BMS與新型電池技術(shù)化解“里程焦慮”

新能源汽車市場(chǎng)爆發(fā)，但“里程焦慮”始終是困擾車主的最大問題之一，其具體表現(xiàn)為續(xù)航虛標(biāo)、充電速度慢以及冬季里程縮水等。在國(guó)內(nèi)，從2014/2015年開始，新能源汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期。解決里程焦慮是產(chǎn)業(yè)主要的發(fā)展目標(biāo)之一，隨著充電樁、換電站等基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的接受度不斷提高。

與此同時(shí)，廠商繼續(xù)在電池管理系統(tǒng)（BMS）以及電池技術(shù)上加大研發(fā)力度，力求讓電動(dòng)汽車在補(bǔ)能便捷性和續(xù)航里程方面媲美燃油車，或有望徹底告別“里程焦慮”。

化解“里程焦慮”需多措并舉

造成新能源汽車“里程焦慮”的原因主要有幾個(gè)方面——首先，在充電樁配套方面存在車樁分布“不合理”、車樁比例“不對(duì)等”等突出問題；其次，在續(xù)航里程方面，新能源汽車容易受到環(huán)境低溫的干擾，并存在一定程度的虛標(biāo)；此外，在充電速度上，純電動(dòng)汽車的補(bǔ)能便捷性在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法和傳統(tǒng)燃油車相比，體驗(yàn)相差甚遠(yuǎn)。

為了解決上述問題，產(chǎn)業(yè)界主要從三個(gè)方面入手化解“里程焦慮”：

完善充電樁和換電站等配套設(shè)施

加快純電動(dòng)汽車充電速度

提升純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程

對(duì)于車輛自身而言，化解“里程焦慮”則和BMS以及電池技術(shù)息息相關(guān)。BMS是動(dòng)力總成電氣化的關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)監(jiān)控和管理鋰離子電池的狀態(tài)。

起著電動(dòng)汽車充電速度提升的同時(shí)，會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)更高的安全挑戰(zhàn)，容易引起電池系統(tǒng)熱失控，造成爆燃事件，而BMS對(duì)杜絕此類情況有關(guān)鍵性作用。

圖1：電池包系統(tǒng)構(gòu)成

（圖源：ADI）

BMS能夠通過軟硬件兩個(gè)方面保障汽車電池高速、安全地充電。硬件方面，BMS搭配高精度傳感器，對(duì)電芯的溫度以及電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)；軟件方面，BMS擁有電池保護(hù)、熱失控預(yù)警處理等一系列保護(hù)措施。未來(lái)，AI BMS是BMS蛻變的大方向，以此提升系統(tǒng)主動(dòng)平衡能力，使得每一顆電芯都能將性能盡可能發(fā)揮出來(lái)。

談到電池技術(shù)，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池目前是動(dòng)力電池領(lǐng)域的主流技術(shù)，產(chǎn)業(yè)界主要的創(chuàng)新點(diǎn)在于新型電池形態(tài)和創(chuàng)新電池包技術(shù)。

新型電池形態(tài)是一種籠統(tǒng)的表述，包括化學(xué)材料和物理結(jié)構(gòu)兩方面的創(chuàng)新。以寧德時(shí)代麒麟電池為例，化學(xué)材料創(chuàng)新包括先進(jìn)的高鎳811技術(shù)、摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)等；物理結(jié)構(gòu)創(chuàng)新主要是指獨(dú)創(chuàng)的CTP高效成組技術(shù)。通過采用新的電池形態(tài)，麒麟電池能量密度達(dá)到了255Wh/kg，體積利用率突破72%，10分鐘可充電達(dá)到80%，并讓車輛續(xù)航可以輕松突破1,000公里。

圖2：麒麟電池創(chuàng)新

（圖源：寧德時(shí)代）

電池包自加熱技術(shù)是電池包技術(shù)創(chuàng)新的典型代表，該技術(shù)主要為了解決冬天電動(dòng)汽車?yán)锍虈?yán)重縮水的問題。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)表明，0℃以下時(shí)，溫度每下降10℃，電池內(nèi)阻增大約15%。加熱膜和液冷循環(huán)系統(tǒng)是當(dāng)前主要的電池包加熱技術(shù)，不過由于液冷循環(huán)系統(tǒng)能夠用更低的電量獲取長(zhǎng)時(shí)間均勻的恒溫，越來(lái)越多的車企開始選擇這種方式。

