分析丨聚焦汽車高壓BMS和儲(chǔ)能BMS，熱門方案都在這里

新能源行業(yè)快速發(fā)展，新能源汽車的高壓BMS和儲(chǔ)能BMS(電池管理系統(tǒng))重要性日益凸顯，也成為半導(dǎo)體行業(yè)熱點(diǎn)應(yīng)用。本文講述BMS架構(gòu)、主要芯片，以及熱門汽車高壓BMS、儲(chǔ)能BMS方案。BMS具有不同架構(gòu)，無線BMS是趨勢(shì)根據(jù)BMS在電池芯或電池模塊的安裝、工作方式，有幾種分類：

集中式BMS架構(gòu)：電池組采用一個(gè)中央BMS部件。集中式BMS的優(yōu)點(diǎn)是緊湊的特性和較低成本。但是需要很多端口才能連接所有電池組，因此維護(hù)和故障排除繁瑣。

模塊化BMS拓?fù)洌築MS分為幾個(gè)模塊，連接到電池組的相鄰部分。模塊化BMS拓?fù)涞某杀靖哂诩惺侥K，但故障排除和維護(hù)更容易，并且比較容易擴(kuò)展到更大的電池組。

主/從BMS：從屬模塊僅限于將測(cè)量數(shù)據(jù)中繼到主模塊，而主模塊則進(jìn)行計(jì)算、處理控制和外部通信。鑒于從屬模塊的簡(jiǎn)單功能，這種架構(gòu)的成本通常較低。

分布式BMS架構(gòu)：將所有硬件集成在每個(gè)電池單元的控制板上，無需笨重的布線，使每個(gè)BMS更加獨(dú)立。也使故障排除和維護(hù)變得更加困難，成本更高。

電池管理與電池的設(shè)計(jì)方式同步發(fā)展。BMS的一個(gè)趨勢(shì)是朝著更加集中的無線BMS概念發(fā)展，減輕舊架構(gòu)中所需的大量布線，降低維護(hù)難度，而且還減輕了電池組重量。在電動(dòng)汽車中，無線BMS可能促使電動(dòng)汽車在需要充電之前可以行駛更大續(xù)航里程，減少系統(tǒng)充電所需時(shí)間。

BMS涉及4種芯片無論采用何種結(jié)構(gòu)，BMS涉及4種芯片，即電池充電、電池電量計(jì)、電池監(jiān)視芯片、電池保護(hù)芯片。BMS的4種電池管理芯片有效解決荷電狀態(tài)估算、電池狀態(tài)監(jiān)控、充電狀態(tài)管理以及電池單體均衡等問題，以達(dá)到保證電池系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，延長(zhǎng)電池使用壽命。芯查查顯示，國(guó)內(nèi)電池管理芯片主要參與者仍主要為海外企業(yè)，在營(yíng)業(yè)收入及產(chǎn)品型號(hào)種類上差異懸殊。

各種BMS芯片的作用：電池充電芯片通過調(diào)節(jié)電池充電的電壓、電流和時(shí)間等參數(shù)，確保電池充電安全高效。電池電量計(jì)芯片根據(jù)電池的充電需求和使用情況，智能決定充電的時(shí)間和速度。電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)芯片實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的電量、溫度、狀態(tài)等，并提供相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和警示。安全保護(hù)芯片的功能包括過熱保護(hù)、過充保護(hù)、短維持保護(hù)等，確保電池充電安全。

圖注：電池充電IC主要品牌(來源：芯查查)

圖注：電池電量芯片主要品牌(來源：芯查查)

圖注：電池監(jiān)測(cè)芯片主要品牌(來源：芯查查)

圖注：電池保護(hù)芯片(來源：芯查查)

汽車高壓BMS方案電動(dòng)汽車想要提高續(xù)航里程、加快充電速度，提供可以與傳統(tǒng)燃油車比肩的用戶體驗(yàn)，BMS是最為關(guān)鍵的一環(huán)。實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，高壓BMS是一個(gè)重要的技術(shù)路徑，也成為了近年來汽車電氣化領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

因應(yīng)這樣的設(shè)計(jì)需求，恩智浦推出了全新的高壓BMS解決方案，加速產(chǎn)品開發(fā)和商用的進(jìn)程，該方案中囊括了恩智浦兩款高性能的BMS芯片：功能安全ASIL-D的模擬前端芯片MC33774：支持18個(gè)通道的電芯電壓采集和均衡，單通道最高均衡電流為300mA，支持9路GPIO進(jìn)行溫度采集。功能強(qiáng)大的菊花鏈通信網(wǎng)關(guān)芯片MC33665：最多支持4路菊花鏈，可連接4條單鏈或2條回環(huán)菊花鏈;和MCU之間的通信支持單SPI、雙SPI、UART以及CAN/CAN-FD。CAN-FD最大速率5Mbps，可實(shí)現(xiàn)電池包內(nèi)部無MCU、無軟件的BMS架構(gòu)。

