新能源汽车BMS及其核心芯片技术

一. BMS技术介绍

新能源电动汽车控制系统主要由电池管理系统（BMS）, 充电机控制单元， 电动机控制单元与整车控制单元等组成。

BMS系统构成图

其中BMS系统是电动汽车中不可缺少的核心部分，它能够对新能源电动汽车进行实时的监控和在线的监测，从而采集电池系统的电压，电流，温度等感知参数。其次，BMS系统还能够对电池的运行状态与电池组的离散性进行科学的控制。一旦电池组出现故障与潜在的隐患，系统会自动的发出报警信号，来提醒有关的人员采取措施来进行处理。总体来说BMS系统主要具有以下功能：

1.电池监控（Cell Monitoring）

2.电池安全和保护（Battery Safety and Protection）

3.电池均衡（Cell Balancing）

4.健康状态估算（SOH）

5.充电状态估算（SOC）

6.充电控制（Charge Control）

7.热管理（Thermal Management）

BMS的系统级架构

二. BMS芯片技术简述

由于汽车电子中有大量的控制模块因此需要用到大量的MCU来对信号进行采集与控制，因此车规级芯片的重要性就不言而喻了，为了保障电池的安全与稳定，电池管理芯片已经成为了新能源汽车，消费电子，工业控制等领域内极其重要的元器件。虽然目前市场上已经涌现出来了非常多的非国产的电池管理芯片，但是能够应用与新能源汽车的动力电池领域。BMS芯片任然依赖于进口，能够提供完整的车规级BMS级别芯片完整的解决方案供应商主要有ADI, TI, ST, NXP, Renesas, Infineon等企业。 我国的BMS芯片和国外的差距主要体现在检测精度，均衡算法以及最高能够支持的电池节数等方面。

良好的BMS芯片对于安全驾驶起到了至关重要的作用。BMS芯片主要涉及到AFE, MCU, ADC, 数字隔离器等。其中AFE的模拟前端芯片(在BMS中专门指代电池采样芯片)，来采集电芯电压， 电流，温湿度等一系列感知信息后通过ADC来转化为数字值，同时还要支持电池的均衡功能，虽然说芯片会集成被动均衡的功能。BMS中的MCU芯片能够起到处理AFE芯片采集信息并计算SOC,SOH等参数的作用， 数字隔离器主要在高低压之间的数字通信，比如在BMS主控板上进行高压采样并与MCU之间进行SPI用心与采样板AFE与MCU间的SPI通信。

BMS系统功能的组成框图

ADC芯片

高精度的电池参数检测是保障BMS芯片正常工作的基础，电芯的电压，电流，温度等一系列感知参数都是模拟量，但是我们芯片能够处理的绝大多数都是数字量，因此高精度的ADC就成为了BMS芯片中的关键模块。ADC芯片的主要作用是将采集到的模拟量转化为数字量，生成能够用数字来辩证的量。

模拟量转数字量

ADC芯片主要看两个指标，一个是采样速率，一个时转换精度，速率代表ADC可以转换多大的带宽的模拟信号，带宽对应的就是模拟信号频谱中的最大频率。精度就是衡量转化出来的数字信号与原来模拟信号之间的差距。ADC的位数越多，精度就越高，速度就越慢.

MCU芯片

MCU芯片是BMS系统的核心部分，其主要的任务有：

1.用来处理AFE所采集的信息，并计算SOC,SOH等参数信息，并将这些信息传送给上一级整车的控制器VCU

2.对电源管理芯片及其外部电路进行控制，相对于消费与工业级的MCU，车规级的行业壁垒更高。汽车MCU主要有8/16/32位三种，器主要应用与车身控制，信息系统，引擎控制，安全系统与动力系统的32位MCU，例如预碰撞，自适应巡航控制，驾驶辅助系统，电子稳定程序等安全功能， 以及更为复杂的X-by-wire等功能， 应用于动力传动系统与底盘机构的16位MCU,例如引擎控制，齿轮与离合器控制，电子式涡轮系统方向盘，电子刹车等，应用于车体与各个次级系统的8位MCU例如风扇空调控制，雨刷，天窗，车窗圣剑，集线盒，座椅控制等功能。

数字隔离芯片

隔离器件是指将输入信号进行转换并输出，来实现输入，输出两端电气隔离的一种安规期间，通常AC-DC或终稿电压DC-DC电源转换的电子电路，都需要进行电气隔离，电气隔离主要是进行安全隔离用来保障人员与设备的安全与功能隔离来提高电路的抗干扰能力，目前市场上最常用的隔离方式有： 光耦， 容耦， 磁耦等。

三种常见的隔离方式

审核编辑黄宇