BMS的“紐帶”作用不言而喻，芯片廠商迎接機(jī)遇面臨挑戰(zhàn)

電池、電機(jī)、電控技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)的三大件，這三塊決定了一款電動(dòng)汽車(chē)的性能與質(zhì)量。而電控技術(shù)的核心，便是 BMS 系統(tǒng)，BMS 系統(tǒng)是影響電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程與充電時(shí)長(zhǎng)的最重要的因素之一。它負(fù)責(zé)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池進(jìn)行安全監(jiān)控和有效管理，讓動(dòng)力電池在最佳的狀態(tài)下工作，提高動(dòng)力電池的效率和可靠性并延長(zhǎng)它的使用壽命。

在以動(dòng)力電池為能量源的電動(dòng)汽車(chē)中，BMS 作為連接電池組、整車(chē)系統(tǒng)和電機(jī)的“紐帶”，其重要性不言而喻。隨著電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量不斷增加，BMS 的市場(chǎng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，2018 年全球 BMS 產(chǎn)值規(guī)模 53.1 億美元，2019 年全球 BMS 產(chǎn)值規(guī)模超過(guò) 60 億美元；預(yù)計(jì) 2025 年全球 BMS 產(chǎn)值規(guī)模將達(dá)到 111.7 億美元。

那么，未來(lái)幾年，BMS 技術(shù)將會(huì)呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢(shì)？與非網(wǎng)策劃的《BMS 的新使命》專(zhuān)題中，我們邀請(qǐng)了瑞薩電子中國(guó)汽車(chē)解決方案事業(yè)部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張瑋先生，他負(fù)責(zé)瑞薩電子中國(guó)區(qū) BMS 市場(chǎng)推廣和應(yīng)用。

瑞薩電子中國(guó)汽車(chē)解決方案事業(yè)部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理 張瑋先生

BMS的四項(xiàng)核心技術(shù)優(yōu)化電池續(xù)航和充電問(wèn)題

相對(duì)燃油汽車(chē)，續(xù)航里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)一直是電動(dòng)汽車(chē)的痛點(diǎn)，BMS 作為電池管理系統(tǒng)在續(xù)航里程和充電長(zhǎng)時(shí)間改善上起著重要作用。BMS 首先要對(duì)動(dòng)力電池的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)，接下來(lái)要在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)電池狀態(tài)（如 SOC 剩余電量和 SOH 電池健康程度）進(jìn)行評(píng)估，以確定合適的控制策略，確保電池組在安全的工作狀態(tài)下，完成充電、放電和配電的過(guò)程，最大限度地優(yōu)化電能的使用、延長(zhǎng)電池的壽命。

關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程和充電時(shí)間優(yōu)化，張瑋從技術(shù)角度分析了 BMS 系統(tǒng)的幾項(xiàng)核心技術(shù)：

第一項(xiàng)便是電池狀態(tài)估算技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以基于電池的精確建模和參數(shù)監(jiān)測(cè)。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和先進(jìn)的算法，對(duì) SOC、SOH、SOP 等電池狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的估算，為電池管理提供可靠的基礎(chǔ)。

第二項(xiàng)便是均衡管理技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)的鋰電池組中單體電池的不一致性會(huì)極大影響電池組的可用容量，這就需要通過(guò)均衡管理技術(shù)（通常包括被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡兩種技術(shù)）提到單體電池的一致性，提升電池組的使用壽命。

第三項(xiàng)是 BMS 系統(tǒng)的分布式架構(gòu)，分布式的 BMS 系統(tǒng)將電池模組和電池采集單元集成在一起，讓電池組更加模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，擴(kuò)展性更強(qiáng)，還可簡(jiǎn)化裝配過(guò)程、便于實(shí)現(xiàn)電池的梯次利用。

最后一項(xiàng)便是將 BMS 技術(shù)與整車(chē)控制器（VCU）功能的集成，這項(xiàng)技術(shù)可以由 VCU 根據(jù)整車(chē)信息和電池信息采取更合理和高效的控制策略，對(duì)于可提升實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性也很有幫助。

