作為電動汽車的核心部件，電池管理系統(tǒng)（BMS）的工作狀態(tài)決定著電動汽車的最終性能，通過對充電與放電過程的精確管理，電池管理系統(tǒng)可以確保電動汽車在電性能方面保持極佳的狀態(tài)，從而為駕駛者帶來愉悅的體驗。

       德州儀器 電池管理產(chǎn)品（BMS）大中華區(qū)市場和應(yīng)用部門經(jīng)理文司華認(rèn)為，電池管理系統(tǒng)BMS是介于駕駛員、汽車和電池的紐帶，是很核心的一塊。很多國內(nèi)廠家做汽車的動力系統(tǒng)研發(fā)時BMS始終是最難啃的骨頭，因為它涉及到電池的化學(xué)特性、系統(tǒng)高度整合、自檢測功能、安全特性等等，這些加起來技術(shù)難點是最高的，所以它們是比較核心的知識產(chǎn)權(quán)。

       業(yè)內(nèi)從業(yè)者經(jīng)常會對電池的管理芯片非常關(guān)注，作為電池核心的芯片對實際應(yīng)用到底有什么樣的幫助？作為駕駛員，又關(guān)注哪些東西，關(guān)注哪些用戶體驗？

       在一部電動汽車?yán)铮姵亟M往往會以串聯(lián)和并聯(lián)的方式存在，而目前不同電池間存在著差異，這往往會影響到電池的充電和放電過程，極端情況下甚至?xí)痣姵乇āＲ虼?，半?dǎo)體業(yè)者開發(fā)出主動和被動均衡電池管理系統(tǒng)，用來平衡各電池間的差異，以求獲得最佳的電池組工作狀態(tài)。

       文司華表示，駕駛者首選對于電池的續(xù)航里程尤為關(guān)注，之前電動車的續(xù)航里程是差強(qiáng)人意的，現(xiàn)在每款電動車都會關(guān)注不加油的情況下車能跑多遠(yuǎn)。其次萬一真的沒電，駕駛員需要花多長時間對它進(jìn)行充電。更長的續(xù)航是個問題，如果不認(rèn)真設(shè)計的話，其實很難精確地知道續(xù)航里程到底是多少。本來汽車上的電池空間和重量是有嚴(yán)格限制的，過重的電池反而會對整車?yán)m(xù)航里程有負(fù)面的影響，所以一定要設(shè)計得恰到好處，當(dāng)不知道到底能續(xù)航多久時，比如誤差在20%，是否要設(shè)好冗余值，多加20%的電池容量上去，這對續(xù)航里程會有影響。

       其次，諸如提速等駕駛體驗是有些駕駛員非常在意的重點。除了提速更快，還有一個考慮點，按照現(xiàn)在的駕駛速度或駕駛習(xí)慣，續(xù)航里程是多少，這涉及到從現(xiàn)在到剩余里程里，電池最大的輸出功率。如果在電池快沒電的情況下踩一腳油門，在沒有控制的情況下，這個油門意味著很大的電流，這個電流會使電池的電壓下降，而當(dāng)電池電壓一旦碰到最低的保護(hù)點時就沒有動力了。所以，系統(tǒng)要有責(zé)任或者設(shè)計完善的系統(tǒng)要告訴控制臺，最大功率是多少，就算駕駛員狠狠踩了油門，也不允許電流速度達(dá)到那么大，保護(hù)在安全電壓之上。

       第三個挑戰(zhàn)則是安全性，這也是重中之重。汽車BMS系統(tǒng)是系統(tǒng)層面的安全問題，而不只是芯片做得多好。這個監(jiān)護(hù)和保護(hù)芯片能附加更多的硬件和軟件功能，能協(xié)助系統(tǒng)安全設(shè)計，更加好地實現(xiàn)它的功能。

       在電池管理系統(tǒng)中，電源管理芯片是核心器件，而同時具備監(jiān)控和保護(hù)功能的芯片產(chǎn)品正在受到電池管理系統(tǒng)設(shè)計者的青睞。

       為了適應(yīng)電動汽車電池管理系統(tǒng)設(shè)計的要求，德州儀器推出了一款名為bq75pl455a的兼具監(jiān)控和保護(hù)功能的管理芯片。

       據(jù)文司華介紹，這款芯片是全球市場上第一個能用16節(jié)串聯(lián)的鋰離子電池組進(jìn)行集成監(jiān)視的監(jiān)視器和保護(hù)器，通過充分發(fā)揮電池組最多的能量增加電動汽車和混動汽車的行駛里程和續(xù)航里程。由于它的功能，能夠從電池中提取盡可能多的能量，這包含了被動均衡和主動均衡，以便增加每節(jié)電池的使用壽命或者續(xù)航里程。在16節(jié)高串?dāng)?shù)，集成度最高的BMS管理芯片上同時支持兩種均衡，一是早期的被動式均衡，二是主動式均衡，這是獨一無二的。

