【導讀】汽車工業正在發生變化。如今隻能依靠內燃機完成的任務，未來將實現通過混合動力、電(dian)動(dong)甚(shen)至(zhi)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)驅(qu)動(dong)的(de)車(che)輛(liang)來(lai)處(chu)理(li)。過(guo)去(qu)

，許(xu)多(duo)廠(chang)商(shang)重(zhong)視(shi)傳(chuan)統(tong)內(nei)燃(ran)機(ji)和(he)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)必(bi)要(yao)的(de)機(ji)械(xie)部(bu)件(jian)，而(er)今(jin)後(hou)
，關(guan)注(zhu)點(dian)將(jiang)轉(zhuan)向(xiang)其(qi)它(ta)組(zu)件(jian)。他(ta)們(men)可(ke)能(neng)開(kai)發(fa)新(xin)型(xing)固(gu)態(tai)電(dian)池(chi)，以(yi)增(zeng)加(jia)續(xu)航(hang)裏(li)程(cheng)以(yi)及(ji)充(chong)放(fang)電(dian)次(ci)數(shu)
，這(zhe)是(shi)當(dang)前(qian)鋰(li)電(dian)池(chi)無(wu)法(fa)達(da)到(dao)的(de)，也(ye)可(ke)能(neng)著(zhe)重(zhong)開(kai)發(fa)高(gao)性(xing)能(neng)充(chong)電(dian)器(qi)、DC/DC 轉換器和電機。

作為核心組件，電池管理係統 (BMS) 負責電池的正確管理和監測。目前，電動汽車采用鋰離子電池。這些電池連接在一起使電池組達到所需總電壓。現有單體電池電壓約為 3.6V 至 3.7V，動力電池 520V或 900V 高壓係統需要約 140 至 250 節電池。這種配置中，必須監測電池的溫度、阻抗（電池內阻）
、電壓以及充放電電流。

BMS 詳細說明

BMS 一般包括單體電池管理控製器 (CMC)
、主控中央單元或電池管理控製器 (BMC) 等組件。其中，CMC 采用多通道 IC（當前最多配置 16 通道）執行監測功能，BMC 控製每個 CMC（圖1）。

圖1：高級汽車架構電池管理係統結構示意圖及接口說明

BMS 功能一：監測電池參數

01 溫度監測

通常
，NTC 熱敏電阻緊貼電池或模塊壁
，或電氣接點連接測量其溫度。隨著熱敏電阻溫度上升，阻值下降，靈敏度提高（由於電阻負溫度係數大）。溫度可使用芯片集成的模/數轉換器 (ADC)

，通過測量電阻-熱敏電阻網絡電壓來確定。

準確的溫度讀數對於電池的正常功能和係統的安全極為重要。NTC 和測量電路電阻關係到溫度測量精度。

圖2：LTspice XVII 模擬芯片或 ADC 輸入電阻/熱敏電阻分壓電橋電壓，用於電池溫度檢測

圖2中，NTC 可以是 NTCS0603E3103FLT 單片陶瓷 NTC 表麵貼裝熱敏電阻（如圖3所示），R25 值為 10kΩ，± 1%，B 值為 3435K，± 1%。該器件機械抗彎強度優於安裝 在諸如柔性 PCB (FPC) 上的某些多層結構競品器件。

圖3 ：NTC 參考設計、技術性能對比以及 NTCAFLEX05 係列柔性箔傳感器參考設計

這種熱敏電阻還具有較高的熱循環耐受能力
，高溫下阻值漂移較低。NTC 熱敏電阻可放在 TNPW / TNPU 係列固定電阻網絡中—TNPW/TNPU 係列電阻具有超精密公差

，電阻熱係數低至 ± 0.1%，± 25 ppm/℃，或者放在可支持 ± 0.05% 相對公差和 0.1% 絕對公差的 ACAS 網絡電阻中（圖4）。控製芯片對 NTC 熱敏電阻 (Vntc) 產生的電壓進行采樣，並檢測高低閾值。

圖4：分立式增益電阻與網絡電阻性能對比

02 阻抗監測

不用進行全麵阻抗測量。這種測量方法的優點是可以更準確地估計荷電狀態 (SOC) 和健康狀態 (SOH)。簡單來說，測量使用的方法是施加不同頻率的交流電。然後
，像電流一樣，使用基於軟件的模型轉換並解析複雜的電壓。

