tag 标签: 电池管理

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    2023-12-9 11:25
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    下载链接! 本系统采用 TI 官方出品的BQ7693003DBTR 模拟前端(AFE),STM32F103C8T6 为主 MCU 使用 IIC 通信与 BQ76930 通信,实现读写 BQ76930 相应寄存器达到读取电池电压,电流,温度等相应数据,然后单片机根据读取到的数据做出相应的判断并做出相应的保护。同时预留了蓝牙通信模块接口可以通过蓝牙无线传输相关数据。 具有均衡功能,均衡条件程序默认压差大于 50mV,可设置其它阈值。具有通讯功能,有 TTL,CAN,2 种通讯方式,同时具有蓝牙无线传输功能,通过微信小程序即可查看实时电池信息。具有通过 USB 下载程序功能。免去使用 jlink 下载等比较麻烦的方式。程序下载方法,下载程序需要用到资料包里的 FlyMcu 软件,开发板上的 USB 下载按键“左边拨码”需要拨到下侧 “1”的位置,然后开始下载程序。方案包含原理图,不包含PCB。 软件方案包含完整工程,主控采用STM32F103C8T6,小编编译了一下,没有问题。方案包含过压、欠压、过流、短路、过温保护,CAN通信,TTL通信以及蓝牙模块通信,本方案包含配套上位机,也有通信协议说明,以及相关操作说明,可以说是一套比较完善的方案,方便大家对相关功能实现的理解。
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    2023-6-2 21:57
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    电池管理和连接器对电动汽车竟如此重要 电动汽车设计必须面对这样一个现实——所有BMS问题在某种程度上都是相互关联而非孤立的(图1)。因此,当BMS随着电池的状况或状态发生变化而处理相应的问题时,便会产生一种「涟漪效应」。BMS体系结构的一大目标是尽可能地把这些子功能分离开,让每一项子功能都可以独立优化,从而有助于实现全局优化设计。 • 保护单个电池和整个电池组不受损坏 • 延长电池寿命 一旦把这些目标具体化,你将会收获一份冗长的清单,包含电池保护、充电控制、充电状态确定、健康状态确定和电池平衡等功能。本文着眼于BMS的功能之一——电池平衡,它在电动汽车设计人员必须解决的严峻挑战中非常具有代表性。 电动汽车设计必须面对这样一个现实——所有BMS问题在某种程度上都是相互关联而非孤立的(图1)。因此,当BMS随着电池的状况或状态发生变化而处理相应的问题时,便会产生一种「涟漪效应」。BMS体系结构的一大目标是尽可能地把这些子功能分离开,让每一项子功能都可以独立优化,从而有助于实现全局优化设计。 图1:在电动汽车电源系统中,电池管理系统是最重要的子系统之一。这是一个涵盖硬件、软件和电池化学等方面的复杂系统,涉及许多与「正常」运行有关的利弊权衡和判断。图片来源:MaximIntegrated, "The Automotive Experience"(汽车体验) 此外,就如同大多数工程决策一样,能够实现给定目标的单一「正确」方法是不存在的。每种方法都需要在外形和包装尺寸、可替换单元、重量、数据完整性、系统置信度和成本之间进行权衡。具体采用何种方法,还取决于所要实现的目标,诸如更长的续航时间、更长的电池组寿命、电池组对个别电池表现不佳的容忍度,还有安全性的问题。因此,「最佳」的解决方案取决于设计中需要优先解决的问题。 电池平衡是一个复杂的问题 对于由多个电池组成的电池组而言,一个绕不开的事实就是每个电池之间总存在微小的差异,这种差异源自于不同的生产和运行条件(特别是温度梯度,对于大型电池组而言可能更明显)。每次充放电循环都会放大这种差异,致使性能较弱的电池变得更弱,直至最终失效,进而导致整个电池组过早失效。 电池平衡则尝试让电池组中所有电池上的电荷达成均衡状态,来补偿性能较弱的电池带来的影响。业界现已开发出多种电池平衡方法来解决这个问题。电池平衡方法还涉及电池化学的一个函数关系:锂电池更能够耐受混合电动汽车产生的「微」充放电循环,但却更容易受到电池间差异的影响。