【今日头条】电池管理系统如何影响电动车汽车性能
引言：作为电动汽车的核心部件，电池管理系统（BMS）的工作状态决定着电动汽车的最终性能，通过对充电与放电过程的精确管理，电池管理系统可以确保电动汽车在电性能方面保持极佳的状态，从而为驾驶者带来愉悦的体验。
文司华
德州仪器电池管理产品大中华区市场和应用部门经理
德州仪器 电池管理产品（BMS）大中华区市场和应用部门经理文司华认为，电池管理系统BMS是介于驾驶员、汽车和电池的纽带，是很核心的一块。很多国内厂家做汽车的动力系统研发时BMS始终是最难啃的骨头，因为它涉及到电池的化学特性、系统高度整合、自检测功能、安全特性等等，这些加起来技术难点是最高的，所以它们是比较核心的知识产权。
业内从业者经常会对电池的管理芯片非常关注，作为电池核心的芯片对实际应用到底有什么样的帮助？作为驾驶员，又关注哪些东西，关注哪些用户体验？
在一部电动汽车里，电池组往往会以串联和并联的方式存在，而目前不同电池间存在着差异，这往往会影响到电池的充电和放电过程，极端情况下甚至会引起电池爆炸。因此，半导体业者开发出主动和被动均衡电池管理系统，用来平衡各电池间的差异，以求获得最佳的电池组工作状态。
文司华表示，驾驶者首选对于电池的续航里程尤为关注，之前电动车的续航里程是差强人意的，现在每款电动车都会关注不加油的情况下车能跑多远。其次万一真的没电，驾驶员需要花多长时间对它进行充电。更长的续航是个问题，如果不认真设计的话，其实很难精确地知道续航里程到底是多少。本来汽车上的电池空间和重量是有严格限制的，过重的电池反而会对整车续航里程有负面的影响，所以一定要设计得恰到好处，当不知道到底能续航多久时，比如误差在20%，是否要设好冗余值，多加20%的电池容量上去，这对续航里程会有影响。
其次，诸如提速等驾驶体验是有些驾驶员非常在意的重点。除了提速更快，还有一个考虑点，按照现在的驾驶速度或驾驶习惯，续航里程是多少，这涉及到从现在到剩余里程里，电池最大的输出功率。如果在电池快没电的情况下踩一脚油门，在没有控制的情况下，这个油门意味着很大的电流，这个电流会使电池的电压下降，而当电池电压一旦碰到最低的保护点时就没有动力了。所以，系统要有责任或者设计完善的系统要告诉控制台，最大功率是多少，就算驾驶员狠狠踩了油门，也不允许电流速度达到那么大，保护在安全电压之上。
第三个挑战则是安全性，这也是重中之重。汽车BMS系统是系统层面的安全问题，而不只是芯片做得多好。这个监护和保护芯片能附加更多的硬件和软件功能，能协助系统安全设计，更加好地实现它的功能。
在电池管理系统中，电源管理芯片是核心器件，而同时具备监控和保护功能的芯片产品正在受到电池管理系统设计者的青睐。
为了适应电动汽车电池管理系统设计的要求，德州仪器推出了一款名为bq75pl455a的兼具监控和保护功能的管理芯片。
据文司华介绍，这款芯片是全球市场上第一个能用16节串联的锂离子电池组进行集成监视的监视器和保护器，通过充分发挥电池组最多的能量增加电动汽车和混动汽车的行驶里程和续航里程。由于它的功能，能够从电池中提取尽可能多的能量，这包含了被动均衡和主动均衡，以便增加每节电池的使用寿命或者续航里程。在16节高串数，集成度最高的BMS管理芯片上同时支持两种均衡，一是早期的被动式均衡，二是主动式均衡，这是独一无二的。
同时可以测量独立电池本身16堆的电池，可以堆叠16个模组，也就是256节电池。微混电动车、轻混电动车，它堆叠的总体串联数是不一样的，经常能见到96节串联。而对于这个芯片它最多可以支持到256节。
工程师能够通过精确的测量准确地操控车载主处理器，用来计算电荷组的状态，电荷状态（SOC）的精确测量非常重要，这在手机里或者消费类电子里经常用到，电荷状态和健康状况（SOH），这两个参数都是需要计算的，如果工程师没有精确地测量结果是无法算出这两个参数的，所以，这个芯片能够协助主处理器，它能够提供足够的精确读数，帮助主处理器进行更好的估算。
bq76pl455a的第一个特性是单颗芯片监视 16 个堆叠电池，精确监视和保护由多达 256 节电池串联在一起组成的大容量电池组。早期的车型大多使用12串数的模组，现在的趋势是要想有更强劲的系统马力，串数需要多一点，而一颗芯片能照顾的串数越多用的芯片数会越少，16串数的芯片会更加优化一些。系统成本布线上这也是一个比较优化的结果。现在欧洲有一个48V的系统，从12V转到48V，48V正好是16串电池所涵盖的范围，这样一颗电池就可以达到48V，如果在原来的情况下可能需要2个12串的IC才能达到48V。
第二，采用bq76pl455a设计的系统，减小了PCB 尺寸，降低了系统成本，因为很高串数的电池堆叠过来，通讯时主芯片一定要保护起来，所以需要隔离器从电压上进行隔离，而隔离器是比较昂贵的，而且有很大的功耗。对于这种芯片，它只要和主芯片之间用内置的隔离式差分UART，UART是一种非同步的接口，这种差分系统可以帮助设计人员排除，不需要使用更加昂贵的CAN总线，所以它可以进一步减少了系统成本。
第三，高精度是bq76pl455a优点之一。IC在3.6V平均值的情况下，测量误差是0.75毫伏，精度可以达到0.016，这是室温下能达到的平均精度。在整车设计系统里需要考虑到整个范围，在0-65度，测量误差是正负4.25毫伏，在这个区间内，精度是0.09；在-40度到105度非常宽范围的情况下误差在正负6.25毫伏，所以精度是0.14。精度毫无疑问是非常重要的，是因为电荷状态和健康状况完全依靠电压，如果测量不准的话没有办法判断电池的寿命和容量。
同时bq76pl455a这款芯片还有非常充分的自检功能，比如过压、欠压、过温、通讯失效情况下都能进行自检，它能自动检查出有问题的芯片，并且通过我们的上报系统上报给总机，这是它额外的自检功能。
文司华表示，想估算电池容量除了测电压还需要测量电流还有温度，但同时掌握这三个参数想要测量剩余电容依旧不是很简单，它们之间没有很直观的联系，所以电量有很复杂的算法，需要知道电池的开路电压，开路电压就是在放电的每个阶段，没有电流流过时，SOC充电荷值，带载电压是有曲线的。
比如车在没有开动的情况下，在静止的情况下去测它的电压，理论上通过电压马上就能对应它的SOC电荷状况。实际的电量算法远比这个要复杂，因为车是在开动的过程中被测量的，只要有带载它的SOC就开始慢慢变化，要跟踪它的SOC在开路电压上的曲线变化才能追踪它的SOC，再考虑到测量误差，理论上讲，电压测量在一个毫伏左右的话，SOC估计误差在1%—3%，最差情况下一个毫伏再错3%，这在一个平台下比较难测量。测量电压精度和SOC电荷状况直接相关。未来如果电荷状况测量有偏差的话，健康状况也会有偏差。
综上，采用优秀电源管理芯片的电池管理系统，是获得良好电动汽车驾驶体验的根本保证。
◆ ◆ ◆ ◆ ◆◆ ◆ ◆ ◆ ◆◆ ◆ ◆ ◆ ◆◆ ◆ ◆ ◆ ◆