How to Find a More Suitable High Voltage BMS Solution?

特斯拉Model S采用的是集中式BMS拓扑结构，并带有一个处理电池数据的控制器，这种模式确保了高效的充电和放电循环以及极大的行驶里程和电池的完整性。特斯拉的Model 3和Model Y电动汽车同样采用了先进的BMS设计来优化电池组性能。而Model Y电动汽车因包含一个带有4680电芯的结构化电池包，意味着它正在向更集成的CTB（电池到车身）目标过渡。

日产汽车的Leaf采用分布式BMS拓扑结构，每个电池模块由单独的控制器管理。与集中式BMS相比，这种设置通过在模块级别提供精确的管理，提高了整个系统的效率和安全性。

宝马i3采用的是模块化BMS架构，电池组被分为不同的模块，每个模块都有自己的BMS，这些单独的模块可以独立维修。

在电池管理系统中，有两种主要类型的芯片，一种是做出重大决策的主控制器，另一种就是负责电池组中电池监测和平衡的芯片（BMB IC）。这些BMB IC从电池组的传感器中收集信息，并将信息发送到主控制器，然后由主控制器发出采取行动的指令，比如在电池过热时打开冷却器。通常，每个BMB IC可监测10-20个电芯，一辆电动汽车的电池组往往由数千个电芯组成，因此，整个电池组中将包含数量可观的BMB IC。

为此，IDTechEx在其研究报告中指出，电池管理系统现在能占到电动汽车电力系统中硅需求量的约三分之一。这一点同样可从Mordor Intelligence的分析报告中得到印证。Mordor Intelligence认为，电动汽车电池管理系统市场规模预计将从2023年的88.1亿美元快速增长到2028年的377.1亿美元，2023年-2028年的复合年增长率预期高达33.76%。

另据Yole Intelligence的分析和预测，2028年，全球乘用车和轻型商用车市场将达到9,300万辆，其中xEV的市场份额为53.5%。2022年至2028年，纯电动汽车的复合年增长率达到22.1%。伴随着这一巨大增长，包括纯电动汽车和PHEV在内的电动汽车BMS实现了快速扩张，BMS的市场总额将从2022年的50亿美元增至2028年的119亿美元，复合年增长率为15.6%。增长预期虽然没有Mordor Intelligence预测的那么高，但同样双位数的增长让人们对这一市场充满了期待。

具体细分到BMS的关键组件，AFE（模拟前端）市场将从2022年的9.3亿美元增长到2028年的22.4亿美元，微控制器市场将从2020年的5.8亿美元增长到2028的13.4亿美元，各种传感器包括温度、电流、压力、加速度等市场将由2022年的14.6亿美元增长至2028年的35亿美元。

目前，电动汽车电池管理系统市场的参与者众多，主要由Renesas、NXP、Infineon、Keihin、TE Connectivity、ADI等几家关键公司主导。

在实际应用中，我们很难说哪一款HVBMS架构或参考设计能够适合所有应用，满足所有汽车制造商的需求。不过，在方案选择过程中有一点应作为重点来考虑，那就是任何参考设计都必须足够灵活，以适应所有可能的未来架构。比如，需要解决从400V到1,000+V的不同系统电压，以及即将推出的用于可切换800V充电和400V驱动的2 x 400V混合动力配置等。

BMS由电池管理单元（BMU）、电池监测单元（CMU）和电池接线盒（BJB）3个模块组成，如何在作为系统大脑的BMU、CMU和BJB子系统之间建立BMS内部通信也需要设计人员在选择方案时做出仔细评估。

NXP的可扩展高压电池管理系统（HVBMS）参考设计，包含了BMU、CMU和BJB全部三个模块。

尽管目前道路上的大多数纯电动汽车使用的是400V电池，但总体趋势将逐渐转向800V电池架构。在800V高电压下运行的纯电动汽车，其充电时间要短得多，更满足消费者的需求。未来5年，越来越多的汽车制造商将推出800V架构车型。

NXP的RD-HVBMSCT800BUN是800V高压电池管理系统（HVBMS）的参考设计套件。它提供了完整的硬件解决方案，包括RD-K358 BMU、RD33774CNT3EVB电芯监测单元（CMU）和RD772BJBTPL8EVB电池接线盒（BJB）以及软件驱动程序和可扩展的功能安全文档。汽车制造商、供应商和软件生态体系合作伙伴可以使用该套件直接进行开发、测试和展示。

德州仪器（TI）ADS131B24-Q1是一款可用于电动汽车HVBMS的电压、电流和温度检测的产品，有很高的集成度，包括：两个同步采样、高精度的24位ADC 通道（ADC1A、ADC1B），可使用外部分流电阻以高分辨率和高精度测量电池电流；两个独立的数字比较器，可与两个ADC并联来实现快速过流检测；还集成了两个多路复用的16位ADC通道（ADC2A、ADC2B），可使用外部高压电阻分压器来测量分流器温度和系统中的其它电压，例如电池组电压。分流器温度通过热敏电阻或模拟输出温度传感器等外部温度传感器进行测量。

此外，每个ADC都配备了一个通道序列发生器，后者会自动逐步调试配置的多路复用器输入，以减少串行外设接口（SPI）上的通信。ADS131B24-Q1集成的多种监测和诊断功能，可缓解和检测随机硬件故障，非常有助于开发安全高效的电动汽车BMS。

在全球范围内，汽车电气化的趋势不断加速。到2028年，全球轻型汽车市场预计将达到9,300万辆，xEV占据53.5%的市场份额。其中，纯电动汽车在市场增长中处于领先地位，2022年至2028年的复合年增长率达到22.1%，而同期xEV的整体年增长率则为16.7%。

在结构上，因电池组尺寸的不断增大，未来的BMS很可能不再是一个独立的子系统，而是越来越多地与电气化动力系统中的其他子系统集成，有时甚至可与OBC集成。BMS与电动汽车充电器的无缝集成确保我们可以实现快速且安全的电池充电。当然，这种集成的基础需建立在有助于数据共享的通信协议，以及充电状态（SOC）、健康状态（SOH）和其他关键参数之上。

在BMS的发展过程中，新技术的融入将进一步提高BMS的效率并延长电池寿命。例如，人工智能（AI）通过使用复杂的机器学习（ML）算法可显著提高电池状态评估的精度。在BMS应用中，考虑使用诸如加速度传感器之类的新传感器来确保安全，无线BMS开始浮出水面。此外，通过消除电池单元和管理系统之间的物理布线，无线BMS大大简化了电池管理过程并降低了制造成本。

可以预见，随着800V平台的广泛采用，电动汽车的电池电压越来越高，高效、高性能的HVBMS技术正在成为行业的焦点，在广阔的市场面前，行业竞争将更加激烈。

来源：贸泽电子