英飞凌的发明平衡了电动汽车电池充电

Infineon Technologies 的稳定版推出了一款新产品，它可以管理和平衡电动汽车 (EV) 的电池电量。新型 TLE9012AQU 专为混合动力和电动汽车电池而设计。这种新产品还适用于其他应用，例如储能系统和电动自行车电池管理系统。

TLE9012AQU在整个温度和工作电压范围内提供多达 12 个电池的电压测量，精度为 ± 5.8 mV。通过结合多达五个外部温度传感器和一个用于通信的 iso-UART 接口，该设备提供了整个项目的完整优化。

相关构建电池电动车辆的块的主要动力系是电池管理系统（BMS），车载充电器（OBC），和逆变器核心该驱动器š 电动机和在再生制动的情况下，反馈能量到电池。

电池在电动汽车 (EV) 中的迅速采用使电子设计朝着新一代电荷监控设备发展。虽然在 2018 年，这些电池中有大约 64% 仍然是为全球电动汽车生产的，但到 2025 年，这个数字将上升到远远超过 85%。此外，根据分析师的各种研究，在世界上 95% 的地区，就排放而言，驾驶电动汽车是最佳选择。许多分析师预测，到 2050 年，每辆汽车都将是电动汽车，这将使全球二氧化碳排放量每年减少多达 1.5 吉吨（十亿吨）。

“由于更严格的二氧化碳2法规，电动汽车的驱动因素变得越来越有趣。到本十年末，大约 30% 的新车将配备高压电池。电动汽车总动力总成成本的 70-80% 来自电力电子设备和电池。75% 的电池成本来自电池外壳、电极和电解质材料、保护功能，”英飞凌汽车事业部应用营销总监 Clemens Müller 博士解释说。

图 1：2各地区的CO排放发展和法规 [来源：英飞凌]

图 2：按动力总成类型划分的全球市场渗透率 [来源：英飞凌]

电池管理

电池管理系统 (BMS) 确保电池的容量得到最佳利用，在电动汽车中，您必须尽可能延长续航里程，同时尽可能延长电池寿命。电池充电监控系统（通常称为电池管理系统或 BMS）可让您智能管理电动汽车的续航里程和安全性，同时降低电力成本。 

此外，他们确定电池的充电状态和健康状况，以估计可用的自主性和剩余寿命。集成的控制提供测量数据并通过平衡电池确保平衡的充电状态。 

汽车电池管理系统必须能够满足关键特性，例如电压、温度和电流监控、电池充电状态 (SoC) 以及锂离子 (Li-ion) 电池的电池平衡。

最基本的功能是电池保护和充电状态显示。

“电动动力总成的能量主要来自锂电池系统。Clemens Müller 博士说：“监控最大的能量供应和最高的功能安全性，以实现更长的电池寿命。” 他补充说，锂离子电池是主要的电池技术，具有不同的阴极化学和电池拓扑结构。

虽然 SoC 很有用，但在电池耗尽时，如果不跟踪容量，读数是不完整的。能力是电池健康（Status-of-Health，SoH）的核心指标。拥有 SoC 和 SoH 数据有助于了解整个系统的运行状态（功能状态，SoF）。SoH 是初始电荷与随时间衰减的电荷量之比，通过库仑计数法测量。

“BMS 功能的系统挑战是高精度电池电压和温度测量，以及电池和电池控制器之间的强大通信链接；单元级的自主电荷平衡、实时多线程高精度低功耗数据预处理以及与中央域控制器的高效聚合数据交换；除了监测和控制，”Clemens Müller 博士说。

英飞凌解决方案

英飞凌的 TLE9012AQU 电路提供可编程噪声滤波器并同时执行测量，因此即使存在临时干扰因素，结果也保持可比性。

电池的平衡是通过将十二个平衡开关集成到芯片中来实现的——每个通道一个，电流高达 150 mA。对于更高的平衡电流，该器件还支持外部开关。板载过流、欠流和开路负载诊断功能。

TLE9012AQU 拥有 12 个 Delta-Sigma ADC 通道，特别适用于每个模块具有 12 个电池的电池。因此，每个模块需要一个设备。用于这些模块之间以及与微控制器之间数据交换的 iso-UART 接口允许电压隔离并确保数据完整性。  

图 4：TLE9012AQU 框图 [来源：英飞凌]

图 5：英飞凌 BMS IC TLE9012AQU [来源：英飞凌]

随着电动汽车的日益普及，对电池管理系统 (BMS) 领域的影响将是相当大的，因为电动汽车由数十或数百个电池驱动。任何管理不善都可能引发大规模的电气问题。BMS优化了电动汽车的性能并确保了电池组的安全。

Clemens Müller 博士总结道：“BMS 的下一个创新趋势。据他介绍，这在多个领域都可以看到，例如——拓扑和连接性、计量诊断、状态评估和健康预测、隐藏性能固态保护开关、用于容量优化的热控制解决方案以及更长的使用寿命。”

锂离子电池良好市场的一个关键测量参数是电化学阻抗。许多 BMS 设备中的电化学阻抗测量是通过几个完全并行的模拟/数字转换器和具有 0.1 Hz 至 5 KHz 脉冲调制的交流激励电路以及集成到设备中的电压/电流转换电路来实现的。

审核编辑 黄昊宇