03 單體電池電壓監測

單體電池電壓一般使用芯片集成的 ADC 測量。這種方法采用多路複用器依次測量各個電池的電壓，將其轉換為 ADC 數字信號。然後對這些數字信號進行評估。

04 電流監測

電流（充電或放電電流）不是逐個電池測量，而是對電池組進行測量。這種測量方法的背景是，電池組通過中央充電器“充滿”，可通過集成充電器（車載充電器，簡稱 OBC）交(jiao)流(liu)充(chong)電(dian)
，也(ye)可(ke)采(cai)用(yong)外(wai)置(zhi)充(chong)電(dian)器(qi)直(zhi)流(liu)充(chong)電(dian)。由(you)於(yu)電(dian)池(chi)是(shi)串(chuan)聯(lian)的(de)，所(suo)有(you)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)流(liu)一(yi)樣(yang)
，因(yin)此(ci)，係(xi)統(tong)電(dian)流(liu)隻(zhi)需(xu)測(ce)量(liang)一(yi)次(ci)。測(ce)量(liang)時(shi)可(ke)使(shi)用(yong)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)或(huo)低(di)阻(zu)值(zhi)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)器(qi)。

BMS功能二：均衡

BMS 的de另ling一yi項xiang核he心xin任ren務wu是shi平ping衡heng每mei塊kuai電dian池chi。生sheng產chan過guo程cheng中zhong
，每mei塊kuai電dian池chi的de容rong量liang和he內nei阻zu因yin加jia工gong工gong藝yi不bu同tong會hui產chan生sheng偏pian差cha。因yin此ci，電dian池chi組zu充chong電dian或huo放fang電dian不bu均jun勻yun。為wei了le充chong分fen使shi用yong電dian池chi的de全quan部bu能neng量liang（續航能力），需要平衡每塊電池的容量和電壓。電荷平衡的基本原理有兩種：主動均衡和被動均衡。

01 主動均衡

zhudongjunhengshi，dianchiduoyunengliangzaichangxiaoyingjingtiguandekaitongshitongguodianluzhuanyidaoxianquanzhong。zaiguanduanshi

，xianquanzhongdenengliangtongguoerjiguanchuansongdaoxiayikuaidianchi。zhezhongfangfachixujinxing
，zhidaosuoyoudianchidadaomanchongdiandianya（圖5）。

圖5：主動均衡示意圖

02 被動均衡

被(bei)動(dong)均(jun)衡(heng)采(cai)用(yong)泄(xie)放(fang)電(dian)阻(zu)將(jiang)電(dian)池(chi)的(de)多(duo)餘(yu)能(neng)量(liang)轉(zhuan)化(hua)為(wei)熱(re)量(liang)。芯(xin)片(pian)測(ce)量(liang)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)時(shi)每(mei)塊(kuai)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)壓(ya)
，達(da)到(dao)閾(yu)值(zhi)後(hou)隨(sui)即(ji)接(jie)通(tong)電(dian)阻(zu)器(qi)。這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)可(ke)以(yi)同(tong)時(shi)發(fa)生(sheng)在(zai)一(yi)塊(kuai)或(huo)多(duo)塊(kuai)電(dian)池(chi)上(shang)（圖6）。這種方法使用的電阻器通常采用厚膜技術加工。它們具有較高的溫度係數和較高的初始公差。

圖6 ：被動均衡示意圖

Vishay 提供了顯著不同的方法。與傳統厚膜電阻器相比，雙塗層 CRCW-HP 電阻器和經過特殊修整的 RCS 電(dian)阻(zu)器(qi)在(zai)相(xiang)同(tong)占(zhan)位(wei)麵(mian)積(ji)下(xia)
，連(lian)續(xu)功(gong)率(lv)可(ke)提(ti)高(gao)兩(liang)倍(bei)至(zhi)三(san)倍(bei)。另(ling)外(wai)，在(zai)功(gong)率(lv)要(yao)求(qiu)相(xiang)同(tong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)係(xi)列(lie)電(dian)阻(zu)可(ke)減(jian)少(shao)所(suo)需(xu)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)，同(tong)時(shi)節(jie)省(sheng)成(cheng)本(ben)。

