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BMS电池管理芯片

2018-09-27 11:47 · 稿源:站长之家用户投稿

作者:中国信科集团大唐电信

电动汽车是创新驱动的新兴产业,完全是由新技术创造出的新需求。在十三五规划建议稿中,已明确要求实施新能源汽车推广计划,提高电动车产业化水平。这意味着中国新能源汽车产业将迎来黄金 5 年。前景是巨大的,但同样也面临着巨大的挑战,其中很重要的就是自主核心技术的缺失。

与传统汽车关键的三大件——发动机、底盘以及变速箱不同,新能源电动汽车也有俗称的“三大件”,即电池、电机和电控,而其中很重要的组件就是BMS——电池管理系统。目前市面上的供应商主要为外资半导体厂商。为助力中国新能源汽车产业发展,解决新能源汽车技术发展的瓶颈,央企中国信科集团旗下大唐电信科技股份有限公司(简称:大唐电信)和全球最大的汽车半导体厂商荷兰恩智浦半导体于 2014 年牵手,成立中国首家汽车半导体企业——大唐恩智浦半导体,定位于新能源汽车,混合动力汽车电源管理和驱动,以及新能源相关的集成电路设计领域,专注自主研发,致力于成为全球领先的汽车半导体公司。

电池管理系统(BMS)是车载动力电池与电动汽车的重要纽带,是整车能量供给系统的控制中枢。电池管理系统对新能源汽车的重要性主要表现在以下三个方面:首先,电池管理系统可以实时监测动力电池的各项工作参数,保证动力电池安全运行,从而保证汽车的安全、可靠运行;其次,电池管理系统提供的监测参数,如动力电池的荷电状态、可用功率等,还可以帮助整车控制系统制定合适的控制策略,有利于提高电动汽车的动力性、安全性,降低排放;第三,电池管理系统通过对动力电池工作参数的监测和对电池状态的估计,可以使动力电池工作在最佳工作区,避免过充和过放,提高使用效率、延长使用寿命。总结这三点,核心技术有两个:一是电池状态监控中数据采集的多样性和精确度,二是电池的健康状态管理。

大唐电信自主研发的锂离子电池监测芯片,是业界首颗基于电化学阻抗谱技术设计的锂离子电池单芯检测芯片。与传统电池监测芯片不同,创新性地集成电压、阻抗和温度的监测功能于一体,从而实现电子技术与电化学技术的完美结合。

众所周知,目前在进行SOC(SOC,state of charge)状态估算中主要是通过监测芯片获取电池的电流,进行库仑积分运算,配合电池本身的开路电压情况,加之相关的温度补偿来实现。对于温度补偿,现有的方案是只能反映电池表面温度的热电偶探测方案。针对温度补偿的高精度需求,大唐电信电池监测芯片基于电化学阻抗频谱(EIS)测量技术,通过阻抗、频率、温度的对应关系,无需外部热电耦传感器即获取电池内部温度信息;在节省成本的同时,该方案可以真实反映电芯内部温度,能为BMS计算SOC提供更精确的理论依据。

此外,电池的健康状态(SOH, state of health)一直是电池管理系统的难点之一,目前国内的SOH估算方法大多采用通过当前电池荷电状态与出厂额定荷电状态比较,配合相关算法进行SOH估算。由于没有直接数据用以支撑电池健康状态,如电化学内阻等,其效果并不理想。大唐电信电池管理监测芯片采用的电化学阻抗频谱正是这一问题的良好补充,它使用户可以清晰的观察到表示电化学阻抗变化的奈奎斯特(Nyquist)曲线从高频到低频各个阶段的变化情况,基于电池在“满电”“空电”的特性阻抗信息以及电化学阻抗谱分析中的电化学Rsei(固体电解质膜阻抗)和Rct(漂移阻抗)可以使得算法的可靠性和精确度大幅提高,电池管理系统(BMS)系统供应商可以通过电化学阻抗信息进一步优化原有SOH算法,从而提升SOH精度,并为车用锂离子电池的梯次利用提供了更有效、更可靠的数据。

此外,大唐电信电池管理监测芯片在成本控制上也有很多创新。不同于传统BMS芯片采用非常多的外部连接线,而是单根菊花链通信线即可连接各颗芯片和电池包控制器之间的通信。采用大唐电信的方案,设计会更简洁,系统成本会更经济。


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