然而,铅酸电池组和镍氢电池组却天然地存在一种电池平衡机制,因为此类电池在充满电后,会通过放出气体来释放多余的能量,因而只需延长充电时间,就可以让性能较弱的电池也充满电。 主动平衡和被动平衡是最常见的两种电池平衡技术。实际应用中还存在电荷分流、无损平衡等其他方法,但任何一种方法都逃不过艰难的利弊权衡。不论主动平衡还是被动平衡,它们都始于监视每个电池的充电状态 (SOC)。该状态通过对流入和流出电池的电流进行「库仑计数」来测量,有时电池阻抗测量也可以作为一种补充。在某些情况下,只对每个电池上的电压进行测量即可。然后,开关电路会在充电过程中控制施加到每个单独电池的电荷,以均衡电池组中所有电池的电荷。 在主动平衡中,电池管理系统会将电荷从电量较高的电池传输到电量较低的电池。这个过程非常耗时,因为每个电池都必须得到评估,而电池总数可能会多达成百上千个。部分主动电池平衡方案采用的做法是停止对电量已满的电池进行充电,同时继续对性能较弱的电池充电,直至所有电池都充满,从而尽可能充分地利用电池的充电容量。 在被动平衡中,电量较高的电池多出的能量会通过旁路 电阻 自动消耗掉,直至其电压或电荷与性能较弱的电池上的电压相同。这是一种低成本做法,但旁路电阻会浪费一部分能量,并使整个电池组的性能完全取决于性能最弱的电池。无论采用何种方法,要挤出容量和性能的最后一个百分点,都将大大增加BMS系统复杂性、BOM大小、硬件大小和成本以及软件集成问题。 针对BMS和电池平衡面临的这项挑战,Maxim Integrated的MAX14920和与之类似的MAX14921两款电池测量模拟前端 (AFE) 集成电路 可以对电池组中的电池电压进行准确采样,最高支持+65V电压;MAX14920最多支持12个电池,而MAX14921最多支持16个电池,除此以外两者完全一致 (图2)。该器件同时对所有电池电压采样,以准确确定充电状态和源电阻,这对于大型电池组而言是一项节省时间的功能。所有电池电压均在单位增益上进行电平移位,使之以接地电压作为参考,极大地简化了外部模数 转换器 (A DC ) 的数据转换修正工作。 图2:Maxim的MAX14920和与之类似的MAX14921电池测量模拟前端 (AFE) 集成电路旨在简化对电池组中诸多电池之间进行电池平衡这一关键任务。(图片来源:Maxim Integrated) 被动电池平衡可借助外部FET 驱动器 来支持。这两款产品中集成的诊断功能可进行断线检测以及发出欠压/过压警报,以进一步保障系统完整性。两款产品的BMS器件均由可实现菊链连接的 SP I 接口 控制,因而通过单个SPI端口即可进行连接、寻址和管理,并且在SPI控制部分能够以任意顺序选择任何电池电压读数 (图3)。 图3:BMS的电池平衡功能可以通过Maxim MAX14920/MAX14921的SPI控制,以任意顺序选择任何电池电压读数。(图片来源:Maxim Integrated) 要监控电池,就必须面对准确性的问题,对于放电曲线非常平坦的化学物质尤其如此。这两款Maxim产品都具有很高的精度,非常适合监控锂金属磷酸盐等放电曲线平坦的电池化学反应。它们带有低噪声、低失调的放大器,可缓冲不超过+5V的任何差分电压,从而可以监控各种常见的锂离子 (Li+) 电池技术。 结合内部自校准功能,两款产品测得的电池电压误差均为±0.5mV。它们的额定温度范围宽达−40°C至+85°C,这是电动汽车工作环境所必需的。 大电流下的 连接器 选型不容马虎 对于以往接触过的「高功率」不超过数百瓦,或者只处理过10A以下电流的工程师而言,要想实现电动汽车电源互联,需要采用完全不同于过往的思路。在电动汽车设计中,大电流、高电压是各种子系统和组件之间的常态,为此设计人员必须选用合适的线对板和线对线连接器,在非常困难的振动、应力和温度条件下,满足颇具挑战性的功率容量、插拔寿命和机械强度要求。买电子元器件现货上唯样商城。正因如此,在选用与电池子系统相关联的电源连接器时,其特殊性不容忽视。电动汽车环境中的大电流、高电压问题容不得任何「投机取巧」或「以后再说」的态度——这是必须在设计过程的早期就重点解决的问题。 Phoenix Contact的E-Mobility解决方案就是一种适用于电动汽车平台的连接器产品系列。