       同時可以測量獨立電池本身16堆的電池，可以堆疊16個模組，也就是256節(jié)電池。微混電動車、輕混電動車，它堆疊的總體串聯(lián)數(shù)是不一樣的，經(jīng)常能見到96節(jié)串聯(lián)。而對于這個芯片它最多可以支持到256節(jié)。

       工程師能夠通過精確的測量準(zhǔn)確地操控車載主處理器，用來計算電荷組的狀態(tài)，電荷狀態(tài)（SOC）的精確測量非常重要，這在手機(jī)里或者消費類電子里經(jīng)常用到，電荷狀態(tài)和健康狀況（SOH），這兩個參數(shù)都是需要計算的，如果工程師沒有精確地測量結(jié)果是無法算出這兩個參數(shù)的，所以，這個芯片能夠協(xié)助主處理器，它能夠提供足夠的精確讀數(shù)，幫助主處理器進(jìn)行更好的估算。

那么，bq76pl455a擁有哪些優(yōu)點呢？

       bq76pl455a的第一個特性是單顆芯片監(jiān)視 16 個堆疊電池，精確監(jiān)視和保護(hù)由多達(dá) 256 節(jié)電池串聯(lián)在一起組成的大容量電池組。早期的車型大多使用12串?dāng)?shù)的模組，現(xiàn)在的趨勢是要想有更強(qiáng)勁的系統(tǒng)馬力，串?dāng)?shù)需要多一點，而一顆芯片能照顧的串?dāng)?shù)越多用的芯片數(shù)會越少，16串?dāng)?shù)的芯片會更加優(yōu)化一些。系統(tǒng)成本布線上這也是一個比較優(yōu)化的結(jié)果。現(xiàn)在歐洲有一個48V的系統(tǒng)，從12V轉(zhuǎn)到48V，48V正好是16串電池所涵蓋的范圍，這樣一顆電池就可以達(dá)到48V，如果在原來的情況下可能需要2個12串的IC才能達(dá)到48V。

       第二，采用bq76pl455a設(shè)計的系統(tǒng)，減小了PCB 尺寸，降低了系統(tǒng)成本，因為很高串?dāng)?shù)的電池堆疊過來，通訊時主芯片一定要保護(hù)起來，所以需要隔離器從電壓上進(jìn)行隔離，而隔離器是比較昂貴的，而且有很大的功耗。對于這種芯片，它只要和主芯片之間用內(nèi)置的隔離式差分UART，UART是一種非同步的接口，這種差分系統(tǒng)可以幫助設(shè)計人員排除，不需要使用更加昂貴的CAN總線，所以它可以進(jìn)一步減少了系統(tǒng)成本。

       第三，高精度是bq76pl455a優(yōu)點之一。IC在3.6V平均值的情況下，測量誤差是0.75毫伏，精度可以達(dá)到0.016，這是室溫下能達(dá)到的平均精度。在整車設(shè)計系統(tǒng)里需要考慮到整個范圍，在0-65度，測量誤差是正負(fù)4.25毫伏，在這個區(qū)間內(nèi)，精度是0.09；在-40度到105度非常寬范圍的情況下誤差在正負(fù)6.25毫伏，所以精度是0.14。精度毫無疑問是非常重要的，是因為電荷狀態(tài)和健康狀況完全依靠電壓，如果測量不準(zhǔn)的話沒有辦法判斷電池的壽命和容量。

       同時bq76pl455a這款芯片還有非常充分的自檢功能，比如過壓、欠壓、過溫、通訊失效情況下都能進(jìn)行自檢，它能自動檢查出有問題的芯片，并且通過我們的上報系統(tǒng)上報給總機(jī)，這是它額外的自檢功能。

電池電壓對測量剩余容量為什么那么重要？

       文司華表示，想估算電池容量除了測電壓還需要測量電流還有溫度，但同時掌握這三個參數(shù)想要測量剩余電容依舊不是很簡單，它們之間沒有很直觀的聯(lián)系，所以電量有很復(fù)雜的算法，需要知道電池的開路電壓，開路電壓就是在放電的每個階段，沒有電流流過時，SOC充電荷值，帶載電壓是有曲線的。

       比如車在沒有開動的情況下，在靜止的情況下去測它的電壓，理論上通過電壓馬上就能對應(yīng)它的SOC電荷狀況。實際的電量算法遠(yuǎn)比這個要復(fù)雜，因為車是在開動的過程中被測量的，只要有帶載它的SOC就開始慢慢變化，要跟蹤它的SOC在開路電壓上的曲線變化才能追蹤它的SOC，再考慮到測量誤差，理論上講，電壓測量在一個毫伏左右的話，SOC估計誤差在1%—3%，最差情況下一個毫伏再錯3%，這在一個平臺下比較難測量。測量電壓精度和SOC電荷狀況直接相關(guān)。未來如果電荷狀況測量有偏差的話，健康狀況也會有偏差。

       綜上，采用優(yōu)秀電源管理芯片的電池管理系統(tǒng)，是獲得良好電動汽車駕駛體驗的根本保證。