每辆电动汽车 (EV) 都配备了尽可能多的锂离子 (Li-ion) 电池，以提高电池组的储能能力，而电池组是电动汽车引擎盖下最昂贵的单个组件。

　　由于必须仔细管理这些（有时是易燃）资产的充电和放电，因此电池管理系统 (BMS) 在电动汽车中发挥着越来越重要的作用。BMS 是电动汽车整个供电系统的支柱，在其整个使用寿命内准确监控高压电池组中的每个电池，以确保它们安全可靠地运行并具有最佳性能。

　　在此背景下，Neutron Controls与英飞凌科技合作推出了其最新的 BMS 平台，该平台具有强大的 ASIL D 功能安全评级。目标是为双方的共同客户提供基于现有英飞凌电源管理和其他 IC 的预制解决方案，以帮助加速电动汽车 BMS 的硬件和软件工程，从而减少工程师的时间和成本。

　　新的 ECU8（ECU 代表电子控制单元）可以监控每个模块多达 12 个锂离子电池。该系统可通过组合多达 20 个模块进行扩展，以支持高达 1 kV 的电池。为了实现灵活集成，它包含多种通信接口，包括隔离式 UART 和 SPI 总线、双以太网端口、三重 CAN FD 端口以及用于外部接触器的高侧和低侧驱动器。

　　虽然它是一个开发平台，但 ECU8 还提供了一个窗口，了解现代 BMS 的工作原理以及如何有效、安全地监控和管理高压电动汽车电池组。

　　BMS 在电动汽车中的作用

　　一般来说，电动汽车电池的改进源于新材料、化学物质和硬件的使用，而这些新材料、化学物质和硬件通常需要很长的开发周期以及性能、安全性和成本方面的权衡。

　　但构建更好的 BMS 为改进性能指标（即能量密度、快速充电能力、安全性和循环寿命）打开了大门，而无需纠结于同样的权衡。

　　通过监控锂离子电池组的健康状态 (SOH) 和充电状态 (SOC)，BMS 不仅可以保护其免受可能损害其性能或导致过早劣化的损坏，而且还可以最大限度地提高电动汽车电池的使用寿命。容量。通过更好地了解电池的内部状态，BMS 可以更优化地利用电池的能量储备。

　　例如，通过在充电期间使用电池组的信息来跟踪锂离子电池的内部状态以查找锂镀层迹象，可以实现更快的充电时间。当锂镀层开始发生时，充电电流可以减小，当威胁不再存在时，充电电流可以增大。因此，您可以增加平均充电功率，而不会加速性能下降。

　　BMS 还必须准确测量电池组内部发生的情况，以保护其免受损害。当前一代汽车锂离子电池堪称工程壮举，将大量能量装入一个小外壳中，具有缓慢的自放电率和处理更高电压的能力。但尽管最新的锂离子电池配方具有诸多优点，但它们也往往非常脆弱。

　　如果电池损坏或充电或放电不正确，它们可能会在“热失控”中失控地过热，最终可能发生爆炸。过度充电和充电不足也可能损坏电池。它们可能会受到压力，导致充电过早终止并缩短电池的使用寿命。电压、温度和电流的突然激增也可能造成永久性伤害。

　　BMS 背后的硬件

　　该平台的核心是英飞凌的AURIX TC3xx MCU，由于其性能、功能安全性和功效的结合，适合管理电动汽车电池的充电和放电。

　　英飞凌表示，32 位 TC3xx 系列包含多达 6 个主频为 300 MHz 的 TriCore CPU 内核。MCU 提供高达 4,000 DMIPS，带来强大的计算能力。连接功能包括双 1 GB/s 以太网和 12 个 CAN FD 接口。

　　TC3xx MCU 具有高达 16 MB 的闪存和高达 6.9 MB 的 SRAM，为客户提供充足的算法和数据存储空间。MCU 可配置为负责电池组的 SOC 和 SOH 计算，还可以通过无线方式 (OTA) 无缝更新，这意味着 BMS 可以随着时间的推移进行升级，而无需完全关闭它。

　　该 MCU 与单独的电源管理 IC TLF35584配对。它包含多种安全功能，包括看门狗定时器，可在系统级别支持高达 ASIL D 功能安全。

　　电池组中的每个电池都必须连接到电池管理 IC (BMIC)（在 Neutron 的 ECU 中，它是英飞凌的TLE9012），用于监视电池的电压、电流和其他方面，以保持电池的正常运行。以免消耗宝贵的能量。锂离子电池的容量会随着时间的推移和使用而减少；因此，每个电池都需要进行管理和调节，以将其保持在安全的充电水平内，并最大限度地提取并用于充电的能量。

　　TLE9012 可在电池的整个温度和电压范围及其使用寿命内精确测量多达 12 个电池的电压，测量精度在 ± 5.8 mV 以内。即使这些芯片测量精度的微小改进也会对EV 续航里程产生重大影响。

　　无源电池平衡由集成在芯片上的 12 个开关进行处理（每个开关对应 12 个通道），适合每个模块划分为 12 个电池的电池。TLE9012 使用英飞凌的 iso-UART 接口在它们之间进行隔离通信，输出高达 150 mA 的电流，以纠正独立电池单元 SOC 的差异。如果需要更高的电流，可以配备外部开关。

　　BMIC 还可以支持多达五个外部温度传感器，以保持过热警报。此外，它还会考虑温度或其他恶劣的环境条件并相应地校正测量结果。

　　软件：管理电动汽车电池组的秘密

　　iso-UART 接口在这些电池组之间可靠地共享数据，这些电池组捆绑到放置在电动汽车底部的完整电池组中。ECU 使用英飞凌的TLE9015将多个 TLE9012 连接到电池组内的菊花链中。

　　收发器IC串联20个器件。它支持“环形”拓扑，以确保即使单个设备发生故障，通信也将继续，并且系统的其余部分将正常工作。一对 UART 端口用于连接到主机 MCU。

　　虽然硬件是任何 BMS 的核心，但软件也是这个难题的关键部分。Neutron 表示，ECU8 不仅是供客户构建的参考设计，而且还是一个软件开发工具。

　　先进的 BMS 软件允许电动汽车电池充电至较高水平并放电至较低水平，而不会损坏或过早老化，从而增加其可用容量和电动汽车每次充电的行驶里程。它还可以实现更快的充电并最大限度地减少退化，从而延长电池的使用寿命，从而缓解电池供应链的压力，而电池供应链受到关键矿物供应有限的限制。

　　另一个关键因素是大型高压电池的高成本，以及扩大生产以满足快速增长的需求的持续困难。软件提供了解决这两个问题的方法。