據(jù)預(yù)測(cè)，到 2030 年，全球近半數(shù)新生產(chǎn)的汽車將電動(dòng)化（包括純電，插電混動(dòng)以及微混），電動(dòng)車的普及使得市場(chǎng)上電動(dòng)汽車的保有量逐漸增加，基數(shù)增加后，電動(dòng)汽車的可靠性和耐用性將是各個(gè)廠家面臨的主要挑戰(zhàn)之一。與傳統(tǒng)燃油車成熟的 ECU 技術(shù)相比較，電動(dòng)汽車是新事物，歷史短，樣本小，積累有限。芯片廠商如何能從器件角度為整車的可靠耐用性提供保障是非常關(guān)鍵的一點(diǎn)。（數(shù)據(jù)來源: Strategy analytics, HIS, Evercore, NXP CMI）
恩智浦大中華區(qū)汽車模擬器件產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理 朱玉平
BMS從三方面改善電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航和充電時(shí)間
相對(duì)燃油汽車，續(xù)航里程短、充電時(shí)間長一直是電動(dòng)汽車的痛點(diǎn)，關(guān)于 BMS 對(duì)于續(xù)航里程和充電時(shí)間的改善，朱玉平對(duì)與非網(wǎng)表示，“拋開其他因素，先進(jìn)的電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng) BMS（Battery Management System）在一定程度上有助于提升電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程和縮短充電時(shí)間?！?/p>
他解釋主要有三個(gè)方面：
第一， 高精度的檢測(cè)能力，包括電池電壓、電流、溫度等指標(biāo)，有助于 BMS 對(duì)電池狀態(tài)的精確把握，這有利于系統(tǒng)對(duì)電池 SOC 和 SOH 的測(cè)算準(zhǔn)確度，提升電池電量監(jiān)控精度，從而影響到最終的續(xù)航里程和充放電時(shí)間。因?yàn)槌浞烹姷碾娏鞔笮『碗娏靠刂剖軠y(cè)量精度直接影響，而充電電流大小直接影響充電時(shí)間。
第二， 電池的均衡方式和均衡策略，目前大部分電動(dòng)汽車采用被動(dòng)均衡方式來保持串聯(lián)電池電量在多次循環(huán)充放后的電量一致性。良好的均衡算法和策略可以有助于所有電芯在不過多主動(dòng)放電的情況下，保持電量的一致性，從而延長續(xù)航里程。
第三， 通過采用模型預(yù)測(cè)控制算法來管理電池電量，最大化提升電池利用效率，從而增加續(xù)航里程。預(yù)測(cè)控制算法可綜合整個(gè)電動(dòng)汽車的用電充電模型，電池自生的模型，綜合考慮來給 VCU 提供參考建議從而實(shí)現(xiàn)效率提升。不過用于建?？刂菩枰^大的 CPU 算力，現(xiàn)在還未太普遍。
提升BMS測(cè)量精度和算法是確保汽車安全的關(guān)鍵因素
電動(dòng)汽車安全問題一直受到用戶關(guān)注， 受化學(xué)和物理特性所限，目前電動(dòng)汽車電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)需要實(shí)時(shí)、嚴(yán)密、精確的監(jiān)控，才能有效避免電池自燃事故發(fā)生，由于溫度等參數(shù)的檢測(cè)有時(shí)間延后性，外加電池模型參數(shù)隨著使用時(shí)間會(huì)變化，傳統(tǒng)的 BMS 一般通過給系統(tǒng)留出足夠的余量來確保電池處于安全工作區(qū)。更先進(jìn)的 BMS 可以通過提升測(cè)量精度和算法來擴(kuò)大電池的安全工作區(qū)，從而在保障電池安全的前提下，增加續(xù)航里程，加快充電時(shí)間，并延長使用壽命。
