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汽車 (EV) 的電池電量。新型 TLE9012AQU 專為混合動力和電動汽車電池而設(shè)計。這種新產(chǎn)品還適用于其他應(yīng)用，例如儲能系統(tǒng)和電動自行車電池管理系統(tǒng)。

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

相關(guān)構(gòu)建電池電動車輛的塊的主要動力系是電池管理系統(tǒng)（BMS），車載充電器（OBC），和逆變器核心該驅(qū)動器??電動機(jī)和在再生制動的情況下，反饋能量到電池。

電池在電動汽車 (EV) 中的迅速采用使電子設(shè)計朝著新一代電荷監(jiān)控設(shè)備發(fā)展。雖然在 2018 年，這些電池中有大約 64% 仍然是為全球電動汽車生產(chǎn)的，但到 2025 年，這個數(shù)字將上升到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 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，駕駛電動汽車是最佳選擇。許多分析師預(yù)測，到 2050 年，每輛汽車都將是電動汽車，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)，電動汽車的驅(qū)動因素變得越來越有趣。到本十年末，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(shè)備和電池。75% 的電池成本來自電池外殼、電極和電解質(zhì)材料、保護(hù)功能，”英飛凌汽車事業(yè)部應(yīng)用營銷總監(jiān) Clemens Müller 博士解釋說。

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

圖 2：按動力總成類型劃分的全球市場滲透率 [來源：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，在電動汽車中，您必須盡可能延長續(xù)航里程，同時盡可能延長電池壽命。電池充電監(jiān)控系統(tǒng)（通常稱為電池管理系統(tǒng)或 BMS）可讓您智能管理電動汽車的續(xù)航里程和安全性，同時降低電力成本。?

此外，他們確定電池的充電狀態(tài)和健康狀況，以估計可用的自主性和剩余壽命。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。

“電動動力總成的能量主要來自鋰電池系統(tǒng)。Clemens Müller 博士說：“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)更長的電池壽命。” 他補(bǔ)充說，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，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 是初始電荷與隨時間衰減的電荷量之比，通過庫侖計數(shù)法測量。

“BMS 功能的系統(tǒng)挑戰(zhàn)是高精度電池電壓和溫度測量，以及電池和電池控制器之間的強(qiáng)大通信鏈接；單元級的自主電荷平衡、實(shí)時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)測和控制，”Clemens Müller 博士說。

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執(zhí)行測量，因此即使存在臨時干擾因素，結(jié)果也保持可比性。

電池的平衡是通過將十二個平衡開關(guān)集成到芯片中來實(shí)現(xiàn)的——每個通道一個，電流高達(dá) 150 mA。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(fù)載診斷功能。

TLE9012AQU 擁有 12 個 Delta-Sigma ADC 通道，特別適用于每個模塊具有 12 個電池的電池。因此，每個模塊需要一個設(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 [來源：英飛凌]

圖 5：英飛凌 BMS IC TLE9012AQU [來源：英飛凌]

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

Clemens Müller 博士總結(jié)道：“BMS 的下一個創(chuàng)新趨勢。據(jù)他介紹，這在多個領(lǐng)域都可以看到，例如——拓?fù)浜瓦B接性、計量診斷、狀態(tài)評估和健康預(yù)測、隱藏性能固態(tài)保護(hù)開關(guān)、用于容量優(yōu)化的熱控制解決方案以及更長的使用壽命。”

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

審核編輯 黃昊宇