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电池管理系统“再出发”
电池管理系统“再出发”
  • 发布时间:2021-02-06 16:41

电池管理系统“再出发”

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虽然疫情令全球汽车市场遭受了巨大冲击,但新能源汽车市场却演绎着逆势上扬的剧情。恩智浦半导体副总裁兼驱动和能源系统产品线总经理李晓鹤分析说,法规要求的进一步加强、电池成本大幅下降、续航里程和充电速度提升、电动汽车型愈加丰富等因素叠加,共同驱动了电动汽车的新“马力”。


而其中的关键系统——电池管理系统(BMS)也“顺势而起”。近日大众在其MEB电动汽车平台上采用恩智浦电池管理解决方法的新闻就将BMS再次推向台前。据悉,MEB平台是一个跨品牌、跨车型的平台,而大众将基于该平台在未来向市场推出多达75种全电动汽车型。之所以拿到这一大单,用李晓鹤的话来说就是因为恩智浦BMS解决了整车厂商电气化过程中的“痛点”,其中蕴含了什么样的“秘诀”?


新能源汽车的“痛点”


要了解,在电动汽车蔚然成风之际,整车厂已“不约而同”地从经济和合规的角度加大电气化投资,但要达到爆发的“拐点”,还要力克诸多挑战。


作为电动汽车的“必备件”,即使电池成本在不断优化,但仍占据1/4到1/3的总车成本。


李晓鹤认为,电池成本的持续降低是电动汽车普及以及整车厂盈利的重要决胜点,除电芯降本外,还要不断优化或简化电子电气以及机械架构,并在生产线上不断升级自动化组装水平,从而提高生产效率。


而在里程和充电方面要下的“功夫”,自然是要延长续航里程,缩短充电时间。“从电化学的角度来讲,延长里程要提高比能量,缩短充电时间要新增比功率,在逐渐挑战比能量和比功率极限的过程中,电池管理的功能安全的等级、诊断的精度和速度变得愈发重要。”李晓鹤提及。


为了加快不同级别电动汽车的量产,平台化则至关重要。一个车厂可能要在短时间内生产包括纯电车、插电混动车、48V混动车、14V起停微混动车等几十种甚至是上百种不同的车型,因而,能否实现可最大化的重用以及应用平台化,才能在加快上市时间并降低研发成本的竞赛中取胜。


随着电动汽车市场的快速起量,供应链的大规模匹配能力考验亦接踵而至。李晓鹤的观点是,几年前大型整车厂的电动汽车生产规模最多是一年几十万辆,但未来主流车厂的计划将升至上百万辆的规模。这种大规模量产比拼的不仅仅是单一产品本身的性能,而是半导体厂商汽车制造品质、生产质量品质、供货体系以及售前售后服务能力的全方位考验。


BMS的各个击破


上文提及的电气化挑战不只涉及架构、电池等一系列问题,BMS亦担当重任。


李晓鹤指出,电池本身的成本和性能是车厂致胜的关键点之一,而电池的安全性能以及效率在很大程度上是要通过BMS系统的提升来体现的。“虽然BMS在电池总成本中占比非常小,约在10%-20%之间,但它可使电池组提高里程或加快充电性能,或提高寿命,其所能创造的价值是非常高的,未来仍大有可为。”李晓鹤直言。


细究来看,一方面,电动汽车永恒的追求是提高里程并加快快充速度,要精准的电池管理,通过精准的SoC估算来提高充电状态以及电池健康状态的估算,这样就可以在不新增成本的情况下来优化续航里程、延长使用寿命并提高安全性;而在采用更激进的化学材料来做电芯以提高比能量和比功率的路径之中,将出现更明显的风险因素,如过压、过充、不稳定的化学物质、热失控等,这就要BMS有更快的诊断速度以及更精确的有关电压、电流、温度甚至压力的传感测量。


另一方面,整车动力锂离子电池有几百个甚至上千个电芯,在电芯管理方面存在木桶效应,最弱的电芯决定了整个电池充放电的极限。因此多电芯的均衡也极为重要,这可助力提高电池的寿命和容量。