该系列各种单品采用多种外壳样式和触点布局形式,支持AWG 12和AWG 16两种线规(具体取决于所选的触点布局),最高可支持25A电流;尺寸为12的触点可接受AWG 12 – AWG 14;尺寸为16的触点可接受AWG 14 – AWG 20。 组合充电系统 ( CCS ) 是一种用于电动汽车的标准化充电系统,支持常规交流充电和直流快速充电,这两种连接器均可以插入到CCS汽车端插座中。Phoenix Contact E-Mobility提供符合多种直流快速充电和交流充电连接器国际标准的各式充电插头。除了全面的产品组合外,Phoenix Contact还可以针对客户的特殊要求(甚至是标准未涵盖的要求)开发个性化解决方案。 Phoenix Contact可提供全方位的电动汽车充电解决方案,包括出自单一来源并符合Type 1、Type 2或GB/T标准的连接器,以及适用于各种E-Mobility应用的充电控制器,涵盖从家用和商用,到大型、公用电动汽车充电控制器,再到定制解决方案的各种应用场景。 总结 电动汽车所需的电力源自电池和电池组中无形但至关重要的化学反应,而在将电流输送到所需位置的路上,有形而又显眼的连接器和触点则构成了一个个关键节点,必须在诸多细节方面加以高度关注和谨慎处理。电动汽车中的器件在电压和功率水平、工作环境和用户期望等方面具有显著的特殊性,因而对便携式消费类设备并不构成多大影响的问题,在电动汽车中却可能关系重大,这些问题包括电池组在极端条件乃至非正常条件下的性能(包括散热处理、电池平衡)、连接器 IR 压降,以及如何让连接器在固定牢靠的同时又易于拔出,等等。这些问题必须从多个角度加以审视和解决,并且要明确关注目标的优先级、需要权衡的方面以及各种解决方案之间的相互作用。 (作者:Bill Schweber)
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    2022-9-27 14:24
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    探秘电动车电池背后的先进技术 几十年来,汽车行业一直在慢慢整合,而技术和品牌差异化却在减少。动力总成是将能量转化为运动的系统,可以说是汽车制造商最宝贵的知识产权,经历了一个多世纪的完善改进。在这种情况下,造车新势力的出现就显得令人瞩目,因为意味着动力总成技术正在经受挑战。 一辆典型的内燃机(ICE)汽车有一个15加仑的油箱,相当于近500千瓦时的电能。15加仑的汽油可转化为内燃机汽车375英里的续航里程;500千瓦时的电能可转化为电动汽车1450英里的续航里程。这种巨大的能效优势是电动汽车最终取胜的原因,但如今这一代电动汽车面临的最大问题,是其电池容量比不上内燃机汽车的续航里程。 挑战是什么? 电动汽车的电池包由数百个串联工作的电芯组成,产生400 V到800 V的电压。过度充电和过度放电会损坏电池或使其过早老化,从而降低容量或寿命,最终导致电池故障。电池管理系统的主要功能是确定和控制构成电池报的每个电芯的荷电状态和健康状态。任何锂离子电池充电至100%荷电状态或放电至0%荷电状态都会降低其容量。确定荷电状态需要测量电池电压和温度,这些测量的准确性直接决定了荷电状态管理的好坏。总之,电池管理系统的电子器件是尽可能提高电动汽车电池系统的运行里程、寿命、可靠性和安全性的关键。 注:要想准确、连续地测量紧密结合在一起的一长串高压电池串中的所有电芯,绝非易事。测量需要不受逆变器、执行器、开关、继电器等产生的高电气噪声的影响。由于电池包的高电压,电子器件本身也需要进行电气隔离。最后,电子元件需要在磨损、气候条件、车辆使用年限和行驶里程等因素的影响下运行数年。 电池管理系统的核心 作为 集成电路 (IC)和解决方案的领先供应商,ADI公司的电池管理产品专注于几个关键方面:单个电芯测量(电池监控器)、整体电池包测量(电池包监控器)、互连设备的通信网络(通过导线或无线网络),以及控制这些设备的软件。这些电子装置的目标是让所有电芯安全地充电到尽可能高的容量,确保整个电池包获得最大的可储存能量,充分提高车辆的续航能力。 可以说,最关键的设备是高电压电池监控器IC。电池监控器IC可测量串联的电芯的电压和温度,通常每个监控器监控12个电芯。电池电压和温度是关键参数;测量精度和同步性是关键特性。 综合这些参数,电池管理系统可以在最大的安全工作范围内操作电池,而不会给电池带来压力。