一文掌握電動汽車電池管理方案

導讀：電池管理系統（BMS）是電動汽車的核心關鍵技術，其主要分為兩部分，第一部分是前端模擬測量保護電路（AFE），包括電池電壓轉換與量測電路、電池平衡驅動電路、開關驅動電路、電流量測、通訊電路；第二部分是后端數據處理模塊，就是依據電壓、電流、溫度等前端計算，并將必要的信息通過通信接口回傳給系統做出控制。目前電動汽車的電池管理系統（BMS）產品設計方案，被國外廠商壟斷，都選用國外半導體 IC廠商提供的電池管理IC，并以其應用方案為參考進行設計。

電池管理系統（BMS）是一個本世紀才誕生的新產品，因為電化學反應的難以控制和材料在這個過程中性能變化的難以捉摸，所以才需要這么一個管家來時刻監督、調整、限制電池組的行為，以保障使用安全，其主要功能為：

1. 實時監測電池狀態。通過檢測電池的外特性參數（如電壓、電流、溫度等），采用適當的算法，實現電池內部狀態（如容量和SOC等）的估算和監控，這是電池管理系統有效運行的基礎和關鍵；

2. 在正確獲取電池的狀態后進行熱管理、電池均衡管理、充放電管理、故障報警等；

3. 建立通信總線，與顯示系統、整車控制器和充電機等實現數據交換。

電池管理系統（BMS）主要分為兩部分，第一部分是前端模擬測量保護電路（AFE），包括電池電壓轉換與量測電路、電池平衡驅動電路、開關驅動電路、電流量測、通訊電路；第二部分是后端數據處理模塊，就是依據電壓、電流、溫度等前端計算，并將必要的信息通過通信接口回傳給系統做出控制。

目前電動汽車的電池管理系統（BMS）產品設計方案，被國外廠商壟斷，都選用國外半導體IC廠商提供的電池管理IC，并以其應用方案為參考進行設計。

Maxim、Linear Technology（已被ADI收購）、Intersil、TI、ADI、NXP是主要方案提供商。

Maxim方案

Maxim系列產品構建完備的12節電池監測方案，Maxim的電池監測器（MAX172XX等系列）、電池保護器（DS277X系列）以及電池選擇器（MAX1538）能夠有效延長電池工作壽命，確保安全、可靠的系統工作。其系列高壓器件有助于實現向低碳能源方案的轉變，器件集成了先進的功能，可降低電池管理系統的尺寸、成本和設計復雜度。消費者則可獲得更高的系統可靠性、更長的電池使用時間和更快的產品上市時間。

Maxim方案特點：

1.極大地簡化了多節電池組的設計。器件包含12個測量通道，采用電容隔離式階梯形SMBus通信總線，大大減少了元件數量，降低成本。這種獨特的架構允許連接多達31個器件至串聯電池組，對多達372節電池進行監測。基于電容的接口提供了成本極低的電池組間隔離，消除了級聯電氣故障。

2.具有優異性能，Maxim的高壓、小尺寸BiCMOS工藝具有業內最高耐壓（80V）和優異的ESD保護（±2kV，人體模式）以及熱插拔功能，在較寬的工作溫度范圍內確保符合AEC-Q100標準，保持高度可靠性。

3.模擬前端包含12通道電壓測量數據采集系統和一組高壓、帶故障容錯的開關輸入。高速、12位ADC對測試的電池電壓進行數字化。采用兩相掃描技術，獲取電池測量數據并修正誤差，該技術可同時測量電池電壓，在10μs內完成全部120節電池的電壓測量采樣，即使在嘈雜系統中也能確保優異的精度。在整個電池標稱工作溫度范圍內誤差小于±0.25%，在整個AEC-Q100 2類溫度范圍內誤差小于±20mV。

4.可將功耗降低10倍（工作模式下電流為100μA），以延長電池使用時間。獨特的內置關斷電路將功耗降至極低水平（漏電流僅為1μA），使電池可以保存若干年，而不損耗電池電量。

5.針對汽車應用優化設計，Maxim方案內部具有配置和自診斷模式，這對于安全監測系統的工作至關重要，能夠在存在磁場和瞬態噪聲的惡劣環境下確保無故障工作。Maxim采用大電流注入、帶狀線和車內監測等多種方式對IC進行全面測試，確保在具有強瞬態電信號和磁場干擾的電動車電池組中可靠工作。器件具有FMEA標準規定的引腳開路和短路故障檢測功能，并能夠處理內部電路故障。

Maxim方案圖