利用德州儀器(TI)的電池管理系統(tǒng)(BMS)技術(shù)推動(dòng)汽車電氣化

近期，德州儀器 (TI) 推出了全新的汽車電芯監(jiān)測(cè)器和電池包監(jiān)測(cè)器。這些監(jiān)測(cè)器提供更高精度的測(cè)量功能，可更加精準(zhǔn)的預(yù)估電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航時(shí)間并實(shí)現(xiàn)更安全的運(yùn)行。

BQ79718-Q1 電芯監(jiān)測(cè)器和 BQ79731-Q1 電池包監(jiān)測(cè)器是 TI 豐富的 BMS 系列中的全新產(chǎn)品。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、延長電池包的整體壽命并提高其安全性。

在 TI 電池管理系統(tǒng)新品發(fā)布會(huì)上，我們邀請(qǐng)到了德州儀器電池管理系統(tǒng)事業(yè)部總經(jīng)理王世斌和德州儀器中國區(qū)模擬集成電路現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理周敏捷，為我們介紹 TI 最新產(chǎn)品并答疑解惑。

問答環(huán)節(jié)

Q1這次推出的 BQ79718-Q1 相比于 BQ79616-Q1 的 16 節(jié)串聯(lián)電池監(jiān)控增加了兩節(jié)，TI 是如何考慮的呢？

此次的提升主要是有兩方面的考慮。雖然我們推出的新品電池增加到了 18 節(jié)，但這與我們之前發(fā)布的產(chǎn)品都是可以做到兼容的，為客戶提供了更好的靈活性與兼容性。也就是說客戶在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)，既可以使用 18 節(jié)的產(chǎn)品也可以使用 16 節(jié)的產(chǎn)品。第二點(diǎn)，目前電池技術(shù)更多采用磷酸鐵鋰，那么該成分的單節(jié)電芯的電壓與其他材質(zhì)的鋰電池相比較低，這就意味著從電池堆疊的層面上實(shí)現(xiàn)相等電壓時(shí)，需要更多節(jié)電池來滿足。

Q2新款電池包監(jiān)測(cè)器具有通過 SPI 與 MCU 通信的功能，它是否在電池管理系統(tǒng)中起到作用？

我們的電芯監(jiān)測(cè)器與電池盒監(jiān)測(cè)器的產(chǎn)品通信都是通過菊花鏈進(jìn)行的，包括電壓電流溫度等數(shù)據(jù)。以上過程獲取的所有結(jié)果都需要上報(bào)至汽車中的上一級(jí)處理器、電池管理系統(tǒng)中進(jìn)行分析與判斷。產(chǎn)品擁有 SPI 接口則是為了方便它與其他的 MCU 進(jìn)行通信。

Q3此次發(fā)布的全新的高精度電芯監(jiān)測(cè)器和電池包監(jiān)測(cè)器，在技術(shù)、功能上做了哪些更新迭代？

此次的更新迭代主要在 3 個(gè)方面。首先，在電池電芯監(jiān)測(cè)上將精度提升至了 1 毫安的數(shù)量級(jí)，可以對(duì)磷酸鐵鋰這樣的電池進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)。因?yàn)槲覀冎懒姿徼F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。

Q4新品對(duì)于 800V 碳化硅系統(tǒng)可以使用嗎？如何用這個(gè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能電池接線盒？無線監(jiān)測(cè)可以嗎？

我們的產(chǎn)品可以支持 400V 系統(tǒng)也可支持 800V 的系統(tǒng)。此次新品是以菊花鏈進(jìn)行通信，能夠很方便地傳輸?shù)诫姵毓芾韱卧羞M(jìn)行處理。至于無線監(jiān)測(cè)，那么 TI 也具備無線傳輸通信相關(guān)的產(chǎn)品與技術(shù)，并且擁有完整的解決方案與一定經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)是可以實(shí)現(xiàn)的。