因此,这些电池监控器的性能对于电池管理系统充分优化车辆续航里程、成本、重量和可靠性至关重要。测量误差会导致电池管理效率降低,而ADI公司的电池管理系统产品能够提供精确的测量能力。 ADI公司最近推出的ADBMS6815系列精密电池监控器是实现安全、性能和成本效益的较理想功能组合。该系列由三个基本器件组成,以每个器件监控的电池数量来区分:ADBMS6816监控六个电芯,ADBMS6817监控八个串联的电芯,ADBMS6815监控12个串联的电芯。三种不同的电芯监控器数量可以满足不同的电池配置,适用于广泛的电池包配置。 图1.多电芯监控器的简化说明 此外,这些部件可以通过混合和匹配的方式进行组合,组成合适数量的电池监控通道。由于工作环境包括极端的电气噪声,因此还包含可调节的低通滤波,以减少这些噪声,确保实现高保真的测量。 ADI电池管理系统通信技术 ADBMS6815系列电池监控器采用菊花链式互连设计,使用isoSPI™双线通信接口。这是一个稳定可靠、对电磁干扰不敏感、具有电气隔离的网络,能够从电池管理系统 微控制器 同步操作、轮询和控制ADI公司的电池管理系统设备。因此通过ADI电池包监控器件,可以同步测量电池包中的所有电芯以及电池包电流和电池包电压。这种菊花链可以通过一条通往每个设备的路径进行操作,也可以通过环路配置中的双路径进行操作。该环路支持在电线或 连接器 发生故障的情况下,访问所有的电芯监控数据。 ADBMS6815系列还支持在无线电池管理系统(wBMS)中运行,其中有线菊花链被电池监控器的2.4 GHz无线电池管理系统节点所取代。 安全 在电池管理系统的所有目标中,确保电池包的安全是最重要的。识别和补救集成电路内的潜在故障需要内置自检能力和冗余。这些功能包括冗余测量路径、改进输入信号之间的同步、自检能力等等。 ADBMS6815系列零件的设计支持ISO 26262 ASIL-D标准。 注:ISO 26262是一个普遍采用的汽车功能安全标准,旨在确保汽车电气设备和系统在整个生命周期内的安全。ASIL-D是本ISO标准中的一种风险分类,代表系统中最高的汽车安全级别。ADI部件的设计和认证旨在支持ASIL-D,确保使用ADI部件的汽车制造商能够实现这一关键里程碑。 此外,通过满足ISO 26262标准,设计人员可以满足其它功能安全标准,如IEC 61508,从而也满足非自动应用的标准。 低功耗电芯监控 除了确保为车辆提供稳定、可预测、可靠的能源外,电池管理系统还必须确保电芯本身始终是安全的。虽然这种情况比较罕见,但电芯的缺陷会导致电池随着时间的推移而缩短寿命,并导致热失控,造成灾难性的结果。为此,电池管理系统需要对可能预示任何潜在问题的情况进行监控。 电芯并不会因为不使用而处于惰性状态。作为电化学设备,即使在静止状态下,它们也会随着时间而变化。换句话说,即使在车辆不运行的情况下,电池的失效状态也在持续发展。为了持续监控电池包内的电芯(即使车辆处于熄火状态),ADI公司开发了低功率电池监控(LPCM)技术。LPCM是一种先进的电芯监控功能,可定期自动检查电芯的关键参数。通过LPCM功能,电池监控器会提醒电池管理系统唤醒,并在检测到任何潜在问题时进行适当的检查。如果电池监控器未能提供定期确认信号,电池管理系统也会收到警报。 买电子元器件现货上唯样商城 灵活性、功能和成本效益 ADBMS6815系列提供了较理想的功能组合,可满足广泛的要求,并对上述安全性、可靠性和性能提供一些补充作用。这些器件使用相同的封装和引脚,允许设计人员以不同的通道数(每个器件监控6、8、12个单体电池)构建通用设计,通过不同的选项配置,满足更多电池包或电池模组的配置需求。这些产品还包含通用的I/O,可以作为数字输入、数字输出或模拟输入操作。当作为模拟输入操作时,它们可以测量5 V以下的任何电压,测量精度与原电池相同。此外,这些辅助测量,如温度或电流测量,可与电芯测量同步,从而获得更准确的荷电状态。 图2.有线电池管理系统的概要 图3.wBMS用无线电取代了通信线路 计算这些I/O引脚也可以控制I2C或SPI子节点设备,实现更复杂的功能,比如增加多路 复用器 ,来扩大模拟输入或 EEPROM ,从而存储校准信息。最后,这些产品还包含电池均衡能力,在任何电池上都能放出高达300mA的电流。这实现了系统均衡,保持电池包中所有电芯的荷电状态相等。均衡过程可以设置为一个特定的时间段,并在达到预先编程的阈值时自动停止。