電動(dòng)汽車(chē)電池故障解決方案

電動(dòng)汽車(chē)（e-mobility）越來(lái)越多，這要?dú)w功于汽車(chē)、公共汽車(chē)、貨運(yùn)卡車(chē)和電動(dòng)滑板車(chē)的大量涌現(xiàn)。這也導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)電池和動(dòng)力系統(tǒng)制造技術(shù)的快速進(jìn)步，采用創(chuàng)新解決方案。這些都提高了效率并降低了運(yùn)營(yíng)成本。逐步過(guò)渡到車(chē)輛的 48V 電源總線和引入高壓電池需要采用適當(dāng)?shù)臒峁芾砑夹g(shù)。對(duì)最關(guān)鍵部件（如電池和充電系統(tǒng)）的溫度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和控制，提高了車(chē)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(shí)間。

電動(dòng)汽車(chē)的熱管理比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)更復(fù)雜。電動(dòng)機(jī)必須不斷冷卻，而電池必須根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行冷卻或加熱。此外，與傳統(tǒng)車(chē)輛不同的是，沒(méi)有立即可用的余熱來(lái)加熱乘客艙。因此，有必要提供適當(dāng)且節(jié)能的措施，例如熱泵。冷卻回路是將電機(jī)和電池保持在合適溫度所必需的，可靈活用于在車(chē)輛內(nèi)部散發(fā)熱量。

當(dāng)冷卻回路吸收熱量時(shí)，其溫度會(huì)升高，這就需要有一個(gè)熱交換器，液體或氣體制冷劑在其中循環(huán)。制冷劑必須具有高熱容量，以便在占用的相同空間內(nèi)吸收盡可能多的熱量。通過(guò)制冷劑蒸發(fā)過(guò)程（從液態(tài)到氣態(tài)的轉(zhuǎn)變），可以將電池冷卻到甚至低于環(huán)境溫度。冷凝（從氣態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變）過(guò)程中產(chǎn)生的熱量可用于在寒冷時(shí)期加熱乘客艙。高效的熱管理解決方案可實(shí)現(xiàn)更大的自主性，滿足當(dāng)前和未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的需求。

電動(dòng)汽車(chē)電池的監(jiān)控

安裝在電動(dòng)汽車(chē)上的電池組由多個(gè)串聯(lián)和并聯(lián)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(tǒng)）。BMS 包括一個(gè)或多個(gè)電源轉(zhuǎn)換級(jí)和一個(gè)基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)，用于處理與電源子系統(tǒng)相關(guān)的所有方面。在電動(dòng)汽車(chē)電池充電或放電過(guò)程中，必須監(jiān)控屬于電池組的每個(gè)電池的狀態(tài)。

電動(dòng)汽車(chē)電池在小體積中組裝了大量能量。如果不加以管理，過(guò)壓或欠壓情況會(huì)導(dǎo)致熱失控，進(jìn)而損壞電池。為此，引入了一種稱為 BMIC（電池監(jiān)控集成電路）的特殊電路，用于監(jiān)控每個(gè)電池的電壓和溫度。該信息被發(fā)送到電池管理控制器 (CMC)，并根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜性發(fā)送到更高級(jí)別的電池管理控制器 (BMC)。

BMC 匯總有關(guān) CMC 監(jiān)控的電池電壓的信息，用于計(jì)算電池當(dāng)前的充電狀態(tài) (SOC)。SOC 是評(píng)估電池剩余電量的基本參數(shù)，從而確定何時(shí)需要新的充電。另一個(gè)參數(shù)是健康狀態(tài) (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(fā)，包括過(guò)快的充電或放電過(guò)程。為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，BMS、CMC和BMC之間的通信必須以盡可能小的延遲進(jìn)行。

商業(yè)解決方案

存在用于監(jiān)控電動(dòng)汽車(chē)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(yè)組織獲得。

STMicroelectronics提供廣泛的 EV 電池監(jiān)控解決方案組合，可在 48V 和高壓電池組中提供高精度測(cè)量。圖 1 顯示了典型 BMS 架構(gòu)的框圖，其中多個(gè)電池管理 IC 用于感測(cè)每個(gè)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(gè)例子是L9963，這是一款用于高可靠性汽車(chē)應(yīng)用和儲(chǔ)能系統(tǒng)的鋰離子電池監(jiān)控和保護(hù)芯片。最多可監(jiān)控 14 個(gè)堆疊電池，以滿足 48 V 和更高電壓系統(tǒng)的要求。信息可以通過(guò)SPI通信或隔離接口傳輸。多個(gè)L9963 可以菊花鏈方式連接，并通過(guò)變壓器隔離接口與一個(gè)主處理器通信，具有高速、低 EMI、遠(yuǎn)距離和可靠的數(shù)據(jù)傳輸特性。

圖 1：電池管理系統(tǒng)框圖

ADI 公司提供廣泛的電池管理系統(tǒng)器件產(chǎn)品組合，可靈活地支持幾乎所有 EV 電池系統(tǒng)架構(gòu)。的LTC6810（圖2），例如，措施多達(dá)6串聯(lián)連接的電池單元具有小于1.8mV總測(cè)量誤差。0V 至 5V 的電池測(cè)量范圍使LTC6810適用于大多數(shù)電池架構(gòu)。多個(gè)設(shè)備可以串聯(lián)連接，允許同時(shí)監(jiān)控長(zhǎng)的高壓電池組。每個(gè)LTC6810都有一個(gè) isoSPI 接口，用于高速、射頻免疫、長(zhǎng)距離通信。

圖 2：LTC6810 框圖

恩智浦為多種汽車(chē)應(yīng)用提供穩(wěn)健、安全和可擴(kuò)展的 BMS IC。一個(gè)例子是MC33771，這是一款鋰離子電池控制器 IC，專為混合動(dòng)力汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)滑板車(chē)等汽車(chē)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該器件具有對(duì)差分電池電壓和電流的 ADC 轉(zhuǎn)換以及庫(kù)侖計(jì)數(shù)和溫度測(cè)量。它還支持與 MCU 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn) SPI 和變壓器隔離菊花鏈通信以進(jìn)行處理和控制。

審核編輯：郭婷