2030年全球近半數(shù)電動汽車電動化，芯片廠商為整車的耐用性提供保障是關(guān)鍵

BMS 被稱為汽車電池的“調(diào)音師”，是釋放動力電池性能的關(guān)鍵因素，隨著純電動汽車逐漸普及，BMS 面臨著新的使命。電動汽車要得到廣泛普及，性價比直接對標(biāo)傳統(tǒng)燃油車，高性價比是電動汽車打動用戶的制勝法寶。當(dāng)前市場對電動車成本下探的壓力無比巨大，生產(chǎn)企業(yè)想方設(shè)法節(jié)省成本。在接受與非網(wǎng)《BMS 的新使命》專題采訪時，恩智浦大中華區(qū)汽車模擬器件產(chǎn)品市場高級經(jīng)理朱玉平先生表示，“作為芯片廠商，不但需要研發(fā)更低成本的器件，更要從電動汽車發(fā)展的角度思考問題，研發(fā)出能夠優(yōu)化 BMS 產(chǎn)品架構(gòu)的革命性產(chǎn)品，以幫助客戶節(jié)省成本。這一點，需要芯片廠商對 BMS 應(yīng)用有深刻的理解才能做到?！?/p>

據(jù)預(yù)測，到 2030 年，全球近半數(shù)新生產(chǎn)的汽車將電動化（包括純電，插電混動以及微混），電動車的普及使得市場上電動汽車的保有量逐漸增加，基數(shù)增加后，電動汽車的可靠性和耐用性將是各個廠家面臨的主要挑戰(zhàn)之一。與傳統(tǒng)燃油車成熟的 ECU 技術(shù)相比較，電動汽車是新事物，歷史短，樣本小，積累有限。芯片廠商如何能從器件角度為整車的可靠耐用性提供保障是非常關(guān)鍵的一點。（數(shù)據(jù)來源: Strategy analytics, HIS, Evercore, NXP CMI）

恩智浦大中華區(qū)汽車模擬器件產(chǎn)品市場高級經(jīng)理 朱玉平

BMS從三方面改善電動汽車?yán)m(xù)航和充電時間

相對燃油汽車，續(xù)航里程短、充電時間長一直是電動汽車的痛點，關(guān)于 BMS 對于續(xù)航里程和充電時間的改善，朱玉平對與非網(wǎng)表示，“拋開其他因素，先進的電動汽車的電池管理系統(tǒng) BMS（Battery Management System）在一定程度上有助于提升電動汽車?yán)m(xù)航里程和縮短充電時間?！?/p>

他解釋主要有三個方面：

1. 第一， 高精度的檢測能力，包括電池電壓、電流、溫度等指標(biāo)，有助于 BMS 對電池狀態(tài)的精確把握，這有利于系統(tǒng)對電池 SOC 和 SOH 的測算準(zhǔn)確度，提升電池電量監(jiān)控精度，從而影響到最終的續(xù)航里程和充放電時間。因為充放電的電流大小和電量控制受測量精度直接影響，而充電電流大小直接影響充電時間。

1. 第二， 電池的均衡方式和均衡策略，目前大部分電動汽車采用被動均衡方式來保持串聯(lián)電池電量在多次循環(huán)充放后的電量一致性。良好的均衡算法和策略可以有助于所有電芯在不過多主動放電的情況下，保持電量的一致性，從而延長續(xù)航里程。

1. 第三， 通過采用模型預(yù)測控制算法來管理電池電量，最大化提升電池利用效率，從而增加續(xù)航里程。預(yù)測控制算法可綜合整個電動汽車的用電充電模型，電池自生的模型，綜合考慮來給 VCU 提供參考建議從而實現(xiàn)效率提升。不過用于建?？刂菩枰^大的 CPU 算力，現(xiàn)在還未太普遍。

提升BMS測量精度和算法是確保汽車安全的關(guān)鍵因素

電動汽車安全問題一直受到用戶關(guān)注， 受化學(xué)和物理特性所限，目前電動汽車電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)需要實時、嚴(yán)密、精確的監(jiān)控，才能有效避免電池自燃事故發(fā)生，由于溫度等參數(shù)的檢測有時間延后性，外加電池模型參數(shù)隨著使用時間會變化，傳統(tǒng)的 BMS 一般通過給系統(tǒng)留出足夠的余量來確保電池處于安全工作區(qū)。更先進的 BMS 可以通過提升測量精度和算法來擴大電池的安全工作區(qū)，從而在保障電池安全的前提下，增加續(xù)航里程，加快充電時間，并延長使用壽命。