这样,即使在电芯监控器处于睡眠模式时,也能实现长时间的均衡。 一般特性 ● ADBMS6815(12通道) ● ADBMS6817(8通道) ● ADBMS6816(6通道) ○ 支持汽车安全完整性等级:D ○ 最大使用寿命总测量误差:1.5 mV ○ 用于高压电池包的可堆叠架构 ○ 304 μs内可完成系统中所有电芯电压测量 ○ 具有可编程噪声 滤波器 的16位ADC ○ 每通道300 mA的无源电池均衡,带有可编程的PWM控制 ○ 2 Mbps电隔离串行通信 ○ 仅使用2根电线和电容器或 变压器 ○ 可逆通信支持环形拓扑结构;即使通信路径上有故障,也可以进行通信 ○ 7个通用接口引脚可用作模拟或数字输入或数字输出;支持 温度传感器 ,可配置为I2C或SPI主机 ○ SLEEP模式电源电流:5.5 μA ○ 48引脚7 mm × 7 mm LQFP封装 结论 未来30年内,世界将从内燃机转向电动乘用车。汽油是一种来自有限资源的产品,其使用效率极低,因而势必会推动这种转变。地缘政治和环境问题只会加速这一趋势。电动汽车是未来的趋势,而电池管理系统技术是一个关键的推动因素。 领先的电池管理系统产品,如ADBMS6815系列,正在推动未来的发展。这些IC经认证符合ISO 26262 ASIL-D标准,其电芯电压和温度测量精度在业内属领先水平。ADBMS6815系列采用经过道路验证的多代电池 监控IC ,旨在超越汽车和 工业应用 的环境、可靠性和安全性要求。它们能够有效满足电动车队和大型储能系统不断变化且具有挑战性的要求。设计人员可以放心地选择ADI公司产品,相信ADI市场领先技术可以提供当今出色的电池管理系统,并在不断扩大创新基础上,促进未来前沿系统的发展。 来源:ADI,作者:ADI电池管理系统部营销经理 Greg Zimmer
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    2022-7-5 10:07
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    ZigBee(IEEE 802.15.4)技术在能源、家庭自动化、零售等领域的应用越来越多,其中一个DC连接或直接电池供电的低瞬变电源必不可少。本方案小外形、高性价比,用于ZigBee控制器、MCU和特种元件充电和能源管理。 方案特点 本电源采用LP5907 LDO,可为ZigBee控制器和其他元件提供2.8V稳定电压。由于电池充电管理芯片BQ24230具有具有动态电源路径(DPPM)功能,可在为电池充电的同时为负载供电。一旦DC连接器从BQ24230的输入端取走,电池就开始为系统供电。 方案提供低噪声和高PSRR输出电压,能够为电池独立并同时充电的独立式电池充电器,欠压闭锁功能可防止电池达到临界低电压水平。主要性能如下: DC输入电压:4.35-6.4V 输出电压(VOUT):2.8V 输出电流(IOUT):250mA PSRR:1KHz 83dB 输出噪声电压RMS:250mA 6.5μVRMS 电池类型:锂离子 最大输入电流:500mA 快充电流:300mA 电池放电安全极限:2.93V LP5907为全新设计的超低噪音LDO,提供250mA的输出电流,具有低噪音、高PSRR、低静态电流以及低线性或负载瞬态响应等特征。LP5907可与一个1μF输入和一个1μF输出陶瓷电容器配合使用,无需噪音旁路电容器,即可提供同类中领先的抑噪性能。 BQ24230电池充电管理芯片针对空间有限的便携式应用,支持25-500mA之间充电电流,具有输入过压保护的高输入电压范围,支持低成本、不受管制的适配器。USB输入电流限制精度和启动顺序允许BQ24230满足USB-IF浪涌电流规范。 芯齐齐BOM分析 本方案电路精简,包括LP5907低噪音LDO、BQ24230电池充电管理芯片,整体BOM只有18个标准元器件,可从硬之城(allchips.com)一站购齐。 LP5907 LDO设计用于射频和模拟电路,工作于-40°C to 125°C,提供从1.2V到4.5V型号,每档差距25mV。该LDO采用NOPB、X2SON封装,全新设计无需使用噪音旁路电容器即可提供同类中领先的抑噪性能,节省了BOM成本,简化了电路设计和PCB布线。 LP5907合USB-IF标准,集成动态电源路径管理(DPPM)功能同时和独立为系统供电并充电,基于输入的动态电源管理(VIN-DPM)用于防止不良USB电源,该器件采用小型3mm×3mm 16引脚QFN封装,工作温度-40°C~ 125°C。 电阻器方面,用于设定快充安全定时的R3连接于14引脚和地之间,阻值选择56.2kΩ,精度为1%。 R4(10kΩ)连接于1#(TS)和地之间,用以关闭测温功能。如果需要启动该功能,可以将此电阻器换成NTC电阻器,并连接于TS引脚和电池组之间。
