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隨著電動汽車 (EV) 越來越受歡迎，汽車制造商面臨的挑戰是消除駕駛員的“里程焦慮”，同時讓汽車更實惠。電池管理系統（ 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，為新能源車輛的使用安全提供保障。這對于電池組而言，意味著成本更低，能量密度更高，電池存儲和檢索技術對于延長行駛里程至關重要。
準確測量電壓、溫度和電流對于實現對系統中每個電池的充電狀態或健康狀態的至關重要。
電池管理系統 (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，其中堆疊了多個電池。電池監控單元包括電池監視器，用于檢查電池的電壓和溫度。
圖1：傳統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 通常有一個微控制器 (MCU)，它管理電池組內的所有功能。淺藍色塊是BJB，它是一個繼電器盒或帶有大接觸器的開關盒，將整個電池組連接至負載逆變器、電機甚至充電器。
圖 1a 顯示了傳統的 BMS。在這種配置中，接線盒內沒有有源電子設備；它只是無源接觸器和保險絲。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。在這個概念中，盒子內有一個專用的電池組監視器，可以測量所有電壓和電流，并使用簡單的雙絞線通信將信息傳遞給 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。由于德州儀器 (TI) 電池組監視器和電池監視器來自同一個器件系列，因此它們的架構和寄存器映射都非常相似。
? 使系統制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 內測量的不同高電壓、電流和溫度。
圖 2：BJB 內部的高壓測量。
電壓：電壓是使用分壓電阻串測量的。這些測量檢查開關是打開還是關閉。
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，以及接觸器的溫度，以確保它們的健康狀態。
電流：
電流測量基于一個分流電阻。由于 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 的范圍內。
基于霍爾效應傳感器。它的動態范圍通常是有限的，因此，有時系統中有多個傳感器來測量整個范圍。霍爾效應傳感器天生就容易受到電磁干擾。但是，這些傳感器可放置在系統中的任何位置，它們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。這些測量主要用于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采樣稱為同步間隔。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，續航里程就越多。
同步要求
下一代 BMS 將需要在不到 1 ms 的時間內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鐘源；因此，采集的樣本本質上不是同步的。
? 每個電芯監視器可以測量 6 到 18 個電芯；每個單元的數據長度為 16 位。有大量數據需要通過菊花鏈接口傳輸，這可能會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影響信號路徑，從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系。這些電池監視器還支持延遲 ADC 采樣，以補償通過菊花鏈接口向下傳輸 ADC 啟動命令時的延遲。
結論
汽車行業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 復雜性的需求，同時提高系統安全性。電池組監控器可以本地測量繼電器前后的電壓、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，從而優化電池的利用率，延長其使用壽命，并增加行駛里程。
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