Ti電池管理方案

1、 在未來HEV PHEV電動(dòng)汽車的重要角色 -電池管理 (上?；嗜A信息科技有限公司技術(shù)部) 隨著油價(jià)飚漲、環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)等因素影響，奠定了電動(dòng)車是未來汽車業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，電動(dòng)車雖有了一定的歷史，但由于不同的背景及技術(shù)專長(zhǎng)，同樣是電動(dòng)車，在技術(shù)上卻有很多的差別，接下來看下未來電動(dòng)車的發(fā)展方向 實(shí)際電動(dòng)車(EV，Electric Vehicles )可分為油電混合車(HEV，Hybrid Electric Vehicles )、插電式油電混合車(PHEV，Plug-in Hybrid Electric Vehicle)及純電動(dòng)車(BEV，Battery Electric Vehicles)等三大類。油

2、電混合車(HEV )HEV的運(yùn)作原理主要是以電力驅(qū)動(dòng)車輛，同時(shí)搭配汽油或柴油傳統(tǒng)引擎。在車輛處于滑行或低速狀態(tài)時(shí)(一般為40公里/小時(shí)以下)，車輛完全是以電力驅(qū)動(dòng)，但在加速或爬坡的行駛狀態(tài)時(shí)，車內(nèi)電腦會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)傳統(tǒng)引擎，提供額外動(dòng)力以維持車輛續(xù)航力。 HEV成功的關(guān)鍵在于電池電壓下降時(shí)，車內(nèi)電腦會(huì)啟動(dòng)傳統(tǒng)引擎，并且對(duì)電池進(jìn)行充電。而且剎車時(shí)，馬達(dá)也會(huì)自動(dòng)將摩擦的熱能轉(zhuǎn)換成電力儲(chǔ)存在電池中，雖然無法達(dá)到零排放的要求，但車主完全不需煩惱充電問題，油耗表現(xiàn)相對(duì)于傳統(tǒng)汽車又好上許多，而需要高速效能時(shí)，車主也可手動(dòng)切換至傳統(tǒng)引擎，實(shí)用性完全不輸傳統(tǒng)汽車。 HEV主要是以北美、西歐、日本三大市場(chǎng)為重心。主

3、力廠商為豐田及本田(Honda)，其他還有北美三大車廠、日產(chǎn)(Nissan)、法國(guó)標(biāo)致(Peugeot)、中國(guó)大陸比亞迪等。插電式油電混合車(PHEV) PHEV的運(yùn)作原理與HEV相同，但所配備的電池容量更大，因此光靠電池可以行駛更遠(yuǎn)的距離，不但可以節(jié)省更多燃油，溫室氣體排放量也更低。至于電池的電力回充方式，除了以引擎進(jìn)行充電之外，也可以家用的外接電源充電，已被視為取代HEV的下一代油電混合車。 目前PHEV的續(xù)航力約在20至60英里(32.2至96.6公里)，乘載的馬達(dá)約為50至80千瓦，使用的電池容量則視車輛續(xù)航力而定，約為6至20千瓦小時(shí)不等。 根據(jù)通用汽車公布的資料，旗下PHEV車款中

4、的Chevy Volt，每公升汽油可行駛約21公里，與2007年美國(guó)轎車平均值相比，每公升汽油可行駛的距離，足足增加了64%(依照CAFE計(jì)算的平均值為每公升12.8公里) 油電混合車主要以北美、西歐、日本三大市場(chǎng)為重心。目前，主力廠商為豐田、本田、日產(chǎn)、標(biāo)致、比亞迪等。純電動(dòng)車(BEV) 純電動(dòng)汽車(Blade Electric Vehicles ,簡(jiǎn)稱BEV)，它是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子電池）提供動(dòng)力源的汽車。 BEV的起步最晚，而且與一樣要面對(duì)鋰電池成本過高的問題。且由于北美市場(chǎng)已經(jīng)HEV是的天下，未來也可能是由PHEV接手，因此BEV未來的發(fā)展重點(diǎn)，應(yīng)