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    2013-6-3 18:17
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                      在未来HEV PHEV电动汽车的重要角色 -电池管理                  (上海皇华信息科技有限公司技术部)    随着油价飚涨、环保意识增强等因素影响,奠定了电动车是未来汽车业发展的趋势,电动车虽有了一定的历史,但由于不同的背景及技术专长,同样是电动车,在技术上却有很多的差别,接下来看下未来电动车的发展方向 实际电动车(EV,Electric Vehicles )可分为油电混合车(HEV,Hybrid Electric Vehicles )、插电式油电混合车( P HEV,Plug-in Hybrid Electric Vehicle)及 纯 电动车( BEV ,Battery Electric Vehicles)等三大类。 油电混合车 (HEV ) HEV的运作原理主要是以电力驱动车辆,同时搭配汽油或柴油传统引擎。在车辆处于滑行或低速状态时(一般为40公里/小时以下),车辆完全是以电力驱动,但在加速或爬坡的行驶状态时,车内电脑会自动启动传统引擎,提供额外动力以维持车辆续航力。    HEV成功的关键在于电池电压下降时,车内电脑会启动传统引擎,并且对电池进行充电。而且刹车时,马达也会自动将摩擦的热能转换成电力储存在电池中,虽然无法达到「零排放」的要求,但车主完全不需烦恼充电问题,油耗表现相对于传统汽车又好上许多,而需要高速效能时,车主也可手动切换至传统引擎,实用性完全不输传统汽车。   HEV主要是以北美、西欧、日本三大市场为重心。主力厂商为丰田及本田(Honda),其他还有北美三大车厂、日产(Nissan)、法国标致(Peugeot)、中国大陆比亚迪等。 插电式油电混合车 (PHEV)    PHEV的运作原理与HEV相同,但所配备的电池容量更大,因此光靠电池可以行驶更远的距离,不但可以节省更多燃油,温室气体排放量也更低。至于电池的电力回充方式,除了以引擎进行充电之外,也可以家用的外接电源充电,已被视为取代HEV的下一代油电混合车。    目前PHEV的续航力约在20至60英里(32.2至96.6公里),乘载的马达约为50至80千瓦,使用的电池容量则视车辆续航力而定,约为6至20千瓦小时不等。   根据通用汽车公布的资料,旗下PHEV车款中的Chevy Volt,每公升汽油可行驶约21公里,与2007年美国轿车平均值相比,每公升汽油可行驶的距离,足足增加了64%(依照CAFE计算的平均值为每公升12.8公里)  ▲ 油电混合车主要以北美、西欧、日本三大市场为重心。目前,主力厂商为丰田、本田、日产、标致、比亚迪等。 纯 电动车 (BEV)    纯电动汽车(Blade Electric Vehicles ,简称BEV),它是完全由可充电电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池)提供动力源的汽车。 BEV的起步最晚,而且与一样要面对锂电池成本过高的问题。且由于北美市场已经HEV是的天下,未来也可能是由PHEV接手,因此BEV未来的发展重点,应该会是以中国大陆、印度或欧洲市场为主。 电池管理 系统的重要性 就混合动力汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV) 而言,使用锂离子电池,可在功率、能量密度、效率和环境影响之间取得最佳平衡。但同时,锂离子电池也是易损坏和危险的,而汽车环境又相当棘手、难以应付。混合动力汽车和电动汽车的电子产品面临的挑战是,弥补要求苛刻的汽车环境和电池敏感性之间的差距。