面对这些挑战,在汽车电子领域耕耘多年的恩智浦,凭借自身的核心优势、竞争力和独特的价值主张,祭出的BMS利器可全面解决上述痛点。


李晓鹤介绍说,在BMS方法中包括处理器、车载网络传感器、驱动、模拟前端、有主动安全功能的电池管理等等,而恩智浦则可供应全面的整体解决方法。


从整车厂需求点来看,恩智浦的方法也做到了“面面俱到”。李晓鹤具体解读说,从精度来看,恩智浦的控制器、模拟器件等,不仅可保证芯片的出厂精度,更确保产品全生命周期的使用精度;在安全性层面,恩智浦为客户供应相应的嵌入式软件驱动支持,包括功能安全库,从而可更好地实现系统级解决方法。此外,恩智浦产品的含义可兼顾14V、48V、400V、800V以及各种不同模式,软硬件平台的可扩展性和延展性可助力客户进行软硬件的复用和重用,降低验证时间并加速上市时间。特别是新能源汽车的研发和迭代周期从传统汽车的4年左右缩短到两年,更体现了系统性解决方法的重要性。


特别重要的是,恩智浦是汽车半导体领先供应商,拥有良好的供货能力以及完备的服务体系,无论是授权设计支持还是售后质量支持,都可全力保证,这对新能源汽车加快量产来说至关重要。


下一站“野望”


有关电动汽车的潜力,恩智浦以实际行动在表明其“芯”向往之。


因为电动汽车的潜力正在加倍释放。李晓鹤提到,从全球平均成本看,业界普遍认为假如每千瓦时的成本在100美元以下,那么一辆电池车的成本基本与普通燃油车类似。今年的成本平均值大约在130美元左右,基本到2024年,电动汽车与传统燃油车的成本将趋同。新能源汽车市场在未来十年将保持井喷状态,而关注点也将集中于系统成本更优化、安全性更高、可靠性更高的打造之上。相应地,BMS也大有可为,一年将上升至几千万套的规模。


大众的MEB电动汽车平台“锁定”恩智浦,显而易见让恩智浦的BMS站在了新高点上,而恩智浦有着更高远的目标与野望。


从BMS系统所需芯片来看,李晓鹤提及,针对电池管理优化的主控制器,与动力,传动总成控制等带有功能安全的主控制器架构非常相似,但需在内存,安全验证,低功耗等硬件配置上做相应的优化。恩智浦也在同时开发下一代的S32MCU,其中S32K系列MCU的几款产品是专门针对电池管理优化的。而诸如模拟前端芯片等关键芯片也将不断优化,在高精度、均衡性、安全性层面不断发力。


有关是否可对市场上不同技术路线的电池组供应支持,恩智浦的回应亦是积极的。李晓鹤提及,目前电池整体的技术解决方法还在演进,各种电化学均处于一个合作竞争的状态,无论是铁锂离子电池还是固态电池等。NXP的BMS系统在尝试支持各种各样的电化学,即市场上的新能源汽车所采用的电池组都是支持的,当然这对设计和精度的要求也会走高。


从全球范围内看,我国依然是新能源汽车的重要驱动市场。而近日《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》公布,将使我国新能源汽车迎来新一轮的发展高峰。据估算,2025年我国新能源汽车年销量将超过500万辆。


相有关全球客户,国内新能源汽车的不同势力也显现出不同的张力。李晓鹤强调,恩智浦在我国有非常强的技术团队,包括软件、硬件、测试等,此外还有很完备的参考设计的技术积累。面对自身设计能力很强的公司,他们更多关注设计、成本、安全性和质量。而初创公司则更关注速度、上市时间,更关注软件和服务。恩智浦与大型车厂和初创公司都建立了良好的互动和合作,通过系统级的芯片组方法和软件支持,让客户可重点关注高附加值的应用开发。(校对/一求)


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