TI新能源汽车电池管理系统解决方案(一)—概览

我是 Richard Tang

非常高兴今天有这个机会

跟大家一起聊一聊 TI 的 BMS

在汽车 BMS 这一块的方案

随着最近电动车越来越热

电动车的 BMS 作为核心部件之一

TI 一直在这个领域里面进行了

非常长时间的一个投入

而且有非常完备的方案

包括一到两代的模拟前端

还有主动均衡等等

还有很多针对于汽车应用的一些参考设计

在这个视频里面

我会首先跟大家探讨一下

一个基本的 BMS 里面应该具有哪些功能

同时会比较着重地去介绍一下

TI 在 EV BMS 里面整个路线图

包括最新的 BQ76PL455 的一些

详细的技术细节

以及主动均衡的一些基础细节

最后我还会给大家稍微简单介绍一下

关于目前在 TI 官网上可以找到的

一些相关的参考设计的一些资源

首先让我们来看一下一些

基本的 EV 的 BMS 到底具有一些什么功能

首先我们来看

第一个 当然锂电池安全是第一位的

所以做一个 BMS 系统首先要解决安全问题

除了安全之外呢

因为作为一个主控

需要了解电池包里面的一些各种具体信息

所以基于这个来说

测量是另外一个最基本的

当然你要做一个更完备的安全策略的话

测量也是其中的一个基础之一

当然这个测量就是包括电流 电压 温度

还有其他的一些比如绝缘检测

还有其他的一些比如绝缘检测

就这些应做的一些测量

除了这个之外在 BMS 里面

还有一个非常非常可信的那就是我们

SOC SOH 的一个计算

SOC 当然就是指我们的电池容量

因为我们电动车里面的容量 电压都很高

所以做这个算法是比较困难做得很好

另外就是电池的健康度

另外就是电池的健康度

就是电池有多少老化 老化程度怎么样

还可不可以继续使用

除了这个之外

我们都知道作为一个 EV 的汽车包

它的节数是非常多的

一般乘用车来讲 也许我们会高达一百多串

一百三左右

而对于那种电动大巴

可能会高达一百八十多串

所以串数越多 不均衡的可能性就更大

我们都知道

电池包是一个木桶原理

最差的那一节会决定你整个电池包的容量

所以保持一个好的电池的均衡

除了可以延长电池的寿命

除了可以延长电池的寿命

保持一个好的均衡

除了可以延长电池的寿命之外

也可以保证电池最大化可使用的容量

除了这个之外

作为 EV 的 BMS 记录功能是必不可少的

就是说我们可以记录一些

在你整个使用行驶过程中的一些

在你整个使用行驶过程中的一些

各种的一些比如说其他情况啊

故障情况啊 这样一些记录

除此之外当然还有一个控制就是

电气的控制

这对车来讲

应该就是我们的主继电器 副继电器

这些控制

这也是要由 BMS 这边来

根据具体的情况来进行一些控制的

当然最后是关于容量的一些堆叠

因为对于 BMS 来讲它的容量

电池包都是按模块化的

另外我们再往细来看

除了功能之外我们看电池包的结构

结构来讲的话其实

通常来讲 首先会有一个模拟前端

还会有一个主控

主控另外还有一个电流的测量

同时继电器的控制

温度的采样

从细来看 作为模拟前端

通常来讲是一个最主要的部件

它会测量电池包的电压 电流和温度

同时 通常来讲

它还要支持电池的均衡功能

当然一般来讲

芯片集成的话一般都是被动均衡

如果是主动均衡的话

可能是独立的一个模块

对 MCU 来讲 它主要是作为一个

收集 EV 过来的一个信息

同时计算 SOH SOC 电池平衡这些东西

同时把这些信息上报到更上一级的 VCU

这里保护这个开关切换呢就是说

也是由 MCU 这边来控制的

综合来讲的话

其实对于一个 EV 来讲

不太会用 MOS 管 除非是低速车

更多是用继电器

温度当然必不可少

因为我们知道温度对电池来讲是

影响非常非常大的一个因素

而且也是非常危险的一个因素

所以知道电池的确切的一个温度

对于精确去计算电池的容量

同时它的安全

以及其它的老化之类的

总之是非常非常重要的

除了这个之外

对于整个电池包来讲

肯定还要测量充放的电流

