電動(dòng)汽車電池管理解決方案

電動(dòng)車未來將以鋰電池為主要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)來源，主因在于鋰電池有高能量密度優(yōu)勢，但鋰電池也具有大量生產(chǎn)時(shí)質(zhì)量不易掌握等劣勢。因此BMS （Battery Management System）電池管理對(duì)于電動(dòng)車而已則尤為重要。

BMS （Battery Management System）電池管理系統(tǒng)主要分為兩部分，第一部分是前端模擬測量保護(hù)電路 （AFE），包括電池電壓轉(zhuǎn)換與量測電路、電池平衡驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、電流量測、通訊電路；第二部分是后端數(shù)據(jù)處理模塊，就是依據(jù)電壓、電流、溫度等前端計(jì)算，并將必要的信息通過通信接口回傳給系統(tǒng)做出控制。

因此，透過BMS能準(zhǔn)確量測電池組使用狀況，保護(hù)電池不至于過度充放電，平衡電池組中每一顆電池的電量，以及分析計(jì)算電池組的電量并轉(zhuǎn)換為駕駛可理解的續(xù)航力信息，確保動(dòng)力電池可安全運(yùn)作。電池管理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具，電動(dòng)自行車，電動(dòng)汽車，儲(chǔ)能電站，UPS等產(chǎn)品的電池中，預(yù)測2013年至2015年全球BMS市場產(chǎn)值成長幅度將大幅躍升至25%~35%。針對(duì)這一市場趨勢，大聯(lián)大控股世平推出ADI、ON Semi 、TI 電池管理系統(tǒng)方案。

一、ADI全隔離式鋰離子電池監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)
1. 方案特點(diǎn)
鋰離子電池組包含大量的電池單元，必須正確監(jiān)控才能提高電池效率，延長電池壽命確保安全性。方案中的 6 通道 AD7280A 器件充當(dāng)主監(jiān)控器，向系統(tǒng)演示平臺(tái)評(píng)估板提供精確的電壓測量數(shù)據(jù)，而 6 通道 AD8280 器件充當(dāng)副監(jiān)控器和保護(hù)系統(tǒng)。

AD8280 是一款用于鋰離子電池組的純硬聯(lián)機(jī)安全監(jiān)控器，配合 AD7280A 使用時(shí)，可提供具有可調(diào)閾值檢測和共享或單獨(dú)報(bào)警輸出的低成本、冗余、備用電池監(jiān)控器。它具有自測功能，因此適合混合動(dòng)力電動(dòng)汽車等高可靠性應(yīng)用或者不間斷電源等高壓工業(yè)應(yīng)用。AD7280A 和 AD8280 均從監(jiān)控的電池單元獲得電源。

ADuM5404集成一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于向ADuM1201和ADuM1401隔離器的高壓端供電，以及向AD7280ASPI接口提供VDRIVE電源。這些4信道、磁性隔離電路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解決方案。

圖示-方案框圖

2. 芯片參數(shù)：
2.1 ADI AD7280A 參數(shù)
? 單顆處理 4 - 6 s 前端
? 12 Bit ADC 采樣，平均每信道采樣時(shí)間 1 us
? 能夠?qū)?6 個(gè)信道的電壓和溫度進(jìn)行監(jiān)測，典型
? 精度達(dá) ±1.6 mV (典型值)
? 多個(gè) AD7280A 可采用菊花鏈連接，單個(gè)電路
? 板最多可監(jiān)控 48 個(gè)電池單元，轉(zhuǎn)換只需 7 μs
? 提供被動(dòng)式電池單元平衡控制功能
? 轉(zhuǎn)換模式下功耗小于 6 mA
? 斷電模式下功耗小于 1.8 uA
? SPI 通信提供 CRC 校驗(yàn)保證數(shù)據(jù)的可靠性

2.2 ADI AD8280 參數(shù)
? 電壓范圍：6.0 V – 30 V
? 多路輸入可監(jiān)控 3 - 6 路電池電壓和 2 個(gè)溫度
? 可調(diào)監(jiān)控閥值：過壓、欠壓、過溫
? 報(bào)警選項(xiàng)：單獨(dú)或者共享報(bào)警
? 可通過菊花鏈方式連接

二、ON Semi 電池監(jiān)護(hù)方案

三、TI推出電池主動(dòng)式均衡負(fù)載技術(shù)
1.方案特點(diǎn)
TI推薦電動(dòng)車所采用的主動(dòng)均衡方式：每個(gè)電池芯藉由矩陣開關(guān)控制變壓器與充電線路的組合，形成一個(gè)有調(diào)整功能的電壓／電流「蓄水池」的功能，當(dāng)電池芯由于多次充放電后產(chǎn)生不一致性而導(dǎo)致整組電池充放電容量下降，可藉由后端連接蓄水池的線路做調(diào)整，充電時(shí)不會(huì)因?yàn)楸O(jiān)控到某個(gè)電池芯內(nèi)壓過高而停止充電，放電時(shí)也可以完全的100%的釋放能源，進(jìn)而延長電動(dòng)車的行駛距離。

TI在隔離式DC-DC主動(dòng)均衡技術(shù)的能源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)87%。像EM1410芯片組由5顆核心芯片加上5顆電源供應(yīng)芯片所組成，其中最主要的EMB1432為十四信道AFE芯片、EMB1428為七信道閘控制器芯片，與EMB1499為七信道電壓控制芯片等，來建構(gòu)十四通道雙向主動(dòng)式電池芯均衡功能，串聯(lián)14顆電池芯與最高60V工作電壓，提供5V雙向均衡電壓與最大750V堆棧輸出電壓能力，并滿足AECQ-100車用電子驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。

2.芯片參數(shù)：
2.1 EMB1432Q
? 單顆處理 14S前端模擬
? 最高輸入耐壓60V
? 輸出電壓誤差為+/- 1mV
? SPI 通訊支持1MHz
? 符合ACE-Q100汽車規(guī)范

2.2 EMB1428Q
? 最高輸入耐壓60V
? SPI 通訊支持1MHz
? 最低待機(jī)功耗(<100uA)
? 符合ACE-Q100汽車規(guī)范

2.3 EMB1499Q
? 最高輸入耐壓60V
? SPI 通訊支持1MHz
? 最低待機(jī)功耗(<30uA)
? 符合ACE-Q100汽車規(guī)范