汽车环境的苛刻和电池的敏感堪称地狱中的绝配。 考虑到汽车对能量、功率和环境的要求,安全、可靠地使用大型锂离子电池组绝对不是一个简单的任务。锂离子电池以满充电状态或满放电状态工作时,容量会降低。考虑到循环往复的充电、组与组之间的差别和不同的环境条件,每节电池的容量都会随着时间推移而降低并产生偏离。因此,电池组要实现 15 年、5000 个充电周期的目标,每节电池都必须保持在有限的工作范围内工作。通过控制每节锂离子电池的充电状态 (SOC),可以最大限度地提高电池组的容量,同时最大限度地减轻容量的降低。确保高效率、安全地使用汽车电池组,是电池管理系统 (BMS) 的责任。 电池管理系统的任务是,仔细跟踪和控制每节电池的充电状态。电池管理系统的测量准确度至关重要,因为它决定了每节电池能多么靠近其可靠充电状态范围的边缘工作。最大限度地提高可用容量的能力决定了所需的电池数量,而电池数量对成本和重量有很大的影响,随之而来对电池管理和充电系统要求越来越高,半导体公司正在推进预期能够满足这些要求的产品开发进程   显而易见,电动车產业正朝向提升安全性及行驶里程两大方向发展,其中,鋰电池组不仅是电动车的心脏,更是牵动技术进展的核心。随著厂商陆续投注研发动能,电动车上路安全与性能表现距离市场可接受程度已大幅拉近,BMS电池管理系统更是整个產业能否顺利步上轨道的指标;一旦2013年,BMS大量导入车体设计,即能促使消费者对电动车敞开心房。 下面具体以 TI 汽车电池管理为例介绍 德州仪器(TI)将率先发表主动平衡电池管理系统(BMS)晶片,抢攻电动车(EV)市。為求电动车续航力能媲美传统汽油车,做为动力心脏的鋰电池模组串联数量剧增,并加诸BMS监控晶片负担,导致旧有被动平衡解决方案面临汰旧换新的潮流,2012年起,BMS供应商為争食市场大饼,导入主动平衡功能已蔚然成风; 观察业界在主动平衡方面仍处於研发阶段,且產品推出时程尚不明朗,德州仪器的主动平衡BMS技术进展领先业界,且产品成熟度及稳定度亦能契合模组厂、系统厂要求,将 有助于早开发符合插电式混合动力车(PHEV)及纯电动车(BEV)鋰电池组的BMS解决方案。                电池管理IC(bq76PL536)的汽车电池管理系统   2010年上半年,德州仪器电量监测元件bq76PL536已量產,并在下半年获得中国大陆电动公车採用, bq76PL536 是一款可堆叠式3至6节串联电芯锂离子电池组保护器及模拟前端 (AFE),它内置一个高精度模数转换器 (ADC)、独立的电池电压和温度保护功能电路、电池电量平衡电路以及一个给用户电路供电的精准5V低压降稳压器 (LDO)。bq76PL536提供了针对过压、欠压和过热状况的全面保护(二级保护)。当超过安全阈值时,bq76PL536将设定FAULT 输出。配置或启用保护功能无需借助外部组件。 电池电压和温度保护功能与ADC无关。bq76PL536拟与一个TMS320F280200等系列主机控制器配合使用,旨在最大限度地提高电池管理系统的功能性。不过,保护功能并不需要主机控制器。bq76PL536可通过垂直堆叠来监测多达192个电芯。而无需在ic之间布设额外的隔离组件 其主要特性与优势包括 bq76PL536A-Q1 集成了电压转换与高精度模数转换器系统,能够高度精确、快速地测量电池单元电压。 bq76PL536A-Q1 可针对过压、欠压及过温情况提供全面保护(二级保护功能)。 超过安全阈值时,bq76PL536A-Q1 可设置故障输出。 无需外部组件便可配置或启用保护特性。 电池电压及温度保护功能无需 ADC 系统干预。 可编程保护阈值与检测延迟时间存储在故障检测/更正 (ECC) OTP EPROM 中,可为电池管理系统实现更高的灵活性与可靠性。 bq76PL536A-Q1 旨在协助主机控制器工作,最大限度地提高电池管理系统的功能性。 不过,该保护功能不需要主机控制器。 bq76PL536A-Q1 可垂直堆栈,无需在 IC 之间添加隔离组件,便可监控多达 192 个电池单元。 高速串行外设接口 (SPI) 总线可在每个 bq76PL536A-Q1 之间运行,从而可通过高电压电池单元堆栈实现可靠的通信。     