從系統(tǒng)類型來(lái)看，純電動(dòng)汽車可以定義為是一個(gè)移動(dòng)的電氣系統(tǒng)，需要各種類型的電子元器件作為底層支撐。因此，在新能源汽車化解“里程焦慮”的過程中，離不開各種前沿的電子元器件，而海量新品恰恰是貿(mào)澤電子的優(yōu)勢(shì)所在。接下來(lái)，我們就為大家推薦幾款貿(mào)澤電子在售的新品元器件，它們都可用于化解“里程焦慮”。

英飛凌電動(dòng)汽車直流快充解決方案

在電動(dòng)汽車充電方面，直流快充可以簡(jiǎn)單地理解為向汽車電池包“灌電”，因此額定功率可以做的更高，能夠大大縮短車輛的充電時(shí)間，進(jìn)而緩解車主的“充電焦慮”。在此，我們?yōu)榇蠹医榻B英飛凌完整的電動(dòng)汽車直流快充解決方案。

英飛凌先進(jìn)的方案可幫助實(shí)現(xiàn)節(jié)能、大功率的直流快充設(shè)計(jì)，使得常規(guī)電動(dòng)汽車可在10分鐘內(nèi)充滿80%的電池容量，甚至是更快，讓純電動(dòng)汽車在補(bǔ)能體驗(yàn)上媲美傳統(tǒng)燃油車。英飛凌的電動(dòng)汽車直流快充解決方案提供全面、可隨時(shí)實(shí)施的一站式產(chǎn)品和設(shè)計(jì)組合，涵蓋電源轉(zhuǎn)換、微控制器、安全防護(hù)、輔助電源和通信產(chǎn)品系列。

圖3：英飛凌電動(dòng)汽車直流快充解決方案框圖

（圖源：英飛凌）

在產(chǎn)品細(xì)節(jié)方面，英飛凌在電動(dòng)汽車直流快充解決方案中提供高性價(jià)比的分立式產(chǎn)品，包括600V CoolMOS超結(jié)MOSFET P7和CFD7系列、650V IGBT TRENCHSTOP5和1200V CoolSiCMOSFET，可用于實(shí)現(xiàn)功率高達(dá)150kW的直流電動(dòng)汽車充電設(shè)計(jì)方案。此外，該解決方案中還提供650V和1200V CoolSiC肖特基二極管、EiceDRIVER柵極驅(qū)動(dòng)器、XMC和AURIX微控制器，以及豐富的電源模塊等。

圖4：英飛凌電動(dòng)汽車直流快充解決方案優(yōu)勢(shì)

（圖源：英飛凌）

2EDN7534RXTMA1（器件料號(hào)）是英飛凌電動(dòng)汽車直流快充解決方案中的一款產(chǎn)品，屬于EiceDRIVER柵極驅(qū)動(dòng)器，可用于驅(qū)動(dòng)上述提到的CoolMOS、CoolSiCMOSFET和IGBT TRENCHSTOP5等開關(guān)器件。綜合而言，2EDN7534RXTMA1具有大電流、低延遲、高精度、快啟動(dòng)、穩(wěn)輸入等突出的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。特別需要提及的是，大家可以通過查看該器件的詳情頁(yè)，了解上述提到的英飛凌電動(dòng)汽車直流快充解決方案。

穩(wěn)定、可靠、易用的CoolSiCMOSFET

我們?cè)谏鲜鰞?nèi)容提到，提升電動(dòng)汽車充電速度是解決“里程焦慮”的一個(gè)有效途徑。在此過程中，大電流是一種主要手段，大電流伴隨而來(lái)的高溫則是主要的挑戰(zhàn)之一。在此，我們?yōu)榇蠹医榻B一款CoolSiCMOSFET產(chǎn)品，非常適合用于高溫和惡劣環(huán)境應(yīng)用，該產(chǎn)品在貿(mào)澤電子上的料號(hào)為IMW65R048M1H，來(lái)自制造商英飛凌。

圖5：IMW65R048M1H

（圖源：英飛凌）

IMW65R048M1H采用英飛凌持續(xù)優(yōu)化20多年的先進(jìn)溝槽半導(dǎo)體工藝，將碳化硅的物理強(qiáng)度與放大器件的性能、可靠性和易用性等特性相結(jié)合。該器件擁有換向穩(wěn)健的快速體二極管，其低反向恢復(fù)電荷（Q_rr）能夠在更高電流下優(yōu)化開關(guān)行為，助力打造高系統(tǒng)效率和高功率密度方案。

