BMS的一些发展趋势

目前各家增加电动车续航的方法主要还是在简单粗暴地增加电池容量,这样随着电芯数量增加的同时也增加了BMS的复杂性,尤其是在较小的圆柱形电池中更是如此。因此目前来说,BMS的架构在许多电动车中是分散式的架构。

多元化的BMS方案

在所有BMS中,有一个ECU或是说带有32位MCU的“主控”,连接着各种电池传感器。像恩智浦等半导体供应商正在提供8位或16位电池控制器IC或“从控”,可以在较低的模块级别上管理6-96个串联的电芯。

电池传感器IC使用霍尔效应感应(Hall-effect)部件,可以最多测量12个电芯中的电流(及其他属性)。除了霍尔效应传感器之外,Linear Tech和Lion Smart还展示过无线/远程传感概念。

以特斯拉Model 3为例,它的电池包由4条模组构成,每条模组由若干块brick构成(长续航为23/25个),每个brick是46个电芯。而每个brick都有自己的控制IC封装在模组上。当然,在不同的电动车型中可能会采用不同的架构,并且不同的OEM会采用不同的策略,通常都是为了满足各自车型的封装要求和空间限制。

Lion Smart曾尝试过一种先进的概念,就是无需进行电压和温度监控的布线,也不需要使用数据总线电缆。他们的方案采用的是圆柱形电芯,电芯像子弹一样横向堆叠在模块中,并且每个模块都配有BMS IC。

每个模块的BMS IC串联连接,可以相互之间无线传输BMS数据并传输到ECU。电池、模块和IC都在惰性冷却液的环绕保护下。

结果他们用这套架构把宝马i3那小车改装成了100kWh/700㎞,电池包装能量密度超过了230Wh/kg和460Wh /L。

BMS的供应模式

在不同的车型、不同的OEM之间,复杂性和不同的要求意味着BMS很少会被作为独立的标准部件来销售。

tier 1往往会协助OEM参与到电池包、监控架构和系统的设计,然后可能还会制造零部件,但很少会cover到整个设计。

仅在极少数简单的情况下,OEM才将电池包生产外包给供应商,例如为宝马泰国版PHEV供应电池包的是Dräxlmaier,但使用的设计与德国内部制造的相同。

提高感应精度

BMS发展的一个很确定的趋势就是提高感应精度。这样就可以减少电池容量中未使用的余量,从而减少电池包中所需的电芯数量,实现成本和重量的改进,并延长电池的使用寿命,也能使快充表现更加稳定。

据称,Fraunhofer ISC研究所开发了一种基于超声波的BMS。与目前的霍尔效应感应方法相比,这种方案可以更准确、更经济地监控每个电芯的SoC和SoH。他们还提出了一个概念,即使用稳压二极管作为可以提供精度的参考电压源,一般来说该精度只能在高质量的实验室传感器中才能找到。

辉能科技在CES 2019上展示了固态电池技术,该技术有望比目前的锂电池技术具有更高的能量密度和更好的热稳定性(前不久他们还和蔚来签署了合作协议)。

它还展示了新的电池堆叠方式“BiPolar+3D”,这些电芯可以更紧密地堆叠在一起,从而使电池包更紧凑、能量密度更高,减少了对主动液冷的需求。在CES 2019的概念产品中,仅需四个20 kWh的“BiPolar+3D”电芯即可形成80kWh的电池包,并达到310英里(500㎞)的续航里程。这样的概念就有望实现中心化且不太复杂的BMS架构。

精密电流传感器

不过从总体来讲,为了提高续航,电池包的尺寸是变得越来越大了,因此也越来越需要更精确的电流传感器以提高效率。

Allegro MicroSystems最近推出了新型的霍尔效应电流传感器IC ACS70310,该芯片据称可为400A以上的电流提供最高的感应速度和精度。它具有2μs的低延迟,工作带宽为240kHz。传感器的功率调节器使其能够承受18V电压,保护其不受反极性和电压峰值的影响。

法国研究机构CEA-Leti正在研究一种Sigma Cell技术。该技术将BMS、充电器和逆变器直接集成到电池包中。在当前的电池包设计中,如果一个电芯失效,则整个电池包都可能会失效。但基于Sigma Cells的电池包始终可以直接在单个电芯上完成开关、充电和电池监视功能。

该技术方案首选会选择能最有效充电的电池,避开不再以最佳方式循环的电池。当电池即将失效时,电池包可以找到另一条充电路径。据称,该技术方案可以使充电时间缩短20%,电池包尺寸减少20%,功耗降低30%。另外,该电池包架构不需要特殊的控制,但需要使用相同的、常规的车规级的32位微控制器。

德州仪器为BMS和逆变器系统推出了新的参考设计和模拟传感器IC。TIDA-01537参考设计可扩展至6-96个串联电池的监控电路,并配有该公司的BQ79606A-Q1精密电池监控器和平衡器。

该参考设计以菊花链配置实现了电池监控,从而为3-378个串联、12-1500V电池包创建了高度准确和可靠的系统设计。BQ79606A-Q1集成了温度和电压感测,符合ISO 26262功能安全性对ASIL-D的要求。

瑞萨最近推出了ISL78714电池监控IC,该IC可以±2mV的精度监控和平衡最多14个串联的电池。它还可以在不到10ms的时间内读取112个电芯的过压/欠压、温度、断线状况和故障状态;或者也可以在6.5ms内读取70个电芯的故障状态。

多个ISL78714 IC可以通过专有的菊花链连接在一起,该菊花链可支持多达420个电池的系统(含30个IC),据称它们具有业界领先的瞬态和EMC抗扰性,超出了车规级的要求。特别值得一提的是瑞萨是Mahindra Formula E车队的技术合作伙伴,ISL78714已经在赛车中使用了。

TT Electronics推出了最新的HA42A和HA86A系列栅极驱动变压器,这是一种适用于BMS的紧凑型表面安装解决方案。


from A to B

(0)

相关推荐