關(guān)于恩智浦的汽車解決方案，朱玉平介紹，“恩智浦可以為客戶提供包括符合功能安全的電源 Power SBC，主處理器 MCU 和模擬前端采樣芯片 AFE 的整套方案，方案支持用戶產(chǎn)品達(dá)到 AISL-C/D 功能安全等級(jí)目標(biāo)。Power SBC 提供硬件冗余電源供給；帶鎖步核的 MCU 擁有多達(dá) 70 多項(xiàng)預(yù)防故障的安全機(jī)制，確保主處理器可靠運(yùn)行；高精度測(cè)量 AFE，可實(shí)現(xiàn)最高達(dá) 0.8mV 的測(cè)量精度，并且在業(yè)界率先對(duì)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的精度參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述。恩智浦在汽車電子領(lǐng)域有悠久的研發(fā)、生產(chǎn)、制造歷史，以及強(qiáng)大的專業(yè)技術(shù)積淀，造就了卓越的符合車規(guī)的產(chǎn)品品質(zhì)、可靠性和耐用性，從而保障了客戶在大規(guī)模應(yīng)用后的產(chǎn)品可靠性和低故障率?！?/p>
另外，BMS 技術(shù)演進(jìn)與電池技術(shù)發(fā)展和電動(dòng)汽車架構(gòu)變化高度相關(guān)。目前看來，有三大發(fā)展趨勢(shì)：第一，從離散的 ECU 控制向域控制發(fā)展，集中控制有利于汽車軟件的在線升級(jí)和智能駕駛的發(fā)展。BMS 的主控部分 BMU，未來可能會(huì)交給動(dòng)力域控制器來接管；第二，模擬采樣前端 AFE 的通信方式由有線向無線發(fā)展，有利于簡(jiǎn)化和智能化電池包的生產(chǎn)、組裝、維修、回收等環(huán)節(jié)；第三，簡(jiǎn)化 BMS 采樣板的設(shè)計(jì)。隨著市場(chǎng)對(duì)電池包能量密度要求的日益提高，電池包內(nèi)留給 BMS 的空間越來越小，如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，采用更少的器件，占用更小的空間，實(shí)現(xiàn)同樣的功能，可能是行業(yè)努力的方向和趨勢(shì)。
BMS通過精確監(jiān)控延長電池壽命
對(duì)于電動(dòng)汽車用戶來說，自然希望電池壽命壽命更長，從而可以降低使用成本，電動(dòng)汽車廠商及方案上都在不斷進(jìn)行方案改進(jìn)，來滿足市場(chǎng)的需求。到底有哪些方式可以提高電池的使用壽命？朱玉平做了詳細(xì)分析。
電池壽命除了以電池放電容量（電量）判定基準(zhǔn)外，還有充放電功率、內(nèi)阻抗和膨脹系數(shù)。除了通過包括新配方、新材料研發(fā)等在內(nèi)的方法，電池的使用壽命與使用方法策略高度相關(guān)。隨著市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車充電速度和續(xù)航里程有越來越高的要求，實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)電池的使用越來越接近其參數(shù)的極限，這一點(diǎn)對(duì)于電池壽命不利。大電流快充、快放、高溫以及電池充放電電量閾值的拓展等都不利于延遲電量壽命。
單從 BMS 來講，需要精確測(cè)量監(jiān)控電池狀態(tài)，并且通過先進(jìn)的算法來給電池建模，從而盡最大可能確保電池工作在安全范圍，這些措施包括：電池?zé)峁芾砜刂?，確保各種工況下電池都處于合適的溫度范圍，通常電池的工作溫度在 -25~55℃之間，電池的最優(yōu)工作溫度在 25~35℃之間；電池充放電倍率和放電深度控制，高的放電倍率導(dǎo)致電池嚴(yán)重極化，內(nèi)阻升高，發(fā)熱加劇。過度充放電都會(huì)導(dǎo)致電極材料的晶體結(jié)構(gòu)遭到破環(huán)，平衡好這些參數(shù)對(duì)延長電池壽命至關(guān)重要；傳統(tǒng)的按照電池電流、電壓、時(shí)間，通過類卡爾曼濾波和安時(shí)法來計(jì)算電池電量和實(shí)時(shí)內(nèi)阻的測(cè)量方法，存在一定的誤差和延后性。需要一種能實(shí)時(shí)直接檢測(cè)電池內(nèi)阻的方法來提高對(duì)電池狀態(tài)監(jiān)控的精確性，以期更精準(zhǔn)的控制電池工況。