随着电动汽车(EV)过渡到由800V锂离子电池系统，电池管理系统(BMS)的硬件和软件也在不断发展。电池测量精度和寿命设计鲁棒性提高了BMS性能，从而最大限度地提高了电动汽车电池和其他储能系统的可用容量和安全性。
BMS对于管理电池的安全和健康使用至关重要，它使用与电池相关的数据(例如电流、电压和温度)来确保最佳性能。Yole Intelligence估计，BMS市场规模将从2022年的50亿美元激增到2028年的近120亿美元。
图1：新的BMS设计越来越多地采用系统级半导体解决方案，同时增加以软件为中心的特性和功能。来源：NXP
下面简要介绍一下BMS硬件和软件方面的一些显著发展成果。它展示了BMS解决方案如何不断进步，以帮助延长汽车电池的使用寿命。
新型电池管理IC越来越注重提供系统级解决方案，以便更准确地执行电压测量，从而计算充电状态(SOC)和健康状态(SOH)。以NXP的MC33777电池管理IC为例，它在单个芯片上集成了感知、思考和执行功能。
传统的电池组级监控解决方案需要多个分立元件、外部执行器和处理支持，而这款新型BMS芯片将监控电池组和快速响应安全关键事件所需的一切集成到单个器件中。NXP计划在2024年Electronica展会上推出这款BMS芯片。
MC33777被恩智浦称为电池接线盒IC，它将关键的电池组级功能集成到单个器件中，从而降低了设计复杂性、认证和软件开发工作量以及OEM和一级供应商的成本。恩智浦声称，MC33777芯片可将组件数量减少多达80%。
图2：MC33777号称是第一款将关键电池组级功能集成到单个IC中的BMS芯片。来源：NXP
电池组监控IC旨在通过每八微秒一次持续监测电池电流值和变化斜率值，来保护高压电池免受过流的影响。据NXP介绍，MC33777可以检测和响应各种可配置事件，速度比传统IC快10倍，无需等待超过特定电流阈值。
更快的反应时间有助于提供额外的安全功能，例如在发生碰撞时降低乘客触电的风险。此外，还有保险丝仿真功能，可从系统中移除昂贵且可靠性低的熔断保险丝。这反过来又为OEM和一级供应商节省了大量成本，并提高了车内乘客的安全性。
在软件方面，虽然MC33777等BMS芯片声称可以通过硬件实现减少软件开发工作量，但LG Energy Solution等电动汽车电池供应商正在采用人工智能(AI)算法来增强BMS功能，他们通过与芯片制造商合作来改进BMS诊断。
目前，BMS软件大多运行在专用硬件上，电池诊断技术是基于虚拟条件而非真实电池数据开发的。此外，传统的BMS解决方案无法实时测量单个电池单元内部的准确温度。
LG Energy Solution正与高通合作，利用高通BMS解决方案Snapdragon Digital Chassis上的AI硬件和软件解决方案来增强其电池诊断软件。增强型BMS解决方案可以采用复杂的电池算法，同时利用Snapdragon Digital Chassis等半导体平台的计算能力，进行实时电池健康状况诊断。
图3：ADI和LG Energy Solution正在共同开发用于精确测量电池内部温度的解决方案。
LG Energy Solution还与Analog Devices合作，共同开发能够精确测量电动汽车电池单元内部温度的算法。两家公司将采用电化学阻抗谱(EIS)技术来精确估计单个电池单元的内部温度，而无需单独的温度测量设备。
这将为提高充电速度打开新的大门，目前EIS技术主要用于分析旧电池的缺陷，尚未实现商业化，此次合作的成功可能会将这一前景广阔的技术推向商业主流。
(原文刊登于EDN美国版，参考链接：New design frontiers in BMS hardware and software，由Ricardo Xie编译)
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