作者：Doctor M
在北京⼩客⻋指標(biāo)搖號(hào)新政中，除了增加以“⽆⻋家庭”為單位參與搖號(hào)，同時(shí)還將今年新能源⼩客⻋配置指標(biāo)數(shù)量的60%優(yōu)先向“⽆⻋家庭”配置，以提⾼搖號(hào)中簽率。根據(jù)⼯信部最新公布的數(shù)據(jù)，上年10⽉份，國(guó)內(nèi)新能源汽⻋產(chǎn)銷分別完成16.7萬輛和16萬輛，同⽐分別增⻓69.7%和104.5%。其中，純電動(dòng)（EV）汽⻋產(chǎn)銷分別完成14.1萬輛和13.3萬輛。如此看來，今年新能源汽⻋將迎來新⼀波增⻓⾏情應(yīng)該是沒有懸念了。
羅蘭貝格在其發(fā)布的“中國(guó)新能源汽車供應(yīng)鏈白皮書2020”中曾將國(guó)內(nèi)新能源行業(yè)的發(fā)展劃分成三大階段，即起步階段、過渡階段與成熟階段，并表示當(dāng)前已從起步階段跨入各驅(qū)動(dòng)因素接力、共同作用的過渡階段，預(yù)計(jì)在2022-2025年前后進(jìn)入成熟發(fā)展階段。續(xù)航里程也從起步階段的不超過300KM逐步提高到過渡階段的600KM及以上。
圖1：中國(guó)新能源乘用車銷量預(yù)測(cè)（單位：千臺(tái)），圖中BEV表示純電動(dòng)、PHEV為插電混動(dòng)（圖源：羅蘭貝格）
續(xù)航：HEV/EV面臨的巨大挑戰(zhàn)
雖然新能源汽車前景可期，不過，從汽車行業(yè)的整體規(guī)模來看，新能源汽車的占比并不高。今年1－10月，中國(guó)汽車產(chǎn)銷分別完成1951.9萬輛和1969.9萬輛，其中新能源汽車產(chǎn)銷分別完成91.4萬輛和90.1萬輛，僅占4.6%。即便有諸如本文開頭提到的北京新政這些政策方面的大力支持，還是有大量消費(fèi)者沒有選擇新能源汽車。要說原因，續(xù)航和安全應(yīng)該是很多人心里那道邁不過去的坎兒。
從產(chǎn)品和技術(shù)角度看，電動(dòng)汽車車企宣稱的超長(zhǎng)續(xù)航，在日常的使用中存在著較大的偏差。加之電池能量密度和電池快充技術(shù)一直沒有取得突破性的進(jìn)展，充電基礎(chǔ)設(shè)施也不是很完善，存在充電難、充電慢等問題，嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。近年來頻頻爆出的電動(dòng)車自燃事件，更是加劇了消費(fèi)者對(duì)新能源汽車安全性的顧慮。要想持續(xù)、快速地?cái)U(kuò)大新能源汽車的市場(chǎng)份額，增加車輛續(xù)航里程、縮短充電時(shí)間、提高車輛安全性是車企眼下必做的功課。
BMS：HEV/EV續(xù)航和安全的“守望者”
在新能源汽車價(jià)值鏈中，電池組的成本占比最高。電池組由電芯（模組）、BMS（電池管理系統(tǒng)）、結(jié)構(gòu)件（箱體安裝件等）、高低壓線束、熱管理系統(tǒng)五部分構(gòu)成，其中電芯技術(shù)、BMS、熱管理系統(tǒng)是其核心。那么，對(duì)于新能源汽車而言，電池容量和BMS技術(shù)對(duì)續(xù)航會(huì)有哪些影響呢？
眾所周知，動(dòng)力電池系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的能量之源。要想延長(zhǎng)車輛的續(xù)航里程，最直觀的方法就是增大車輛的動(dòng)力電池容量。然而，與燃油車一樣，“油箱”的容量是不能無限度地增大的。受限于現(xiàn)有電池材料的能量密度，新能源汽車的電池容量也不能無限制地增加。
特斯拉在電芯技術(shù)上的重視程度和投資可謂空前絕后，公司與松下共同開發(fā)的18650圓柱型鋰電池，成就了Model 3稱霸行業(yè)的500KM續(xù)航。嚴(yán)格地說，這一標(biāo)桿性的續(xù)航指標(biāo)除了仰仗18650電池，作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機(jī)的重要紐帶——BMS技術(shù)同樣功不可沒。
