隨著電動汽車 (EV) 越來越受歡迎，汽車製造商麵臨(lin) 的挑戰是消除駕駛員的“裏程焦慮”，同時讓汽車更實惠。電池管理係統（ BMS ）時刻監控電池的使用狀態，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態等，通過必要措施緩解電池組的不一致性，為(wei) 新能源車輛的使用安全提供保障。這對於(yu) 電池組而言，意味著成本更低，能量密度更高，電池存儲(chu) 和檢索技術對於(yu) 延長行駛裏程至關(guan) 重要。  

準確測量電壓、溫度和電流對於(yu) 實現對係統中每個(ge) 電池的充電狀態或健康狀態的至關(guan) 重要。  

電池管理係統 (BMS) 的主要功能是監控電池電壓、電池組電壓和電池組電流。圖 1a 顯示了白盒中的電池組，其中堆疊了多個(ge) 電池。電池監控單元包括電池監視器，用於(yu) 檢查電池的電壓和溫度。   

圖1：傳(chuan) 統BMS架構（a）；帶有智能電池接線盒 (BJB) 的 BMS 架構 (b)  

在圖 1a 中，您依靠電池管理單元 (BMU)。BMU 通常有一個(ge) 微控製器 (MCU)，它管理電池組內(nei) 的所有功能。淺藍色塊是BJB，它是一個(ge) 繼電器盒或帶有大接觸器的開關(guan) 盒，將整個(ge) 電池組連接至負載逆變器、電機甚至充電器。  

圖 1a 顯示了傳(chuan) 統的 BMS。在這種配置中，接線盒內(nei) 沒有有源電子設備；它隻是無源接觸器和保險絲(si) 。BJB 中的所有測量值都是在 BMU 測量的。電線將 BJB 連接到模數轉換器 (ADC) 端子。  

圖 1b 顯示了智能 BJB。在這個(ge) 概念中，盒子內(nei) 有一個(ge) 專(zhuan) 用的電池組監視器，可以測量所有電壓和電流，並使用簡單的雙絞線通信將信息傳(chuan) 遞給 MCU。  

智能BJB的好處：  

• 消除電線和電纜線束。

• 以更低的噪聲改進電壓和電流測量。

• 簡化硬件和軟件開發。由於(yu) 德州儀(yi) 器 (TI) 電池組監視器和電池監視器來自同一個(ge) 器件係列，因此它們(men) 的架構和寄存器映射都非常相似。

• 使係統製造商能夠同步電池組電壓和電流測量。延遲降低可增強充電狀態估計。  

電壓、溫度和電流測量  

圖 2 顯示了電池組監控器在 BQ79631-Q1 電池組監控器啟用的 BJB 內(nei) 測量的不同高電壓、電流和溫度。   

圖 2：BJB 內(nei) 部的高壓測量。  

電壓：電壓是使用分壓電阻串測量的。這些測量檢查開關(guan) 是打開還是關(guan) 閉。

溫度：溫度測量監控分流電阻器的溫度，以便 MCU 可以應用補償(chang) ，以及接觸器的溫度，以確保它們(men) 的健康狀態。  

電流：  

電流測量基於(yu) 一個(ge) 分流電阻。由於(yu) EV 中的電流可高達數千安培，因此這些分流電阻器非常小——在 25 µOhms 到 50 µOhms 的範圍內(nei) 。  

基於(yu) 霍爾效應傳(chuan) 感器。它的動態範圍通常是有限的，因此，有時係統中有多個(ge) 傳(chuan) 感器來測量整個(ge) 範圍。霍爾效應傳(chuan) 感器天生就容易受到電磁幹擾。但是，這些傳(chuan) 感器可放置在係統中的任何位置，它們(men) 本質上提供了隔離測量。  

電壓電流同步  

電壓和電流同步是對電池組監視器和電池監視器之間的電壓和電流進行采樣所存在的時間延遲。這些測量主要用於(yu) 通過電阻抗譜計算充電狀態和健康狀態。通過測量電池上的電壓、電流和功率來計算電池的阻抗，使 BMS 能夠監測汽車的瞬時功率。  

電池電壓、電池組電壓和電池組電流必須同步，以提供最準確的功率和阻抗估計。在一定的時間間隔內(nei) 采樣稱為(wei) 同步間隔。同步間隔越小，功率估計或阻抗估計越準確。非同步數據的誤差是成比例的。充電狀態估計越準確，續航裏程就越多。  

同步要求  

下一代 BMS 將需要在不到 1 ms 的時間內(nei) 進行同步電壓和電流測量，但要滿足這一要求存在挑戰：  

• 所有電池監視器和電池組監視器都有不同的時鍾源；因此，采集的樣本本質上不是同步的。

• 每個(ge) 電芯監視器可以測量 6 到 18 個(ge) 電芯；每個(ge) 單元的數據長度為(wei) 16 位。有大量數據需要通過菊花鏈接口傳(chuan) 輸，這可能會(hui) 消耗電壓和電流同步所允許的時序預算。

• 任何諸如電壓濾波器或電流濾波器之類的濾波器會(hui) 影響信號路徑，從(cong) 而導致電壓和電流同步延遲。  

TI 的 BQ79616-Q1、BQ79614-Q1 和 BQ79612-Q1 電池監視器可以通過向電池監視器和電池組監視器發出 ADC 啟動命令來保持時間關(guan) 係。這些電池監視器還支持延遲 ADC 采樣，以補償(chang) 通過菊花鏈接口向下傳(chuan) 輸 ADC 啟動命令時的延遲。  

結論  

汽車行業(ye) 正在進行的大規模電氣化工作推動了通過在接線盒中添加電子設備來降低 BMS 複雜性的需求，同時提高係統安全性。電池組監控器可以本地測量繼電器前後的電壓、通過電池組的電流。電壓和電流測量精度的提高將直接導致電池的最佳利用。  

有效的電壓和電流同步可實現精確的健康狀態、充電狀態和電阻抗譜計算，從(cong) 而優(you) 化電池的利用率，延長其使用壽命，並增加行駛裏程。

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