英飞凌推出电动汽车电池管理系统

英飞凌科技推出了一款名为 TLE9012AQU 的新电池管理系统，用于管理和平衡电动汽车的电池电量。这家德国芯片公司专门为混合动力和电动汽车电池设计了它，但它也适用于其他应用，如储能系统和电动自行车电池管理系统。

电池电动汽车的主要动力总成相关构建模块是电池管理系统 (BMS)、车载充电器 (OBC) 和主逆变器，它们驱动电动机并在再生制动的情况下将能量反馈给电池。

电池在电动汽车 (EV) 中的迅速采用使电子设计朝着新一代的电荷监测设备发展。虽然 2018 年这些电池中约有 64% 仍为全球电动汽车生产，但到 2025 年，这一数字将上升到 85% 以上。此外，根据分析师的各种研究，就排放而言，在全球 95% 的国家中，驾驶电动汽车是最佳选择。许多分析人士预测，到 2050 年，每两辆汽车都将是电动汽车，这将使全球 CO 2排放量每年减少多达 1.5 吉吨(数十亿吨)。

“由于更严格的 CO 2法规，电动汽车的驱动因素变得越来越有趣。到本世纪末，大约 30% 的新车将配备高压电池。电动汽车总动力总成成本的 70-80% 来自电力电子设备和电池。75% 的电池成本来自电池单元(外壳、电极和电解质材料、保护功能)，”英飞凌汽车部门应用营销总监 Clemens Müller 说。

TLE9012AQU 在整个温度和工作电压范围内提供多达 12 个电池的电压测量，精度为 ± 5.8 mV。通过结合多达五个外部温度传感器和一个 iso-UART 接口进行通信，该器件对整个项目进行了全面优化。

电池管理系统 (BMS) 确保电池容量得到最佳利用：在电动汽车中，您必须在尽可能长的电池寿命的同时达到尽可能长的续航里程。电池充电监控系统(通常称为电池管理系统)可让您智能地管理电动汽车的续航里程和安全性，同时降低电力成本。

此外，它们确定电池的充电状态和健康状况，以估计可用的自主权和剩余寿命。集成的控制提供测量数据并通过平衡电池来确保平衡的充电状态。

汽车电池管理系统必须能够满足关键功能，例如电压、温度和电流监控、电池充电状态 (SoC) 和锂离子 (Li-ion) 电池的电池平衡。最基本的功能是电池保护和充电状态显示。

“电动动力系统的能源主要来自锂电池系统。为了实现更长的电池寿命、最大的能量供应和最高的功能安全性，它们需要受到严格控制，”Müller 说。他继续说道，“锂离子电池是具有差异化阴极化学和电池拓扑结构的主要电池技术。”

尽管 SoC 很有用，但在电池耗尽时，如果不跟踪容量，则读数是不完整的。容量是电池健康状态(SoH)的主要指标。拥有 SoC 和 SoH 数据有助于了解整个系统的运行状态或功能状态 (SoF)。SoH 是初始电荷与随时间恶化的电荷量之比，通过库仑计数法测量(图 3)。

“BMS 功能的系统挑战是高精度的电池电压和温度测量，以及电池之间和电池控制器之间强大的通信链路;电池级别的自主充电平衡、实时多线程高精度低功耗数据预处理以及与中央域控制器的高效聚合数据交换;除了监测和控制，”Müller 说。

Infineon 的解决方案

Infineon 的 TLE9012AQU 电路提供可编程噪声滤波器并同时执行测量，因此即使存在临时干扰因素，结果也能保持可比性。

电池的平衡是通过集成在芯片中的十二个平衡开关来实现的——每个通道一个。它们专为高达 150 mA 的电流而设计。对于更高的平衡电流，该器件还支持外部开关。板载过流、欠流和开路负载诊断。

凭借其 12 个 Delta-Sigma ADC 通道，TLE9012AQU 特别适用于每个模块有 12 个电池的拆分电池。因此，每个模块需要一个设备。用于这些模块之间以及与微控制器之间数据交换的 iso-UART 接口可以轻松实现电压隔离并确保数据完整性。

随着电动汽车的日益普及，对电池管理系统领域的影响将相当大，因为电动汽车由数十或数百个电池供电。任何管理不善都可能引发巨大的电气问题。BMS优化了电动汽车的性能并确保了电池组的安全。

“BMS 的下一个创新趋势可以在几个主题中确定：拓扑和连接性、计量诊断、状态评估和健康预测、隐藏性能固态保护开关、用于容量优化和更长寿命的热控制解决方案，”Clemens 说穆勒。

锂离子电池良好市场的一个关键测量参数是电化学阻抗。许多 BMS 设备中的电化学阻抗测量是通过多个完全并联的模拟/数字转换器和具有 0.1 Hz 至 5 KHz 脉冲调制的交流励磁电路以及集成在设备中的电压/电流转换电路来实现的。