英飛凌科技推出了一款名為 TLE9012AQU 的新電池管理系統(tǒng)，用于管理和平衡電動汽車的電池電量。這家德國芯片公司專門為混合動力和電動汽車電池設計了它，但它也適用于其他應用，如儲能系統(tǒng)和電動自行車電池管理系統(tǒng)。

電池電動汽車的主要動力總成相關(guān)構(gòu)建模塊是電池管理系統(tǒng) (BMS)、車載充電器 (OBC) 和主逆變器，它們驅(qū)動電動機并在再生制動的情況下將能量反饋給電池。

電池在電動汽車 (EV) 中的迅速采用使電子設計朝著新一代的電荷監(jiān)測設備發(fā)展。雖然 2018 年這些電池中約有 64% 仍為全球電動汽車生產(chǎn)，但到 2025 年，這一數(shù)字將上升到 85% 以上。此外，根據(jù)分析師的各種研究，就排放而言，在全球 95% 的國家中，駕駛電動汽車是最佳選擇。許多分析人士預測，到 2050 年，每兩輛汽車都將是電動汽車，這將使全球 CO 2排放量每年減少多達 1.5 吉噸(數(shù)十億噸)。

“由于更嚴格的 CO 2法規(guī)，電動汽車的驅(qū)動因素變得越來越有趣。到本世紀末，大約 30% 的新車將配備高壓電池。電動汽車總動力總成成本的 70-80% 來自電力電子設備和電池。75% 的電池成本來自電池單元(外殼、電極和電解質(zhì)材料、保護功能)，”英飛凌汽車部門應用營銷總監(jiān) Clemens Müller 說。

TLE9012AQU 在整個溫度和工作電壓范圍內(nèi)提供多達 12 個電池的電壓測量，精度為 ± 5.8 mV。通過結(jié)合多達五個外部溫度傳感器和一個 iso-UART 接口進行通信，該器件對整個項目進行了全面優(yōu)化。

電池管理系統(tǒng) (BMS) 確保電池容量得到最佳利用：在電動汽車中，您必須在盡可能長的電池壽命的同時達到盡可能長的續(xù)航里程。電池充電監(jiān)控系統(tǒng)(通常稱為電池管理系統(tǒng))可讓您智能地管理電動汽車的續(xù)航里程和安全性，同時降低電力成本。

此外，它們確定電池的充電狀態(tài)和健康狀況，以估計可用的自主權(quán)和剩余壽命。集成的控制提供測量數(shù)據(jù)并通過平衡電池來確保平衡的充電狀態(tài)。

汽車電池管理系統(tǒng)必須能夠滿足關(guān)鍵功能，例如電壓、溫度和電流監(jiān)控、電池充電狀態(tài) (SoC) 和鋰離子 (Li-ion) 電池的電池平衡。最基本的功能是電池保護和充電狀態(tài)顯示。

“電動動力系統(tǒng)的能源主要來自鋰電池系統(tǒng)。為了實現(xiàn)更長的電池壽命、最大的能量供應和最高的功能安全性，它們需要受到嚴格控制，”Müller 說。他繼續(xù)說道，“鋰離子電池是具有差異化陰極化學和電池拓撲結(jié)構(gòu)的主要電池技術(shù)?！?

盡管 SoC 很有用，但在電池耗盡時，如果不跟蹤容量，則讀數(shù)是不完整的。容量是電池健康狀態(tài)(SoH)的主要指標。擁有 SoC 和 SoH 數(shù)據(jù)有助于了解整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)或功能狀態(tài) (SoF)。SoH 是初始電荷與隨時間惡化的電荷量之比，通過庫侖計數(shù)法測量(圖 3)。

“BMS 功能的系統(tǒng)挑戰(zhàn)是高精度的電池電壓和溫度測量，以及電池之間和電池控制器之間強大的通信鏈路;電池級別的自主充電平衡、實時多線程高精度低功耗數(shù)據(jù)預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)測和控制，”Müller 說。

Infineon 的解決方案

Infineon 的 TLE9012AQU 電路提供可編程噪聲濾波器并同時執(zhí)行測量，因此即使存在臨時干擾因素，結(jié)果也能保持可比性。

電池的平衡是通過集成在芯片中的十二個平衡開關(guān)來實現(xiàn)的——每個通道一個。它們專為高達 150 mA 的電流而設計。對于更高的平衡電流，該器件還支持外部開關(guān)。板載過流、欠流和開路負載診斷。

憑借其 12 個 Delta-Sigma ADC 通道，TLE9012AQU 特別適用于每個模塊有 12 個電池的拆分電池。因此，每個模塊需要一個設備。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 接口可以輕松實現(xiàn)電壓隔離并確保數(shù)據(jù)完整性。

隨著電動汽車的日益普及，對電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域的影響將相當大，因為電動汽車由數(shù)十或數(shù)百個電池供電。任何管理不善都可能引發(fā)巨大的電氣問題。BMS優(yōu)化了電動汽車的性能并確保了電池組的安全。

“BMS 的下一個創(chuàng)新趨勢可以在幾個主題中確定：拓撲和連接性、計量診斷、狀態(tài)評估和健康預測、隱藏性能固態(tài)保護開關(guān)、用于容量優(yōu)化和更長壽命的熱控制解決方案，”Clemens 說穆勒。

鋰離子電池良好市場的一個關(guān)鍵測量參數(shù)是電化學阻抗。許多 BMS 設備中的電化學阻抗測量是通過多個完全并聯(lián)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和具有 0.1 Hz 至 5 KHz 脈沖調(diào)制的交流勵磁電路以及集成在設備中的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)的。