据Marklines统计,2020年全球电动汽车的总销量为289.24万辆,同比上升了45%。在电动车快速普及的今天,电池寿命和安全问题仍然是困扰消费者和生产厂商的一个难题。如何对电池进行有效的管理,成为了行业厂商技术攻坚的突破口。

 

电池管理系统(BMS)作为连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带,通过实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息,与外部设备交换信息,解决电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题。在此趋势背景下,与非网推出BMS专题,邀请瑞萨电子就相关问题进行了探讨。瑞萨电子Bruce Zhang针对笔者的问题和困惑进行了详细的解答和分享。

 

瑞萨电子Bruce Zhang

 

与非网:自新能源汽车问世以来,发生起火和自燃事件屡见不鲜,每次事故都备受市场关注,也引发了大众对于新能源汽车安全方面的众多思考。BMS是否还存在较大的优化空间?

 

Bruce Zhang:电动汽车的动力来源是每一个电池个体,举例来说,一辆电动汽车的电池组里面有着几千节锂电池单体,只要某一节电池单体或因外部或内部的原因出现问题,就有可能导致整个电池组乃至整个动力电池单元的损坏。BMS系统是电动汽车不可或缺的重要部件,是管理和监控动力电池的中枢,管理、维护、监控电池各个模块,肩负着防止电池过充过放电、延长电池使用寿命、帮助电池正常运行的重任。

 

目前瑞萨电子拥有为满足汽车级 (AEC-Q100)打造的锂离子电池管理解决方案 (BMS),该解决方案是专为满足新一代电动汽车应用的严格安全性、可靠性和性能要求而设计。瑞萨作为汽车BMS行业领军方案商,我们的布局也是持续的投入。目前在研发的有RAA2717XX 系列全新方案。双路径,极大的增强了功能安全多样性。

 

与非网:随着BMS的发展,无线BMS开始出现。目前市场应用中,无线BMS实际应用情况如何?是否存在落地难题?

 

Bruce Zhang:随着人们对新能源汽车续航能力以及电池安全性的重视程度不断提高,无线BMS成为了技术研发和应用的重要方向,取代了电池组和电池管理系统之间的传统有线连接,逐步从早期的研发阶段开始步入产业化。无线BMS技术采用无线通讯方案与电池监测器协同工作,无线通讯的功耗低,可拓展性强,减少线缆和连接器,简化了PACK结构,主从板之前也没有高压风险,可以大幅度提高电池管理的可靠性,精度,降低整体成本。

 

瑞萨电子主要的BMS管理器包括三种电池平衡模式:手动平衡模式、定时平衡模式和自动平衡模式。自动平衡模式在从每个电池中消耗主机指定的电量后终止平衡。目前瑞萨BMS方案采用被动均衡为多。这个方案被很多整车厂,在实际应用中判定为可靠性更高,成本更优的方案。瑞萨电子日本总部有专门的团队在进行无线BMS的研究,希望尽快推出可以批量的产品方案。

 

与非网:5G、AI、云计算、大数据等技术的兴起和发展,给BMS带来了哪些改变和助力?从市场需求和技术实现来看,BMS还呈现出哪些创新发展的趋势?

 

Bruce Zhang:随着电动汽车的不断发展,BMS技术也不断成熟,未来的BMS技术也将更加智能化和数据化,而那些进行更多的BMS试验开发、制造以及梯次利用等环节实验,并且有详细的电池数据的BMS企业将更具竞争力。功能安全领域未来也将是BMS发展的重点,一款新的BMS在投放市场前需要经过严格的环境可靠性测试,其周期可能长达数年,在一些简单的实时监测功能上需要添加产品功能的可靠性、稳定性、精准度、使用寿命等更加严格的测试标准。

 

瑞萨电子认为安装优秀的电池管理BMS能够有效提高电池的利用率,防止电池出现过充电和过放电,并且延长电池的使用寿命,监控电池组及各电池单芯的运行状态,有效预防电池组自燃,如遇紧急情况提前对司机做出突发事件预警,为保障安全赢得时间。

 

与非网:在整车厂和电芯厂向BMS产业链延伸规划的趋势下,产业链条以及芯片厂在其中的定位是否在发生变化?

 

Bruce Zhang:不局限于新能源汽车,瑞萨电子作为芯片厂商与主机厂及Tier1厂商都保持着密切且良好的合作关系。通过携手主机厂更好地了解终端需求并提供相应的技术及产品支持。目前越来越多的整车厂意识到BMS对新能源车的重要性,都组建团队,希望把BMS研发,品质把控的核心技术,掌握在自己手里。

 

与非网:BMS行业核心的芯片产品主要是国际大厂产品为主,中国本土品牌差距在哪?BMS的技术壁垒主要是什么?

 

Bruce Zhang:中国本土品牌和国际大厂的BMS核心芯片,差距还比较大。目前本土品牌,还基本上集中在工业,消费类领域,如汽车行业,对可靠性、功能安全要求比较高的领域,本土品牌量产的基本上很少,车厂试错的意愿还不是很强,还处于攻克关键技术壁垒阶段。

 

与非网:从BMS市场成熟度和产业模式的角度来看,国内外市场特点是什么?如何看待中国BMS市场的发展?

 

Bruce Zhang:众所周知,电动汽车的核心是电池,而电池的核心在电池管理系统。电池管理系统作为实时监控、自动均衡、智能充放电的电子部件,起到保障安全、延长寿命、估算剩余电量等重要功能,是动力和储能电池组中不可或缺的重要部件。随着电动汽车的不断发展,BMS技术也将迎来新的技术挑战。作为近年来兴起的技术,BMS的技术门槛是相当高的,没有长期研发的积累和大量数据的沉淀,难以开发出优质的产品。因此,BMS研发需要大量的时间与资金支持,导致了目前BMS研发技术参差不齐。

 

对于大多数芯片厂商来说,BMS的发展都需要经过大量实践,比较容易受到资金限制,所以,BMS行业需要规范自身研发标准,提升研发效益。芯片厂商们也要增强核心零件自我生产能力,与其他企业合作研发,争取能够实现全新的BMS行业联盟。

 

与非网:针对电动汽车BMS应用,瑞萨电子推出了哪些产品和解决方案?独特优势是什么?

 

Bruce Zhang:BMS是电动汽车电池组的“大脑”,其性能极大地影响了电动汽车的续航里程和电池寿命。瑞萨产品特别适用于精确、安全的BMS应用。

 

瑞萨电子提供一款完整参考设计可作为一个完整的汽车电池管理系统,监控多达70节串联锂电池。RH850微控制器(MCU)与ISL78714多单元锂离子电池管理设备通信,以监控电池电压、电池组温度和电流,记录重大故障检测及控制电池平衡。ISL78714包含菊花链硬件以在电池之间提供稳定、隔离的通信。RH850能通过接口连接到多个CAN、LIN、UART和RS-485总线,并控制多个PWM输出。该参考设计基于ISL78714BMS5XBEKIT1Z汽车级多节锂离子电池管理系统参考设计套件。

 

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