5、該會(huì)是以中國(guó)大陸、印度或歐洲市場(chǎng)為主。電池管理系統(tǒng)的重要性就混合動(dòng)力汽車 (HEV) 和電動(dòng)汽車 (EV) 而言，使用鋰離子電池，可在功率、能量密度、效率和環(huán)境影響之間取得最佳平衡。但同時(shí)，鋰離子電池也是易損壞和危險(xiǎn)的，而汽車環(huán)境又相當(dāng)棘手、難以應(yīng)付?；旌蟿?dòng)力汽車和電動(dòng)汽車的電子產(chǎn)品面臨的挑戰(zhàn)是，彌補(bǔ)要求苛刻的汽車環(huán)境和電池敏感性之間的差距。汽車環(huán)境的苛刻和電池的敏感堪稱地獄中的絕配?？紤]到汽車對(duì)能量、功率和環(huán)境的要求，安全、可靠地使用大型鋰離子電池組絕對(duì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)。鋰離子電池以滿充電狀態(tài)或滿放電狀態(tài)工作時(shí)，容量會(huì)降低?？紤]到循環(huán)往復(fù)的充電、組與組之間的差別和不同的環(huán)境條件，每節(jié)電池的

6、容量都會(huì)隨著時(shí)間推移而降低并產(chǎn)生偏離。因此，電池組要實(shí)現(xiàn) 15 年、5000 個(gè)充電周期的目標(biāo)，每節(jié)電池都必須保持在有限的工作范圍內(nèi)工作。通過控制每節(jié)鋰離子電池的充電狀態(tài) (SOC)，可以最大限度地提高電池組的容量，同時(shí)最大限度地減輕容量的降低。確保高效率、安全地使用汽車電池組，是電池管理系統(tǒng) (BMS) 的責(zé)任。電池管理系統(tǒng)的任務(wù)是，仔細(xì)跟蹤和控制每節(jié)電池的充電狀態(tài)。電池管理系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度至關(guān)重要，因?yàn)樗鼪Q定了每節(jié)電池能多么靠近其可靠充電狀態(tài)范圍的邊緣工作。最大限度地提高可用容量的能力決定了所需的電池?cái)?shù)量，而電池?cái)?shù)量對(duì)成本和重量有很大的影響，隨之而來對(duì)電池管理和充電系統(tǒng)要求越來越高，半導(dǎo)體

7、公司正在推進(jìn)預(yù)期能夠滿足這些要求的產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程 顯而易見，電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)正朝向提升安全性及行駛里程兩大方向發(fā)展，其中，鋰電池組不僅是電動(dòng)車的心臟，更是牽動(dòng)技術(shù)進(jìn)展的核心。隨著廠商陸續(xù)投注研發(fā)動(dòng)能，電動(dòng)車上路安全與性能表現(xiàn)距離市場(chǎng)可接受程度已大幅拉近，BMS電池管理系統(tǒng)更是整個(gè)產(chǎn)業(yè)能否順利步上軌道的指標(biāo)；一旦2013年，BMS大量導(dǎo)入車體設(shè)計(jì)，即能促使消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車敞開心房。下面具體以TI汽車電池管理為例介紹德州儀器(TI)將率先發(fā)表主動(dòng)平衡電池管理系統(tǒng)(BMS)晶片，搶攻電動(dòng)車(EV)市。為求電動(dòng)車?yán)m(xù)航力能媲美傳統(tǒng)汽油車，做為動(dòng)力心臟的鋰電池模組串聯(lián)數(shù)量劇增，并加諸BMS監(jiān)控晶片負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致舊有被動(dòng)

8、平衡解決方案面臨汰舊換新的潮流，2012年起，BMS供應(yīng)商為爭(zhēng)食市場(chǎng)大餅，導(dǎo)入主動(dòng)平衡功能已蔚然成風(fēng)； 觀察業(yè)界在主動(dòng)平衡方面仍處?kù)堆邪l(fā)階段，且產(chǎn)品推出時(shí)程尚不明朗，德州儀器的主動(dòng)平衡BMS技術(shù)進(jìn)展領(lǐng)先業(yè)界，且產(chǎn)品成熟度及穩(wěn)定度亦能契合模組廠、系統(tǒng)廠要求，將有助于早開發(fā)符合插電式混合動(dòng)力車(PHEV)及純電動(dòng)車(BEV)鋰電池組的BMS解決方案。 電池管理IC（bq76PL536）的汽車電池管理系統(tǒng)2010年上半年，德州儀器電量監(jiān)測(cè)元件bq76PL536已量產(chǎn)，并在下半年獲得中國(guó)大陸電動(dòng)公車採(cǎi)用， bq76PL536 是一款可堆疊式3至6節(jié)串聯(lián)電芯鋰離子電池組保護(hù)器及模擬前端 (AFE)，它內(nèi)

