動均衡方式：每個電池芯藉由矩陣開關(guān)控制變壓器與充電線路的組合，形成一個有調(diào)整功能的電壓／電流蓄水池的功能，當(dāng)電池芯由于多次充放電后產(chǎn)生不一致性而導(dǎo)致整組電池充放電容量下降，可藉由后端連接蓄水池的線路做調(diào)整，充電時不會因?yàn)楸O(jiān)控到某個電池芯內(nèi)壓過高而停止充電，放電時也可以完全的100%的釋放能源，進(jìn)而延長電動汽車的行駛距離。

TI在隔離式DC-DC主動均衡技術(shù)的能源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)87%。像EM1410芯片組由5顆核心芯片加上5顆電源供應(yīng)芯片所組成，其中最重要的EMB1432為十四信道AFE芯片、EMB1428為七信道閘控制器芯片，與EMB1499為七信道電壓控制芯片等，來建構(gòu)十四通道雙向主動式電池芯均衡功能，串聯(lián)14顆電池芯與最高60V工作電壓，供應(yīng)5V雙向均衡電壓與最大750V堆棧輸出電壓能力，并滿足AECQ-100車用電子驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。

2.芯片參數(shù)：

2.1EMB1432Q

單顆處理14S前端模擬

最高輸入耐壓60V

輸出電壓誤差為+/-1mV

SPI通訊支持1MHz

符合ACE-Q100汽車規(guī)范

2.2EMB1428Q

最高輸入耐壓60V

SPI通訊支持1MHz

最低待機(jī)功耗（100uA）

符合ACE-Q100汽車規(guī)范

2.3EMB1499Q

最高輸入耐壓60V

SPI通訊支持1MHz

最低待機(jī)功耗（30uA）

符合ACE-Q100汽車規(guī)范