這是因?yàn)�，電�?dòng)汽車中的鋰電池需要在一定的溫度和工作電壓范圍內(nèi)工作，才能實(shí)現(xiàn)卓越的性能并安全運(yùn)行。BMS的主要作用就是對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池參數(shù)進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控、故障診斷、SOC（荷電狀態(tài)）估算、行駛里程估算、短路保護(hù)、漏電檢測(cè)、顯示報(bào)警。在充電過程中對(duì)電池進(jìn)行熱管理，啟停鋰電池的冷卻系統(tǒng)，同時(shí)也管理單體電池之間的均衡，防止單體電池過充過放產(chǎn)生危險(xiǎn)。另外。BMS還會(huì)監(jiān)測(cè)整個(gè)電池的健康工作狀態(tài)，并通過CAN總線與車輛集成控制器或充電機(jī)進(jìn)行信息交互，保障電動(dòng)汽車高效可靠安全的運(yùn)行。
圖2：電動(dòng)汽車中的電池組（圖源：TI）
如此重要的技術(shù)和產(chǎn)品，關(guān)注的企業(yè)自然不會(huì)少。在國(guó)際上，有TI、NXP、ADI這些大型跨國(guó)企業(yè)，國(guó)內(nèi)介入BMS領(lǐng)域的半導(dǎo)體企業(yè)也越來越多，產(chǎn)品的更新迭代速度不斷加快。以TI、NXP、ADI公司為例，他們先后推出了一系列滿足EV/HEV需求的BMS產(chǎn)品和解決方案。
TI BMS解決方案
BMS是TI最重要的產(chǎn)品線之一，具有被動(dòng)電池均衡功能的16節(jié)電池監(jiān)控器bq76PL455A-Q1是公司目前主推的產(chǎn)品。基于該器件搭建的被動(dòng)電池均衡BMS解決方案，可滿足高可靠性汽車應(yīng)用的需求。因集成了高速、差分、電容隔離式通信接口等功能模塊，bq76PL455A-Q1能監(jiān)視和檢測(cè)包括過壓、欠壓、過熱和通信故障等多種故障，最多允許16個(gè)bq76PL455A-Q1器件通過單個(gè)UART接口與主機(jī)通信。
NXP BMS完整解決方案
NXP擁有一整套完整的汽車BMS解決方案，產(chǎn)品包括高性能和高安全性的MCU、模擬前端電池控制器BCC（MPC5744P、S32K、MC33771等）、隔離網(wǎng)絡(luò)高速收發(fā)器、系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片SBC等，并且符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262，可達(dá)到最高安全等級(jí)ASIL-D。通過該方案客戶可管理高達(dá)800V以上的高壓。
ADI LTC6813電池組監(jiān)視器
ADI向市場(chǎng)提供的LTC6813是一款多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器，最多可測(cè)量18節(jié)串聯(lián)電池的電壓，并且總測(cè)量誤差小于2.2mV。所有18節(jié)電池能在290μs之內(nèi)完成測(cè)量，并且可以選擇降低數(shù)據(jù)采集速率以實(shí)現(xiàn)更高的噪聲抑制。
結(jié)語
目前，BMS有主動(dòng)式均衡和被動(dòng)式均衡兩種管理模式。被動(dòng)式均衡一般采用電阻放熱的方式將高容量電池“多出的電量”進(jìn)行釋放，從而達(dá)到均衡的目的。其電路簡(jiǎn)單可靠，成本較低，電池效率也較低。主動(dòng)式均衡充電時(shí)將多余電量轉(zhuǎn)移至高容量電芯，放電時(shí)將多余電量轉(zhuǎn)移至低容量電芯，可提高使用效率，但是成本更高，電路復(fù)雜，可靠性低。被動(dòng)均衡方案因在成本上的優(yōu)勢(shì)，目前裝機(jī)量較大，占據(jù)新能源汽車市場(chǎng)較高的份額。隨著新能源汽車產(chǎn)品逐漸走向高端，對(duì)BMS的要求會(huì)越來越高，主動(dòng)均衡技術(shù)將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。 |
