與傳統汽車(chē)關(guān)鍵的三大件——發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)以及變速箱不同,新能源電動(dòng)汽車(chē)也有俗稱(chēng)的“三大件”,即電池、電機和電控,而其中很重要的組件就是BMS——電池管理系統。目前市面上的供應商主要為外資半導體廠(chǎng)商。為助力中國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,解決新能源汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的瓶頸,央企中國信科集團旗下大唐電信科技股份有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng):大唐電信)和全球最大的汽車(chē)半導體廠(chǎng)商荷蘭恩智浦半導體于2014年牽手,成立中國首家汽車(chē)半導體企業(yè)——大唐恩智浦半導體,定位于新能源汽車(chē),混合動(dòng)力汽車(chē)電源管理和驅動(dòng),以及新能源相關(guān)的集成電路設計領(lǐng)域,專(zhuān)注自主研發(fā),致力于成為全球領(lǐng)先的汽車(chē)半導體公司。
電池管理系統(BMS)是車(chē)載動(dòng)力電池與電動(dòng)汽車(chē)的重要紐帶,是整車(chē)能量供給系統的控制中樞。電池管理系統對新能源汽車(chē)的重要性主要表現在以下三個(gè)方面:首先,電池管理系統可以實(shí)時(shí)監測動(dòng)力電池的各項工作參數,保證動(dòng)力電池安全運行,從而保證汽車(chē)的安全、可靠運行;其次,電池管理系統提供的監測參數,如動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)、可用功率等,還可以幫助整車(chē)控制系統制定合適的控制策略,有利于提高電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性、安全性,降低排放;第三,電池管理系統通過(guò)對動(dòng)力電池工作參數的監測和對電池狀態(tài)的估計,可以使動(dòng)力電池工作在最佳工作區,避免過(guò)充和過(guò)放,提高使用效率、延長(cháng)使用壽命。總結這三點(diǎn),核心技術(shù)有兩個(gè):一是電池狀態(tài)監控中數據采集的多樣性和精確度,二是電池的健康狀態(tài)管理。
大唐電信自主研發(fā)的鋰離子電池監測芯片,是業(yè)界首顆基于電化學(xué)阻抗譜技術(shù)設計的鋰離子電池單芯檢測芯片。與傳統電池監測芯片不同,創(chuàng )新性地集成電壓、阻抗和溫度的監測功能于一體,從而實(shí)現電子技術(shù)與電化學(xué)技術(shù)的完美結合。
眾所周知,目前在進(jìn)行SOC(SOC,state of charge)狀態(tài)估算中主要是通過(guò)監測芯片獲取電池的電流,進(jìn)行庫侖積分運算,配合電池本身的開(kāi)路電壓情況,加之相關(guān)的溫度補償來(lái)實(shí)現。對于溫度補償,現有的方案是只能反映電池表面溫度的熱電偶探測方案。針對溫度補償的高精度需求,大唐電信電池監測芯片基于電化學(xué)阻抗頻譜(EIS)測量技術(shù),通過(guò)阻抗、頻率、溫度的對應關(guān)系,無(wú)需外部熱電耦傳感器即獲取電池內部溫度信息;在節省成本的同時(shí),該方案可以真實(shí)反映電芯內部溫度,能為BMS計算SOC提供更精確的理論依據。
此外,電池的健康狀態(tài)(SOH, state of health)一直是電池管理系統的難點(diǎn)之一,目前國內的SOH估算方法大多采用通過(guò)當前電池荷電狀態(tài)與出廠(chǎng)額定荷電狀態(tài)比較,配合相關(guān)算法進(jìn)行SOH估算。由于沒(méi)有直接數據用以支撐電池健康狀態(tài),如電化學(xué)內阻等,其效果并不理想。大唐電信電池管理監測芯片采用的電化學(xué)阻抗頻譜正是這一問(wèn)題的良好補充,它使用戶(hù)可以清晰的觀(guān)察到表示電化學(xué)阻抗變化的奈奎斯特(Nyquist)曲線(xiàn)從高頻到低頻各個(gè)階段的變化情況,基于電池在“滿(mǎn)電”“空電”的特性阻抗信息以及電化學(xué)阻抗譜分析中的電化學(xué)Rsei(固體電解質(zhì)膜阻抗)和Rct(漂移阻抗)可以使得算法的可靠性和精確度大幅提高,電池管理系統(BMS)系統供應商可以通過(guò)電化學(xué)阻抗信息進(jìn)一步優(yōu)化原有SOH算法,從而提升SOH精度,并為車(chē)用鋰離子電池的梯次利用提供了更有效、更可靠的數據。
此外,大唐電信電池管理監測芯片在成本控制上也有很多創(chuàng )新。不同于傳統BMS芯片采用非常多的外部連接線(xiàn),而是單根菊花鏈通信線(xiàn)即可連接各顆芯片和電池包控制器之間的通信。采用大唐電信的方案,設計會(huì )更簡(jiǎn)潔,系統成本會(huì )更經(jīng)濟。