關(guān)于恩智浦的汽車解決方案，朱玉平介紹，“恩智浦可以為客戶提供包括符合功能安全的電源 Power SBC，主處理器 MCU 和模擬前端采樣芯片 AFE 的整套方案，方案支持用戶產(chǎn)品達到 AISL-C/D 功能安全等級目標(biāo)。Power SBC 提供硬件冗余電源供給；帶鎖步核的 MCU 擁有多達 70 多項預(yù)防故障的安全機制，確保主處理器可靠運行；高精度測量 AFE，可實現(xiàn)最高達 0.8mV 的測量精度，并且在業(yè)界率先對產(chǎn)品生命周期內(nèi)的精度參數(shù)進行詳細(xì)描述。恩智浦在汽車電子領(lǐng)域有悠久的研發(fā)、生產(chǎn)、制造歷史，以及強大的專業(yè)技術(shù)積淀，造就了卓越的符合車規(guī)的產(chǎn)品品質(zhì)、可靠性和耐用性，從而保障了客戶在大規(guī)模應(yīng)用后的產(chǎn)品可靠性和低故障率?！?/p>

另外，BMS 技術(shù)演進與電池技術(shù)發(fā)展和電動汽車架構(gòu)變化高度相關(guān)。目前看來，有三大發(fā)展趨勢：第一，從離散的 ECU 控制向域控制發(fā)展，集中控制有利于汽車軟件的在線升級和智能駕駛的發(fā)展。BMS 的主控部分 BMU，未來可能會交給動力域控制器來接管；第二，模擬采樣前端 AFE 的通信方式由有線向無線發(fā)展，有利于簡化和智能化電池包的生產(chǎn)、組裝、維修、回收等環(huán)節(jié)；第三，簡化 BMS 采樣板的設(shè)計。隨著市場對電池包能量密度要求的日益提高，電池包內(nèi)留給 BMS 的空間越來越小，如何簡化設(shè)計，采用更少的器件，占用更小的空間，實現(xiàn)同樣的功能，可能是行業(yè)努力的方向和趨勢。

BMS通過精確監(jiān)控延長電池壽命

對于電動汽車用戶來說，自然希望電池壽命壽命更長，從而可以降低使用成本，電動汽車廠商及方案上都在不斷進行方案改進，來滿足市場的需求。到底有哪些方式可以提高電池的使用壽命？朱玉平做了詳細(xì)分析。

電池壽命除了以電池放電容量（電量）判定基準(zhǔn)外，還有充放電功率、內(nèi)阻抗和膨脹系數(shù)。除了通過包括新配方、新材料研發(fā)等在內(nèi)的方法，電池的使用壽命與使用方法策略高度相關(guān)。隨著市場對電動汽車充電速度和續(xù)航里程有越來越高的要求，實際應(yīng)用中，對電池的使用越來越接近其參數(shù)的極限，這一點對于電池壽命不利。大電流快充、快放、高溫以及電池充放電電量閾值的拓展等都不利于延遲電量壽命。

單從 BMS 來講，需要精確測量監(jiān)控電池狀態(tài)，并且通過先進的算法來給電池建模，從而盡最大可能確保電池工作在安全范圍，這些措施包括：電池?zé)峁芾砜刂?，確保各種工況下電池都處于合適的溫度范圍，通常電池的工作溫度在 -25~55℃之間，電池的最優(yōu)工作溫度在 25~35℃之間；電池充放電倍率和放電深度控制，高的放電倍率導(dǎo)致電池嚴(yán)重極化，內(nèi)阻升高，發(fā)熱加劇。過度充放電都會導(dǎo)致電極材料的晶體結(jié)構(gòu)遭到破環(huán)，平衡好這些參數(shù)對延長電池壽命至關(guān)重要；傳統(tǒng)的按照電池電流、電壓、時間，通過類卡爾曼濾波和安時法來計算電池電量和實時內(nèi)阻的測量方法，存在一定的誤差和延后性。需要一種能實時直接檢測電池內(nèi)阻的方法來提高對電池狀態(tài)監(jiān)控的精確性，以期更精準(zhǔn)的控制電池工況。