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電池技術的進步給新能源汽車行業和軌道交通行業帶來了發展機遇,因此對電池管理系統的要求也更加嚴格。需要根據行業發展趨勢,不斷探索和研究電池管理系統。國外研究的電池管理系統起步較早,發展比國內要快。國外早期的電池管理系統主要由德國的BATTMAN系統、美國的Smart Guard系統和Bat Opt系統。這些系統的基礎功能基本上是相同的,但是每個系統又有自己區別於其他系統的特點[9]。
Smart Guard採用了專門測量電池電壓的整合晶片,後來很多廠家也延續這種做法,採用整合的晶片。部分晶片公司也就開始開發應用在電池管理的晶片。目前主要有德州儀器生產的bq系列、美信生產的MAX1492x系列和linear推出的LTC68xx系列等。每個廠家的晶片都有不同的測量範圍、精度和均衡方案等。在表1-2表示這些早期電池管理系統的功能。
本文主要研究linear生產的晶片,LTC6811是linear經歷過LTC6803和LTC6804之後改進的新一代產品。目前絕大多數的電池管理系統都是採用CAN匯流排來實現管理系統之間或者和整車之間的資訊互動,但是隨著菊花鏈通訊方案被驗證,下一階段的BMS可能會採用菊花鏈的方式來降低成本。
BMS發展的另外一個階段就是無線通訊技術。2017年3月,linear將LTC6811和smartmesh無線網路產品結合到一起,推出了一款無線BMS的概念車,解決因配線線束和聯結器帶來的問題。圖1-5是linear無線BMS的概念車。同年,一家名為Dukosi的公司宣佈融資200萬英鎊用於無線BMS技術的開發。
國內電動汽車起步較晚,但是隨著國家政策的支援,國內出現了一大批新能源車企、BMS廠家和電池廠家。在國內有電池廠家自己研發BMS,如ATL、盟固利。也有車企研發BMS,如北汽新能源。但是也有專門研究BMS的單位,如惠州億能電子、科列、華霆動力、力高新能源和上海妙益。2019年3月4日長城汽車出資成立的蜂巢能源科技有限公司和森薩塔科技有限公司簽署無線BMS合作預研備忘錄,預計於2021年推出首款無線通訊BMS產品。圖1-6是盟固利開發的一款基於zigbee技術的無線BMS。
ATL是國內主要的電池供應商,目前正在研究菊花鏈和無線通訊。這在很大程度上會影響到電池管理系統的發展方向,表1-3是ATL未來幾年對BMS關鍵技術的研究方向。在研究菊花鏈和無線通訊的同時,還要加強其他技術指標,其中包括對SOC估算的精度。目前的SOC估算是通過軟體安時積分得到的,安時積分存在較大的誤差,這樣會影響到SOC的估算。為了提高安時積分精度,linear目前在研究新的測量晶片LTC2949,這款晶片能夠使電壓和電流的檢測精度達到5‰,而且內部整合乘法器,能夠計量電池能量和容量,並達到1%的誤差。
從國內外的研究趨勢可以看出,各個BMS廠家仍在不斷研究新的技術,希望未來能處於行業的領先位置。其中最主要的研究方向是菊花鏈和無線通訊,並在這個基礎上不斷提高電池管理系統綜合性能,其中包括功能安全、快速加熱、SOC等方面。