Infineon Technologies 的穩(wěn)定版推出了一款新產(chǎn)品，它可以管理和平衡電動(dòng)汽車(chē) (EV) 的電池電量。新型 TLE9012AQU 專(zhuān)為混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)電池而設(shè)計(jì)。這種新產(chǎn)品還適用于其他應(yīng)用，例如儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)自行車(chē)電池管理系統(tǒng)。

TLE9012AQU在整個(gè)溫度和工作電壓范圍內(nèi)提供多達(dá) 12 個(gè)電池的電壓測(cè)量，精度為 ± 5.8 mV。通過(guò)結(jié)合多達(dá)五個(gè)外部溫度傳感器和一個(gè)用于通信的 iso-UART 接口，該設(shè)備提供了整個(gè)項(xiàng)目的完整優(yōu)化。

相關(guān)構(gòu)建電池電動(dòng)車(chē)輛的塊的主要?jiǎng)恿ο凳请姵毓芾硐到y(tǒng)（BMS），車(chē)載充電器（OBC），和逆變器核心該驅(qū)動(dòng)器??電動(dòng)機(jī)和在再生制動(dòng)的情況下，反饋能量到電池。

電池在電動(dòng)汽車(chē) (EV) 中的迅速采用使電子設(shè)計(jì)朝著新一代電荷監(jiān)控設(shè)備發(fā)展。雖然在 2018 年，這些電池中有大約 64% 仍然是為全球電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)的，但到 2025 年，這個(gè)數(shù)字將上升到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 85%。此外，根據(jù)分析師的各種研究，在世界上 95% 的地區(qū)，就排放而言，駕駛電動(dòng)汽車(chē)是最佳選擇。許多分析師預(yù)測(cè)，到 2050 年，每輛汽車(chē)都將是電動(dòng)汽車(chē)，這將使全球二氧化碳排放量每年減少多達(dá) 1.5 吉噸（十億噸）。

“由于更嚴(yán)格的二氧化碳2法規(guī)，電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)因素變得越來(lái)越有趣。到本十年末，大約 30% 的新車(chē)將配備高壓電池。電動(dòng)汽車(chē)總動(dòng)力總成成本的 70-80% 來(lái)自電力電子設(shè)備和電池。75% 的電池成本來(lái)自電池外殼、電極和電解質(zhì)材料、保護(hù)功能，”英飛凌汽車(chē)事業(yè)部應(yīng)用營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān) Clemens Müller 博士解釋說(shuō)。

圖 1：2各地區(qū)的CO排放發(fā)展和法規(guī) [來(lái)源：英飛凌]

圖 2：按動(dòng)力總成類(lèi)型劃分的全球市場(chǎng)滲透率 [來(lái)源：英飛凌]

電池管理

電池管理系統(tǒng) (BMS) 確保電池的容量得到最佳利用，在電動(dòng)汽車(chē)中，您必須盡可能延長(zhǎng)續(xù)航里程，同時(shí)盡可能延長(zhǎng)電池壽命。電池充電監(jiān)控系統(tǒng)（通常稱(chēng)為電池管理系統(tǒng)或 BMS）可讓您智能管理電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程和安全性，同時(shí)降低電力成本。?

此外，他們確定電池的充電狀態(tài)和健康狀況，以估計(jì)可用的自主性和剩余壽命。集成的控制提供測(cè)量數(shù)據(jù)并通過(guò)平衡電池確保平衡的充電狀態(tài)。?

汽車(chē)電池管理系統(tǒng)必須能夠滿足關(guān)鍵特性，例如電壓、溫度和電流監(jiān)控、電池充電狀態(tài) (SoC) 以及鋰離子 (Li-ion) 電池的電池平衡。

最基本的功能是電池保護(hù)和充電狀態(tài)顯示。

“電動(dòng)動(dòng)力總成的能量主要來(lái)自鋰電池系統(tǒng)。Clemens Müller 博士說(shuō)：“監(jiān)控最大的能量供應(yīng)和最高的功能安全性，以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命。” 他補(bǔ)充說(shuō)，鋰離子電池是主要的電池技術(shù)，具有不同的陰極化學(xué)和電池拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

雖然 SoC 很有用，但在電池耗盡時(shí)，如果不跟蹤容量，讀數(shù)是不完整的。能力是電池健康（Status-of-Health，SoH）的核心指標(biāo)。擁有 SoC 和 SoH 數(shù)據(jù)有助于了解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（功能狀態(tài)，SoF）。SoH 是初始電荷與隨時(shí)間衰減的電荷量之比，通過(guò)庫(kù)侖計(jì)數(shù)法測(cè)量。

“BMS 功能的系統(tǒng)挑戰(zhàn)是高精度電池電壓和溫度測(cè)量，以及電池和電池控制器之間的強(qiáng)大通信鏈接；單元級(jí)的自主電荷平衡、實(shí)時(shí)多線程高精度低功耗數(shù)據(jù)預(yù)處理以及與中央域控制器的高效聚合數(shù)據(jù)交換；除了監(jiān)測(cè)和控制，”Clemens Müller 博士說(shuō)。

英飛凌解決方案

英飛凌的 TLE9012AQU 電路提供可編程噪聲濾波器并同時(shí)執(zhí)行測(cè)量，因此即使存在臨時(shí)干擾因素，結(jié)果也保持可比性。

電池的平衡是通過(guò)將十二個(gè)平衡開(kāi)關(guān)集成到芯片中來(lái)實(shí)現(xiàn)的——每個(gè)通道一個(gè)，電流高達(dá) 150 mA。對(duì)于更高的平衡電流，該器件還支持外部開(kāi)關(guān)。板載過(guò)流、欠流和開(kāi)路負(fù)載診斷功能。

TLE9012AQU 擁有 12 個(gè) Delta-Sigma ADC 通道，特別適用于每個(gè)模塊具有 12 個(gè)電池的電池。因此，每個(gè)模塊需要一個(gè)設(shè)備。用于這些模塊之間以及與微控制器之間數(shù)據(jù)交換的 iso-UART 接口允許電壓隔離并確保數(shù)據(jù)完整性。??

圖 4：TLE9012AQU 框圖 [來(lái)源：英飛凌]

圖 5：英飛凌 BMS IC TLE9012AQU [來(lái)源：英飛凌]

隨著電動(dòng)汽車(chē)的日益普及，對(duì)電池管理系統(tǒng) (BMS) 領(lǐng)域的影響將是相當(dāng)大的，因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)由數(shù)十或數(shù)百個(gè)電池驅(qū)動(dòng)。任何管理不善都可能引發(fā)大規(guī)模的電氣問(wèn)題。BMS優(yōu)化了電動(dòng)汽車(chē)的性能并確保了電池組的安全。

Clemens Müller 博士總結(jié)道：“BMS 的下一個(gè)創(chuàng)新趨勢(shì)。據(jù)他介紹，這在多個(gè)領(lǐng)域都可以看到，例如——拓?fù)浜瓦B接性、計(jì)量診斷、狀態(tài)評(píng)估和健康預(yù)測(cè)、隱藏性能固態(tài)保護(hù)開(kāi)關(guān)、用于容量?jī)?yōu)化的熱控制解決方案以及更長(zhǎng)的使用壽命。”

鋰離子電池良好市場(chǎng)的一個(gè)關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)是電化學(xué)阻抗。許多 BMS 設(shè)備中的電化學(xué)阻抗測(cè)量是通過(guò)幾個(gè)完全并行的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和具有 0.1 Hz 至 5 KHz 脈沖調(diào)制的交流激勵(lì)電路以及集成到設(shè)備中的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

審核編輯 黃昊宇