电动车辆(EV)的电池管理系统和使用寿命

在世界各地纵横交错的高速公路上，正在发生一场变革 —— 百年来使用化石燃料的汽车正转变为清洁、高效的电动车辆 (EV)。未来十年，EV 市场预计将增长 10 倍，而为了给数以百万计的电动车辆提供动力，监控、管理和维护高性能电池的需求也将日益增长。

当今电池市场的推动力不只是成本，还有对续航里程更长的车辆、更短的充电时间以及更高功能安全的需求。为了满足这些严格的电池管理系统要求，必须遵守最高标准并最大限度减少偏差。

由于电动车辆 40% 的价格取决于电池，因此性能和电池寿命已成为 EV 品牌取得成功的主要因素。作为电池管理系统 (BMS) 领域的领导者，ADI 公司 (ADI) 与客户合作，寻找最佳关键流程来监控和管理电动车辆电池，并确保其安全性、生产力和使用寿命。

概览

• 公司

ADI 收购凌力尔特后，ADI 的产品系列包括 2008 年推出的首款集成式高压电池堆栈监控器。从那时起，我们就一直致力于提供最高性能的解决方案。如今，我们正在开发第 5 代产品。

• 挑战

EV 市场的增长日益需要电池制造商、供应链和汽车品牌提供高质量、可靠的电池技术来满足需求。

• 应用

电池监控和管理。

• 关注事项

原始设备制造商非常关注电池的安全性、成本、效率和使用寿命。

• 目标

改进 BMS，以确保安全性、提高可靠性、增强性能并延长 EV 电池的使用寿命。

投资于更好的电池管理系统
BMS 能够密切监视、控制和分配整个电池系统在使用寿命期间的可靠充电和放电。精确监控电流和电压分布至关重要，因为电池过度充电可能会引起火灾或爆炸，而充电不足（或完全放电）则会导致电池失效。电池管理系统的质量直接影响 EV 每次充电所能行驶的里程数。优质的电池管理系统能够最大限度地延长电池的整体使用寿命，从而降低拥有成本。

在这种情况下，价格水平变得不那么重要，而长期价值则成为关键指标。这是因为您力求在电池的整个使用寿命内获得更好的性能。“谈到精度，以及车辆整个使用寿命内的精度，没有任何取舍可言，”ADI BMS 总经理 Mike Kultgen 表示，“精度越高，就越能更好地了解电池单元的状态，从中获取的容量就越多，电池组的运行也就越可靠。”考虑到电池组的投资，BMS 性能的价值是显而易见的，且随着汽车设计师考虑保修和电池组的生命周期成本，这一点也就更加明显1。

电池管理的严格要求
电池对设计团队提出了极高的要求，因为他们需要考虑一系列的优先事项，包括价格、可靠性和安全性。在处理提供 48 伏到 800 伏电压的 EV 系统时，您不能冒任何风险。

为了在驾驶者踩下踏板的瞬间提供超过 100 千瓦的电能，电池系统必须在数百伏特的电压下才能高效工作。然而，锂电池只能提供几伏特的电压。为了获得足够的功率，需要将大量电池串联在一起，形成一个很长的电池堆栈。通常电动车可能使用 100 个单独的电池，在电池堆栈的顶部提供 350 伏特的电压。但这带来了一些挑战。

在长长的电池堆栈中，如果有一个电池失效，实际上相当于所有的电池都失效了。因此，您需要监控和管理所有的电池 — 为电池充电、放电，且在车辆生命周期的每一天都要如此。锂电池不能在极限充放电情况下工作，而必须保持在非常特定的范围内，例如 15% 到 85%，否则电池性能就会下降。

监视和管理电源
ADI 的 BMS 可在从电池组生产到报废的整个周期中提供精确的电池测量信息。电子设备直接连接到电池堆栈中的每个电池，报告与电池电流对应的电压和温度。系统可提供充电状态和健康状态。每个电池的电流和温度必须通过中央处理器的复杂算法进行监控。ADI 内置了强大的通信接口，同时支持模块化设计（架构）。它是完全可扩展的，适用于我们不同的客户群体。

“BMS 对电池进行持续监控，能够随时在各种温度和工作条件下提供可靠的测量精度。系统知道每时每刻的状况，并且 100% 依赖于它从 ADI 芯片接收到的信息。”

Mike Kultgen ——ADI BMS总经理

关键价值：精度、可靠性和稳定性
与 ADI 电池管理系统专家密切合作的好处不仅限于可以接触到种类多样的组件和产品。他们为原始设备制造商提供我们的系统级专业知识、深厚的领域知识以及多年的 BMS 实际设计经验。原始设备制造商可以提高每次充电行驶里程效率、延长电池使用寿命、确保安全性并提高品牌信任。

ADI AUTG 副总裁 Patrick Morgan 表示，“客户告诉我们，他们需要信任产品才使用我们的产品。因此，我们在他们的现场或我们的工厂举办技术峰会，并邀请我们的关键设计师和应用工程师与他们的团队会面。我们花了一两天的时间介绍我们的发展规划，了解他们需要解决的问题，然后讨论我们将如何解决他们的特定问题。我们通过专注于合作来建立信任。”