延長(zhǎng)電池壽命的有效方式

電池壽命一直是電動(dòng)汽車(chē)面臨的重要課題，業(yè)界一直在針對(duì)提高電池使用壽命進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。到目前為止，最行之有效的就是 BMS 技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)能夠在電池充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集動(dòng)力電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況，挑選出有問(wèn)題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性，使剩余電量估計(jì)模型的實(shí)現(xiàn)成為可能。除此以外，BMS 還將建立每塊電池的使用歷史檔案，為進(jìn)一步優(yōu)化和開(kāi)發(fā)新型電池、充電器、電動(dòng)機(jī)等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。

針對(duì)瑞薩的 BMS 技術(shù)，張瑋介紹，“瑞薩電子也推出了令人印象深刻的 BMS ISL78714 電池管理 IC，此款方案可以提供精準(zhǔn)的電池電壓與溫度測(cè)量、電池均衡及廣泛的系統(tǒng)診斷，目的是更好的保護(hù) 14 節(jié)鋰電池組，最大限度的提升電動(dòng)汽車(chē)的電池壽命和續(xù)航里程。”

他強(qiáng)調(diào)，“與傳統(tǒng) BMS 相比，瑞薩電子賦予了 ISL78714 更多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其可監(jiān)測(cè)并均衡多達(dá) 14 個(gè)串聯(lián)電池，在汽車(chē)工作溫度范圍內(nèi)測(cè)量精度可達(dá)±2 mV，能夠更加完善的幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員根據(jù)絕對(duì)電壓水平進(jìn)行判斷。在做到高性能的同時(shí)，ISL78714 保證了電動(dòng)汽車(chē)電池組系統(tǒng)的安全性與可靠性，使汽車(chē)制造商能夠達(dá)到 ISO 26262 汽車(chē)安全完整性等級(jí)（ASIL D）評(píng)估。”

BMS的整合和優(yōu)化

隨著電動(dòng)汽車(chē)的不斷發(fā)展，BMS 技術(shù)也不斷成熟，未來(lái)的 BMS 技術(shù)也將更加智能化和數(shù)據(jù)化，而那些進(jìn)行更多的 BMS 試驗(yàn)開(kāi)發(fā)、制造以及梯次利用等環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)，并且有詳細(xì)的電池?cái)?shù)據(jù)的 BMS 企業(yè)將更具競(jìng)爭(zhēng)力。

功能安全領(lǐng)域未來(lái)也將是 BMS 發(fā)展的重點(diǎn)，一款新的 BMS 在投放市場(chǎng)前需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的環(huán)境可靠性測(cè)試，其周期可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，在一些簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能上需要添加產(chǎn)品功能的可靠性、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)度、使用壽命等更加嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

瑞薩電子認(rèn)為，安裝優(yōu)秀的電池管理學(xué) BMS 能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，并且延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池組及各電池單芯的運(yùn)行狀態(tài)，有效預(yù)防電池組自燃，如遇緊急情況提前對(duì)司機(jī)做出突發(fā)事件預(yù)警，為保障安全贏得時(shí)間。

芯片廠商如何應(yīng)對(duì)BMS技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)？

眾所周知，電動(dòng)汽車(chē)的核心是電池，而電池的核心在電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)作為實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)均衡、智能充放電的電子部件，起到保障安全、延長(zhǎng)壽命、估算剩余電量等重要功能，是動(dòng)力和儲(chǔ)能電池組中不可或缺的重要部件。隨著電動(dòng)汽車(chē)的不斷發(fā)展，BMS 技術(shù)也將迎來(lái)新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

作為近年來(lái)興起的技術(shù)，BMS 的技術(shù)門(mén)檻是相當(dāng)高的。沒(méi)有長(zhǎng)期研發(fā)的積累和大量數(shù)據(jù)的沉淀，難以開(kāi)發(fā)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，因此，BMS 研發(fā)需要大量的時(shí)間與資金支持，導(dǎo)致了目前 BMS 研發(fā)技術(shù)參差不齊。