另一種可以產生同樣效果的是 RCL係列電阻
，這種寬端子電阻可提高連續功率，具有更好的熱循環性能。汽車工業要求 -55 °C至 +125 °C 溫度範圍內以及增加循環的情況下
，組件與印刷電路板之間可靠焊接，這些條件構成選擇合適組件的另一個標準。

由於主動均衡電路成本高
，每塊電池內阻和電容製造公差較窄
，汽車領域主要采用被動均衡。

功能安全與風險控製

01 功能安全 (ISO 26262, ASIL-D)

電池及其監測係統對於安全至關重要。因此，係統使用的組件以及整個係統本身必須根據 ISO 26262 進行開發，以滿足 ASIL-D 的要求。因此，具有電壓測量
、溫度測量、電流測量（內阻測量除外）功能的 BMS 與安全氣囊係統、製動係統和助力轉向係統等具有同樣重要的意義。如果這些係統出現故障或存在缺陷，將直接危及生命和肢體安全。

02 冗餘獨立的測量方法最大限度降低風險

這種情況下，監測電池電壓是非常關鍵的參數之一，因為每塊電池過充電或深度放電會造成內部短路，導致電池下次充電時熱擊穿。

冗餘電池電壓測量可使用兩個電池芯片進行。這種方法的缺點是，電壓測量需使用相同的方法
，同時，使用的解決方案成本高。

另(ling)一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)使(shi)用(yong)泄(xie)放(fang)均(jun)衡(heng)電(dian)阻(zu)以(yi)模(mo)擬(ni)方(fang)式(shi)測(ce)量(liang)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)
，將(jiang)其(qi)與(yu)芯(xin)片(pian)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)。這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)經(jing)濟(ji)高(gao)效(xiao)的(de)獨(du)立(li)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)。上(shang)述(shu)厚(hou)膜(mo)泄(xie)漏(lou)電(dian)阻(zu)不(bu)適(shi)於(yu)這(zhe)種(zhong)測(ce)量(liang)。相(xiang)反(fan)，應(ying)使(shi)用(yong)薄(bo)膜(mo)電(dian)阻(zu)，因(yin)為(wei)即(ji)使(shi)在(zai)苛(ke)刻(ke)的(de)使(shi)用(yong)條(tiao)件(jian)下(xia)，薄(bo)膜(mo)電(dian)阻(zu)也(ye)能(neng)保(bao)證(zheng)整(zheng)個(ge)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)周(zhou)期(qi)精(jing)確(que)的(de)測(ce)量(liang)。

Vishay 同樣為此提供了多種選擇。首先是采用特殊薄膜技術生產的MC-HP係列電阻器。其優點是長期穩定（≤ 0.2 %; P70, 1000小時），性能是標準薄膜電阻器的兩倍。其次是采用薄膜技術的寬端子 MCW 係列電阻器（外形尺寸 0406 和 0612）。

該係列滿足長期穩定性 （≤ 0.2 %; P70, 1000小時）、連續功率空間比要求
，幾乎相同的連續功率隻需三分之一常規空間（圖7），提高了熱循環性能（3000 次循環）。憑借這些特性，該係列電阻適合用作 BMS 的泄漏電阻，或電池電壓測量電阻
，滿足 ASIL-D 未來整個係統的要求。

圖 7：高性能寬端子薄膜電阻熱力圖對比，所需空間是常規端子的三分之一

由於每個組件的性能
、所需空間

、gujideshiyongshouminghecanshupiaoyideyaoqiuyuelaiyuegao
，anquanguidingyuelaiyueyange，ruguoduiyuzhenggexitongshejimeiyoushenrulejie，jiuwufaxuanzezujian
，youqishidiandongchuandongxitongzujian。zaizhefangmian，Vishay 提供了許多極具差異化的產品和解決方案，有助於整個係統高效安全的設計。

作者介紹：Adrian Michael

Adrian Michael現任Vishay汽車產品營銷經理。他擁有德國西薩克森茨維考應用科技大學碩士學位（Westsächsische Hochschule Zwickau）
，曾在Axellon公司工作。

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