電動汽車電池監(jiān)測互連器件所需的關(guān)鍵屬性

作者：Meizy Loo, Harwin Asia客戶服務(wù)部門主管

過去兩年間，全球電動汽車 (EV) 銷量大幅增長，未來幾年的出貨量必將繼續(xù)增加。充電基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)的電能將存儲在電池組中，而后者是所有電動汽車動力系統(tǒng)的基石所在。在車輛行駛期間，電池組負(fù)責(zé)把儲存的能量輸送至牽引電機(jī)。據(jù)《財(cái)富》商業(yè)洞察 (Fortune Business Insights) 預(yù)測，在汽車電氣化普及和汽車銷量增長的助推下，從現(xiàn)在到 2028 年，電動汽車電池市場將急劇擴(kuò)張，復(fù)合年均增長率 (CAGR) 將超過 28%。

鑒于電池組是電動汽車中最昂貴的部件，又要經(jīng)歷無數(shù)個(gè)充電周期，確保電池組盡量長時(shí)間保持良好工作狀態(tài)顯然是當(dāng)務(wù)之急。這意味著電池要無需經(jīng)常更換，以便有助于降低車輛的總擁有成本。正因如此，電池管理系統(tǒng) (BMS) 就顯得尤為重要，因?yàn)樵撓到y(tǒng)能延長電池組的使用壽命，確保任何可能導(dǎo)致電池故障的狀況都得到緩解。

BMS 的功能

BMS 與電池組及組成它的鋰離子電芯相連，是電動汽車動力系統(tǒng)不可或缺的組成部分。該系統(tǒng)可以用于監(jiān)測和調(diào)節(jié)電芯內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)（如電壓、電流和溫度），從而長久保持最佳工作狀態(tài)。BMS 可用于監(jiān)控電池組的充電/放電，及早發(fā)現(xiàn)任何發(fā)熱點(diǎn)或短路問題。

電動汽車 BMS 的另一大功能是支持電芯均衡，從而解決無可避免的電芯容量生產(chǎn)差異。電芯均衡有助于在電池組內(nèi)適當(dāng)分配電荷，使性能較弱的電芯承受較小的壓力。BMS 還可將再生制動產(chǎn)生的電能返送回電池組儲存。這種方式可讓電動汽車更高效地運(yùn)行。

除了價(jià)格昂貴外，電池組也是汽車最重且體積最大的部件之一。汽車原始設(shè)備制造商 (OEM) 一直在尋找電動汽車減重之道（從而提升車輛充電間隔期間的續(xù)航里程）。通過擴(kuò)容，電池可以變得更輕，占用空間也更小。這意味著必須設(shè)法在相同體積內(nèi)容納更多電芯。最新一代電動汽車的電池組可集成多達(dá) 8,000 至 10,000 個(gè)鋰離子電芯。每個(gè)電芯都需要接受 BMS 的監(jiān)控，這意味著需要大量傳輸數(shù)據(jù)。因此，現(xiàn)在需要能夠支持更快傳輸?shù)母呙芏?BMS 基礎(chǔ)設(shè)施。

BMS 互連屬性

選用的互連器件要在電動汽車 BMS 環(huán)境中發(fā)揮有效作用，就必須兼具一系列不同的屬性。下文將逐一予以介紹。

充分利用電動汽車儲電量最為重要，因?yàn)檫@將延長車輛在需要充電之前的續(xù)航里程。要盡可能降低 BMS 內(nèi)部的功率損耗，就必須努力尋找接觸電阻極小的互連器件。同時(shí)，觸點(diǎn)得用材也必須足夠耐久。空間限制也要納入考量。觸點(diǎn)引腳數(shù)量足夠多，但占用板上空間相對較小的互連器件將是較優(yōu)選擇。引腳數(shù)量選擇較多的產(chǎn)品系列將是理想之選。這將提高汽車制造商的設(shè)計(jì)靈活性，并在可用空間內(nèi)容納更多觸點(diǎn)。

汽車行車環(huán)境挑戰(zhàn)重重，加之動力總成應(yīng)用對安全至關(guān)重要，這意味著互連器件必須能穩(wěn)定維持運(yùn)行性能。用到的任何互連組件都要能夠承受振動力和劇烈沖擊，以及高溫環(huán)境暴露。此外，還需建立適當(dāng)?shù)臋C(jī)制，以保護(hù)系統(tǒng)信號完整性不受附近電磁干擾 (EMI) 源的影響?；ミB屏蔽必須要有效，同時(shí)還需考慮電動汽車裝配對空間和重量的限制。

為跟上當(dāng)前的車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)需求并實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，BMS 互連器件必須支持高速數(shù)據(jù)傳輸。部署的組件還需抵御灰塵和液體侵入，以免性能受到影響。此外，還應(yīng)采取有效機(jī)制，確保連接器/線纜位置固定。

另一個(gè)不容忽視的環(huán)節(jié)是生產(chǎn)線裝配。OEM 車間需要在很短的時(shí)間內(nèi)完成互連器件安裝，因此操作人員面臨著快速作業(yè)的壓力。在此情況下，器件損壞的可能性會大幅增加。正因如此，在設(shè)計(jì)器件時(shí)加入防護(hù)功能大有必要。

方便 BMS 安裝的優(yōu)化互連器件

Harwin 開發(fā)的高可靠性 Archer Kontrol 系列板對板連接器廣受世界各地的電動汽車制造商青睞，這其中既有初創(chuàng)企業(yè)，也有成熟的全球品牌。這些 1.27 毫米間距組件外形緊湊，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。組件采用護(hù)罩來保護(hù)觸點(diǎn)免受損壞，并通過分極功能防止錯(cuò)配。引腳數(shù)量選擇多，并且提供縱橫朝向配置選擇。集成的先進(jìn)閂鎖機(jī)構(gòu)可增強(qiáng)配接固位效果。

這些連接器觸點(diǎn)密度大，因此盡管體量小巧，仍可為 BMS 數(shù)據(jù)傳輸提供足夠的通道。這些產(chǎn)品支持高達(dá) 3Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率（與車輛其他部分的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度保持一致）。Archer Kontrol 觸點(diǎn)由磷青銅合金制成，表面經(jīng)過金/錫處理，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性和耐用性的理想組合。每個(gè)觸點(diǎn)的額定電流為 1.25A。

圖 1：Harwin 的 Archer Kontrol 連接器可滿足現(xiàn)代 BMS 部署的觸點(diǎn)密度和數(shù)據(jù)傳輸速率期許

Archer Kontrol 互連器件可承受 20G 振動、50G 沖擊以及 -55°C 至 125°C 的溫度。有 8 至 20 毫米堆疊高度可選?？商峁┈F(xiàn)成的線纜組件（長度為 150 毫米或 300 毫米）。除此之外，Harwin 還提供定制布線解決方案，以滿足較為特殊的要求。最后，這些互連器件單價(jià)較低，是汽車 OEM 的高成本效益之選。

總結(jié)

電動汽車電池組要安全高效地持續(xù)運(yùn)行，就需要存取詳細(xì)的參數(shù)數(shù)據(jù)。這意味著落實(shí) BMS 需要合適的互連硬件。此類互連器件必須由耐用材料制成，且兼具卓越性能。展望未來，有可能會出現(xiàn)對加快數(shù)據(jù)傳輸速率和縮減規(guī)格體量的期望。此外，隨著電池組中的電芯密度不斷增大，引腳數(shù)量也勢必會越來越多。