解决问题，寻找解决方案
“一家总部设在亚洲的客户要求我们围绕旧有电池管理系统设计新的电池管理系统，”ADI 应用经理 Cuyler Latorraca 说，“我们研究了他们的设想、系统要求和操作环境。我们发现，他们的接地方案导致系统测量存在误差，这是业界常见的问题，然后我们采取措施消除了该误差。"

ADI 高性能 BMS 为超级跑车提供动力

Rimac C_Two高性能超级跑车具有 1,914 马力，0-60 mph 加速时间 1.85 秒，速度可达 258 mph。这款全电动超级跑车展现了 Rimac 的技术实力，采用了由 6960 个锂锰镍电池组成的电池组，充分发扬了真正的创新精神和激情。

约在 10 年前，一位 21 岁的发明家在克罗地亚的一间车库里创建了 Rimac Automobili，如今公司已经发展为一家拥有 600 位员工的技术巨头。Rimac 致力于为全球汽车公司设计、开发和制造电动超级跑车和高性能电气化系统。

凭借 ADI 公司的高精度BMS集成电路( IC )，Rimac 电动汽车可通过对电芯进行高精度测量，从电池中尽可能获取电能和电量。复杂的诊断技术使系统能够监测电池的特性、电压和温度，以随时确定电量状态。ADI 公司汽车电气化和信息娱乐部副总裁 Patrick Morgan 表示：“高准精度会直接转为快速充电时间、最大化的电池容量和里程。”

Rimac 首席执行官 Mate Rimac 表示：“Rimac 是高性能电动汽车领域的技术强者。我们为全球众多汽车公司开发和制造关键的电气化系统，同时我们自己的超级跑车也为电动汽车的性能树立了更高的标杆。我们采用的电池管理系统是全球要求极为严苛的应用，需实现极高的精度、极短时间内的电流和电压剧烈变化以及在电池管理控制系统内的快速动态调整。我们决定在整个产品线上采用 ADI 公司的电池管理 IC 产品组合。我们已经在市场上对该类 IC 进行了对比测试，结果证实 ADI 公司的产品能够在汽车的整个生命周期内提供高精度的测量和产品可靠性，因此被我们选中。”

着眼于未来
“高压电池系统技术日新月异，”ADI BMS 市场经理 Greg Zimmer 说，我们在增加容量、延长使用寿命方面承受着很大的压力。业界将如何实现这一目标？在打造能够持续使用 10 年的电池的同时，我们如何从电池组中获取更多电能、增加其续航里程、支持更快的充电，并开发集中式和模块化的设计？

ADI 不仅关注客户目前面临的问题，更着眼于未来，关注持续改进的过程。我们将继续推出能够最大限度增加每次充电续航里程、减少总重量并降低电池系统总成本的解决方案，以引领行业发展。我们拥有丰富的系统级经验和庞大的组件系列（一个集成电路中有 3 至 18 节电池，支持的电池数量选择超过其他任何竞争对手），这使我们从竞争中脱颖而出。

我们还没有达到 BMS 的顶峰
ADI 与原始设备制造商合作，通过架构创新来改进未来解决并沟通功率密度、精度和重量挑战的方式。我们将继续开展创新，我们的第 5 代 BMS 有望在明年投入车辆生产。

BMS：ADI 优势
ADI 在电池管理系统领域处于领先地位，满足 EV 市场对安全、高质量、高性能电池日益增长的需求。凭借丰富的系统级经验，以及多样化的组件产品，我们提供的合作伙伴关系将令客户受益匪浅。

• 行业领先的卓越精度和稳定性

• 通过单一组件和简化设计全面支持 ASIL D

• 高速、EMI 可靠、电气隔离、具有冗余的低成本菊花链，可应对故障情况

• 产品安装基础雄厚，有四代产品已投入现场使用

• 通过一系列 BMS 产品提供系统级解决方案

对工业、环境和全球健康的影响
普通消费者中普遍存在一个误解就是：电动汽车性能不高，比不上燃油汽车的性能。ADI 和 RIMAC 一起澄清了这一误解，并开始帮助重新确定高性能电动汽车能够达到的目标。RIMAC C_Two 高性能超级跑车凭借 ADI 的高性能 BMS，拥有惊人的 1914 马力，0-60 mph 的加速时间 1.85 秒，速度可达为 258 mph。

ADI 和 RIMAC 不仅为高性能技术社区树立了榜样，还帮助激发消费者的热情，提高了高性能电动汽车和整体电动汽车的用户采用率。

根据世界卫生组织的统计，空气污染是一个无声杀手，每年造成 420 万人死亡，还将人类寿命缩短了 1.8 年。通过与 RIMAC 和其他电动汽车供应商合作，ADI 公司正扫除阻碍，而且还通过减少碳排放，打造一个更清洁、更能持续发展的环境。

ADI 一直致力于创造更环保的环境和改善全球人民健康。2019 年，ADI 公司的 BMS 产品避免了 6000 万吨二氧化碳进入大气，并继续将二氧化碳车辆排放量逐年减少 30%。6000 万吨二氧化碳相当于大约 7000 万公顷的成熟林。

1在生产大量电池组的同时，也会产生大量可供回收利用的废旧电池组。只要电池在整个生命周期中管理得当，则耗损并不意味着报废。在考虑总拥有成本时，必须将储能装置再用于车辆以外的其他用途（也称为第二生命）考虑在内。