BQ76PL536A-Q1   主要特性   3 至 6 节串联电池支持,支持所有化学成分 支持热插拔 针对数据通信的高速 SPI 可堆栈垂直接口 IC 之间无需隔离组件 符合汽车应用要求 温度范围: –40°C 至 105° 高精度模数转换器 (ADC) : ±1 mV 典型误差精度 14 位分辨率和 6 µs 转换时间 9 组 ADC 输入( 6 组电池电压、 1 组 6 体 砖型 电压及 2 组温度输入)和 1 组通用输入 支持同步测量的专用引脚 ECC-OTP 寄存器中存储的配置数据 内置比较器(二级保护器)支持: 过压及欠压保护 过温保护 可编程阈值和延迟时间 专用 故障 信号 支持安全超时功能的电池平衡控制输出 通过外部组件设定平衡电流 电源电压范围: 6 V 至 30 V (连续),乃至 36 V (峰值) 低功耗: 12 µA 典型休眠电流与 45 µA 空闲电流 5 V 、 3 mA 集成型高精度 LDO 应用 电动汽车与油电混合动力汽车 不间断电源系统 (UPS) 电动自行车和电动摩托车 大型电池系统     以 bq7xPLxxx 器件系列的 TI 智能电池管理集成电路方案介绍 TI 通过改进嵌入式处理和模拟实现智能能源。技术创新仍然是开发清洁、低成本、可再生能源新来源以及更有效地支持我们生活各个方面的关键所在。TI 推出全新智能电池管理集成电路,该产品可提高多节锂离子电池组的测量与保护功能。     TI 数字功率控制器和多节电池器件的 HEV 多节电池组的方框图 (SBD)   设计该方案需要注意事项 插入式混合电动车 (PHEV) 和电池电动车 (BEV) 是两项快速兴起的技术,都使用功能强大的电机作为动力来源。为了给这些电机供电,在车辆中安装了由数百节电池(总计 300-400V)组成的大型电池组。由于电池的电量有限,PHEV 和 BEV 必须定期再充电而这通常通过连接到电网来进行。 这些车辆的充电系统包含从 AC 线生成 DC 电压的 AC/DC 整流器,以及紧接着的负责产生电池组所需的直流电压的 DC/DC 转换器。另外,高级充电系统还可能使用 PLC 调制解调器与电网通信,以便根据电网条件调节充电。在操作和充电过程中还必须仔细监控电池组,以便最大程度地提高能源使用率并延长电池使用寿命。 高性能模拟部件还可提供重要系统的功能和特性,例如传感器反馈、隔离、芯片电源和通信收发器。 bq7xPLxxx 器件系列专为多节电池组而设计,该系列主要有BQ77PL157  BQ77PL900 BQ77PL910  BQ78PL114等,它们可以处理电源工具和电迁移率等较高功率应用中的电压和电流。电池组中串联的电池越多,影响电池组的状况和能源供应的充电状态、阻抗和电容的差异也就越大。bq7xPLxxx 器件包括使电池回到平衡状态的电路。这样可延长电池组的使用寿命并有助于为应用提供尽可能多的能源。每个 bq7xPLxxx 器件均可防止电池过充、过放电、过温和高电压的情况,从而保证电池组和系统的安全。       事实上,PHEV及BEV均对BMS的要求更上层楼,激励BMS晶片商相继投入开发主动平衡解决方案,从而监控数以千计的鋰电池芯状态;并能以极短的电流导通循环时间,达成各个电池芯之间的电量平衡,让电动车能同时兼具续航力与安全性。不只德州仪器锁定主动平衡方案,业界竞争对手也陆续跨入此一技术领域,推测往后BMS方案将呈现百家争鸣的局面,如何掌握车种设计,从而打入车厂Tier 1供应链将是决胜关键。    与此同时,德州仪器亦已勾勒下一代產品蓝图,包括更先进的bq76PL606及EM1455系列BMS晶片,均将於2012~2013年导入量產,提供Tier 1厂更客製化的选择;如bq76PL606将瞄準六通道可堆叠印刷电路版(PCB)设计方案,而EM1455则增加到十六通道支援,并将所有电流监测/管理IC整合成一颗系统单晶片(SoC),从而缩减客户的零组件成本。      本文献参考 http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/apps/automotive/end_equipment.page http://www.ameya360.cn/getprobycate-PMIC%20-%20电池管理-28e64bcb1330434c9fbb2c0549fc1d57.html
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