电动汽车电池故障解决方案

电动汽车（e-mobility）越来越多，这要归功于汽车、公共汽车、货运卡车和电动滑板车的大量涌现。这也导致电动汽车电池和动力系统制造技术的快速进步，采用创新解决方案。这些都提高了效率并降低了运营成本。逐步过渡到车辆的 48V 电源总线和引入高压电池需要采用适当的热管理技术。对最关键部件（如电池和充电系统）的温度进行持续监测和控制，提高了车辆的可靠性，增加了行驶里程，提高了驾驶舒适性并减少了充电时间。

电动汽车的热管理比传统的内燃机汽车更复杂。电动机必须不断冷却，而电池必须根据环境条件进行冷却或加热。此外，与传统车辆不同的是，没有立即可用的余热来加热乘客舱。因此，有必要提供适当且节能的措施，例如热泵。冷却回路是将电机和电池保持在合适温度所必需的，可灵活用于在车辆内部散发热量。

当冷却回路吸收热量时，其温度会升高，这就需要有一个热交换器，液体或气体制冷剂在其中循环。制冷剂必须具有高热容量，以便在占用的相同空间内吸收尽可能多的热量。通过制冷剂蒸发过程（从液态到气态的转变），可以将电池冷却到甚至低于环境温度。冷凝（从气态到液态的转变）过程中产生的热量可用于在寒冷时期加热乘客舱。高效的热管理解决方案可实现更大的自主性，满足当前和未来电动汽车的需求。

电动汽车电池的监控

安装在电动汽车上的电池组由多个串联和并联连接的电池模块组成。电池模块管理所需的电子电路称为 BMS（电池管理系统）。BMS 包括一个或多个电源转换级和一个基于微控制器的嵌入式系统，用于处理与电源子系统相关的所有方面。在电动汽车电池充电或放电过程中，必须监控属于电池组的每个电池的状态。

电动汽车电池在小体积中组装了大量能量。如果不加以管理，过压或欠压情况会导致热失控，进而损坏电池。为此，引入了一种称为 BMIC（电池监控集成电路）的特殊电路，用于监控每个电池的电压和温度。该信息被发送到电池管理控制器 (CMC)，并根据系统的复杂性发送到更高级别的电池管理控制器 (BMC)。

BMC 汇总有关 CMC 监控的电池电压的信息，用于计算电池当前的充电状态 (SOC)。SOC 是评估电池剩余电量的基本参数，从而确定何时需要新的充电。另一个参数是健康状态 (SOH)，它提供重要信息，从中可以得出剩余电池寿命。特别具有欺骗性的是热失控，它由不同类型的故障触发，包括过快的充电或放电过程。为了避免这些现象的发生，BMS、CMC和BMC之间的通信必须以尽可能小的延迟进行。

商业解决方案

存在用于监控电动汽车电池性能的解决方案，这些解决方案可从 STMicroelectronics、Analog Devices 和 NXP 等企业组织获得。

STMicroelectronics提供广泛的 EV 电池监控解决方案组合，可在 48V 和高压电池组中提供高精度测量。图 1 显示了典型 BMS 架构的框图，其中多个电池管理 IC 用于感测每个电池组电池的电压、电流和温度。适用于 EV 电池管理的 AEC-Q100 合格 IC 的一个例子是L9963，这是一款用于高可靠性汽车应用和储能系统的锂离子电池监控和保护芯片。最多可监控 14 个堆叠电池，以满足 48 V 和更高电压系统的要求。信息可以通过SPI通信或隔离接口传输。多个L9963 可以菊花链方式连接，并通过变压器隔离接口与一个主处理器通信，具有高速、低 EMI、远距离和可靠的数据传输特性。

图 1：电池管理系统框图

ADI 公司提供广泛的电池管理系统器件产品组合，可灵活地支持几乎所有 EV 电池系统架构。的LTC6810（图2），例如，措施多达6串联连接的电池单元具有小于1.8mV总测量误差。0V 至 5V 的电池测量范围使LTC6810适用于大多数电池架构。多个设备可以串联连接，允许同时监控长的高压电池组。每个LTC6810都有一个 isoSPI 接口，用于高速、射频免疫、长距离通信。

图 2：LTC6810 框图

恩智浦为多种汽车应用提供稳健、安全和可扩展的 BMS IC。一个例子是MC33771，这是一款锂离子电池控制器 IC，专为混合动力汽车、电动汽车、电动自行车和电动滑板车等汽车应用而设计。该器件具有对差分电池电压和电流的 ADC 转换以及库仑计数和温度测量。它还支持与 MCU 进行标准 SPI 和变压器隔离菊花链通信以进行处理和控制。

审核编辑：郭婷