BMS帮助电动汽车变得更安全、更经济实惠的电动汽车

随着电动汽车 (EV) 的普及，先进的电池管理系统 (BMS) 正在帮助克服一些阻碍其进一步普及的关键障碍：续航里程、安全性、性能、可靠性和成本。半导体是此类系统的核心。

“半导体技术在电动汽车中所占的比重比内燃机汽车大得多，”在 TI 开发电动汽车电池监控产品的团队负责人 Sam Wong 说，“我们的芯片可以带来巨大的好处，而成本只是电池组的一小部分。”

根据 BloombergNEF 最近的一份报告，电动汽车在全球乘用车市场中所占份额不足 5%。不过，电动汽车的市场份额正在迅速增加，大多数主要汽车制造商都承诺在未来五到十年内转向以电动汽车为主的产品线，朝着更环保、更可持续的未来迈进。电池技术的进步是主流消费者的主要考虑因素。TI 处于这一领域的前沿，通过新技术推动汽车创新，使工程师能够使用多种电池化学成分和配置。这些进步已经带来了电动汽车价格、性能和可靠性的改善，无论是传统电池技术还是前沿电池技术，皆是如此。

从毫伏电能中获得数英里续航里程

新的电池化学成分带来了一大机遇。大多数电动汽车由锂离子电池供电，锂离子电池依赖于供应短缺的稀土金属钴。但现在，大部分电动汽车行业开始采用物质磷酸铁锂 (LFP) 作为替代电池化学物质实现无钴，这种化学物质更丰富、更可持续开采、易于使用，因此是一种更便宜、更高效的替代品。

但是，虽然铁的较低成本和相对丰富性使 LFP 成为一种更可持续的选择，但这种化学物质也有一个缺点。电动汽车依靠测量蓄电池电压降来评估剩余容量，这对车内人员来说，则意味着剩余的续航里程。然而，与放电时电压稳定下降的钴基电池不同，LFP 电池的电压下降微不足道，即使它们接近完全耗尽也是如此，这给预测带来了困难。

“LFP 的平坦放电率要求电压测量精度突破现代半导体技术的限制，” BMS 系统经理 Mark Ng 如是说。

传统的 BMS 设备测量电池电压的精度约为 5 毫伏，但在 LFP 电池中，这种不准确性会导致续航里程产生约 25% 的误差。由于制造商必须在续航里程被低估这一问题上周全考虑，以避免司机在高速公路上因电池耗尽而感到惊讶，车辆经常报告的剩余续航里程比实际可行驶里程要短 25%。

这就是我们的尖端技术大显身手的地方。通过利用我们的高精度电池监控器，汽车制造商可以指示更准确的续航里程。

“使用我们的芯片，当实际上还可以行驶 250 英里时，汽车不会告诉你还可以行驶 200 英里，而是可能会告诉你还可以行驶 230 英里，”Mark 说，“使用同样的电池供电时，BMS 基本上将续航里程延长了 30 英里。”

这一额外续航里程足以确保 LFP 电池的可行性，让汽车制造商有信心转向新兴的化学材料，从而使电动汽车更具可持续性、更经济实惠。

平衡技术

除了延长车辆的续航里程，准确的监控对于电动汽车电池组中近 200 个电池的安全性和耐久性也至关重要。如果一个电池的放电速度比其他电池快，即使电池组的其他电池仍然有电，这个电池也可能接近耗尽。但是太接近耗尽可能会彻底损坏电池，导致电池无法蓄电，从而使整个电池组彻底无法使用。在充电过程中，问题在于某节电池比其他电池更快地充满。这可能会导致这节电池过度充电，从而可能造成过热的危险情况。

我们的电池监测器准确性较高，可以发现电池有过度耗尽或过度充电风险的早期迹象，然后断开电池连接以避免过度放电或释放多余的电荷，从而使整个电池组在驾驶和充电期间保持平衡。这些器件还会监视电池温度的升高，这是过度充电或其他问题的另一个迹象。

“BMS 提供了一个精细的监视网络来检测每个电池的电压、电流和温度，”Sam 说，“这样，我们就可以从系统中切断电池，或者调整进出系统的电流。”

BMS 通过使用两个独立的传感器测量电压来提供冗余，如果存在不匹配，就会对系统进行标记。

即使是切断系统电池的任务也有其自身的挑战和解决方案。在下一代电动汽车的配电、稳健性和安全性方面，更高的电池电压叠加、更快的充电要求和更强大的牵引电机都为这些断开系统带来了独特的挑战。

灵活创新

随着制造商引入新的电池化学成分、更强大的电池组和不同配置的单个电池，许多制造商正在推出利用不同电池组合的电动汽车产品系列。我们的产品组合在同一个封装中提供多个通道选项、引脚到引脚兼容性，并可完全利用现有软件。因此，我们的器件组合提供的重要功能之一是能适用于汽车制造商选择使用的几乎任何电池化学成分或配置，从而节省研发成本、软件开发成本和时间。

“如果你是一家提供多种化学成分和配置的制造商，那么在同一个产品系列中拥有多种电池监测器件选项至关重要，”Mark 说，“这种跨平台扩展的能力降低了单台电动汽车的成本，并加速其上市。”

更多 BMS 创新即将到来。我们公司正在突破电压精度的界限，并将更多控制能力集成到每个芯片中，以释放汽车制造商的真正潜力。此外，TI 正在进行研究，以帮助确保我们的 BMS 解决方案得到优化，能够准确地支持新兴电池类型。“在整个行业中，可能有另外一百种不同的电池化学成分尚在研究之中，”Sam 说，“我们希望确保我们的 BMS 产品能够提供灵活性，从而充分发挥每一款产品的特性。”

致力于让世界更美好

帮助汽车制造商让电动汽车更安全、更经济实惠，这只是我们的革新者致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用、让世界更美好并以此实现公司愿景的方式之一。每一代创新都建立在上一代创新的基础之上，使我们的技术变得更小巧、更高效、更可靠，更实惠。这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。

审核编辑 黄昊宇