9、置一個(gè)高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、獨(dú)立的電池電壓和溫度保護(hù)功能電路、電池電量平衡電路以及一個(gè)給用戶電路供電的精準(zhǔn)5V低壓降穩(wěn)壓器 (LDO)。bq76PL536提供了針對(duì)過壓、欠壓和過熱狀況的全面保護(hù)（二級(jí)保護(hù)）。當(dāng)超過安全閾值時(shí)，bq76PL536將設(shè)定FAULT 輸出。配置或啟用保護(hù)功能無需借助外部組件。電池電壓和溫度保護(hù)功能與ADC無關(guān)。bq76PL536擬與一個(gè)TMS320F等系列主機(jī)控制器配合使用，旨在最大限度地提高電池管理系統(tǒng)的功能性。不過，保護(hù)功能并不需要主機(jī)控制器。bq76PL536可通過垂直堆疊來監(jiān)測(cè)多達(dá)192個(gè)電芯。而無需在ic之間布設(shè)額外的隔離組件其主要特性與優(yōu)勢(shì)包括b

10、q76PL536A-Q1 集成了電壓轉(zhuǎn)換與高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，能夠高度精確、快速地測(cè)量電池單元電壓。 bq76PL536A-Q1 可針對(duì)過壓、欠壓及過溫情況提供全面保護(hù)（二級(jí)保護(hù)功能）。 超過安全閾值時(shí)，bq76PL536A-Q1 可設(shè)置故障輸出。 無需外部組件便可配置或啟用保護(hù)特性。電池電壓及溫度保護(hù)功能無需 ADC 系統(tǒng)干預(yù)。 可編程保護(hù)閾值與檢測(cè)延遲時(shí)間存儲(chǔ)在故障檢測(cè)更正 (ECC) OTP EPROM 中，可為電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的靈活性與可靠性。 bq76PL536A-Q1 旨在協(xié)助主機(jī)控制器工作，最大限度地提高電池管理系統(tǒng)的功能性。 不過，該保護(hù)功能不需要主機(jī)控制器。 bq76P

11、L536A-Q1 可垂直堆棧，無需在 IC 之間添加隔離組件，便可監(jiān)控多達(dá) 192 個(gè)電池單元。 高速串行外設(shè)接口 (SPI) 總線可在每個(gè) bq76PL536A-Q1 之間運(yùn)行，從而可通過高電壓電池單元堆棧實(shí)現(xiàn)可靠的通信。BQ76PL536A-Q1 主要特性l 3 至 6 節(jié)串聯(lián)電池支持，支持所有化學(xué)成分l 支持熱插拔l 針對(duì)數(shù)據(jù)通信的高速 SPIl 可堆棧垂直接口l IC 之間無需隔離組件l 符合汽車應(yīng)用要求l 溫度范圍： 40C 至 105l 高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)：n 1 mV 典型誤差精度n 14 位分辨率和 6 s 轉(zhuǎn)換時(shí)間n 9 組 ADC 輸入（6 組電池電壓、1 組 6

12、 體 磚型 電壓及2 組溫度輸入）和1 組通用輸入n 支持同步測(cè)量的專用引腳 l ECC-OTP 寄存器中存儲(chǔ)的配置數(shù)據(jù)l 內(nèi)置比較器（二級(jí)保護(hù)器）支持： n 過壓及欠壓保護(hù)n 過溫保護(hù)n 可編程閾值和延遲時(shí)間n 專用 故障 信號(hào)l 支持安全超時(shí)功能的電池平衡控制輸出 n 通過外部組件設(shè)定平衡電流l 電源電壓范圍：6 V 至 30 V（連續(xù)），乃至 36 V（峰值）l 低功耗： n 12 A 典型休眠電流與 45 A 空閑電流l 5 V、3 mA 集成型高精度 LDOl 應(yīng)用 n 電動(dòng)汽車與油電混合動(dòng)力汽車n 不間斷電源系統(tǒng) (UPS)n 電動(dòng)自行車和電動(dòng)摩托車n 大型電池系統(tǒng)以bq7xPLx