圖注：高壓BMS簡(jiǎn)要功能框圖(來源：NXP)

儲(chǔ)能BMS方案結(jié)合新唐科技高性價(jià)比的MCU、AFE產(chǎn)品，中電港研發(fā)出達(dá)到量產(chǎn)級(jí)別的完整家用/工業(yè)儲(chǔ)能方案，此方案適用于最高22串的鋰電池電源管理，具備以下功能：電池組信息檢測(cè)，包括電池電壓、充放電電流、電池溫度、板上溫度等信息。電池組狀態(tài)分析，包括電池SOC和電池SOH的估算等，我們獨(dú)特的SOC及SOH濾波及修正算法，可以有效的提高SOC的計(jì)量精度。電池組安全保護(hù)，包括充放電過程中，過壓、欠壓，過流，過溫等故障進(jìn)行及時(shí)處理。硬件上冗余的保護(hù)電路和完備的自檢電路，具備對(duì)短路的快速，多重的保護(hù)措施，對(duì)短路，過流，過溫等突發(fā)故障及時(shí)的進(jìn)行保護(hù)和告警，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和安全等級(jí)。電池組熱管理，對(duì)電池進(jìn)行加熱和散熱處理，確保電池使用的環(huán)境溫度，有效延長(zhǎng)電池組的使用壽命。電池組信息管理，集成了多路485和CAN通訊，并且支持外接WiFi或藍(lán)牙模塊，用來將采集的數(shù)據(jù)和信息通過CAN總線或者無線方式傳遞給后臺(tái)或主機(jī)。該方案支持多機(jī)并聯(lián)的使用，具備并聯(lián)自動(dòng)編碼的功能，完全適用于像家庭儲(chǔ)能，基站儲(chǔ)能，戶外儲(chǔ)能，UPS等多種場(chǎng)合。其中方案的重要組成部分，中電港自主開發(fā)的可供量產(chǎn)測(cè)試的上位機(jī)系統(tǒng)：鋰電池管理系統(tǒng)，功能齊全，操作簡(jiǎn)便，很好地幫助儲(chǔ)能產(chǎn)品廠家進(jìn)行產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)、測(cè)試、量產(chǎn)，以及售后維護(hù)等工作，極大地縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，減輕設(shè)計(jì)人員、測(cè)試人員、維修人員的工作量。

圖注：中電港自研的儲(chǔ)能BMS方案(圖片來源：中電港)

小 結(jié)

新能源汽車向更高電壓的800V系統(tǒng)演進(jìn)，可以更高效地利用電能，提高續(xù)航里程和加速性能。此外，工業(yè)和家用儲(chǔ)能技術(shù)也在快速發(fā)展，這是因?yàn)榭稍偕茉吹钠占昂托枨笤黾?，?chǔ)能系統(tǒng)成為平衡供需和提供備用電力的重要組成部分。

無論是電動(dòng)車輛還是儲(chǔ)能系統(tǒng)，BMS的作用將越來越重要。采用BMS系統(tǒng)整體方案可以幫助客戶減少開發(fā)時(shí)間和成本。首先BMS系統(tǒng)整體方案通常由專業(yè)的供應(yīng)商提供，他們具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)。這意味著客戶不需要從頭開始設(shè)計(jì)和開發(fā)BMS系統(tǒng)，而是可以直接使用現(xiàn)有的解決方案。其次，BMS系統(tǒng)整體方案通常具有高度集成的特點(diǎn)，這意味著各個(gè)組件之間已經(jīng)進(jìn)行了充分的測(cè)試和驗(yàn)證，并且可以無縫地集成到電動(dòng)車輛或儲(chǔ)能系統(tǒng)中，這減少了客戶在集成過程中可能遇到的問題和風(fēng)險(xiǎn)。最后，BMS系統(tǒng)整體方案還可以提供更好的技術(shù)支持和售后服務(wù)。由于供應(yīng)商對(duì)整個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)，他們可以更快速地響應(yīng)客戶的需求，并提供及時(shí)的技術(shù)支持和維護(hù)服務(wù)。

審核編輯：湯梓紅