这也是作为 SOC 计算的一个

很重要的一个输入之一

另外就是作为电能测量

也能对系统的一些比如过流啊

短路的一些故障情况

也能够进行及时的一个保护和限制

可以实现更多的安全策略

我们看一下电池为什么需要均衡

因为对于每一个电池来讲

之间是没有办法做得完全一模一样的

它都是有些细微的一些差异

包括它的自放电啊老化啊这样子

所以一旦可用容量不均衡的话

可用容量少的那节电池

可能就决定了整个电池包的容量

同时它会影响每一次的充电跟放电

这个过程是一个正反馈的

你会发现会越来越差

均衡情况会越来越恶劣

这样子的话最后电池包可能就

可用容量越来越少

如果我们做成均衡的话

这个就可以避免这种情况

它可以把这些多出来的容量去掉之后

可以保证每一次的电池都能够完全充饱

同时用的时候也不会出现过充的情况

在目前来讲

就是说常用的均衡方式一般就分两种

一种就是被动均衡

另外一种就是主动均衡

被动均衡当然很简单

它就是把多余的容量给放掉

所以它简单可靠 便宜

但是它有个很大的问题就是

它的区分能力比较弱

它是被动的发热的一个方式

所以它的均衡能力受限为发热的问题的话

它的均衡的能力一般都在 100mA 左右

要做得更大的话

对它的散热要求就更高

但是对一些很大的应用

大电池的一些应用

和电池一致性不是很好的时候

被动均衡一般是比较难于达到这个条件

所以这个时候我们也有一种

就是主动均衡的方式

主动均衡的方式对于 TI 来讲

就是采用的主要结构就是

应用这种 Cell-Pack Pack-Cell 这种结构

它通过一个双向 DC-DC

可以针对每一节电芯进行一个充电或放电

而且电流也可以高达 5A 以上

它的效率比较高 均衡的速率也比较快

相对来讲它的电路也会复杂很多

成本也会高很多

所以基本来讲 做为车的 BMS

刚我讲的这些功能就是基本的一些点

除了测量 保护 计算

还有均衡 这几个比较基本的因素

接下来我们就可以再看看 TI 的这一块

都有一些什么方案

谢谢

我是 Richard Tang

非常高兴今天有这个机会

跟大家一起聊一聊 TI 的 BMS

在汽车 BMS 这一块的方案

随着最近电动车越来越热

电动车的 BMS 作为核心部件之一

TI 一直在这个领域里面进行了

非常长时间的一个投入

而且有非常完备的方案

包括一到两代的模拟前端

还有主动均衡等等

还有很多针对于汽车应用的一些参考设计

在这个视频里面

我会首先跟大家探讨一下

一个基本的 BMS 里面应该具有哪些功能

同时会比较着重地去介绍一下

TI 在 EV BMS 里面整个路线图

包括最新的 BQ76PL455 的一些

详细的技术细节

以及主动均衡的一些基础细节

最后我还会给大家稍微简单介绍一下

关于目前在 TI 官网上可以找到的

一些相关的参考设计的一些资源

首先让我们来看一下一些

基本的 EV 的 BMS 到底具有一些什么功能

首先我们来看

第一个 当然锂电池安全是第一位的

所以做一个 BMS 系统首先要解决安全问题

除了安全之外呢

因为作为一个主控

需要了解电池包里面的一些各种具体信息

所以基于这个来说

测量是另外一个最基本的

当然你要做一个更完备的安全策略的话

测量也是其中的一个基础之一

当然这个测量就是包括电流 电压 温度

还有其他的一些比如绝缘检测

还有其他的一些比如绝缘检测

就这些应做的一些测量

除了这个之外在 BMS 里面

还有一个非常非常可信的那就是我们

SOC SOH 的一个计算

SOC 当然就是指我们的电池容量

因为我们电动车里面的容量 电压都很高

所以做这个算法是比较困难做得很好

另外就是电池的健康度

另外就是电池的健康度

就是电池有多少老化 老化程度怎么样

还可不可以继续使用

除了这个之外

我们都知道作为一个 EV 的汽车包

它的节数是非常多的

一般乘用车来讲 也许我们会高达一百多串

一百三左右

而对于那种电动大巴

可能会高达一百八十多串

所以串数越多 不均衡的可能性就更大