Q5新的方案信號(hào)鏈采用菊花鏈拓?fù)?，還有其他可選的拓?fù)浼軜?gòu)嗎？

在通信方式上，至少可以支持兩種通信方式。一種就是一直提到的可以采用菊花鏈通信的接口，第二種就是剛才提到的可以用 TI 無線方案來實(shí)現(xiàn)電池包監(jiān)測(cè)產(chǎn)品間互相的通信，TI 的 BLE 低功耗藍(lán)牙通信方式也可以實(shí)現(xiàn)電池包在系統(tǒng)間的通信，所以，我們可以支持有線、無線這兩種通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

Q6在目前的技術(shù)下，電池包中各電芯間存在工作條件和老化率不一致的現(xiàn)象，需要均衡管理，被動(dòng)均衡管理和主動(dòng)均衡管理兩種方式各有什么優(yōu)劣勢(shì)，目前主流方式是哪項(xiàng)？

對(duì)于被動(dòng)均衡方案，我們的均衡方案中目前有內(nèi)置的可以直接實(shí)現(xiàn)被動(dòng)均衡的方案。同時(shí)，我們也支持可以外接驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)通過外部驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)均衡，這意味著我們的方案也完全可以支持主動(dòng)均衡的方式進(jìn)行，同時(shí)也有相應(yīng)的主動(dòng)均衡相關(guān)的產(chǎn)品可以組合應(yīng)用。

但目前電池均衡的主流方案還是被動(dòng)均衡方案。目前看，被動(dòng)均衡成本相對(duì)比較低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)方式比較簡(jiǎn)單，因?yàn)槲覀儺a(chǎn)品直接不通過外接的方式就可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)均衡的方式。主動(dòng)均衡因?yàn)橐ㄟ^一個(gè)外加的環(huán)路的方式，實(shí)現(xiàn)高電壓電池對(duì)低電壓電池進(jìn)行充電，需要外接比較多的開關(guān)型的元器件，在復(fù)雜性和成本上目前還是比較高的，所以，目前主流推薦的方式包括我們認(rèn)為更高效、更節(jié)省成本的方式還是用被動(dòng)均衡的方式比較好。

Q7在寒冷情況下，LFP 的功率密度會(huì)下降，那么這款產(chǎn)品需要如何來平衡欠壓和過壓這些現(xiàn)象？

對(duì)于不同化學(xué)成份的電池來說，冷、熱參數(shù)的變化，對(duì)一些性能的影響也是不一樣的。對(duì)我們的系統(tǒng)來說，可以在電芯端非常精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)電壓，同時(shí)在接線盒這一端監(jiān)測(cè)電流，而且實(shí)現(xiàn)比較好的同步，我們可以把精度非常高、非常準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)匯報(bào)出來。

在汽車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者獲得了非常高的精度數(shù)據(jù)之后，從應(yīng)用的角度就可以通過電量計(jì)算的模型，精確地算出電池包實(shí)際的狀態(tài)來評(píng)估車輛行駛里程。歸根結(jié)底，非常好的監(jiān)測(cè)精度，包括各種參數(shù)，像溫度、電壓、電流的參數(shù)可以幫助到系統(tǒng)更準(zhǔn)確的評(píng)估這些參數(shù)。

Q8在 BMS 架構(gòu)中，一顆 BQ79718 是可以監(jiān)測(cè) 16~18 節(jié)電芯的，那么一顆 MCU 是管理多少個(gè)電池包？

其實(shí)，這是一個(gè)非常開放的問題，各種可能性都有。如果在選 MCU 時(shí)，選了一個(gè)功能非常強(qiáng)大的 MCU，它可以支持多達(dá) 200 個(gè)電池的電芯。但是，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可能考慮到一些功能安全的要求，很多廠商會(huì)用多個(gè)不同的 MCU 做不同的事情，比如有些 MCU 專門進(jìn)行功能安全處理，有些 MCU 專門進(jìn)行電芯中具體參數(shù)的匯報(bào)，匯報(bào)上來以后做一些整合的計(jì)算。一般情況是，都會(huì)有多個(gè) MCU 分工實(shí)現(xiàn)這些功能。

審核編輯：湯梓紅