隨著汽車制造商考慮新的電動汽車電池化學成分，采用先進半導體技術的電池管理系統 (BMS) 比以往更加重要
通過在電池管理系統方面進行持續創新，我們可助力汽車制造商為新興的電池化學產品設計 BMS 架構，從而使電動汽車更安全、更經濟實惠。
隨著電動汽車 (EV) 的普及，先進的電池管理系統 (BMS) 正在幫助克服一些阻礙其進一步普及的關鍵障礙：續航里程、安全性、性能、可靠性和成本。半導體是此類系統的核心。
“半導體技術在電動汽車中所占的比重比內燃機汽車大得多，”在TI開發電動汽車電池監控產品的團隊負責人 Sam Wong 說，“我們的芯片可以帶來巨大的好處，而成本只是電池組的一小部分。”
根據 BloombergNEF 最近的一份報告，電動汽車在全球乘用車市場中所占份額不足 5%。不過，電動汽車的市場份額正在迅速增加，大多數主要汽車制造商都承諾在未來五到十年內轉向以電動汽車為主的產品線，朝著更環保、更可持續的未來邁進。電池技術的進步是主流消費者的主要考慮因素。TI 處于這一領域的前沿，通過新技術推動汽車創新，使工程師能夠使用多種電池化學成分和配置。這些進步已經帶來了電動汽車價格、性能和可靠性的改善，無論是傳統電池技術還是前沿電池技術，皆是如此。
從毫伏電能中獲得數英里續航里程
新的電池化學成分帶來了一大機遇。大多數電動汽車由鋰離子電池供電，鋰離子電池依賴于供應短缺的稀土金屬鈷。但現在，大部分電動汽車行業開始采用物質磷酸鐵鋰 (LFP)作為替代電池化學物質實現無鈷，這種化學物質更豐富、更可持續開采、易于使用，因此是一種更便宜、更高效的替代品。
但是，雖然鐵的較低成本和相對豐富性使LFP成為一種更可持續的選擇，但這種化學物質也有一個缺點。電動汽車依靠測量蓄電池電壓降來評估剩余容量，這對車內人員來說，則意味著剩余的續航里程。然而，與放電時電壓穩定下降的鈷基電池不同，LFP電池的電壓下降微不足道，即使它們接近完全耗盡也是如此，這給預測帶來了困難。
“LFP 的平坦放電率要求電壓測量精度突破現代半導體技術的限制，” BMS系統經理Mark Ng如是說。
傳統的 BMS 設備測量電池電壓的精度約為 5 毫伏，但在 LFP 電池中，這種不準確性會導致續航里程產生約25%的誤差。由于制造商必須在續航里程被低估這一問題上周全考慮，以避免司機在高速公路上因電池耗盡而感到驚訝，車輛經常報告的剩余續航里程比實際可行駛里程要短 25%。
這就是我們的尖端技術大顯身手的地方。通過利用我們的高精度電池監控器，汽車制造商可以指示更準確的續航里程。
“使用我們的芯片，當實際上還可以行駛 250 英里時，汽車不會告訴你還可以行駛 200 英里，而是可能會告訴你還可以行駛 230 英里，”Mark 說，“使用同樣的電池供電時，BMS 基本上將續航里程延長了 30 英里。”
這一額外續航里程足以確保 LFP 電池的可行性，讓汽車制造商有信心轉向新興的化學材料，從而使電動汽車更具可持續性、更經濟實惠。
平衡技術
除了延長車輛的續航里程，準確的監控對于電動汽車電池組中近 200 個電池的安全性和耐久性也至關重要。如果一個電池的放電速度比其他電池快，即使電池組的其他電池仍然有電，這個電池也可能接近耗盡。但是太接近耗盡可能會徹底損壞電池，導致電池無法蓄電，從而使整個電池組徹底無法使用。在充電過程中，問題在于某節電池比其他電池更快地充滿。這可能會導致這節電池過度充電，從而可能造成過熱的危險情況。
我們的電池監測器準確性較高，可以發現電池有過度耗盡或過度充電風險的早期跡象，然后斷開電池連接以避免過度放電或釋放多余的電荷，從而使整個電池組在駕駛和充電期間保持平衡。這些器件還會監視電池溫度的升高，這是過度充電或其他問題的另一個跡象。
“BMS 提供了一個精細的監視網絡來檢測每個電池的電壓、電流和溫度，”Sam 說，“這樣，我們就可以從系統中切斷電池，或者調整進出系統的電流。”
BMS 通過使用兩個獨立的傳感器測量電壓來提供冗余，如果存在不匹配，就會對系統進行標記。
即使是切斷系統電池的任務也有其自身的挑戰和解決方案。在下一代電動汽車的配電、穩健性和安全性方面，更高的電池電壓疊加、更快的充電要求和更強大的牽引電機都為這些斷開系統帶來了獨特的挑戰。
靈活創新
隨著制造商引入新的電池化學成分、更強大的電池組和不同配置的單個電池，許多制造商正在推出利用不同電池組合的電動汽車產品系列。我們的產品組合在同一個封裝中提供多個通道選項、引腳到引腳兼容性，并可完全利用現有軟件。因此，我們的器件組合提供的重要功能之一是能適用于汽車制造商選擇使用的幾乎任何電池化學成分或配置，從而節省研發成本、軟件開發成本和時間。
“如果你是一家提供多種化學成分和配置的制造商，那么在同一個產品系列中擁有多種電池監測器件選項至關重要，”Mark說，“這種跨平臺擴展的能力降低了單臺電動汽車的成本，并加速其上市”
更多 BMS 創新即將到來。我們公司正在突破電壓精度的界限，并將更多控制能力集成到每個芯片中，以釋放汽車制造商的真正潛力。此外，TI 正在進行研究，以幫助確保我們的 BMS 解決方案得到優化，能夠準確地支持新興電池類型。“在整個行業中，可能有另外一百種不同的電池化學成分尚在研究之中，”Sam說，“我們希望確保我們的 BMS 產品能夠提供靈活性，從而充分發揮每一款產品的特性。”
致力于讓世界更美好
幫助汽車制造商讓電動汽車更安全、更經濟實惠，這只是我們的革新者致力于通過半導體技術讓電子產品更經濟實用、讓世界更美好并以此實現公司愿景的方式之一。每一代創新都建立在上一代創新的基礎之上，使我們的技術變得更小巧、更高效、更可靠，更實惠。這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。