我们都知道

电池包是一个木桶原理

最差的那一节会决定你整个电池包的容量

所以保持一个好的电池的均衡

除了可以延长电池的寿命

除了可以延长电池的寿命

保持一个好的均衡

除了可以延长电池的寿命之外

也可以保证电池最大化可使用的容量

除了这个之外

作为 EV 的 BMS 记录功能是必不可少的

就是说我们可以记录一些

在你整个使用行驶过程中的一些

在你整个使用行驶过程中的一些

各种的一些比如说其他情况啊

故障情况啊 这样一些记录

除此之外当然还有一个控制就是

电气的控制

这对车来讲

应该就是我们的主继电器 副继电器

这些控制

这也是要由 BMS 这边来

根据具体的情况来进行一些控制的

当然最后是关于容量的一些堆叠

因为对于 BMS 来讲它的容量

电池包都是按模块化的

另外我们再往细来看

除了功能之外我们看电池包的结构

结构来讲的话其实

通常来讲 首先会有一个模拟前端

还会有一个主控

主控另外还有一个电流的测量

同时继电器的控制

温度的采样

从细来看 作为模拟前端

通常来讲是一个最主要的部件

它会测量电池包的电压 电流和温度

同时 通常来讲

它还要支持电池的均衡功能

当然一般来讲

芯片集成的话一般都是被动均衡

如果是主动均衡的话

可能是独立的一个模块

对 MCU 来讲 它主要是作为一个

收集 EV 过来的一个信息

同时计算 SOH SOC 电池平衡这些东西

同时把这些信息上报到更上一级的 VCU

这里保护这个开关切换呢就是说

也是由 MCU 这边来控制的

综合来讲的话

其实对于一个 EV 来讲

不太会用 MOS 管 除非是低速车

更多是用继电器

温度当然必不可少

因为我们知道温度对电池来讲是

影响非常非常大的一个因素

而且也是非常危险的一个因素

所以知道电池的确切的一个温度

对于精确去计算电池的容量

同时它的安全

以及其它的老化之类的

总之是非常非常重要的

除了这个之外

对于整个电池包来讲

肯定还要测量充放的电流

这也是作为 SOC 计算的一个

很重要的一个输入之一

另外就是作为电能测量

也能对系统的一些比如过流啊

短路的一些故障情况

也能够进行及时的一个保护和限制

可以实现更多的安全策略

我们看一下电池为什么需要均衡

因为对于每一个电池来讲

之间是没有办法做得完全一模一样的

它都是有些细微的一些差异

包括它的自放电啊老化啊这样子

所以一旦可用容量不均衡的话

可用容量少的那节电池

可能就决定了整个电池包的容量

同时它会影响每一次的充电跟放电

这个过程是一个正反馈的

你会发现会越来越差

均衡情况会越来越恶劣

这样子的话最后电池包可能就

可用容量越来越少

如果我们做成均衡的话

这个就可以避免这种情况

它可以把这些多出来的容量去掉之后

可以保证每一次的电池都能够完全充饱

同时用的时候也不会出现过充的情况

在目前来讲

就是说常用的均衡方式一般就分两种

一种就是被动均衡

另外一种就是主动均衡

被动均衡当然很简单

它就是把多余的容量给放掉

所以它简单可靠 便宜

但是它有个很大的问题就是

它的区分能力比较弱

它是被动的发热的一个方式

所以它的均衡能力受限为发热的问题的话

它的均衡的能力一般都在 100mA 左右

要做得更大的话

对它的散热要求就更高

但是对一些很大的应用

大电池的一些应用

和电池一致性不是很好的时候

被动均衡一般是比较难于达到这个条件

所以这个时候我们也有一种

就是主动均衡的方式

主动均衡的方式对于 TI 来讲

就是采用的主要结构就是

应用这种 Cell-Pack Pack-Cell 这种结构

它通过一个双向 DC-DC

可以针对每一节电芯进行一个充电或放电

而且电流也可以高达 5A 以上

它的效率比较高 均衡的速率也比较快

相对来讲它的电路也会复杂很多

成本也会高很多

所以基本来讲 做为车的 BMS

刚我讲的这些功能就是基本的一些点

除了测量 保护 计算

还有均衡 这几个比较基本的因素

接下来我们就可以再看看 TI 的这一块

都有一些什么方案

谢谢