13、xx 器件系列的TI智能電池管理集成電路方案介紹TI 通過改進(jìn)嵌入式處理和模擬實(shí)現(xiàn)智能能源。技術(shù)創(chuàng)新仍然是開發(fā)清潔、低成本、可再生能源新來源以及更有效地支持我們生活各個(gè)方面的關(guān)鍵所在。TI 推出全新智能電池管理集成電路，該產(chǎn)品可提高多節(jié)鋰離子電池組的測(cè)量與保護(hù)功能。TI 數(shù)字功率控制器和多節(jié)電池器件的 HEV 多節(jié)電池組的方框圖 (SBD)設(shè)計(jì)該方案需要注意事項(xiàng)插入式混合電動(dòng)車 (PHEV) 和電池電動(dòng)車 (BEV) 是兩項(xiàng)快速興起的技術(shù)，都使用功能強(qiáng)大的電機(jī)作為動(dòng)力來源。為了給這些電機(jī)供電，在車輛中安裝了由數(shù)百節(jié)電池（總計(jì) 300-400V）組成的大型電池組。由于電池的電量有限，PHEV 和

14、 BEV 必須定期再充電而這通常通過連接到電網(wǎng)來進(jìn)行。這些車輛的充電系統(tǒng)包含從 AC 線生成 DC 電壓的 AC/DC 整流器，以及緊接著的負(fù)責(zé)產(chǎn)生電池組所需的直流電壓的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。另外，高級(jí)充電系統(tǒng)還可能使用 PLC 調(diào)制解調(diào)器與電網(wǎng)通信，以便根據(jù)電網(wǎng)條件調(diào)節(jié)充電。在操作和充電過程中還必須仔細(xì)監(jiān)控電池組，以便最大程度地提高能源使用率并延長(zhǎng)電池使用壽命。高性能模擬部件還可提供重要系統(tǒng)的功能和特性，例如傳感器反饋、隔離、芯片電源和通信收發(fā)器。bq7xPLxxx 器件系列專為多節(jié)電池組而設(shè)計(jì)，該系列主要有BQ77PL157 BQ77PL900 BQ77PL910 BQ78PL114等，它

15、們可以處理電源工具和電遷移率等較高功率應(yīng)用中的電壓和電流。電池組中串聯(lián)的電池越多，影響電池組的狀況和能源供應(yīng)的充電狀態(tài)、阻抗和電容的差異也就越大。bq7xPLxxx 器件包括使電池回到平衡狀態(tài)的電路。這樣可延長(zhǎng)電池組的使用壽命并有助于為應(yīng)用提供盡可能多的能源。每個(gè) bq7xPLxxx 器件均可防止電池過充、過放電、過溫和高電壓的情況，從而保證電池組和系統(tǒng)的安全。事實(shí)上，PHEV及BEV均對(duì)BMS的要求更上層樓，激勵(lì)BMS晶片商相繼投入開發(fā)主動(dòng)平衡解決方案，從而監(jiān)控?cái)?shù)以千計(jì)的鋰電池芯狀態(tài)；并能以極短的電流導(dǎo)通循環(huán)時(shí)間，達(dá)成各個(gè)電池芯之間的電量平衡，讓電動(dòng)車能同時(shí)兼具續(xù)航力與安全性。不只德州儀器鎖定主動(dòng)平衡方案，業(yè)界競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也陸續(xù)跨入此一技術(shù)領(lǐng)域，推測(cè)往后BMS方案將呈現(xiàn)百家爭(zhēng)鳴的局面，如何掌握車種設(shè)計(jì)，從而打入車廠Tier 1供應(yīng)鏈將是決勝關(guān)鍵。 與此同時(shí)，德州儀器亦已勾勒下一代產(chǎn)品藍(lán)圖，包括更先進(jìn)的bq76PL606及EM1455系列BMS晶片，均將於20122013年導(dǎo)入量產(chǎn)，提供Tier 1廠更客製化的選擇；如b