張瑋強(qiáng)調(diào)，“對(duì)于大多數(shù)芯片廠商來(lái)說(shuō)，BMS 的發(fā)展都需要經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐，比較容易受到資金限制，所以，BMS 行業(yè)需要規(guī)范自身研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，提升研發(fā)效益。芯片廠商們也要增強(qiáng)核心零件自我生產(chǎn)能力，與其他企業(yè)合作研發(fā)，爭(zhēng)取能夠?qū)崿F(xiàn)全新的 BMS 行業(yè)聯(lián)盟。”

保持電池系統(tǒng)創(chuàng)新應(yīng)對(duì)安全問(wèn)題

自新能源汽車(chē)走入大眾生活以來(lái)，發(fā)生起火和自燃事件是屢見(jiàn)不鮮，每次事故都備受市場(chǎng)關(guān)注，這也引發(fā)了大眾對(duì)于新能源汽車(chē)安全方面的眾多思考。電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源正是來(lái)自于一個(gè)個(gè)小的電池個(gè)體，舉例來(lái)說(shuō)，一輛電動(dòng)汽車(chē)的電池組里面有著幾千節(jié)鋰電池單體。那么可以想象如此多的電池單體，每一個(gè)都是單獨(dú)制造，即便是生產(chǎn)線產(chǎn)物，也難免在一致性上出現(xiàn)問(wèn)題。而且在后期的復(fù)雜環(huán)境中使用，難保會(huì)有某一節(jié)電池單體出現(xiàn)問(wèn)題，從而導(dǎo)致整個(gè)電池組乃至整個(gè)動(dòng)力電池單元的損壞。

BMS 系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)不可或缺的重要部件，是管理和監(jiān)控動(dòng)力電池的中樞，管理、維護(hù)、監(jiān)控電池各個(gè)模塊，肩負(fù)著防止電池過(guò)充過(guò)放電、延長(zhǎng)電池使用壽命、幫助電池正常運(yùn)行的重任。

張瑋介紹，“目前瑞薩電子擁有為滿足汽車(chē)級(jí) (AEC-Q100)打造的鋰離子電池管理解決方案 (BMS)，該解決方案是專(zhuān)為滿足新一代電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的嚴(yán)格安全性、可靠性和性能要求而設(shè)計(jì)。我們的電池平衡和安全產(chǎn)品組合采用高度集成的 ISL78714、ISL78600 和 ISL78610 鋰電池管理系統(tǒng)和安全監(jiān)控 IC，具有眾多優(yōu)勢(shì)，并顯著減少混合動(dòng)力、插電式混合動(dòng)力及電動(dòng)車(chē) (HEV/PHEV/EV) 電池組及其相關(guān)系統(tǒng)的總體電池管理成本。”

除此之外，瑞薩電子還提供 ISL78692 和 ISL78693 汽車(chē)級(jí)單芯電池充電器，可延長(zhǎng)車(chē)載緊急呼叫（eCall）系統(tǒng)中使用的鋰離子 (Li-ion)、鋰聚合物 (Li-polymer) 和磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池續(xù)航時(shí)間。此外，在 Formula E 賽事上，瑞薩電子還為馬恒達(dá)車(chē)隊(duì)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了 BMS 模塊包括汽車(chē)級(jí) BMS 組件，外殼和鋰離子電池。此外，創(chuàng)新的低壓 BMS 模塊還為其高功率處理器 RH850/E2x 微控制器（MCU）提供了足夠的額外處理帶寬，以支持未來(lái)的低壓電池系統(tǒng)創(chuàng)新。

“與非管理型低壓鋰離子電池系統(tǒng)相比，瑞薩 Formula E BMS 模塊提供了顯著的安全性改進(jìn)，同時(shí)提高了低壓系統(tǒng)的整體效率和可靠性。我們?cè)陂_(kāi)發(fā) MS 時(shí)采用的模塊級(jí)方法，需要定制設(shè)計(jì)電路原理圖、PCB、硬件組件、軟件以及對(duì)每個(gè)組件和整個(gè)模塊進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試。我們的低壓 BMS 技術(shù)的增強(qiáng)性能和功能最終可以為電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)一系列的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)甚至是商業(yè)改進(jìn)?！?張瑋最后表示。