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  在電動汽車當(dāng)中，40%的成本來自電池，后者就像是為電動汽車提供“泵血功能”的心臟。而電池的性能和壽命則是衡量電動汽車性能的重要指標(biāo)。如何掌握這些指標(biāo)并保證每顆電池的運行狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)?

  全靠電池管理系統(tǒng)BMS(battery management system)，它在電池運作系統(tǒng)中充當(dāng) “電池保姆”的角色。它處理的信號足夠豐富，包括：電芯、碰撞、CAN、充電、水泵、高壓、絕緣等等。

  一次過放電就會造成電池的永久性損壞，極端情況下鋰電池過熱或者過充電會導(dǎo)致熱失控、電池破裂甚至爆炸。所以，通過BMS能準(zhǔn)確量測電池組使用狀況，保護(hù)電池不至于過度充放電，平衡電池組中每一顆電池的電量，以及分析計算電池組的電量并轉(zhuǎn)換為可理解的續(xù)航力信息，確保動力電池安全運作。

  BMS中的主要芯片包括哪些?

  AFE 模塊：實現(xiàn)電池信息采集、狀態(tài)監(jiān)測等功能

  AFE(模擬前端，Analog Front End Front End)是包含傳感器接口、模擬信號調(diào)理 (Conditioning，包括阻抗變換、程控增益放大、濾波和極性轉(zhuǎn)換等)電路、模擬多路開關(guān)、采樣保持器、ADC、數(shù)據(jù)緩存以及控制邏輯等部件的存以及控制邏輯等部件的集成組件。有些 AFE 還帶有 MCU、DAC 和多種驅(qū)動電路和多種驅(qū)動電路。

  電池均衡模塊：提升電池續(xù)航時間和循環(huán)壽命

  電池不均衡會影響電池續(xù)航時間和電池循環(huán)壽命。電池不均衡表現(xiàn)為多節(jié)電池串聯(lián)時各節(jié)電池電壓不相等，尤其在充電末端和放電末端時表現(xiàn)明顯。當(dāng)滿充容量不同的電池配組串聯(lián)在 一起時，串聯(lián)充電電流相同，但滿充容量小的那個電池會先充到更高電壓，從而表現(xiàn)為各節(jié) 電池電壓不相等。即使?jié)M充容量相同，但 SOC 不同的電池配組串聯(lián)在一起時，SOC 高的 那節(jié)電池的電壓偏高，從而表現(xiàn)為各節(jié)電池電壓不相等。

  即使?jié)M充容量相同、SOC 相同， 但各節(jié)電池的內(nèi)阻 R 不同，則在充放電時 IR 壓差不同，也會導(dǎo)致電池端電壓不同。此外，一些外部因素(比如電池組局部受溫或個體電池之間熱不均衡)也會導(dǎo)致個體電池老化速率 不同從而內(nèi)阻不均衡。最終都可能表現(xiàn)為各節(jié)電池電壓不相等。

  均衡電路主要包括主動均衡、被動均衡。主動均衡是把電量最多的那節(jié)電芯多出來的電量轉(zhuǎn) 移給電量最少的那節(jié)電芯，或者轉(zhuǎn)移給整串電池，實現(xiàn)能量回收。被動均衡是把電量最多的 那節(jié)電芯多出來的電量通過電阻發(fā)熱消耗掉。

  計算單元(MCU 等)：實現(xiàn)控制、計算等功能

  MCU 作為計算平臺，需要滿足 AEC-Q100、ISO26262 等認(rèn)證。以 ADI 48V 油電混合 BMS 系統(tǒng)為例，MCU 起到繼電器控制、SOC/SOH 估計、均衡控制、電芯電壓、電流、溫度數(shù)據(jù) 收集、數(shù)據(jù)存儲等作用。相較于消費級和工業(yè)級 MCU，車規(guī)級 MCU 行業(yè)壁壘更高。

  車規(guī)級半導(dǎo)體對產(chǎn)品的可靠性、一致性、安全性、穩(wěn)定性和長效性要求較高，研發(fā)難度較大：汽車行駛的外部溫差較大，對芯片的寬溫控制性能有較高要求;在產(chǎn)品壽命方面，整車設(shè)計壽命通常在 15 年及以上，遠(yuǎn)高于消費電子產(chǎn)品的壽命需求;在失效率方面，整車 廠對車規(guī)級半導(dǎo)體的要求通常是零失效;在安全性方面，汽車電子的高功能安全標(biāo)準(zhǔn)給復(fù)雜 性日益增長的電子系統(tǒng)量產(chǎn)化 提供了足夠的安全保障。車規(guī)級半導(dǎo)體的供應(yīng)周期需要覆蓋 整車的全生命周期，供應(yīng)需要可靠、一致且穩(wěn)定，對企業(yè)供應(yīng)鏈配臵和管理方面提出了較高要求。

  隔離電路：實現(xiàn)高低壓模塊間電氣隔離

  隔離器件實現(xiàn)高低壓模塊間的電氣隔離，技術(shù)路線包括光耦隔離和數(shù)字隔離。隔離器件是可 以將輸入信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出，以實現(xiàn)輸入、輸出兩端電氣隔離的一種安規(guī)器件。電氣隔離 能夠保證強(qiáng)電電路和弱電電路之間信號傳輸?shù)陌踩裕绻麤]有進(jìn)行電氣隔離，一旦發(fā)生故 障，強(qiáng)電電路的電流將直接流到弱電電路，對電路及設(shè)備造成損害。

  另外，電氣隔離去除了兩個電路之間的接地環(huán)路，可以阻斷共模、浪涌等干擾信號的傳播，讓電子系統(tǒng)具有更高的 安全性和可靠性。高電壓(強(qiáng)電)和低電壓(弱電)之間信號傳輸?shù)脑O(shè)備大都需要進(jìn)行電氣 隔離并通過安規(guī)認(rèn)證。廣泛應(yīng)用于信息通訊、電力電表、工業(yè)控制、電動汽車等各個領(lǐng)域。