圖6：IMW65R048M1H系統(tǒng)框圖

（圖源：英飛凌）

在打造快充的EV充電方案時(shí)，無(wú)論是樁端還是車端，IMW65R048M1H都能夠很好地勝任。得益于優(yōu)異的溝槽技術(shù)，該器件具有出色的柵極氧化物可靠性以及出色的雪崩耐受能力。此外，英飛凌的擴(kuò)散焊接工藝可在芯片和散熱片之間實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的熱連接，使得該器件非常適合高溫和惡劣工作環(huán)境。

為了幫助廣大工程師朋友更好地使用IMW65R048M1H等SiC分立式產(chǎn)品，英飛凌提供豐富的柵極驅(qū)動(dòng)器IC，它們采用定制的UVLO電平保護(hù)SiC MOSFET，具體的料號(hào)包括1EDN9550B和2EDS9265H等。

可用于電池管理的高效PMIC

對(duì)于PMIC（電源管理集成電路）大家都不陌生，幾乎所有用電設(shè)備都需要用到它，電動(dòng)汽車當(dāng)然也不例外。我們上面已經(jīng)提到，在快速充電場(chǎng)景下，電池系統(tǒng)的危險(xiǎn)系數(shù)會(huì)更高，此時(shí)BMS的安全作用便會(huì)更加凸顯。那么，下面我們?yōu)榇蠹彝扑]一款器件來(lái)幫助BMS提升安全性能，該器件在貿(mào)澤電子上的料號(hào)為TLF35584QVHS2XUMA1，來(lái)自制造商英飛凌。

圖7：TLF35584QVHS2XUMA1

（圖源：貿(mào)澤電子）

TLF35584QVHS2XUMA1是一款高效PMIC產(chǎn)品，采用高效、靈活的前置/后置穩(wěn)壓器，在寬輸入電壓范圍內(nèi)提供3.3V-μC至5V-μC、收發(fā)器和傳感器。該器件是一款多輸出系統(tǒng)電源，用于安全相關(guān)應(yīng)用。

圖8：TLF35584QVHS2XUMA1系統(tǒng)框圖

（圖源：英飛凌）

我們?cè)诖撕?jiǎn)單羅列一下TLF35584QVHS2XUMA1的安全特性，包括為可選的外部后置穩(wěn)壓器（用于內(nèi)核電源）提供使能、同步輸出信號(hào)和電壓監(jiān)控，獨(dú)立的電壓監(jiān)控模塊和錯(cuò)誤引腳監(jiān)控，以及可配置窗口和功能看門狗等，可以輕松實(shí)現(xiàn)滿足ASIL-D安全等級(jí)的BMS系統(tǒng)。

用于電池測(cè)試/調(diào)理的AFE數(shù)字控制器

目前，新能源汽車產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段，為了化解“里程焦慮”，電池技術(shù)不斷推陳出新。如果能夠準(zhǔn)確把握電池的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)于研發(fā)更高能量密度電池有非常大的助力作用。下面，我們?yōu)榇蠹規(guī)?lái)的是一款可用于電池成型和測(cè)試、電池調(diào)理（充電和放電）系統(tǒng)的AFE數(shù)字控制器，來(lái)自制造商Analog Devices（ADI），貿(mào)澤電子上該器件的料號(hào)為ADBT1001BSW。

圖9：ADBT1001BSW

（圖源：貿(mào)澤電子）

ADBT1001BSW是一款4通道AFE數(shù)字控制器，分辨率高達(dá)16位（有效）。該器件具有差分遠(yuǎn)程電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)、脈寬調(diào)制（PWM）生成、頻率同步、過壓保護(hù)（OVP）和電流共享等豐富的功能，并且支持可編程保護(hù)特性，包括過流保護(hù)（OCP）、OVP限制和外部過熱保護(hù)（OTP）。

圖10：ADBT1001BSW典型應(yīng)用框圖

（圖源：ADI）

ADBT1001BSW可用于大容量電池測(cè)試和成型制造以及精密電池測(cè)試儀器儀表應(yīng)用。該器件經(jīng)過了專門的優(yōu)化，可大幅減少元件數(shù)量和開發(fā)時(shí)間。

新材料、新技術(shù)打消里程焦慮

里程焦慮是新能源汽車發(fā)展歷史上的一個(gè)階段性的艱巨挑戰(zhàn)。要徹底解決這一困擾行業(yè)的難題，電池技術(shù)需要從電化學(xué)性能和物理結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面，持續(xù)提升電池的能量密度和充電速度。而AI BMS管理方案是發(fā)揮這些新技術(shù)、新材料潛力的安全保障。在貿(mào)澤電子官網(wǎng)有豐富的器件用于打造AI BMS，幫助工程師“消滅”新能源汽車的里程焦慮。

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