BMS與新型電池技術化解“里程焦慮”

新能源汽車市場爆發(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、充電速度慢以及冬季里程縮水等。在國內(nèi)，從2014/2015年開始，新能源汽車產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展期。解決里程焦慮是產(chǎn)業(yè)主要的發(fā)展目標之一，隨著充電樁、換電站等基礎設施不斷完善，消費者對新能源汽車的接受度不斷提高。

與此同時，廠商繼續(xù)在電池管理系統(tǒng)（BMS）以及電池技術上加大研發(fā)力度，力求讓電動汽車在補能便捷性和續(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；此外，在充電速度上，純電動汽車的補能便捷性在過去很長一段時間內(nèi)無法和傳統(tǒng)燃油車相比，體驗相差甚遠。

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

完善充電樁和換電站等配套設施

加快純電動汽車充電速度

提升純電動汽車的續(xù)航里程

對于車輛自身而言，化解“里程焦慮”則和BMS以及電池技術息息相關。BMS是動力總成電氣化的關鍵部分，負責監(jiān)控和管理鋰離子電池的狀態(tài)。

起著電動汽車充電速度提升的同時，會給整個系統(tǒng)帶來更高的安全挑戰(zhàn)，容易引起電池系統(tǒng)熱失控，造成爆燃事件，而BMS對杜絕此類情況有關鍵性作用。

圖1：電池包系統(tǒng)構成（圖源：ADI）

BMS能夠通過軟硬件兩個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，對電芯的溫度以及電壓等數(shù)據(jù)進行精準監(jiān)測；軟件方面，BMS擁有電池保護、熱失控預警處理等一系列保護措施。未來，AI BMS是BMS蛻變的大方向，以此提升系統(tǒng)主動平衡能力，使得每一顆電芯都能將性能盡可能發(fā)揮出來。

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

新型電池形態(tài)是一種籠統(tǒng)的表述，包括化學材料和物理結(jié)構兩方面的創(chuàng)新。以寧德時代麒麟電池為例，化學材料創(chuàng)新包括先進的高鎳811技術、摻硅補鋰技術等；物理結(jié)構創(chuàng)新主要是指獨創(chuàng)的CTP高效成組技術。通過采用新的電池形態(tài)，麒麟電池能量密度達到了255Wh/kg，體積利用率突破72%，10分鐘可充電達到80%，并讓車輛續(xù)航可以輕松突破1,000公里。

電池包自加熱技術是電池包技術創(chuàng)新的典型代表，該技術主要為了解決冬天電動汽車里程嚴重縮水的問題。實驗室數(shù)據(jù)表明，0℃以下時，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)是當前主要的電池包加熱技術，不過由于液冷循環(huán)系統(tǒng)能夠用更低的電量獲取長時間均勻的恒溫，越來越多的車企開始選擇這種方式。

從系統(tǒng)類型來看，純電動汽車可以定義為是一個移動的電氣系統(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)勢所在。接下來，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”。

英飛凌電動汽車直流快充解決方案

在電動汽車充電方面，直流快充可以簡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間，進而緩解車主的“充電焦慮”。在此，我們?yōu)榇蠹医榻B英飛凌完整的電動汽車直流快充解決方案。

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

圖3：英飛凌電動汽車直流快充解決方案框圖（圖源：英飛凌）

在產(chǎn)品細節(jié)方面，英飛凌在電動汽車直流快充解決方案中提供高性價比的分立式產(chǎn)品，包括600V CoolMOS? 超結(jié)MOSFET P7和CFD7系列、650V IGBT TRENCHSTOP?5和1200V CoolSiC? MOSFET，可用于實現(xiàn)功率高達150kW的直流電動汽車充電設計方案。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)動器、XMC? 和AURIX? 微控制器，以及豐富的電源模塊等。

2EDN7534RXTMA1（器件料號）是英飛凌電動汽車直流快充解決方案中的一款產(chǎn)品，屬于EiceDRIVER?柵極驅(qū)動器，可用于驅(qū)動上述提到的CoolMOS?、CoolSiC? MOSFET和IGBT TRENCHSTOP? 5等開關器件。綜合而言，2EDN7534RXTMA1具有大電流、低延遲、高精度、快啟動、穩(wěn)輸入等突出的產(chǎn)品優(yōu)勢。特別需要提及的是，大家可以通過查看該器件的詳情頁，了解上述提到的英飛凌電動汽車直流快充解決方案。

穩(wěn)定、可靠、易用的CoolSiC? MOSFET

我們在上述內(nèi)容提到，提升電動汽車充電速度是解決“里程焦慮”的一個有效途徑。在此過程中，大電流是一種主要手段，大電流伴隨而來的高溫則是主要的挑戰(zhàn)之一。

IMW65R048M1H采用英飛凌持續(xù)優(yōu)化20多年的先進溝槽半導體工藝，將碳化硅的物理強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，其低反向恢復電荷（Qrr）能夠在更高電流下優(yōu)化開關行為，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，無論是樁端還是車端，IMW65R048M1H都能夠很好地勝任。得益于優(yōu)異的溝槽技術，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，英飛凌的擴散焊接工藝可在芯片和散熱片之間實現(xiàn)強大的熱連接，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)動器IC，它們采用定制的UVLO電平保護SiC MOSFET，具體的料號包括1EDN9550B和2EDS9265H等。

可用于電池管理的高效PMIC

對于PMIC（電源管理集成電路）大家都不陌生，幾乎所有用電設備都需要用到它，電動汽車當然也不例外。我們上面已經(jīng)提到，在快速充電場景下，電池系統(tǒng)的危險系數(shù)會更高，此時BMS的安全作用便會更加凸顯。

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，用于安全相關應用。

圖8：TLF35584QVHS2XUMA1系統(tǒng)框圖（圖源：英飛凌）

我們在此簡單羅列一下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、同步輸出信號和電壓監(jiān)控，獨立的電壓監(jiān)控模塊和錯誤引腳監(jiān)控，以及可配置窗口和功能看門狗等，可以輕松實現(xiàn)滿足ASIL-D安全等級的BMS系統(tǒng)。

用于電池測試/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”，電池技術不斷推陳出新。如果能夠準確把握電池的各項參數(shù)，對于研發(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)淼氖且豢羁捎糜陔姵爻尚秃蜏y試、電池調(diào)理（充電和放電）系統(tǒng)的AFE數(shù)字控制器，來自制造商Analog Devices（ADI），貿(mào)澤電子上該器件的料號為ADBT1001BSW。

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

圖10：ADBT1001BSW典型應用框圖（圖源：ADI）

ADBT1001BSW可用于大容量電池測試和成型制造以及精密電池測試儀器儀表應用。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)時間。

新材料、新技術打消里程焦慮

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，電池技術需要從電化學性能和物理結(jié)構兩個方面，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、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。

審核編輯：郭婷